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化工原理题库流体计算题

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(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/2 u=4u Re/Re=(d uρ/μ)·μ/(d uρ)=1/2

∴Re=900 λ=64/Re=

∴λ2 =

△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×=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=,h=,h=,h=, h=。求此密闭容器水面上方的压强P)(表压)

*****答案*****

按表压计算,Pa=0 P=ρg(h1 -h2 ), P=P

P=P+ρg(h -h)=ρg(h-h+h-h)

P=P-ρg(h -h )

=× =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,流速为,由于水的压强产生水柱高1m; 截面2处管内径为。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+hf ①

p-p=ρg(u/2g-u/2g)=ρ(u/2-u/2)

u/u=d/d

u=×=

u代入①

p-p=ρ(2/2)=

∵p-p=ρgh

∴h=(p-p)/ρg=1875/(1000×=

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L m(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V m.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=,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=0 Z-Z=H

∴H=λ(L/d)u/2g 而u=Vh /[3600(πd/4)]代入上式

H=λ(8Vh L/3600πgd)

=> d=λ(8LVh /3600πgH)

∴d=[λ(8LVh /3600πgH)]代入数据:

d=[×(8×150×10/3600×π××10)]

==

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=,μ=泊的油品,现改输送ρ=,μ=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

u u/ρ=u u/ρ

∴u/u=μρ/μρ

=×880/×900=

输油量比原来增加%

6.(10分) 题号:1267 第1章知识点:340 难度:中等

密度为,粘度为1cp的水,以10m.h(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=Re)

*****答案*****

u=V/(πd/4)=10/(3600×π×/4)=由柏式: Z=Z u=u

∴p/ρ=p/ρ+ λ(l/d)(u/2)

p=p-λ(l/d)(ρu/2)

=××10×(100/×/2)×1000

=×10(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)d u=(π/4)d u=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=μ l=l u=u/4 d=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, 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=20m l+Σle =430m d=108-2×4=100mm=

u=Vs/

=38400/3600×××960 =

λ=64/Re=64/= He=20+×(430/×/2×=

N=Q·He·ρg/η=38400××(3600××1000) =

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×的铜管,已知料液在管中的流速为u ,系统的Σhf=(u/2 ),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≈u p=p

于是gZ=gZ+Σh f

g(Z-Z)=Σhf =/2

u=[2g(Z-Z)/]

=(2××6/= =5+×/(2× =

增高为:Z′-Z==

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×10,管内摩擦系数为,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。求输水量为多少m.h。

*****答案*****

Z g+(p/ρ)+(u/2)+W=Z g+(p/ρ)+(u/2)+Σhf

已知数据:

Z=0;P(表)=0;u≈0;W=[];

Z=20[m];p=×10 [](表);ρ=1000[]

简化上式:

W=Z g+(p/ρ)+(u/2)+Σhf又Σhf

=λ(l/d)(u/2)=

∴=×20+×10/1000+u/2+=

∴u=[] , V=(π/4)D×u×3600=×××3600=[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=。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=×13600×=

p=×1000×=

u=(100/50)u=4u

代入(1)可得:15u=2(p-p)/ρ=8012

u= Vs=(π/4)D u=.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×、长为30m的水平直管段AB, 并装有孔径

为的标准孔板流量计来测量流量,流量系数 Co=。流体流经孔板永久压强降为×10,AB 段的摩擦系数可取为。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]

=[2××(13600-867)/867]0 . 5= u=33)×= ∴pA -pB=×(30/×/2)×867+×10=

⑵Ne==(74590/867)[(π/4)d uρ]

=86×××867)=130w

有效功率百分数=130/(500××100%=%

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×的钢管, 将敞口贮槽内的有机溶剂(密度为

,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(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)×]= u≈u≈0 Z=0

Re=duρ/μ=××800/ (2 0×10) =<2000

则λ=64/Re=64/=

Σhf=×(25/×

故W=(16-0)×+4××10

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=Q Hρ/102η/(Q Hρ/1 02η)

=Q H/(Q H)=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

(1)P-P=Rg(ρ-ρ)

=0.65(13600-1000)×9.81

=80343.=8190m mH O

(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)

=0.49mH O

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。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

gZ+u/2+P/ρ+W=gZ+u/2+ P/ρ+∑h

Z=0,Z=,P=P,u≈0,u≈0,

∑h=50J/kg

W=gZ+∑h=×+50=3 60J/kg

m=20/3600×1000= N=Wm=360×=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=×10,P=×10。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=,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

=64μ/(dρ)×(l+l)/d×u/2g

u=×2×××820/(64×121×10×=

校验:R=duρ/μ=××820/(121×10)=651<2000

∴ V=Au=()×

=×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=;(2)泵的效率η=

*****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)×

u=V/A=25/(3600××( 5))=∑H=(×120/×/(2×)× =盐水柱

H=25+=

N=Q Hρ/102=25××120 0/(3600×102)=

N轴=N/η==

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,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)=1mH O,u=

∴P/(ρg)-P/(ρg)=u/(2g)-u/(2g)

u=u(d/d)=1×(250/150)=∴h=P/(ρg)-P/(ρg)=/(2× 1)-1/(2×=O

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×;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=-4mH O

∑H=12u/2g+9u/2g=21u/2g=21u/2g

21u/2g+u/2g=22u/2g=4-3=1m

∴u=(2×22)=∴V=3600×()×=.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=,u=u×(d/d)=

∴h=×-(16-1)/(2×)

=O=1755mmH O=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,试问:(1)该流动类型是层流还是湍流(2)如上游压强为,流经多长管子,流体的压强降至15℃水的密度为,粘度为。*****答案*****

(1)Re=duρ/μ =××(×10)

=1314<2000 该流体作层流流动

(2)根据泊谡叶方程式ΔP=32μlu/d

∴l=ΔPd/(32μu)

=(7-3)××10×/(3 2××10×)=7171m

24.(10分) 题号:1285 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)

*****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=P-Rρg

=(R+R)ρg-(R+R)ρg

本题目有题图titu034

25.(10分) 题号:1286 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

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