第一章流体流动试题集及参考答案Word文件下载.docx
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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)。
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)<
p/ρ时,由2流向1。
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?
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?
(2)流速u和u哪个大?
(3)静压头P/(ρg)和P/(ρg)哪个大?
(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?
(2)当管路上阀门C打开时,两个压力表的读数是否相同?
(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?
∵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。
(1)图(a)中1-1和2-2截面的u>u还是u=u?
(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?
(3)图(a)、(b)中Z=Z,则截面2-2*处的速度与u哪个大?
(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?
∵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?
(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?
(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?
(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
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)
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