化工原理第1章第二章复习题.docx

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化工原理第1章第二章复习题

“化工原理”第一章复习题及参考答案

（化0703班、0704班，2009-9-1）

一、填空题：

1.（3分）雷诺准数的表达式为________________。

当密度ρ＝1000kg/m3,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__________,其流动类型为______.（Re=dｕρ/μ;105；湍流）

2.（2分）某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m/s,此时管内的平均流速为_________.（1m/s）

3.（2分）牛顿粘性定律用粘滞力的表达式为_______________.用剪应力的表达式为_______________.（F'=μAdu/dy;τ=μdu/dy）

4.（2分）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_________mmHg,真空度为_______mmHg.（850;-100）

5.（2分）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11.8kg/s/,其体积流量为___________.平均流速为__________.（0.0118m3/s,1.5m/s）

6.（4分）当20℃的水（ρ=998.2kg/m3,μ=1.005厘泊）在内径为100mm的光滑管内流动时,若流速为1.0m/s时,其雷诺准数Re为______,直管摩擦阻力系数λ为_____.（9.93×104;0.0178）

7.（2分）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）

8.（3分）测量流体流量的流量计主要有如下四种:

_____,______,____,_______,测量管内流体点的速度,则用____.（转子流量计;孔板流量计;丘里流量计;湿式气体流量计;皮托管）

9.（2分）测量流体压强的仪器主要有如下两种:

______,_____.（U管压差计;弹簧压力计）

10.（4分）计算管道流体局部阻力的方法有:

________,____________,其相应的阻力计算公式为_____________,____________,（当量长度法;阻力系数法;hf=λ（le/d）（u2/2g）;hf=（u2/2g））

11.（3分）题号1038第1章知识点400难度容易

在流体阻力计算中,当量长度的定义是_______________________________________.

（能产生与某局部阻力相当的直管长度,称为该局部阻力的当量长度。

）

12.（2分）管出口的局部阻力系数等于________,管入口的局部阻力系数等于______.（1.0;0.5）

13.（3分）理想流体是指＿＿＿＿______＿＿＿；而实际流体是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗能量。

）

14.（3分）流体体积流量用＿＿＿＿＿来计算；质量流量用＿＿＿＿＿来计算；而流体流速用＿＿＿＿＿来计算。

（Vs＝u.Ams＝u.A.ρu＝Vs/A）

15.（3分）流体在园直管内流动，当Re≥4000时的流型称为＿＿＿，其平均速度与最大流速的关系为＿＿＿＿＿＿，而Re≤2000的流型称为＿＿＿，其平均速度为＿＿＿＿＿＿。

（湍流，um＝0.8umax，滞流，um＝0.5umax。

）

16.（3分）流体体积流量一定时,有效截面扩大,则流速＿＿＿,动压头＿＿＿,静压头＿＿＿。

（填增加,减少,不变）（减少,减少,增加。

）

17.（2分）当量直径的定义是de＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿,在套管环间流动的流体,外管的内径是d1,内管的外径是d2,则当量直径de＝＿＿＿＿＿＿＿。

（de＝4×流通截面积/浸润周边;de＝d1－d2）

18.流体的粘度指__________________________。

粘度值随温度变化而变化,对于液体，温度升高，粘度________；对于气体，温度升高，粘度________。

（流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力;减少;增大）

19.（2分）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______倍。

（2倍）

20.（3分）柏努利方程如衡算基准以J/kg表示,柏努利方程可表示为＿＿＿＿＿＿＿＿＿______________＿,若用J/m3表示则可表示为________＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（gZ1+P1/ρ+u12/2=gZ2+P2/ρ+u22/2+∑Wf;ρgZ1+P1+u12/2×ρ=ρgZ2+P2+u22/2×ρ+∑Wfg）

21..（2分）孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：

前者是恒______,变_____；后者是恒_________,变_________。

（截面；压差；压差；截面）

22.（2分）在测速管中,测压孔正对水流方向的测压管液位代表______,流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表__________。

（冲压头；静压头）

23.（3分）某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是_______型曲线,其管中心最大流速为平均流速的_______倍,摩擦系数λ与Re的关系为___________。

（抛物线；;2倍;λ＝64/Re）

24.（3分）水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将_____,摩擦系数________,管道总阻力损失________。

（减小;增大;不变）

25.（2分）流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有_________。

（粘性）

26.（2分）液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长_______,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_________。

（不变;降低）

27.（4分）流体在圆形直管中作层流流动,如果流量等不变,只是将管径增大一倍,则阻力损失为原来的________。

（1/16）

28（4分）液体在园管内作稳定连续滞流流动时,其摩擦阻力损失与管内径的______次方成反比。

（2）

29.（2分）水塔内的水能通过管路引至各车间使用,这是因为水塔内的水具有______。

（高位压头）

30.（4分）流体在园管内流动时,由于流体具有粘性,使得___________处速度为零,管的________处速度最大。

（管壁；中心）

31.（4分）测量流体的流量一般可采用________________________等流量计。

测量管内流体点速度,则用_____________。

（孔板；文丘里；转子；皮托管。

）

32..（3分）在输送液体的管路中,要使P1-P2=△Pf的条件_________________。

（管径相等，处于同一水平面，无外加能量。

）

33.（2分）圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022mm3/s,质量流量为_________,平均流速为_______。

（22kg/s;2.8m/s）

二、选择题

1.（2分）一个被测量体系外柱按上一个U型压差计,出现如图情况,说明体系与大气压是（）关系（答案A）

A.体系＞大气压B.体系＜大气压C.体系＝大气压

2.（3分）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（）（答案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

3.（2分）层流与湍流的本质区别是：

（）。

（*答案*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.（2分）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。

***答案***（*答案*C）

A.2B.8C.4

5.（2分）柏努利方程的物理意义可以从题图中得到说明,若忽略A,B间的阻力损失，试判断B玻璃管水面所处的刻度。

（）

（*答案*A）

A.a位置B.c位置C.b位置

6.（2分）流体在管路中作稳态流动时,具有（）特点.（D）

A.呈平缓的滞流B.呈匀速运动

C.在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；

D.任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化

7.（2分）园管的摩擦系数λ=64/Re公式的适用范围是（）。

（*答案*A）

A.滞流B.过渡流C.湍流

8.（4分）流体在园管内作滞流流动时,阻力与流速的（）成比例,作完全湍流时,则呈（）成比例。

（*答案*C；A）

A.平方B.五次方C.一次方

9.（2分）稳定流动是指流体在流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（）。

（*答案*A）

A.仅随位置变，不随时间变B.仅随时间变、不随位置变

C.既不随时间变，也不随位置变

10.（4分）如图所示,当阀门关闭时,E、F、G的压强关系为：

PE（）PG（）PF.当阀门打开后：

PE（）PG（）PF（***答案***A;A;C;C）

A.等于B.小于C.大于

三、判断题：

1.（2分）流体在园管内作稳定流动时,其流速与管径的一次方成反比。

（）（*答案*×）

2.（2分）当输送流体的管径一定时，增大流体的流量，雷诺准数减少。

（）（*答案*×）

3.（2分）牛顿粘性定律是：

流体的粘度越大,其流动性就越差。

（）（*答案*×）

4.（2分）流体在管内以湍流流动时,在近管壁处存在层流内层,其厚度随Re的增大而变薄。

（）（*答案*√）

5.（2分）当量直径即可用来计算非园形管的雷诺数（）；也可用来计算流体在非园形管内的流速。

（）（*答案*√;×）

6.（2分）流体在园管内流动时,管的中心处速度最大,而管壁处速度为零。

（）（*答案*√）

7.（2分）流体在园形管道中流动时,管壁处的流速为中心处流速的0.5倍。

（）（*答案*×）

8.（2分）液体在园形管中作滞流流动时,其它条件不变,而流速增加一倍,则阻力损失增加一倍（）（*答案*√）

9（2分）转子流量计可用来测量高压蒸汽（）和腐蚀性流体（）的流量。

（×;√）

10．（2分）题号1288第1章知识点100难度容易

　　在静止的处于同一水平面上的各点的液体的静压强都相等。

（）实验证明,当流体在管内流动达完全湍流时,λ与雷诺数的大小无关。

（）（*答案*×;√）

四、问答题

1.（8分）什么是流体连续稳定流动？

流体流动的连续性方程的意义如何？

***答案***流体连续稳定流动是指流体在流动时，流体质点连续的充满其所在空间，流体在任一截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。

流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择，及其控制。

2.（8分）Z1＋p1/ρｇ＝Z2＋p2/ρｇ

（1），ｐ＝ｐa＋ρｇh

（2）；这两个静力学方程式说明些什么？

***答案***

（1）说明静止的连续的同一流体,同一水平面上的各点，深度相同，它的压强亦相等；

（2）说明液体内部任一点的压强是液面深度的函数，距离液面越深，则压强越大，当液面压强变化，必将引起液体内部各点发生同样大小的变化。

3.（6分）如图,有一敞口高位槽,由管线与密闭的低位水槽相连接,

在什么条件下,水由高位槽向低位槽流动？

为什么？

***答案***

pa/ρ+Zg=p2/ρ+Σhf；

当（pa/ρ+Zg）>p2/ρ时,由1流向2,

当（pa/ρ+Zg）

4.（10分）用如图所示的实验装置得实验记录如下表所示：

皮托管编号

1

2

3

4

管内直径mm

12.7

21

12

12

皮托管测压孔高度mm

72

72

72

21

关闭阀A，玻管水柱高度mm

472

472

472

472

全开阀A皮托管测压孔

柱高度mm（平行水流方向）

435.5

407.5

405.1

376.5

全开阀A皮托管测压孔

柱高度mm（正对水流方向）

389.5

401.8

347.6

322

根据以上实验数据，回答下列问题：

（1）、第4点的位压头，静压头和动压头各为多少mmH2O？

（2）、水由第2点处流到3点处的阻力损失压头为多少mmH2O？

（3）、第1点的速度为多少m/s?

***答案***

（1）Z4=21（mmH2O）,P4/（ρg）=H4-Z4=322-21=301（mmH2O）；

h动4=u42/（2g）=376.5-322=54.5（H2O）

（2）hf（2-3）=407.5-405.1=2.4（mmH2O）

（3）∵u12/（2g）=435.5-389.5=46（mmH2O）；∴u1=0.95m/s

五、计算题

1.（12分）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H（m）,规定供水量Vm3/h。

当忽略管出口局部阻力损失时，试导出管道最小直径dmin的计算式。

若L=150m，H=10m,V=10m3/h,λ=0.023，求dmin

***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

gZA+uA2/2+pA/ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑Wf

（Z1-Z2）+（p1-p2）/ρg=Wf=λ（L/d）u22/2g；由（p1-p2）=0（Z1-Z2）=H

∴H=λ（L/d）u22/2g而u2=Vh/[3600（πd2/4）]代入上式

H=λ（8VhL/3600πgd2）

=>d2=λ（8LVh/3600πgH）∴d=[λ（8LVh/3600πgH）]0.5

代入数据：

d=[0.023×（8×150×10/3600×π×9.81×10）]=0.0466m=46.6mm

2.（12分）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ΣWf=20.6u2/2[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***

低液面2-2为基准，在1-1与2-2间列柏努力方程：

gZA+uA2/2+pA/ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑Wf

∵u1≈0≈u2;p1=p2

于是gZ1=gZ2+ΣWf

g（Z1-Z2）=ΣWf=20.6u2/2

u=[2g（Z1-Z2）/20.6]0.5=（2×9.81×6/20.6）0.5=2.39m/s

Z1′=Z2+20.6u′2/2g=5+20.6（1.3×2.39）2/（2×9.81）=15.14m

增高为：

Z1′-Z1=15.14-11=4.14m

3.（15分）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3.5×104N/m2，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+uA2/2+pA/ρ=gZB+uB2/2+pB/ρ+∑Wf

pA-p2=ρ∑Wf=ρλLu2/2d+△p孔

u0=C0[2gR（ρ2-ρ）/ρ]

=0.63[2×9.81×0.6（13600-867）/867]=8.284m/s

u=（16.4/33）2×8.284=2.046m/s

∴pA-pB=0.024×（30/0.033）×（2.0462/2）×867+3.5×104=74590N/m2

⑵Ne=We.Ws=（74590/867）[（π/4）d2uρ]=86（0.785×0.0332×2.046×867）=130w

有效功率百分数=130/（500×0.6）×100%=43.3%

4.（18分）如本题附图所示，槽内水位维持不变。

槽底部与内径为100mm钢管相连，管路上装有一个闸阀，阀前离管路入口端15m处安有一个指示液为汞的U管压差计，测压点与管路出口端之间距离为20m。

1．当闸阀关闭时测得R＝600mm，h＝1500mm；当闸阀部分开启时，测得R＝400mm，h＝1400mm，管路摩擦系数取0.02，入口处局部阻力系数取0.5，问每小时从管中流出水量为多少m3。

2．当阀全开时（取闸阀全开le/d＝15，λ＝0.018），测压点B处的静压强为若干N/m2（表压）。

***答案***

（1）当闸阀全关时，根据静力学关系：

（Z＋h）ρｇ＝R.ρ汞ｇ得水槽液位高度：

Z＝Rρ汞/ρ－h=0.6×13.6-1.5=6.66m

列A－A与B－B截面柏努利方程式：

Z＝ｕ2/2ｇ＋PB/ρｇ＋∑ｈf

PB/ρｇ＝（Rρ汞－hρ）/ρ=（0.4×13600-1.4×1000）/1000=4.04m

Z－PB/ρｇ＝ｕ2/2ｇ＋（λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ2/2ｇ＝（1＋λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ2/2ｇ

6.66－4.04＝（1＋0.02×15/0.1＋0.5）ｕ2/2ｇ＝4.5ｕ2/2ｇ

∴u＝（2.62×2×9.81/4.5）0.5＝3.38m/s

V＝0.785×0.12×3.38×3600＝95.5m3/h

（2）当闸阀全开时，列A－A与C－C截面柏努利方程：

Z＝ｕ’2/2ｇ＋∑hf’＝（1＋λ（l＋le）/d＋ζ）ｕ’2/2ｇ

6.66＝（1+0.018（35/0.1+15）+0.5）ｕ’2/2ｇ;解得u’＝4.02m/s,

由A－A与B－B截面间柏努利方程式得：

Z＝ｕ’2/2ｇ＋PB’/ρｇ＋∑ｈf’＝PB’/ρｇ＋（1＋λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ’2/2ｇ

∴PB’/ρｇ＝Z－（1＋λ（ｌ/d）＋ζ）ｕ’2/2ｇ

＝6.66－（1＋0.018×15/0.1＋0.5）×4.02/（2×9.81）＝3.2m,∴PB’＝31392N/m2

5.（15分）有一内径为d＝50mm的管子，用孔板流量计测量水的流量，孔板的孔流系数C0＝0.62，孔板内孔直径d0＝25mm，U形压差计的指示液为汞：

（1）U形压差计读数R＝200mm，问水的流量为多少？

（2）U形压差计的最大读数Rmax＝800mm，问能测量的最大水流量为多少?

（3）若用上述U形压差计，当需测量的最大水流量为Vmax＝30m3/h时，则孔板的孔径应该用多大？

（假设孔板的孔流系数不变）

（1）ｕ0＝C0（2ｇＲ（ρs－ρ）/ρ）0.5＝0.62（2×9.81×0.2×12.6）0.5＝4.36m/s

∴V＝0.785×0.0252×4.36×3600＝7.7m3/h

（2）ｕmax＝0.62（2Ｒmaxｇ（ρ－ρ）/ρ）0.5＝0.62（2×0.8×9.81×12.6）0.5＝8.72m/s

∴Vmax＝0.785×0.0252×8.72×3600＝15.4m3/h

（3）ｕmax＝8.72m/s;Vmax＝30m3/h

30＝0.785×d02×8.72×3600解得：

d0＝0.0349m＝34.9mm

即应该用d0＝35mm孔径的孔板。

6.（12分）用内径为300mm的钢管输送20℃的水，为了测量管内水流量，在2m长主管上并联了一根总长为10m（包括局部阻力的当量长度）内径为53mm的水煤气管，支管上流量计读数为2.72m3/h,求总管内水流量为多大？

取主管的摩擦系数为0.018，支管的摩擦系数为0.03。

***答案***

设主管中水流量为V1，支管中水流量为V2

则V＝V1＋V2

V2＝0.785d22u2×3600＝2.72m3/h

u2＝2.72/（3600×0.785×0.0532）＝0.343m/s

∑Wf2＝λ2（l2/d2）u22/2＝0.03×10/0.053×0.3432/2＝0.333Ｊ/kg

∑Wf2＝∑Wf1＝λ1（l1/d1）u12/2

∴0.018×2/0.3×u12/2＝0.333Ｊ/kg

解得u1＝2.36m/s

∴Vs＝π/4×d12ｕ1×3600＝0.785×0.32×2.36×3600＝600m3/h

∴总流量V＝600＋2.72＝602.72m3/h

7..（16分）在附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，在其中间装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量，流量系数Co为0.63，流体流经孔板的永久压降为6×104Pa，AB段摩擦系数λ取为0.022，试计算：

⑴液体流经AB段的压强差；⑵若泵的轴功率为800w，效率为62%，求AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。

已知:

操作条件下液体的密度为870kg/m3,U形管中的指示液为汞,其密度为13600kg/m3。

***答案***

uo=Co[2gR（ρ′-ρ）/ρ]=0.63[2×0.6×9.81（13600-870）/870]=8.27m/s

u=（do/d）2uo=（16.4/33）2×8.27=2.043m/s

Ws=2.043×[（π/4）×0.0332]×870=1.52kg/s

⑴流体流经AB段的压强差：

在A与B两截面间列柏努利方程（管中心线为基准面）

ZAg+（pA/ρ）+（uA2/2）=ZBg+（pB/ρ）+（uB2/2）+ΣWf

ZA=ZBuA=uB

ΣWf=λ（l/d）（u2/2）+（6×10/ρ）=0.022×（30/0.033）×（2.0432/2）+（6×104/870）=111J/kg

∴pA-pB=ρΣWf=870×111=96570Pa

⑵Ne=800×0.62=496w

AB段所消耗的功率N：

N=WsΣWf=1.52×111=168.7w

∴N/Ne=118.7/496=0.34=34%

8.（18分）某液体密度800kg/m3，粘度73cp，在连接两容器间的光滑管中流动，管径300mm，总长为50m（包括局部当量长度），两容器液面差为3.2m（如图示）。

求：

⑴管内流量为多少?

⑵若在连接管口装一阀门，调节此阀的开度使流量减为原来的一半，阀的局部阻力系数是多少?

按该管折算的当量长度又是多少?

层流:

λ=64/Re;湍流λ=0.3164/Re0.25

***答案***

⑴在1-1面和2-2面之间，列柏式