第一章流体流动试题集及参考答案.docx

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第一章流体流动试题集及参考答案

流体流动试题集及参考答案

一、填空题：

1、按照化工单元操作所遵循的基本规律的不同,可将单元操作分为

动量传递、热量传递、质量传递。

2、化工生产中，物料衡算的理论依据是质量守恒定律，

热量衡算的理论基础是能量守恒定律。

3、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850mmHg为真空度为-100mmHg.

4、液柱压力计量是基于流体静力学原理的测压装置,用U形管压强计测压时,

当压强计一端与大气相通时,读数R表示的是表压或真空度。

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

与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关

5、转子流量计的设计原理是依据流动时在转子的上、下端产生了压强差。

6、静止液体中两处压力相等的条件是连续、同一液体、同一水平面。

7、流体体积流量用Q=uS来计算；质量流量用G=Qρ来计算；而流体流速用

u=Q/S来计算。

8、当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速减少,动压头减少,静压头增加。

9、柏努利方程实验中,在一定流速下某测压管显示的液位高度为静压头,当流速再增大时,液位高度降低；因为阻力损失增大,

10、理想流体是指没有粘性或没有摩擦阻力而实际流体是指具有粘性或有摩擦力。

流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有粘性。

11、压头转换实验中,在一定流速下某测压管显示的液位高度为静压头值,流速再增大时,液位高度降低；因为阻力损失增大

12、P/（ρg）的物理意义是表示流动系统某截面处单位重量流体所具有的静压能,称为静压头。

mu2/2的物理意义是表示流动系统某截面处1kg流体具有的动能。

13、雷诺准数的表达式为Re=dｕρ/μ。

当密度ρ＝1000kg/m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10其流动类型为湍流

14、流体在圆直管内流动，当Re≥4000时的流型称为湍流，

其平均速度与最大流速的关系为Wm＝0．8Wｍａｘ

Re≤2000的流型称为滞流，其平均速度为Wm＝0.5Wｍａｘ。

15、流体在圆管内作稳定连续流动时,当Re≤2000时为滞流流动,其摩擦系数λ=64/Re；当Re≥4000时为湍流流动。

当Re在2000-4000之间时为过渡流。

流体沿壁面流动时,有显著速度梯度的区域称为流动边界层。

在管内呈湍流时,摩擦系数λ与Re;ε/d有关。

当Re继续增大到大于某一定值时,则流体流动在完全湍流区,当ε/d为一常数时,其λ值为常数。

16、当密度ρ=1000kg/m,粘度=1（厘泊）的水,在内径为d=15mm,以流速为0.1m/s在管内流动时,雷诺数等于1500,流动类型为层流。

17、当20℃的水（ρ=998.2kg/m,μ=1.005厘泊）在内径为100mm的圆管内流动时,若流速为1.0m.s时,其雷诺数Re为9.93×10,流动型态为湍流。

18、管出口的局部阻力系数等于1.0管入口的局部阻力系数等于0.5.

19、计算流体局部阻力损失的方法有当量长度法;阻力系数法;其相应的阻力损失计算公式为hf=λ（le/d）（u2/2g）;hf=ζ（u2/2g）

20、对于套管环隙，当内管的外径为d1,外管的内径为d2时,其当量直径为d2-d1

21、稳态流动是指流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随位置而变，而均不随时间变。

22、液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长不变,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长降低。

23、流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为

υ1/υ2=d22/d12所以,流速随着管径的减小而增大。

24、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,水流量将减小；摩擦系数增大；管道总阻力损失不变

25、测量流体流量的流量计主要有如下四种:

孔板流量计;文丘里流量计;

转子流量计;湿式气体流量计;测量管内流体点的速度,则用皮托管

26、孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：

前者是恒截面,变压差；

后者是恒压差,变截面。

27、一般情况下,温度升高,液体的粘度减小；气体的粘度增大。

二、选择题：

1、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（A）关系

A.体系＞大气压B.体系＜大气压C.体系＝大气压

2、下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则（B）。

（1）U形压差计读数

A.R＞RB.R＝R

C.R＜RD.不定

（2）液体通过ab与cd段能量损失__B____。

A.h＞hB.h＝h

C.h＜hD.不定

（3）ab与cd两段压差__C____。

A.ΔP＞ΔPB.ΔP＝ΔP

C.ΔP＜ΔPD.不定

（4）R值表示___C____。

A.ab段的压差值B.ab段位能变化

C.ab段流动能量损失D.ab段压差值及流动能量损失

3、层流与湍流的本质区别是：

（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、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（C）倍。

A.2B.8C.4

5、流体的层流底层越薄，则（C）。

A.近壁面速度梯度越小　B.流动阻力越小

C.流动阻力越大　　　　　D.流体湍动程度越小

6、为提高微差压强计的测量精度，要求指示液的密度差（C）。

A.大B.中等C.越小越好D.越大越好

7、表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。

A.表压＝绝对压-大气压B.表压＝大气压-绝对压

C.表压＝绝对压+真空度

8、流体在圆管内作滞流流动时,阻力与流速的（C）成比例,作完全湍流时,则呈（A）成比例。

A.平方B.五次方C.一次方

9、流体流动产生阻力的根本原因是,因为流体流动（C）。

A.遇到了障碍物；B.与管壁产生摩擦C.产生了内摩擦切向力

10、在稳定连续流动系统中,单位时间通过任一截面的（B）流量都相等。

A.体积B.质量C.体积和质量

11、将管路上的阀门关小时,其阻力系数（B）。

A.变小B.变大C.不变

12、水在圆形直管中作滞流流动,流速不变,若管子直径增大一倍,则阻力损失为原来的（A）。

A.1/4B.1/2C.2倍

13、设备内的真空度愈高,即说明设备内的绝对压强（B）。

A.愈大B.愈小C.愈接近大气压、

14、流体在管内流动时,滞流内层的厚度随流速的增加而（A）。

A.变小B.变大C.不变

15、流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（B）。

A.增厚B.减薄C.不变

三、判断题：

１、化工单元操作是一种物理操作,只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。

（√）

2、液体的相对密度是指液体的密度与水的密度的比值（√）

3、当量直径de,既可用来计算雷诺数Re（√）；也可用来计算非园形管子的截

面积。

（×）

4、当输送流体的管径一定时，增大流体的流量，雷诺准数减少。

（×）

5、经过大量实验得出,雷诺Re<2000时,流型肯定是层流,这是采用国际单位制得出的值,采用其他单位制应有另外数值（×）

6、滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。

（×）

7、流体作层流流动时,摩擦系数λ只是Re的函数,而与管壁的粗糙度无关。

（）

8、在相同的设备条件下,密度越大,粘度越小的流体越易形成湍流状态。

（√）

9、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。

（√）√

10、流体在管内作稳定湍流时,当Re一定时,摩擦系数λ随管子的相对粗糙度的增加而增大。

（√）

11、滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。

（×）×

12、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（√）13、孔板流量计是文丘里流量计的改进,其压头损失比文氏流量计小得多。

（×）

14、流体流经孔板流量计的能量损失较大（√）；而流经文丘里流量计的能量损失较小（√）

15、流体在圆管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。

（√）

16、液体在圆形管中作滞流流动时,其它条件不变,仅流速增加一倍,则阻力损失增加一倍（√）

17、原油在圆形管中作湍流流动时,其它条件不变,而管长增加一倍,则阻力损失增加一倍,（√）

18、流体在圆管内流动时,管的中心处速度最大,而管壁处速度为零。

（√）

19、流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其静压强也会升高。

（×）×

20、稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；则流经各截面处的体积流量也相等（√）

21、在稳态流动过程中,流体流经各截面处的体积流量相等。

（×）

22、当流体充满圆管作稳态流动时,单位时间通过任一截面的体积流量相等（×）

23、稳定流动时,流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。

（×）

24、理想流体流动时,无流动阻力产生（√）

25、实际流体在导管内作稳态流动时,各种形式的压头可以互相转，但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常数。

（×）×

26、在并联的各条管路中稳定流动时,流体的能量损失皆相等。

（√）

四、简答题：

1.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？

pa/ρ+Z/g=p/ρ+Σhf；

当（pa/ρ+Z/g）>p/ρ时,由1流向2,

当（pa/ρ+Z/g）

2.学习流体流动与输送,你认为应解决些什么问题？

学习流体流动与输送一般应解决以下问题：

（1）合理选择流体输送管道的管径。

（2）确定输送流体所需的能量和设备。

（3）流体流量测量和速度、体积和质量流量、压力，以及控制。

（4）流体流动的形态和条件，作为强化设备和操作的依据。

3.理想流体和实际流体如何区别？

理想流体是流体没有粘性，流动时，不产生摩擦阻力，液体体不可压缩，受热不膨胀；而实际流体是具有粘性，有摩擦阻力，液体是可以压缩，受热是膨胀。

4.Z＋p/ρｇ＝Z＋p/ρｇ

（1）ｐ＝ｐ＋ρｇh

（2）

这两个静力学方程式说明些什么？

（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。

5.在常温下输送水,若管径一定,流量增大一倍,雷诺准数增加多少？

若流量一定,管径增大一倍,则雷诺准数又如何变化？

V＝（π/4）d.uu'=2u

Re=duρ/μRe'增大一倍

V=（π/4）（2d）.u'u'=u/4Re'=Re/2

6.说明流速、体积流量、质量流量的单位以及他们之间的关系。

流速u,m/s体积流量Qm^3/s质量流量Gkg/s

G=Qρ=uSρ

7.何谓层流流动？

何谓湍流流动？

用什么量来区分它们？

层流：

流体质点沿管轴作平行直线运动，无返混，在管中的流速分布为抛物线，平均流速是最大流速的0.5倍。

湍流：

流体质点有返混和径向流动，平均流速约为最大流速的0.8倍。

以Re来区分，Re<2000为层流、Re>4000为湍流。

8.如图所示的某一输水管路中，高位槽液位保持恒定，输水管径不变。

有人说：

由于受到重力的影响，水在管路中会越流越快，即水通过2-2'截面的流速u大于通过1-1'截面的流速u。

这种说法对吗？

为什么？

不对。

因为是稳定连续流动.按连续性方程知：

m=m，输水则V=V，现管径不变d=d，故u=u

10.如图所示，水在水平管中作稳定连续流动，从A流向B，问：

（1）体积流量V和V哪个大？

为什么？

（2）流速u和u哪个大？

为什么？

（3）静压头P/（ρg）和P/（ρg）哪个大？

为什么？

（1）因为输水，按连续性方程知V=V

（2）∵V=V而d＜d∴u＞u

（3）∵Z+P/（ρg）+u/（2g）=Z+P/（ρg）+u/（2g）+Hf

而水平管Z=Z又∵u＞u

若H=0则P/（ρg）＜P/（ρg）;

若H≠0则P/（ρg）和P（ρg）哪个大？

要由u和u、H之值决定。

11.在有一个稳压罐的一条管径不变的输送管上的A.B处分别装上一个相同规格的压力表（如图所示）。

问：

（1）当管路上的阀门C关闭时，两个压力表的读数是否一致？

为什么？

（2）当管路上阀门C打开时，两个压力表的读数是否相同？

为什么？

（设A.B处的气体密度近似相等）

（1）阀C关闭时，流体为静止状态，同一水平面上∴P=P。

（2）阀C打开，流体流动，有阻力，为Z=Z，d=d

且ρ=ρ则u=u∴P＞P

12一定量的液体在园形直管内作稳定连续滞流流动。

若管长及液体的物性不变,而管径减至原来的一半,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍？

∵hf=λ（L/d）u/2

而滞流时λ=64/Re=64μ/（d*u*ρ）

流速：

u=4Q/（πd）

而题设Q、L、μ、d不变，即hfα1/d

∵d=d/2∴hf=16hf

13.在相同管径的两条园形管道中,同时分别流动着油和清水（μ油＞μ水）,若雷诺数相同,且密度相近,试判断油速大还是水速大？

为什么？

∵Re油=Re水而u油＞u水，∴u油＞u水

14.如图所示，液体分别从两容器中流出，液面保持不变，排出管径相同。

问：

（1）图（a）中1-1和2-2截面的u＞u还是u=u？

为什么？

（2）图（a）、（b）中Z＞Z其它条件不变，忽略阻力损失，则出口处的速度u与u哪个大？

为什么？

（3）图（a）、（b）中Z=Z，则截面2-2*处的速度与u哪个大？

为什么？

（1）因液体连续稳定流动，且d=d∴u=u=u

（2）∵u=[2g（z-∑h）]题设h=h=0

∵Z＞Z∴u＞u

（当然∵Z＞Z则hf＞hf,∴当hf不能忽略时，

u与u关系视具体情况而定）。

（3）由

（1）和

（2）结果知∵u=u而u＞u

∴u＞u

15.某车间用水量由水塔稳定供给（如图示）。

现若将出口阀A关小,其流量有无改变？

为什么？

∵u=[2g（Z-∑h）]/

当阀门A关小时，∑hf↑，但Z不变，则u↓,d不变则V↓即流量变小。

16.如图所示，A.B.C三点在同一水平面上，d=d=d，问：

（1）当阀门关闭时，A.B.C三点处的压强哪个大？

哪个小？

或相等？

（2）当阀门打开，高位槽液面保持不变，A.B.C三点处的压强哪个大？

哪个小？

或相等？

（1）阀门关闭，水处于静止状态，P=P=P

（2）阀门打开，水稳定流动，有阻力，且d=d=d∴P＞P＞P

17.如图所示：

A.B.C三点在同一水平面上，d=d，d＞d，问：

（1）当闸阀关闭时，A.B.C三点处的压强那个大？

哪个小？

或相等？

（2）当阀门打开，高位槽水位稳定不变，A.B.C三截面处的压强、流量、流速哪个大？

哪个小？

或相等？

（1）p=p=p

（2）①V=V=V

②u=uu＞uu＞u

③流动流体有阻力，由柏努利方程知：

P＞PP＞P

P与P的大小由u、u和h→c之值决定

20.什么叫化工单元操作？

常用的化工单元操作有哪些？

化工产品的生产过程中，具有共同物理变化，遵循共同的物理学定律的一些物理操作过程。

例如：

流体流动、流体输送、非均相分离、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等。

五、计算题：

1.以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。

已知各水银液面标高分别为h=2.6m，h=0.3m，h=1.5m，h=0.5m,h=3.0m。

求此密闭容器水面上方的压强P（kN.m）（表压）

按表压计算，p=（h-h）ρ汞.g,

p=p-（h-h）ρ水.g

p=p+（h-h）ρ汞.g

p=p-（h-h）ρ水.g

以上相加

p=（h-h+h-h）ρ汞.g-（h-h+h-h）ρ水.g

=（2.6-0.3+1.5-0.5）×13.6×10g-（1.5-0.3+3-0.5）1000g=404KN/m

2.密度为1000kg.m，粘度为1cP的水，以10m/h的流量在φ51×3mm的水平管道内流过,在管路上某处流体静压强为1.5kgf.cm（表压），若管路的局部阻力可略去不计，问距该处100m同一水平线下游处流体静压强为多少Pa?

（Re=3×10--1×10时,λ=0.3164/Re）

u=V/（πd/4）=10/（3600×π×0.045/4）=1.75m.s

Re=duρ/μ=0.045×1.75×1000/（1×10）=78750

λ=0.3164/Re=0.3164/78750=0.0189

由柏式：

Z=Zu=u

∴p/ρ=p/ρ+λ（l/d）（u/2）

p=p-λ（l/d）（ρu/2）

=1.5×9.81×10-0.0189×（100/0.045）×（1.75/2）×1000

=8.3×10N.m（表压）

3.用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4T.h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长（包括阀门及管件的当量长度）430m,进出口阻力不计。

管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96,粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。

对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：

He=△Z+λ[（l+Σle）/d]（u/2g）

△Z=20ml+Σle=430md=108-2×4=100mm=0.1m

u=Q/0.785d

=38400/3600×0.785×0.1×960=1.415m.s

Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10=39.6<2000

λ=64/Re=64/39.6=1.616

He=20+1.616×（430/0.1）×（1.415/2×9.81）=729.2m

N=Q·He·ρg/η=38400×729.2×9.81/（3600×0.5×1000）=152.6kw

4.用离心泵将水由水槽送至水洗塔中,水洗塔内的表压为9.807×10N.m,水槽液面恒定,其上方通大气,水槽液面与输送管出口端的垂直距离为20m,在某送液量下,泵对水作的功为317.7J.kg，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m（包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度）输送管尺寸为φ108×4mm,水的密度为1000kg.m。

求输水量为多少m.h。

Zg+（p/ρ）+（u/2）+W=Zg+（p/ρ）+（u/2）+Σhf

已知数据：

Z=0；P（表）=0；u≈0；W=317.7[J.kg]；

Z=20[m]；p=9.807×10[N.m]（表）；ρ=1000[kg.m]

简化上式：

W=Zg+（p/ρ）+（u/2）+Σhf

又Σhf=λlu/2d=9.9u

∴317.7=9.81×20+9.807×10/1000+u/2+9.9u

10.4u=23.43∴u=1.5[m.s]

V=（π/4）D×u×3600=0.785×0.12×1.5×3600=42.41[m.h

5.如图所示，D=100mm,d=50mm,H=150mm,ρ气体=1.2kg.m。

当R=25mm时,将水从水池中吸入水平管中间,问此时V气体=?

m.s（阻力可忽略）

选1-1、2-2截面与基准面0-0，如图所示。

在两截面之间列柏方程并简化得到：

（p/ρ）+（u/2）=（p/ρ）+（u/2）

（1）

由已知数据：

p=0.025×13600×9.81=3335N.m

p=-0.15×1000×9.81=-1472N.m

u=（100/50）u=4u

代入

（1）可得：

15u=2（p-p）/ρ=8012

u=23.11m.sVs=（π/4）Du=0.1814m.s或V=653m.h

6.图示为水泵进水管的装置。

管子尺寸为φ57×3.5mm；管的下端位于储水池水面下2m，并装有底阀及滤网，该处之局部阻力压头损失为12ｕ/（2ｇ）；截面2－2处的真空度为4m水柱；由1－1至2－2截面的沿程压头损失为9ｕ/（2ｇ）。

试求：

（1）进水管的流量为多少m.h；

（2）进水口1－1处的表压为若干N.m？

列水面与2－2截面列柏努利方程：

（1）Z＋ｕ/2ｇ＋P/ρｇ＝Z＋ｕ/2ｇ＋P/ρｇ＋∑H

Z＝0，ｕ＝0，P＝0，Z＝3m，P/ρｇ＝－4mHO

∑H＝12ｕ/2ｇ＋9ｕ/2ｇ＝21ｕ/2ｇ＝21ｕ/2ｇ

21ｕ/2ｇ＋ｕ/2ｇ＝22ｕ/2ｇ＝4－3＝1m

∴ｕ＝（2×9.81/22）＝0.94m.s

∴V＝3600×0.785（0.05）×0.94＝6.64m.h

（2）进水口1－1处的表压P

3—3截面为大槽距水面2m深处的大槽截面，3-3及1-1截面间的柏努利方程式

Z=Z=0p/ρg=2p/ρg

u≈0u=0.94msH=12u/2g

2=p/1000g+0.94/2g+12×0.94/2g

p=13.88×10P=13.88KP=1.415m水

7.一直立煤气管，在底部测压管测得水柱差h＝100mm，在H＝20m高处的测压管中测得水柱差h＝115mm，管外空气的密度ρ＝1.29kg.m，求管中静止煤气的密度ρ为多大？

P＝P＋ｈρ水ｇ

P＝（P＋ρｇH）＋ｈρ水ｇ

又P＝P＋Hρｇ

∴（P＋Hρｇ）＋ｈρ水ｇ

＝（P＋ｈρ水ｇ）＋Hρｇ

Hρ＋ｈρ水＝Hρ＋ｈρ水

ρ＝ρ-ρ水（ｈ－ｈ）/H

＝1.29-1000×（0.115－0.1）/20＝0.54kg.m。

8.水从蓄水箱，经过一水管流出，如附图所示。

假如，Z＝12m，Z＝Z＝6.5m，d＝20mm，d＝10mm，水流经d管段的阻力损失为2mHO，流经d管段的阻力损失为1mHO，求：

（1）管嘴出口处的流速ｕ；

（2）接近管口2－2截面处的流速ｕ及压强P；

（1）列1－1与3－3截面柏努利方程式

Z＋P/ρｇ＋ｕ/2ｇ＝Z＋P/ρｇ＋ｕ/2ｇ＋ｈ

ｕ＝0，P＝P＝0（表压）

∴12－6.5＝ｕ/2ｇ＋（2＋1）

解得ｕ＝√（2.5×2×9.81）＝7m.s

（2）ｕ＝ｕ（d/d）＝7×（10/20）

＝1.75m.s

由1－1与2－2截面列柏努利方程式可得

P/ρｇ＝（Z－Z）－ｕ/2ｇ－ｈ

＝（12－6.5）