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化工原理(第一章练习题与答案)

第1章流体流动

学习目的与要求

1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。

2、掌握流体静力学平衡方程式。

3、掌握流体流动的基本概念——流量和流速,掌握稳定流和不稳定流概念。

4、掌握连续性方程式、柏努利方程式及有关应用、计算。

5、掌握牛顿黏性定律及有关应用、计算。

6、掌握雷诺实验原理、雷诺数概念及计算、流体三种流态判断。

7、掌握流体流动阻力计算,掌握简单管路计算,了解复杂管路计算方法。

8、了解测速管、流量计的工作原理,会利用公式进行简单计算。

综合练习

一、填空题

1.某设备的真空表读数为200 mmHg,则它的绝对压强为____________mmHg。当地大气压强为101.33 103Pa.

2.在静止的同一种连续流体的内部,各截面上__________与__________之和为常数。

3.法定单位制中粘度的单位为__________,cgs制中粘度的单位为_________,它们之间的关系是__________。

4.牛顿粘性定律表达式为_______,它适用于_________流体呈__________流动时。

5.开口U管压差计是基于__________原理的测压装置,它可以测量管流中___________上的___________或__________。

6.流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线,中心最大速度为平均速度的________倍。摩擦系数与_____________无关,只随_____________加大而_____________。

7.流体在圆形直管内作湍流流动时,摩擦系数λ是_____________函数,若流动在阻力平方区,则摩擦系数是_____________函数,与_____________无关。

8.流体在管内作湍流流动时,在管壁处速度为_____________。邻近管壁处存在_____________层,Re值越大,则该层厚度越_____________

9.实际流体在直管内流过时,各截面上的总机械能_________守恒,因实际流

体流动时有_____________。

10.测速管测得的是管道中___________速度,孔板流量计测得的是__________

速度。可从__________上直接读出被测流体的体积流量。

答案:

1. 560mmHg

2. 位能 静压能

3. s Pa . P 或cP 1s Pa P cP .10110132--?=?=

4.dy du

μτ= 牛顿型 滞流 5. 流体静力学 任意截面 表压强 真空度

6. 抛物线 2 管壁粗糙度 Re 减小

7. ε/d 及Re ε/d Re

8.

零 滞流内 薄 9. 不 摩擦阻力 10. 局部 平均速度 转子流量计

二、选择题

1. 在法定计量单位制中,粘度的单位为( )

A . cP

B .P

C .g/(cm .s)

D .Pa.s

2. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( )

A.同一种流体内部 B .连通着的两种流体

C 同一种连续流体 D.同一水平面上,同一种连续的流体

3. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体( )

A . 应作滞流流动

B . 应作湍流流动

C . 应作过渡流流动

D . 静止的

4.涡流粘度e 是( )。

A . 流动情况的函数.

B . 流体的物理性质

c .湍流时流体的粘稠度 D . 内摩擦力大小的指标·

5. 在一水平变径管道上,细管截面A 及粗管截面B 与U 管压差计相连,当流体

流过时压差计测量的是( )

A. A 、B 两截面间的总能量损失 B . A 、B 两截面间的动能差,

C . A 、B 两截面间的局部阻力

D . A 、B 两截面间的压强差

6. 直径为Φ57mm×3.5 mm 的细管逐渐扩到Φ108mm×4mm 的粗管,若流体在

细管内的流速为4 m/s ,则在粗管内的流速为( )。

A . 2 m/s

B . l m/s

C . 0.5 m/s

D . 0.25 m/s

7.气随直径不变的圆形管道内作等温定态流动各截面上的( ).

A . 速度相等

B . 体积流量相等

C . 速度逐渐减小

D . 质量流速相等

8. 流速在阻力平方区流动时的摩擦阻力( )

A .不变

B . 随流速加大而加大

C .与u 1.25成比例

D . 与u 2成比例

9. 孔板流量计与测速管都是属于定节流面积的流量计,利用( )来反映流

量的。

A . 变动的压强差

B . 动能差

C . 速度差

D . 摩擦阻力

10. 滞流和湍流的本质区别是( )。

A . 湍流的流速大于滞流的

B . 湍流的Re 值大于滞流的

C . 滞流无径向脉动,湍流有径向脉动

D . 湍流时边界层较薄-

答案:1.D 2.D 3.A 4.A 5.D 6.B 7.D 8.D 9.A 10. C

三、计算题

1. 燃烧重油所得的燃烧气,经分析知其中含CO 28.5%,O 27.5%,N 276%,

H 2O8%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。

解:混合气体平均摩尔质量

mol

kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度

33

3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ 2.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽,如附图所示。输送量为0.1m 3/min ,输送管路为φ38×3mm 的无缝钢

管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m ,且在压

送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m (不包括

出口),硫酸的密度为1830 kg/m 3,问酸蛋中应保持多

大的压力?

解: 以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为

2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’~

2-2’间列柏努力方程:

∑+++=++f h Z u g p Z u g g p 222212112121ρρ 简化:

∑++=f h Z u g

g p 222121ρ 其中: s m d V u s

/07.2032.0785.060/1.042

22=?==π

代入: )21(2221∑++=f h Z u g

g p ρ 题2 附图

)5.31007.281.921(81.918302++????= )(3.246表压a kP =

3.用泵将20℃水从水池送至高位槽,槽内水面高出池内液面30m 。输送量为30

m 3/h ,此时管路的全部能量损失为40J/kg 。设泵的效率为70%,试求泵所需的功率。

解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++222221112

121ρρ 简化: f e W g Z W ∑+=2

kg J /3.3344081.930=+?=

kW W V W m P e s e s e 786.23.3341000360030=??=

=?=ρ kW P P e 98.37

.0786.2===η 4.如附图所示,用泵将贮槽中的某油品以40m 3/h 的流量输送至高位槽。两槽

的液位恒定,且相差20m ,输送管内径为100mm ,管子总长为45m (包括所有局部阻力的当量长度)。已知油品的密度为890kg/m 3,粘度为0.487Pa ·s ,试计算泵所需的有效功率。

解: s m d V u s

/415.11.0785.0360040422

=?==π

20006.258487.0415.18901.0Re ?=??==

μρdu 247.06

.25864Re 64===∴λ 在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:

f e W u p

g Z W u p g Z ∑+++=+++222221112

121ρρ 简化: f e W g Z W ∑+=2

而: kg J u d l l W e f /2.1112

415.11.045247.022

2=??=∑+=∑λ kg J We /4.3072.11181.920=+?=∴

kW W V We m We Pe s s 04.38.30398903600404.307≈=??=??=?=ρ

题4 附图

5.如附图所示,密度为800 kg/m 3、粘度为1.5 mPa ·s 的液体,由敞口高位槽经φ114×4mm 的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa (表压),两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s ,管路中闸阀为半开,管壁的相对粗糙度d ε=0.002,试计算两槽液面的垂直距离z ?。 解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方

程:

f W u p

g Z u p g Z ∑+++=++222221112

121ρρ 简化: f W p Zg ∑+=

?ρ2

431048.8105.15.1800106.0Re ?=???==-μρdu 由 002.0=d ε ,查得026.0=λ

管路中: 进口 5.0=ξ

90℃弯头 75.0=ξ 2个

半开闸阀 5.4=ξ

出口 1=ξ

2

5.1)15.475.025.010

6.016030026.0(2)(2

2?++?+++?=∑+=∑∴u d l W f ξλ kg J /87.60=

m g W p Z f 6.2681.9/)87.608001016.0(/)(6

2

=+?=∑+=?∴ρ 题5 附图