第1章流体流动 习题及答案分解.docx
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第1章流体流动习题及答案分解
一、单选题
1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。
A
A质量;B粘度;C位能;D动能。
2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。
A
A密度;B粘度;C位能;D动能。
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.气体是()的流体。
B
A可移动;B可压缩;C可流动;D可测量。
5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。
C
A绝对压力;B表压力;C静压力;D真空度。
6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。
A
A绝对压力;B表压力;C静压力;D真空度。
7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。
D
A真空度;B表压力;C相对压力;D绝对压力。
8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。
A
A大于;B小于;C等于;D近似于。
9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。
A
A压力表;B真空表;C高度表;D速度表。
10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。
D
A大气压;B表压力;C相对压力;D绝对压力。
11.流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。
B
A.Um=1/2Umax;B.Um=0.8Umax;C.Um=3/2Umax。
12.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()。
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。
13.层流底层越薄()。
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。
14.双液体U形差压计要求指示液的密度差()C
A.大;B.中等;C.小;D.越大越好。
15.转子流量计的主要特点是()。
C
A.恒截面、恒压差;B.变截面、变压差;
C.恒流速、恒压差;D.变流速、恒压差。
16.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。
17.圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数是()。
B
A.Re≤2000;B.Re≥4000;C.Re=2000~4000。
18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg,当地大气压为101kPa,则泵入口处的绝对压强为()。
A
A.74.3kPa;B.101kPa;C.127.6kPa。
19.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。
C
A.2;B.8;C.4。
20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是()。
C
A.流动速度大于零;B.管边不够光滑;C.流体具有粘性。
21.在相同条件下,缩小管径,雷诺数()。
A
A.增大;B.减小;C.不变。
22.水在园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.1/4;B.1/2;C.2倍。
23.单位时间内流过管道任意截面的流体量称为()。
C
A流速;B流线;C流量;D流函数。
24.单位时间内流体在流动方向上所流过的()称为流速。
C
A宽度;B高度;C距离;D直线。
25.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体所具有的位能。
A
Agz;B
;C
;Dwe。
26.柏努利方程式中的
项表示单位质量流体所具有的()。
B
A位能;B动能;C静压能;D有效功。
27.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体所具有的静压能。
C
Agz;B
;C
;Dwe。
28.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体通过泵(或其他输送设备)所获得的能量,称为有效功。
D
Agz;B
;C
;Dwe。
29.柏努利方程式中的()项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。
D
Agz;B
;C
;D
。
30.流体在直管中流动,当()≤2000时,流体的流动类型属于层流。
A
ARe;BPr;CNu;DGr。
31.流体在直管中流动,当Re()4000时,流体的流动类型属于湍流。
B
A<;B≥;C≤;D≠。
32.流体在直管中流动,当2000<()<4000时,流体的流动类型属于不稳定的过渡区。
A
ARe;BPr;CNu;DGr。
33.流体在管内作()流动时,其质点沿管轴作有规则的平行运动。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
34.流体在管内作()流动时,其质点作不规则的杂乱运动。
B
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
35.流体在圆管内()流动时,平均速度是最大速度的一半。
A
A层流;B湍流;C过渡流;D漩涡流。
36.对于(),当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。
B
A圆形管;B非圆形管;C矩形管;D直管。
二、填空题
1.流体静力学基本方程式
或
2.定态流动的柏努利方程式––––能量衡算式
1kg流体:
[J/kg]
3.单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。
4.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__。
5.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___850__mmHg,真空度为__-100__mmHg。
6.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_113404__Pa,真空度为_-133402__Pa。
7.某物的比重为0.879,其密度为_879kg/m3_,其比容为_0.00114m3/kg_。
8.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15.7kg./s,其体积流量为_0.0157m3/s,平均流速为_2.0m/s。
9.当20℃的甘油(ρ=1261kg/m3,μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时,若流速为1.0m/s时,其雷诺准数Re为__84.1__,其摩擦阻力系数λ为__0.761__。
10.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__。
11.测量流体流量的流量计主要有如下四种:
_转子流量计,孔板流量计,_文丘里流量计,__湿式气体流量计_,测量管内流体点的速度,则用_皮托管___。
12.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__。
13.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_。
14.流体体积流量一定时,有效截面扩大,则流速减少_,动压头_减少_,静压头_增加_。
15.理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时,在管子直径缩小的地方,其静压力_减少_。
16.套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成,则环隙的流通截面积等于_1633mm2_______,润湿周边等于_242mm__,当量直径
等于_27mm_。
17.流体在等径管中作稳定流动,流体由于流动而有摩擦阻力损失,流体的流速沿管长__不变__。
18.液柱压力计量是基于_流体静力学__原理的测压装置,用U形管压差计测压时,当一端与大气相通时,读数R表示的是___表压___或__真空度__。
19.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__2__倍。
20.米糠油在管中作层流流动,若流量不变,管长不变,管径增加一倍,则摩擦阻力损失为原来的__1/16__倍。
21.当Re为已知时,流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__64/Re_,在管内呈湍流时,摩擦系数λ与___Re__、___ε/d__有关。
22.液体的粘度随温度升高而__减小_,气体的粘度随温度的升高而_增大_。
23.某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是_抛物线__型曲线,其管中心最大流速为平均流速的__2倍__倍,摩擦系数λ与Re的关系为__λ=64/Re_。
24.牛顿型流体与非牛顿型流体的主要的区别是_牛顿型流体符合牛顿粘性定律__。
25.稳定流动的定义是__流动状况不随时间而变____。
三、计算题
1.一套管换热器的内管外径为80mm,外管内径为150mm,其环隙的当量直径为多少?
解:
de=4×
=4×
=150–80=70mm
2.某液体在一管路中稳定流过,若将管子直径减小一半,而流量不变,则液体的流速为原流速的多少倍?
解:
V=uA,u1A1=u2A2,A=
,当d1=2d2时
u1
=u2
,有
,
,即
得u2=4u1
3.一定量的液体在圆形直管内作滞流流动。
若管长及液体物性不变,而管径减至原有的一半,问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍?
解:
流动阻力
,设管径改变后
,则根据u1A1=u2A2
可得u2=4u1,滞流时
,
=
,
,∴
4.某设备上真空表的读数为13.3×103Pa,计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为98.7×103Pa。
解:
绝对压强=大气压—真空度=98.7×103—13.3×103=85.4×103Pa
表压强=—真空度=—13.3×103Pa
5.甲乙两地的平均大气压强分别为85.3×103Pa和101.33×103Pa,在甲地操作的真空精馏塔塔顶的真空表读数为80×103Pa,在乙地操作时,若要求塔内维持相同的绝对压强,真空表读数应为多少?
解:
在甲地绝对压强=大气压—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa
在乙地真空度=大气压—绝对压强=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa
6.在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103Pa,在天津操作时,若要求塔内维持相同的绝对压强,真空表的读数应为多少?
兰州地区的平均大气压强为85.3×103Pa,天津地区的平均大气压强为101.33×103Pa。
解:
在兰州绝对压强=大气压—真空度=85.3×103—80×103=5.3×103Pa
在天津真空度=大气压—绝对压强=101.33×103—5.3×103=96.03×103Pa
7.某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O(真空度)和1.6kgf/cm2(表压)。
若当地大气压为760mmHg,求此设备进、出口的压强差。
(用SI制表示)
解:
进口P1(绝压)=P(大气压)-P(真空度)
出口P2(绝压)=P(大气压)+P(表压)
P1(真空度)=1200mmH2O=0.12kgf/cm2
P1(绝压)-P2(绝压)=-[P1(真空度)+P2(表压)]
=-(0.12+1.6)=-1.72kgf/cm2
=-1.72×9.81×104=-1.687×105N/m2
11.有一内径为25mm的水管,如管中水的流速为1.0m/s,求:
(1)管中水的流动类型;
(2)管中水保持层流状态的最大流速(水的密度ρ=1000kg/m3,粘度μ=1cp)。
解:
(1)Re=duρ/μ=0.025×1×1000/0.001=25000>4000
流动类型为湍流。
(2)层流时,Re≤2000,流速最大时,Re=2000,即duρ/μ=2000
∴u=2000μ/dρ=2000×0.001/(0.025×1000)=0.08m/s
12.密度为850kg/m3、粘度为8×10-3Pa·s的液体在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1m/s。
计算:
(1)雷诺准数,并指出属于何种流型;
(2)若要使该流动达到湍流,液体的流速至少应为多少?
解:
(1)Re=duρ/μ=0.014×1×850/8×10-3=1487.5≤2000
流动类型为层流
(2)湍流时,Re≥4000,流速最小时,Re=4000,即duρ/μ=4000
∴u=4000μ/dρ=4000×0.008/(0.014×850)=2.69m/s
13.用
108×4mm的钢管从水塔将水引至车间,管路长度150m(包括管件的当量长度)。
若此管路的全部能量损失为118J/kg,此管路输水量为若干m3/h?
(管路摩擦系数可取为0.02,水的密度取为1000kg/m3)
解:
能量损失
118J/kg
∴u=2.8m/s
流量V=uA=2.8×
79.13m3/h
14.用Φ168×9mm的钢管输送原油。
管线总长100km,油量为60000kg/h,油管最大抗压能力为1.57×107Pa。
已知50℃时油的密度为890kg/m3,粘度为181cp。
假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计。
问:
为完成上述输油任务,中途需设几个加压站?
解:
u1=u2,Z1=Z2,
u=V/A=(60000/890)/(3600×0.785×0.152)=1.06m/s
Re=duρ/μ=0.15×1.06×890/(181×10-3)=782
层流λ=64/Re=64/782=0.0818
ΔP=λ(l/d)(u2/2)ρ=0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890=2.72×107Pa
n=2.72×107/(1.57×107)=1.73
中途应设一个加压站
15.在附图所示的储油罐中盛有密度为960kg/m3的油品。
油面高于罐底9.6m,油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为760mm圆孔,其中心距罐底800mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106Pa,问:
至少需要几个螺钉?
解:
设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为
p,则p就是管内液体作用与孔盖上的平均
压强。
由流体静力学基本方程式知
作用在孔盖外侧的是大气压强pa,故孔盖内外两侧所受压强差为
作用在孔盖上的静压力为
每个螺钉能承受的力为
螺钉的个数=3.76×104/6.04×103=6.23个
即至少需要7个螺钉。
16.某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。
测得R1=400mm,R2=50mm,指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散,在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R3=50mm。
求A、B两处的表压强。
解:
U管压差计连接管中是气体,其密度远远小于水银及水的密度,由气柱高度所产生的压强差可以忽略。
设R2下端为C点,R1下端为D点,因此可认为PA≈PC,PB≈PD。
PA≈PC=ρH2OgR3+ρHggR2
=1000×9.81×0.05+13600×9.81×0.05
=7161N/m2(表压)
PB≈PD=PA+ρHggR1
=7161+13600×9.81×0.4
=6.05×104N/m2(表压)
17.根据本题附图所示的微差压差计的读数,计算管路中气体的表压强p。
压差计中以油和水为指示液,其密度分别为920kg/m3及998kg/m3,U管中油、水交界面高度差R=300mm。
两扩大室的内径D均为60mm,U管内径d为6mm。
(当管路内气体压强等于大气压强时,两扩大室液面平齐。
)
解:
当管路内的气体压强等于大气压强时,两扩大室的液面平齐,则两扩大室液面差
Δh与微差压差计读数R的关系为
当压差计读数R=300mm时,两扩大室液面差为
m
则管路中气体的表压强为
p=(998-920)×9.81×0.3+920×9.81×0.003=257N/m2(表压)
18.用泵将水从水池送至高位槽。
高位槽液面高于水池液面50m,管路全部能量损失为20J/kg,流量为36m3/h,高位槽与水池均为敞口。
若泵的效率为60%,求泵的轴功率。
(水的密度取为1000kg/m3)
解:
设水池液面为1-1'截面,高位槽液面为2-2',以水池液面为基准水平面,在两截面间列柏努利方程式。
Z1=0,Z2=50m,u1≈0,u2≈0,P1=P2=0(表压),Σhf=20J/kg
∴we=9.81×50+20=510.5J/kg
水的质量流率ws=36×1000/3600=10kg/s
有效功率Ne=we·ws=510.5×10=5105W
轴功率N=5105/0.6=8508.3W
19.水以2.5m/s的流速流经
38×2.5mm的水平管,此管以锥形管与另一
38×3mm的水平管相连。
如附图所示,在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。
若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg,求两玻璃管的水面差(以mm记),并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。
(水的密度取为1000kg/m3)
解:
上游截面A-A',下游截面B-B',通过管子中心线作基准水平面。
在两截面间列柏努利方程式。
式中ZA=ZB=0,uA=2.5m/s,ΣhfA,B=1.5J/kg
根据连续性方程式,对于不可压缩流体
有
m/s
两截面的压强差为
=
=868.55N/m2
即
mmH2O
由于
∴pB>pA
20.如图所示,常温的水在管道中流过,两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银,密度为Hg,测压连接管内充满常温的水,密度为w,两U形管的连通管内充满空气。
若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度,测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2,试求a、b两点间的压力差
。
解:
,
,
,
,
而
,
所以
21.在如图所示的测压差装置中,U形管压差计中的指示液为水银,其密度为Hg,其他管内均充满水,其密度为w,U形管压差计的读数为R,两测压点间的位差为h,试求a、b两测压点间的压力差
。
解:
由
所以
所以
22.用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如本题附图所示。
管路的直径均为
76×2.5mm。
在操作条件下,泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa;水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按
与
计算。
由于管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/s。
排水管与喷头处的压强为98.07×103Pa(表压)。
求泵的有效功率。
(水的密度取为1000kg/m3)
解:
(1)水在管内的流速与流量
设储槽水面为上游截面1-1',真空表连接处为下游截面2-2',并以截面1-1'为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程。
式中Z1=0,Z2=1.5m,p1=0(表压),p2=-24.66×103Pa(表压)
u1≈0,
将上列数值代入柏努利方程式,解得水在管内的流速u2
m/s
水的流量ws=uAρ=
kg/s
(2)泵的有效功率
设储槽水面为上游截面1-1',排水管与喷头连接处为下游截面2-2',仍以截面1-1'为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程。
式中Z1=0,Z2=14m,u1≈0,u2=2m/s,p1=0(表压)
p2=98.07×103Pa(表压),
将上列数值代入柏努利方程式,解得
we
J/kg
泵的有效功率Ne=we·ws=285.41×7.92=2260W
23.在本题附图所示的实验装置中,于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计,以测量两截面之间的压强差。
当水的流量为10800kg/h时,U管压差计读数R为100mm。
粗、细管的直径分别为Φ60×3.5mm与Φ42×3mm。
计算:
(1)1kg水流经两截面间的能量损失;
(2)与该能量损失相当的压强降为多少Pa?
(水的密度取为1000kg/m3)
解:
(1)1kg水流经两截面间的能量损失
设导管在上游的连接处为截面1-1',下游的连
接处为截面2-2',并通过管轴作基准水平面。
在两截面间列柏努利方程
式中Z1=Z2=0,u=ws/Aρ
m/s
m/s
∵
,∴
J/kg
将以上各数值代入柏努利方程式,解得
J/kg
(2)与该能量损失相当的压强降
N/m2
24.在图示装置中,水管直径为Φ57×3.5mm。
当阀门全闭时,压力表读数为0.3大气压,而在阀门开启后,压力表读数降至0.2大气压。
设管路入口至压力表处的压头损失为0.5mH2O,求水的流量为若干m3/h?
解:
阀门全闭时,由P2=ρgH,H=0.3×1.013×105/(1000×9.81)=3.1m
即水槽液面距阀门中心线的高度为3.1m。
阀门开启时,以水槽液面为上游截面1-1',压力表处为下游截面2-2',管路中心线为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程式
Z1=H=3m,Z2=0,P1=0,P2=0.2×1.013×105Pa,u1≈0,Σhf/g=0.
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- 第1章 流体流动 习题及答案分解 流体 流动 习题 答案 分解