化工原理第一章题库与解答.docx
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化工原理第一章题库与解答
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＝；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.；B.101kPa；C.。
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,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,其摩擦阻力系数λ为。
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,管入口的局部阻力系数等于。
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×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×103Pa。
解：
绝对压强=大气压—真空度=×103—×103=×103Pa
表压强=—真空度=—×103Pa
5．甲乙两地的平均大气压强分别为×103Pa和×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=×103—80×103=×103Pa
在乙地真空度=大气压—绝对压强=×103—×103=×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×103Pa，天津地区的平均大气压强为×103Pa。
解：
在兰州绝对压强=大气压—真空度=×103—80×103=×103Pa
在天津真空度=大气压—绝对压强=×103—×103=×103Pa
7．某设备的进、出口压强分别为1200mmH2O（真空度）和kgf/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=kgf/cm2
P1（绝压）-P2（绝压）=-[P1（真空度）+P2（表压）]
=-（+）=kgf/cm2
=××104=×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=×1×1000/=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×（×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=×1×850/8×10-3=≤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×（×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，水的密度取为1000kg/m3）
解：
能量损失118J/kg
∴u=2.8m/s
流量V=uA=×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×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××=1.06m/s
Re=duρ/μ=××890/（181×10-3）=782
层流λ=64/Re=64/782=
ΔP=λ（l/d）（u2/2）ρ=×（105/×2）×890=×107Pa
n=×107/×107）=
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×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=×104/×103=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××+13600××
=7161N/m2（表压）
PB≈PD=PA+ρHggR1
=7161+13600××
=×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）××+920××=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=×50+20=J/kg
水的质量流率ws=36×1000/3600=10kg/s
有效功率Ne=we·ws=×10=5105W
轴功率N=5105/=W
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J/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=J/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
==N/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×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×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=×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=×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=×=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，压力表读数为大气压,而在阀门开启后，压力表读数降至大气压。
设管路入口至压力表处的压头损失为mH2O，求水的流量为若干m3/h
解：
阀门全闭时，由P2=ρgH，H=××105/（1000×）=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=××105Pa，u1≈0，Σhf/g=mH2O
代入上式
=××105/（1000×）+/（2×）+
解得u2=3.24m/s
Vh=（π/4）d2u×3600=22.9m3/h
25．如图所示，密度为850kg/m3的料液从高位槽送入塔中，高位槽内的液面维持恒定。
塔内表压强为×103Pa，进料量为5m3/h。
连接管直径为38×2.5mm，料液在连接管内流动时的能量损失为30J/kg（不包括出口的能量损失）。
求：
高位槽内的液面应比塔的进料口高出多少
解：
以高位槽液面为上游截面1-1＇，连接管出口内侧为下游截面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。
式中Z1=0，u1≈0，m/s
p1=0（表压），p2=×103Pa（表压），Σhf=30J/kg
将上述数值代入柏努利方程，解得
m
高位槽内的液面应比塔的进料口高4.37m。
26．如图所示，用泵将储槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内。
储槽内液面维持恒定，其上方与大气相同。
蒸发器内的操作压强为200mmHg（真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15m，输送管道的直径为68×4mm，送料量为20m3/h，溶液流径全部管道的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。
解：
以储槽的液面为上游截面1-1＇，管路出口内侧为下游截面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。
式中Z1=0，Z2=15m，p1=0（表压），Pa（表压）
u1≈0，m/s，Σhf=120J/kg
将以上各项数值代入柏努利方程中
J/kg
kg/s
Ne=we·ws=×=1647W
27．附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab
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