化工原理 题库2流体计算题.docx
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化工原理 题库2流体计算题.docx
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化工原理题库2流体计算题
题库2流体流动计算题及答案
一.计算题
1.(10分)题号:
1262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0.64(m液柱),流经管道2的压强降为64(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=4uRe/Re=(duρ/μ)·μ/(duρ)=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:
1263第1章知识点:
100难度:
较难
以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。
已知各液面标高分别为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)
*****答案*****
按表压计算,Pa=0P=ρg(h1-h2),P=P
P=P+ρg(h-h)=ρg(h-h+h-h)
P=P-ρg(h-h)
=13.6×9.81(2.6-0.3+1.5-0.5)-1×9.81(3-0.5)=415.7kN.m
本题目有题图titu019
3.(10分)题号:
1264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?
*****答案*****
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/d
u=0.5×(0.2/0.1)=2m.s
u代入①
p-p=ρ(2-0.5/2)=1876N.m
∵p-p=ρgh
∴h=(p-p)/ρg=1875/(1000×9.81)=0.191m
本题目有题图titu020
4.(12分)题号:
1265第1章知识点:
340难度:
中等
水塔供水系统,管路总长Lm(包括局部阻力在内当量长度),1-1'到2-2'的高度Hm,规定供水量Vm.h。
当忽略局部阻力损失和动压头时,试导出管道最小直径dmin的计算式。
若L=150m,H=10m,V=10m.h,λ=0.023,求d
*****答案*****
在1-1′与2-2′间列柏努利方程,以通过水平管的中心线为水平基准面
(Z-Z)+(p-p)/ρg=hf=λ(L/d)u/2g
由p-p=0Z-Z=H
∴H=λ(L/d)u/2g而u=Vh/[3600(πd/4)]代入上式
H=λ(8VhL/3600πgd)
=>d=λ(8LVh/3600πgH)
∴d=[λ(8LVh/3600πgH)]代入数据:
d=[0.023×(8×150×10/3600×π×9.81×10)]
=0.0466m=46.6mm
本题目有题图titu021
5.(10分)题号:
1266第1章知识点:
430难度:
中等
一输油管,原输送ρ=900kg.m,μ=1.35泊的油品,现改输送ρ=880kg.m,μ=1.25泊的另一油品。
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,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%
6.(10分)题号:
1267第1章知识点:
340难度:
中等
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下游处流体静压强为多少Pa?
(Re=3×10-1×10时,λ=0.3164/Re)
*****答案*****
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)
7.(10分)题号:
1268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?
*****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×u×μ×l/d]=1/16
答:
因摩擦而引起的压降只有原来的1/16
8.(12分)题号:
1269第1章知识点:
340难度:
中等
用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油,流量为38.4吨.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%。
*****答案*****
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=Vs/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=1.616He=20+1.616×(430/0.1)×(1.415/2×9.81)=729.13m
N=Q·He·ρg/η=38400×729.13×9.81/(3600×0.5×1000)=152.6kw
9.(12分)题号:
1270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um.s,系统的Σhf=20.6(u/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*****
∵u≈0≈up=p
于是gZ=gZ+Σhf
g(Z-Z)=Σhf=20.6u/2
u=[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)=15.136m
增高为:
Z′-Z=15.136-11=4.136m
本题目有题图titu022
10.(12分)题号:
1271第1章知识点:
340难度:
容易
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。
*****答案*****
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
=λ(l/d)(u/2)=9.9u
∴317.7=9.81×20+9.807×10/1000+u/2+9.9u10.4u=23.43
∴u=1.5[m.s],V=(π/4)D×u×3600=0.785×(0.1)×1.5×3600=42.41[m.h]
本题目有题图titu023
11.(10分)题号:
1272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。
*****答案*****
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+hρ(b)
将式(a)代入式(b)并整理可得:
H=h[(2ρ/ρ)-1]或h=Hρ/(2ρ-ρ)
本题目有题图titu024
12.(12分)题号:
1273第1章知识点:
320难度:
中等
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)
*****答案*****
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
本题目有题图titu025
13.(15分)题号:
1274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。
*****答案*****
⑴在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面):
gZA+(uA/2)+(pA/ρ)=gZB+(uB/2)+(pB/ρ)+Σhf
pA-pB=ρΣhf=ρ·(λl/d)·(uA/2)+△ρ孔
uo=Co[2gR(ρA-ρ)/ρ]
=0.63[2×9.81×0.6(13600-867)/867]0.5=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(0.785×0.033×2.046×867)=130w
有效功率百分数=130/(500×0.6)×100%=43.3%
本题目有题图titu026
14.(12分)题号:
1275第1章知识点:
340难度:
容易
用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶剂(密度为
800kg.m,粘度为20cp)输送到反应器中。
设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m,见附图。
已知钢管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m,反应器内的压力恒定为4kgf.cm(表压),有机溶液输送量为6m.h,试确定泵提供的压头。
*****答案*****
取敞口贮槽液面为1-1截面,反应器内液面为2-2截面,在1-1与2-2截
面间列柏努利方程,并以1-1截面为基准面:
gZ+(u/2)+(p/ρ)+W=gZ+(u/2)(p/ρ)+Σhf
W=(Z-Z)g+[(u-u)/2]+[(p-p)/ρ]+Σhf
Σhf=λ[(l+le)/d](u/2)
u=(6/3600)/[(π/4)×0.05]=0.8488m.su≈u≈0Z=0
Re=duρ/μ=0.05×0.8488×800/(20×10)=1697.6<2000
则λ=64/Re=64/1697.6=0.0377
Σhf=0.0377×(25/0.05)×(0.8488/2)=6.7904J.kg
故W=(16-0)×9.807+4×9.807×10/800+6.7904=654.05J.kg
本题目有题图titu027
15.(14分)题号:
1276第1章知识点:
730难度:
较难
如图所示,假设两种流动状态的摩擦系数相等,离心泵的效率相等。
如将输送流量增加到原来流量的2倍,则其有效功率应增加为原来的几倍。
*****答案*****
λ=λ,η=η原来流动参数下标为1,流量加倍时下标为2,
两敞口液面间列柏努利方程得:
H=∑h=λ×∑(l+l)/d×(u/2)…
(1)
H=∑h=λ×∑(l+l)/d×(u/2)…
(2)
两种流动状态的流量比
Q/Q=u/u=2……(3)
(1)、
(2)、(3)式联解得:
∑h/∑h=H/H=u/u=4……(4)
N/N=QHρ/102η/(QHρ/102η)
=QH/(QH)=8
输送流量增加2倍时,则其有效功率为原来的8倍。
本题目有题图titu028
16.(10分)题号:
1277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?
*****答案*****
(1)P-P=Rg(ρ-ρ)
=0.65(13600-1000)×9.81
=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。
本题目有题图titu029
17.(10分)题号:
1278第1章知识点:
730难度:
容易
将20℃的水由水池打至一敞口高位槽中,槽内的水面与水池内的水面的垂直距离为31.6m。
管路总能量损失为50J.kg,流量为20m.h,试求理论功率为多少kw?
*****答案*****
gZ+u/2+P/ρ+W=gZ+u/2+P/ρ+∑h
Z=0,Z=31.6m,P=P,u≈0,u≈0,
∑h=50J/kg
W=gZ+∑h=9.81×31.6+50=360J/kg
m=20/3600×1000=5.556kg.s
N=Wm=360×5.556=2000J.s=2kw
18.(14分)题号:
1279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。
*****答案*****
A-B间列柏努利方程:
Z+u/2g+P/ρg=Z+u/2g+P/ρg+∑H
(P-P)/ρg-(Z-Z)=∑H
=λ(l+l)/d×u/2g
(15.2-14.8)×10/(820×9.81)-1=64/(duρ/μ)×(l+l)/d×u/2g
=64μ/(dρ)×(l+l)/d×u/2g
u=(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。
本题目有题图titu030
19.(15分)题号:
1280第1章知识点:
743难度:
容易
密度为1200kg.m的盐水,以25m.h的流量流过内径为75mm的无缝钢管。
两液面间的垂直距离为25m,钢管总长为120m,管件、阀门等的局部阻力钢管阻力的25%。
试求泵的轴功率。
假设:
(1)摩擦系数λ=0.03;
(2)泵的效率η=0.6
*****答案*****
Z+u/(2g)+P/ρg+H=Z+u/(2g)
+P/ρg+∑H
Z=0,Z=25m,u≈0,u≈0,P=P
∴H=Z+∑H=25+∑H
∑H=(λ×l/d×u/2g)×1.25
u=V/A=25/(3600×0.785×(0.075))=1.573m.s
∑H=(0.03×120/0.075×1.573/(2×9.81)×1.25=7.567m盐水柱
H=25+7.567=32.567m
N=QHρ/102=25×32.567×1200/(3600×102)=2.66kw
N轴=N/η=2.66/0.6=4.43kw
20.(10分)题号:
1281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)
*****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/(2g)
u=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
本题目有题图titu031
21.(10分)题号:
1282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:
进水管的流量为多少m.h?
*****答案*****
以水面与2-2截面列柏努利方程:
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
本题目有题图titu032
22.(12分)题号:
1283第1章知识点:
310难度:
中等
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?
*****答案*****
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)/ρ+Z
∴h=h(ρ-ρ)/ρ-(u-u)/2g
u=1m.s,u=u×(d/d)=4m.s
∴h=0.2×12.6-(16-1)/(2×9.81)
=1.755mHO=1755mmHO=17221Pa
本题目有题图titu033
23.(8分)题号:
1284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*****
(1)Re=duρ/μ=0.010×0.15×999.1/(1.14×10)
=1314<2000该
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