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1流体流动计算题
化工原理考试题及答案
姓名
班级
学号成绩
五、计算题:
1.(10分)题号1324第1章知识点420难度容易
水平串联的两直管1、2,管径d=d/2,管道1长为100m,已知流体在管道1中的雷诺数(Re)=1800,今测得某流体流经管道1的压强降为
***答案***
本题目有题图:
titu020.bmp
0.64(m液柱),流经管道2的压强降为0.064(m液柱),试计算管道2的长度
(设局部阻力可略去)。
***答案***
d=d/2u=4u
Re/Re=du/μ·μ/(du)=1/2
∴Re=900λ=64/Re=0.0356
∴λ2=0.071
△p/△p=λ2(l/d)(u/2)ρ/[λ1(l/d)(u/2)ρ]
=2(l/2d)(u/4)/(100/d)u
=l/(16×100)
∴l=16×100×0.064/0.64=160m
2.(10分)题号1326第1章知识点230难度中等
水在管内流动,截面1处管内径为0.2m,流速为0.5m.s,由于水的压强产生水柱高1m;截面2处管内径为0.1m。
若忽略水由1至2处的阻力损失,试计算截面1、2处产生的水柱高度差h为多少m?
列1-1′、2-2′间列柏努利方程式:
Z+u/2g+p/ρg=Z+u/2g+p/ρg+hf①
p-p=ρg(u/2g-u/2g)=ρ(u/2-u/2)
u/u=d/du=0.5×(0.2/0.1)=2m.s
u代入①p-p=ρ(2-0.5/2)=1876N.m
∵p-p=ρgh
∴h=(p-p)/ρg
=1875/(1000×9.81)=0.191m
3.(10分)题号1328第1章知识点430难度中等
一输油管,原输送ρ=900kg.m,μ=135cp的油品,现改输送ρ
=880kg.m,μ=125cp的另一油品。
若两种油品在管内均为层流流动,且维持输油管两端由流动阻力所引起的压强降-△pf不变,流型为层流,则输送的油量(质量流量m)有何变化?
(用百分数表示)
***答案***
64/R(l/d)(u/2)=64/R(l/d)(u/2)
u/(dρu)u=u/(dρu)u
uu/ρ=uu/ρ
∴u/u=μρ/μρ
=1.35×880/1.25×900=1.056
输油量比原来增加5.6%
4.(10分)题号1330第1章知识点420难度中等
某流体在管内作层流流动,若体积流量不变,而输送管路的管径增加一倍,求因摩擦损失而引起的压力降有何变化?
m.s,系统的Σhf=20.6u/2[J.kg],因扩大生产,须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变,而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?
***答案***
根据泊氏方程:
-△p=32uμl/d以及:
(π/4)du=(π/4)du=Vs
已知:
d=2d
则:
u/u=d/d=(2d)/d=4即:
u=u/4
原工况:
-△p=32uμl/d
现工况:
-△p=32uμl/d
∵μ=μl=lu=u/4d=2d
将上述各项代入并比较:
现/原:
△p/△p=[32×(1/4)u×μ×l/(2d)]/[32×u×μ×l/d]=1/16
因摩擦而引起的压降只有原来的1/16
5.(12分)题号1332第1章知识点300难度中等
某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅
***答案***
∵u≈0≈up=p
于是gZ=gZ+Σhf
g(Z-Z)=Σhf=20.6u/2u=[2g(Z-Z)/20.6]
=(2×9.81×6/20.6)=2.39m.s
Z′=Z+20.6u′/2g
=5+20.6(1.3×2.39)/(2×9.81)
=15.14m
增高为:
Z′-Z=15.14-11=4.14m
本题目有题图:
titu022.bmp
拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为u6.(10分)题号1334第1章知识点100难度中等
有一敞口储油罐,为测定其油面高度,在罐下部装一U形管压差计(如图示),油的密度为ρ,指示液密度为ρ,(U形管压差计B侧指示液面上充以高度为h的同一种油),当储油罐充满时,U形管指示液面差为R,试导出:
当储油罐油量减少后,储油罐内油面下降高度H与U形管B侧液面下降高度h之间的关系。
将式(a)代入式(b)并整理可得:
H=h[(2ρ/ρ)-1]或h=Hρ/(2ρ-ρ)
7.(15分)题号1336第1章知识点354难度较难
如图所示的管路系统中,有一直径为φ38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB,并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数
Co=0.63。
流体流经孔板永久压强降为3.5×10N.m,AB段的摩擦系数可取为0.024。
试计算:
⑴液体流经AB管段的压强差;⑵若泵的轴功率为500W,效率为60%,则AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。
本题目有题图:
titu026.bmp
***答案***
titu024.bmp
***答案***
本题目有题图:
⑴在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面):
gZ+u/2+p/ρ=gZ+u/2+p/ρ+∑hp-p=ρ∑h=ρλLu/2d+△p孔
由静力学方程式:
H′ρ=Rρ+hρ(a)
当罐内液面下降H时,B侧下降h,A侧上升h
∴R′=R-2h(H′-H-h)ρ=(R-2h)ρ+h(b)
u=C[2gR(ρ-ρ)/ρ]
=0.63[2×9.81×0.6(13600-867)/867]
=8.284m.s
u=(16.4/33)8.284=2.046m.s
∴pA-pB=0.024×(30/0.033)×(2.046/2)×867+3.5×10
=74590N.m
⑵Ne=W.W=(74590/867)[(π/4)duρ]
=86(0.785×0.0332.046×867)=130w
有效功率百分数=130/(500×0.6)×100%=43.3%
8.(10分)题号1338第1章知识点100难度中等
如图(a)所示两个容器与一水银压差计用橡皮管相连接,此二容器中均充满水,设水银压差计读数R为650mmHg,试求:
(1)二容器的压力差为多少?
(2)如果将二容器由图(a)改为图(b)位置时,此时的压力差和读数有何改变?
为什么?
=80343.9N.m=8190mmHO
(2)P'=P+(H’+R')ρg
P'=P+[R'ρ+(H'+2)ρ]g
P'=P'
P-P=R'(ρ-ρ)g+2ρg
∴R'=(P-P-2ρg)/(ρ-ρ)g
=(80343.9-2×1000×9.81)/(12600×9.81)
=0.49mHO
压力差由图(a)变换到图(b)位置时,因系统条件未变化,则压力差值不变,但压力差读数由R降到R,这是因压力差两边的水柱高度变化而改变的原因。
9.(10分)题号1340第1章知识点230难度容易
水在内径为250mm的钢管内流动。
已知截面1-1处的流速为1m.s,测压管中水柱高为1m;在截面2-2处管内径为150mm。
试计算在截面1
-1与2-2处产生的水柱高度差h为多少m水柱?
(忽略阻力损失)
本题目有题图:
titu029.bmp
***答案***
(1)P-P=Rg(ρ-ρ)
=0.65(13600-1000)×9.81
本题目有题图:
titu031.bmp
***答案***
在截面1-1与2-2间列柏努利方程:
Z+u/2g+P/ρg=Z+u/2g+P/ρg
Z=0,Z=0
P/ρg=1mHO,u=1m.s
∴P/ρg-P/ρg=u/2g-u/2gu=u(d/d)=1×(250/150)=2.78m.s
∴h=P/ρg-P/ρg
=2.78/(2×9.81)-1/(2×9\81)
=0.343mHO
10.(12分)题号1342第1章知识点310难度较难水在一倾斜管中流动,如附图所示,已知压差计读数为200mm,试问
测量段的阻力为多少?
本题目有题图:
titu033.bmp
在两测压孔之间列柏努利方程式:
Z+P/ρg+u/2g=Z+P/ρg+u/2g+h
∴h
=(P-P)/ρg-(Z-Z)-(u-u)/2g
=(P-P)/ρg-Z-(u-u)/2g由静力学方程式可得
(P-P)/ρg=h(ρ-ρ水)/ρ+Z
∴h=h(ρ汞-ρ水)/ρ-(u-u)/2g
u=1m.s,u=u×(d/d)=1×2=4m.s
∴h=0.2×12.6-(16-1)/(2×9.81)
=1.755mHO=1755mmHO=17221Pa
11.(10分)题号1344第1章知识点100难度中等
某受压设备,用串联U形管压差计测量其表压,装置如附图所示,写出1、2、3、4各点及P的压强计算式。
(连通U形管压差计水银面上充满水)
本题目有题图:
titu034.bmp
***答案***
以表压为基准:
P=Rρg
P=P-Rρg=Rρg-Rρg
P=P=Rρg-Rρg
P=P+Rρg
=(R+R)ρg-Rρg
P=PRρg
=(R+R)ρg-(R+R)ρg
12.(15分)题号1346第1章知识点570难度较难用泵将密度为850kg.m,粘度为190cP的重油从贮油池送至敞口高
位槽中,升扬高度为20mm。
输送管路为φ108×4mm的钢管,总长为
1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。
管路上装有孔径为
80mm的孔板以测定流量,其油水压差计的读数R=500mm。
孔流系数
Co=0.62,水的密度为1000kg.m。
试求:
⑴输油量是多少m.h?
⑵若泵的效率为0.55,计算泵的轴功率。
***答案***
⑴uo=Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]
=0.62[2×9.81×0.5×(1000-850)/850]
=0.816m.s
Vh=0.816×0.785×(0.08)3600=14.76m3.h
⑵u=0.815×(80/100)=0.522m.s
Re=0.1×0.522×850/(190×10)=234<2300
λ=64/Re=64/234=0.274
Σhf=0.274×(1000/0.1)×(0.522/2)=373.3J.kg
We=20×9.81+373.3=569.5J.kg
Ne=We·W/η
=569.5×(14.76×850/3600)/(1000×0.55)=3.61kw
13.(12分)题号1348第1章知识点500难度较难有一用20℃,760mmHg的空气标定的转子流量计,玻璃管上的最低刻
度代表Vmin=4m.h最高刻度代表Vmax=4.0m.h。
但若用该流量计来测量30℃、真空度为200mmHO的空气流量,求其Vmin和Vmax各为若干(设C不)。
已知当地大气压为760mmHg,V=CA[2gV(ρ
-ρ)/A]
***答案***
对气体,∵ρf>>ρ
∴(V′/V)=(ρ/ρ′)
V′=V(ρ/ρ′)=v[(PM/RT)/(P′M/RT)]
=V(PT′/P′T)P=760mmHgT=293℃
P′=760-(200/10330)×760=745.3mmHgT′=273+30=303KVmin=4×[760×303/(745.3×293)]=4×1.027=4.108m.h
Vmax=41.08m.h
14.(10分)题号1350第1章知识点340难度中等冷冻盐水的循环系统,如图所示,盐水的密度为1100kg.m,管路的
直径相同,盐水由A流经两个换热器而至B的总能量损失为98.1J.kg,由B流至A的管路能量损失为49J.kg,A至B的位差为7m,若A处的压力表读数为2.45×10N.m(表压)时,B处的压力表读数为若干N.m
(表压)?
本题目有题图:
titu037.bmp
***答案***
u=V/(0.785d)
本题目有题图:
titu039.bmp
***答案***
gZA+(pA/ρ)+(uA/2)=gZB+(pB/ρ)+(uB/2)+ΣhfABpB=pA-(gZB+ΣhfAB)ρ
=2.45×10-(9.81×7+98.1)×1100
=6.16×10N.m(表压)
15.(16分)题号1352第1章知识点430难度较难水在下图管道中流动,流量为42.4m.h,A.B两截面的内径分别为
50mm与100mm,从A流向B的扩大阻力损失为(ζu/(2g)),从B流向A的缩小阻力损失为(ζu/(2g)),可取ζ=0.56,
ζ=0.42,压差计指示液为汞。
(1)流体从A流向B,问R值为多少?
(2)流体从B流向A,问R值为多少?
=42.4/(3600×0.785×0.05)=6m.s
u=1/4×u=1.5m.s
在A、B两截面间列柏努利方程式,并以u=(1/4)u代入,经整理可得:
从A流向B(P-P)/ρg=u/2g×(15/16-ζ)从B流向A(P-P)/ρg=u/2g×(15/16+ζ)
(1)从A流向B
(P-P)/ρg=u/2g×(15/16-ζ)
=6/(2×9.81)×(15/16-0.56)=0.7m
R(ρ-ρ)/ρ=(P-P)/ρg=0.7m
∴R=0.7/12.6=0.0555m=55.5mmHg
(2)从B流向A
(P-P)/ρg=u/2g×(15/16+ζ)
=6/(2×9.81)×(15/16+0.42)=2.5m
R(ρ-ρ)/ρ=(P-P)/ρg=2.5m
∴R=2.5/12.6=0.1984m=198.4mmHg
goodok6/7/2010
1.(14分)题号1339第1章知识点430难度中等
某油品在Φ89×4mm的无缝钢管中流动。
在A和B的截面处分别测得压强P=15.2×10N.m,P=14.8×10N.m。
试计算管路中油品的流量。
已知:
A.B间长为40m,其间还有2个90弯头(每个弯头的当量长度l=35d),ρ油=820kg.m,μ油=121cp。
/d×u/2g
=64μ/(dρ)×(l+l)/d×u/2gu=(3.973×2×9.81×(0.081)×820/(64×121×10
×45.67)=1.186m.s
校验:
R=duρ/μ=0.081×1.186×820/(121×10)
=651<2000
∴V=Au=0.785(0.081)×1.186
=6.11×10m.s=22m.h。
2.(10分)题号1341第1章知识点300难度中等
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?
***答案***
A-B间列柏努利方程:
本题目有题图:
titu030.bmp
Z+u/2g+P/ρg=Z+u/2g+P/ρg+∑H
(P-P)/ρg-(Z-Z)=∑H
=λ(l+l)/d×u/2g
***答案***
本题目有题图:
titu032.bmp
(15.2-14.8)×10/(820×9.81)-1=64/(duρ/μ)×(l+l)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/2g2=p/1000g+0.94/2g+12×0.94/2g
p=13.88×10P=13.88KP=1.415m水
ΔP=32μlu/d
∴l=ΔPd/(32μu)
=(7-3)×9.81×10×0.01/(32×1.14×10×0.15)
=7171m
4.(10分)题号1345第1章知识点100难度中等
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?
3.(8分)题号1343第1章知识点640难度中等
15℃水在内径为10mm的钢管内流动,流速为0.15m.s,试问:
(1)该流动类型是层流还是湍流?
(2)如上游压强为7kgf.cm,流经多长管子,流体的压强降至3kgf.cm?
15℃水的密度为999.1kg.m,粘度为1.14cp.
***答案***
本题目有题图:
titu035.bmp
***答案***
(1)Re=duρ/μ
=0.010×0.15×999.1/(1.14×10)
=1314<2000该流体作层流流动
(2)根据泊谡叶方程式
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。
5.(12分)题号1347第1章知识点400难度中等
在实验室流体沿程阻力测定装置上,对φ1"镀锌管(内径27mm),进行测试,测压点间距为5290(mm),当水流量为2(L.s)时,水银压差计上读数为400(mm)。
求:
⑴此时的λ值是多少?
⑵在同样条件下测定φ1/2
″镀锌管(管内径为16.25[mm])的λ值,当管内流速5.80[m.s]时,试估计测得的λ值应比λ高还是低?
为什么?
水的粘度μ=1cp,密度ρ
=1000kg.m
槽(液位恒定)供水,三管线与三水槽的连接方式以及插入D槽中的深度均相同。
三条管线的长度(包括所有局部阻力的当量长度)为l=2l,l=3l
。
当水温为20℃时,通过各管线的体积流量分别为Va、Vb和Vc。
摩擦系数λ=0.3164/Re。
试求每根管线的摩擦阻力损失。
***答案***
⑴水流量为0.002m3.s
在φ1″管u=0.002/[(π/4)×0.027]=3.493m.s
***答案***
本题目有题图:
titu036.bmp
Re=3.493×0.027×1000/10≈94300
△p=(13.6-1.0)×400×9.81≈49440P
△p=λ(l/d)(u/2)ρ
∴λ=49440×0.027×2/(5.29×3.491000)=0.0414
⑵在φ(1/2)″管中d=16.25mm,u=5.8m.s
Re=0.01625×5.8×1000/10≈94250≈Re1
在湍流区:
λ~(Re,ε/d),若两管绝对粗糙度接近,则ε/d<ε/d故λ>λ
6.(10分)题号1349第1章知识点400难度较难
如图示,液位恒定的A.B.C三水槽,通过a、b、c三条等径管线同时向D
a、b、c三条管线的摩擦损失相同。
Σha=Σhb=Σhc=HgJ.kg
7.(14分)题号1351第1章知识
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