流型只有两种:
层流和湍流。
当流体层流时,其平均速度是最大流速的1/2。
边界层:
u<0.99u0
阻力损失:
直管阻力损失和局部阻力损失
当量直径de
管路总阻力损失的计算
突然缩小局部阻力系数ζ=0.5,突然扩大局部阻力系数ζ=1。
流体输送管路的计算:
通常,管路中水的流速为1~3m/s。
并联管路,各支管的阻力损失相等。
毕托管测量流速
测量流量:
孔板流量计,文丘里流量计,转子流量计。
孔板流量计的特点;结构简单,制造容易,安装方便,得到广泛的使用。
其不足之处在于局部阻力较大,孔口边缘容易被流体腐蚀或磨损,因此要定期进行校正,同时流量较小时难以测定。
转子流量计的特点——恒压差、变截面。
化工原理第一章复习题
(一)
一、填空题:
1、毕托管用来测量管道中流体的点速度。
2、孔板流量计为定截面变压差流量计,用来测量管道中流体的流量。
随着Re增大其孔流系数C0先减小,后保持为定值。
3、转子流量计为定压差变截面流量计。
注意:
转子流量计的校正。
测流体流量时,随流量增加孔板流量计两侧压差值将增加,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值将不变。
1、边长为a的正方形管道,其当量直径de为(a)。
2、在定态流动系统中,水连续地从粗圆管流入细圆管,粗管内径为细管的2倍。
则细管内水的流速为粗管内流速的_____4______倍。
3、流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为__和___两种。
局部阻力的计算方法有___________法和_________法。
直管阻力,局部阻力,阻力系数,当量长度。
4、在静止的同一种连续流体的内部,各截面上___能与____能之和为常数。
位,静压。
5、开口U型管压差计是基于____原理的测压装置,它可以测量管路中________上的_________或_______________。
流体静力学任意截面表压强真空度
6、流体在管内作湍流流动时,在管壁处速度为______,邻近管壁处存在____层,且Re值越大,则该层厚度越____。
零,滞流(或层流)内薄(或小)
7、实际流体在直管内流过时,各截面上的总机械能___守恒。
因实际流体流动时有_________
不,摩擦阻力
8、流体在一段装有若干个管件的直管l中流过的总能量损失的通式为__________,它的单位为____J/kg__。
9、定态流动时,不可压缩理想流体在管道中流过时各截面上____相等。
它们是_____________之和,每一种能量____________,但可以互相转换。
总机械能;位能、动能和静压能。
不一定相等;
10、某设备的真空表读数为500mmHg,设备外环境大气压强为640mmHg,则它的绝对压强为_________Pa。
=640-500=140mmHg=140×133.32=1.866×104Pa。
11、流体在圆形直管内作滞流(层流)流动时,其速度分布呈_________形曲线,中心最大速度为平均速度的_____倍。
此时摩擦系数λ与_____无关,只随________加大而____
抛物线,2,ε/d,Re,减小。
12、流体在圆形直管内流动时,在湍流区则摩擦系数λ与__及___有关。
在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于_____线。
Re,ε/d,水平
二、选择题
1、判断流体流动类型的是()
(A)Eu准数(B)Re准数(C)ε/d(D)Δpf
2、流体在圆形直管内作定态流动,雷诺准数Re=1500,则其摩擦系数应为(B)
(A)0.032(B)0.0427(C)0.0267(D)无法确定
3、在法定单位制中,粘度的单位为(D)
(A)cp(B)p(C)g/(cm.s)(D)
4、在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是(D)
(A)同一种流体内部(B)连通着的两种流体
(C)同一种连续流体(D)同一水平面上,同一种连续的流体
5、在一水平变径管道,细管截面A及粗管截面B与U管压差计相连,当流体流过时,U管压差计测量的是()
(A)A、B两截面间的总能量损失(B)A、B两截面间的动能差
(C)A、B两截面间的压强差(D)A、B两截面间的局部阻力
5、管路由直径为Φ57×3.5mm的细管,逐渐扩大到Φ108×4mm的粗管,若流体在细管内的流速为4m/s。
则在粗管内的流速为(B)
(A)2m/s(B)1m/s(C)0.5m/s(D)0.25m/s
6、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动,则各截面上的(D)
(A)速度相等(B)体积流量相等(C)速度逐渐减小(D)质量流速相等
7、湍流与滞流的本质区别是(C)
(A)湍流的流速大于滞流的(B)湍流的Re值大于滞流的
(C)滞流无径向脉动,湍流有径向脉动(D)湍流时边界层较薄
8、在阻力平方区内,摩擦系数λ(C)
(A)为常数,与Re,ε/d均无关(B)随Re值加大而减小
(C)与Re值无关,是ε/d的函数(D)是Re值与ε/d的函数
9、流体在圆形直管中作滞流流动时,其直管阻力损失与流速u的关系为(B)
A、与u2成正比B、与u成正比C、与u1.75成正比D、与u0.55成正比
三、判断题
1、在计算突然扩大及突然缩小的局部阻力时,公式中的流速应该用小管中的流速。
(√)
2、不可压缩的理想流体在管道内作定态流动,若无外功加入时,则流体在任一截面上的总压头为一常数。
(√)
3、流体在管道任意截面径向上各点的速度都是相同的,我们把它称为平均流速。
(×)
4、在同一种连续流体内,处于同一水平面上各点的压强都相等。
(×)
5、某定态流动系统中,若管路上安装有若干个管件、阀门和若干台泵,则此管路就不能运用连续性方程式进行计算。
(×)
6、用U管压力计测量管路中两点的压强差,其压差值只与读数R和两流体的密度差有关,而与U管的粗细、长短无关。
(√)
(二)
一、填空题:
1.(3分)雷诺准数的表达式为________________。
当密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m/s在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______.(Re=duρ/μ;105;湍流)
2.(2分)某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m/s,此时管内的平均流速为_________.(1m/s)
3.(2分)牛顿粘性定律用粘滞力的表达式为_______________.用剪应力的表达式为_______________.(F'=μAdu/dy;τ=μdu/dy)
4.(2分)当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为_________mmHg,真空度为_______mmHg.(850;-100)
5.(2分)圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为11.8kg/s/,其体积流量为___________.平均流速为__________.(0.0118m3/s,1.5m/s)
6.(4分)当20℃的水(ρ=998.2kg/m3,μ=1.005厘泊)在内径为100mm的光滑管内流动时,若流速为1.0m/s时,其雷诺准数Re为______,直管摩擦阻力系数λ为_____.(9.93×104;0.0178)
7.(2分)某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为30×20mm,其当量直径de为__.(24mm)
8.(3分)测量流体流量的流量计主要有如下四种:
_____,______,____,_______,测量管内流体点的速度,则用____.(转子流量计;孔板流量计;丘里流量计;湿式气体流量计;皮托管)
9.(2分)测量流体压强的仪器主要有如下两种:
______,_____.(U管压差计;弹簧压力计)
10.(4分)计算管道流体局部阻力的方法有:
________,__________,其相应的阻力计算公式为_____________,____________,(当量长度法;阻力系数法;hf=λ(le/d)(u2/2g);hf=(u2/2g)ξ)
11.在流体阻力计算中,当量长度的定义是_____________________________.
(能产生与某局部阻力相当的直管长度,称为该局部阻力的当量长度。
)
12.(2分)管出口的局部阻力系数等于____,管入口的局部阻力系数等于____.(1.0;0.5)
13.(3分)理想流体是指________;而实际流体是指________。
(没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩;具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗能量。
)
14.(3分)流体体积流量用_____来计算;质量流量用_____来计算;而流体流速用_____来计算。
(Vs=u.AWs=u.A.ρu=Vs/A)
15.(3分)流体在园直管内流动,当Re≥4000时的流型称为___,其平均速度与最大流速的关系为______,而Re≤2000的流型称为___,其平均速度为______。
(湍流,um=0.8umax,滞流,um=0.5umax。
)
16.(3分)流体体积流量一定时,有效截面扩大,则流速___,动压头___,静压头___。
(填增加,减少,不变)(减少,减少,增加。
)
17.(2分)当量直径的定义是de=____________,在套管环间流动的流体,外管的内径是d1,内管的外径是d2,则当量直径de=_______。
(de=4×流通截面积/浸润周边;de=d1-d2)
18.流体的粘度指__________________________。
粘度值随温度变化而变化,对于液体,温度升高,粘度________;对于气体,温度升高,粘度________。
(流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力;减少;增大)
19.(2分)米糠油在管中作流动,若流量不变,管径不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失为原来的______倍。
(2倍)
20.(3分)柏努利方程如衡算基准以J/kg表示,柏努利方程可表示为________________________,若用J/m3表示则可表示为_________________________。
(gZ1+P1/ρ+u12/2=gZ2+P2/ρ+u22/2+∑Wf;ρgZ1+P1+u12/2×ρ=ρgZ2+P2+u22/2×ρ+∑Wfg)
21..(2分)孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于:
前者是恒______,变_____;后者是恒_________,变_________。
(截面;压差;压差;截面)
22.(2分)在测速管中,测压孔正对水流方向的测压管液位代表______,流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表__________。
(冲压头;静压头)
23.(3分)某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是_______型曲线,其管中心最大流速为平均流速的_______倍,摩擦系数λ与Re的关系为___________。
(抛物线;;2倍;λ=64/Re)
24.(3分)水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将_____,摩擦系数________,管道总阻力损失________。
(减小;增大;不变)
25.(2分)流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有_________。
(粘性)
26.(2分)液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长_______,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_________。
(不变;降低)
27.(4分)流体在圆形直管中作层流流动,如果流量等不变,只是将管径增大一倍,则阻力损失为原来的________。
(1/16)
28(4分)液体在园管内作稳定连续滞流流动时,其摩擦阻力损失与管内径的______次方成反比。
(2)
29.(2分)水塔内的水能通过管路引至各车间使用,这是因为水塔内的水具有______。
(高位压头)
30.(4分)流体在园管内流动时,由于流体具有粘性,使得___________处速度为零,管的________处速度最大。
(管壁;中心)
31.(4分)测量流体的流量一般可采用________________________等流量计。
测量管内流体点速度,则用_____________。
(孔板;文丘里;转子;皮托管。
)
32..(3分)在输送液体的管路中,要使P1-P2=△Pf的条件_________________。
(管径相等,处于同一水平面,无外加能量。
)
33.(2分)圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022mm3/s,质量流量为_________,平均流速为_______。
(22kg/s;2.8m/s)
二、选择题
1.(2分)一个被测量体系外柱按上一个U型压差计,出现如图情况,说明体系与大气压是()关系(答案A)
A.体系>大气压B.体系<大气压C.体系=大气压
2.(3分)从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是()(答案A)
A.与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关
B.与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关
C.与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关
3.(2分)层流与湍流的本质区别是:
()。
(*答案*D)
A.湍流流速>层流流速;B.流道截面大的为湍流,截面小的为层流;
C.层流的雷诺数<湍流的雷诺数;D.层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。
4.(2分)在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的()倍。
***答案***(*答案*C)
A.2B.8C.4
5.(2分)柏努利方程的物理意义可以从题图中得到说明,若忽略A,B间的阻力损失,试判断B玻璃管水面所处的刻度。
()
(*答案*A)
A.a位置B.c位置C.b位置
6.(2分)流体在管路中作稳态流动时,具有()特点.(D)
A.呈平缓的滞流B.呈匀速运动
C.在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等;
D.任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化
7.(2分)园管的摩擦系数λ=64/Re公式的适用范围是()。
(*答案*A)
A.滞流B.过渡流C.湍流
8.(4分)流体在园管内作滞流流动时,阻力与流速的()成比例,作完全湍流时,则呈()成比例。
(*答案*C;A)
A.平方B.五次方C.一次方
9.(2分)稳定流动是指流体在流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量()。
(*答案*A)
A.仅随位置变,不随时间变B.仅随时间变、不随位置变
C.既不随时间变,也不随位置变
10.(4分)如图所示,当阀门关闭时,E、F、G的压强关系为:
PE()PG()PF.当阀门打开后:
PE()PG()PF(***答案***A;A;C;C)
A.等于B.小于C.大于
三、判断题:
1.(2分)流体在园管内作稳定流动时,其流速与管径的一次方成反比。
()(*答案*×)
2.(2分)当输送流体的管径一定时,增大流体的流量,雷诺准数减少。
()(*答案*×)
3.(2分)牛顿粘性定律是:
流体的粘度越大,其流动性就越差。
()(*答案*×)
4.(2分)流体在管内以湍流流动时,在近管壁处存在层流内层,其厚度随Re的增大而变薄。
()(*答案*√)
5.(2分)当量直径即可用来计算非园形管的雷诺数();也可用来计算流体在非园形管内的流速。
()(*答案*√;×)
6.(2分)流体在园管内流动时,管的中心处速度最大,而管壁处速度为零。
()(*答案*√)
7.(2分)流体在园形管道中流动时,管壁处的流速为中心处流速的0.5倍。
()(*答案*×)
8.(2分)液体在园形管中作滞流流动时,其它条件不变,而流速增加一倍,则阻力损失增加一倍()(*答案*√)
9(2分)转子流量计可用来测量高压蒸汽()和腐蚀性流体()的流量。
(×;√)
10.(2分)在静止的处于同一水平面上的各点的液体的静压强都相等。
()实验证明,当流体在管内流动达完全湍流时,λ与雷诺数的大小无关。
()(*答案*×;√)
四、问答题
1.(8分)什么是流体连续稳定流动?
流体流动的连续性方程的意义如何?
***答案***流体连续稳定流动是指流体在流动时,流体质点连续的充满其所在空间,流体在任一截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。
流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律,它是根据质量守恒定律建立起的,连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择,及其控制。
2.(8分)Z1+p1/ρg=Z2+p2/ρg
(1),p=pa+ρgh
(2);这两个静力学方程式说明些什么?
***答案***
(1)说明静止的连续的同一流体,同一水平面上的各点,深度相同,它的压强亦相等;
(2)说明液体内部任一点的压强是液面深度的函数,距离液面越深,则压强越大,当液面压强变化,必将引起液体内部各点发生同样大小的变化。
3.(6分)如图,有一敞口高位槽,由管线与密闭的低位水槽相连接,
在什么条件下,水由高位槽向低位槽流动?
为什么?
***答案***
pa/ρ+Zg=p2/ρ+Σhf;
当(pa/ρ+Zg)>p2/ρ时,由1流向2,
当(pa/ρ+Zg)4.(10分)用如图所示的实验装置得实验记录如下表所示:
皮托管编号
1
2
3
4
管内直径mm
12.7
21
12
12
皮托管测压孔高度mm
72
72
72
21
关闭阀A,玻管水柱高度mm
472
472
472
472
全开阀A皮托管测压孔
柱高度mm(平行水流方向)
435.5
407.5
405.1
376.5
全开阀A皮托管测压孔
柱高度mm(正对水流方向)
389.5
401.8
347.6
322
根据以上实验数据,回答下列问题:
(1)、第4点的位压头,静压头和动压头各为多少mmH2O?
(2)、水由第2点处流到3点处的阻力损失压头为多少mmH2O?
(3)、第1点的速度为多少m/s?
***答案***
(1)Z4=21(mmH2O),P4/(ρg)=H4-Z4=322-21=301(mmH2O);
h动4=u42/(2g)=376.5-322=54.5(H2O)
(2)hf(2-3)=407.5-405.1=2.4(mmH2O)
(3)∵u12/(2g)=435.5-389.5=46(mmH2O);∴u1=0.95m/s
第二章知识点
一、工作原理
基本部件:
叶轮(6~12片后弯叶片);泵壳(蜗壳)(集液和能量转换装置);轴封装置(填料函、机械端面密封)。
原理:
借助高速旋转的叶轮不断吸入、排出液体。
注意:
离心泵无自吸能力,因此在启动前必须先灌泵,且吸入管路必须有底阀,否则将发生“气缚”现象。
某离心泵运行一年后如发现有气缚现象,则应检查进口管路是否有泄漏现象。
1、压头H,又称扬程
2、有效功率
3、离心泵的特性曲线通常包括H-Q,N-Q,η-Q曲线,这些曲线表示在一定转速下输送某种定的液体时泵的性能。
由N-Q线上可看出:
Q=0时,N=Nmin所以启动泵和停泵都应关闭泵的出口阀。
离心泵特性曲线测定实验,泵启动后出水管不出水,而泵进口处真空表指示真空度很高,可能出现的故障原因是吸入管路堵塞。
若被输送的流体粘度增高,则离心泵的压头减少,流量减少,效率减少,轴功率增大。
三、离心泵的工作点
1、泵在管路中的工作点为离心泵特性曲线(H-Q)与管路特性曲线(He-Qe)的交点。
管路特性曲线为:
He=K+BQe2
2、工作点的调节:
既可改变He-Qe来实现,又可通过改变H-Q来实现。
具体措施有改变阀门的开度,改变泵的转速,叶轮的直径及泵的串、并联操作。
两台同样的离心泵并联压头不变而流量加倍,串联则流量不变压头加倍。
四、离心泵的安装高度Hg
为避免气蚀现象的发生,离心泵的安装高度小于等于Hg,注意气蚀现象产生的原因。
离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生气蚀现象。
1、离心泵的主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。
2、离心泵的泵壳制成蜗壳形,其作用有二:
A、汇集液体;B、转能装置,即是使部分动能转换为静压能。
3、离心泵的主要性能参数有流量、轴功率、压头、效率、气蚀余量等。
4、离心泵特性曲线包括H-Q、N-Q、和η-Q三条曲线。
它们是在一定转速下,用常温清水为介质,通过实验测得的。
5、离心泵的压头(又称扬程)指是泵对单位重量(1N)液体所提供的有效能量,它的单位是m。
6、离心泵安装在一定管路上,其工作点是泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。
7、若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时,则离心泵的压头减少,流量减少,效率下降,轴功率增大。
8、离心泵将低位敝口水池的水送到高位敝口水槽中,若改送密度为1200Kg/m3,而其他性质与水相同的液体,则泵的流量不变,压头不变,轴功率增大。
9、管路特性曲线的形状由管路布置和操作条件来确定,与离心泵的性能无关。
10、离心泵通常采用出口阀门调节流量:
往复泵与齿轮泵采用旁路调节流量。
11、离心泵汽蚀余量的定义为。
12、单动往复压缩机的理想压缩循环分为吸气、压缩及排气三个阶段。
13、离心通风机的全风压是指单位体积(1m3)的气体流过风机时所获得的能量,他的单位是Pa。
14、当液体的密度改变时,离心泵的压头H和轴功率N的变化为(B)
A、H、N均不变B、H不变,N改变C、H改变,N不变D、H、N均改变
15、离心泵的轴功率是(C)
A、在流量为零时最大B、在压头