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
得水柱差h＝115mm，管外空气的密度ρ＝，求管中静止煤气的密度ρ为多大
*****答案*****
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 ＝×（－）/20
＝。
本题目有题图titu035
26.(15分) 题号:1287 第1章知识点:570 难度:较难
用泵将密度为，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=，水的密度为。试求:(1)输油量是多少m.h (2)若泵的效率为，计算泵的轴功率。*****答案*****
⑴uo =Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]