化工原理题库流体计算题.docx

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化工原理题库流体计算题

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化工原理-题库--流体计算题（总106页）

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/2u=4uRe/Re=（duρ/μ）·μ/（duρ）=1/2

∴Re=900λ=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=0P=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+hf①

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Lm（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Vm.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=0Z-Z=H

∴H=λ（L/d）u/2g而u=Vh/[3600（πd/4）]代入上式

H=λ（8VhL/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

uu/ρ=uu/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=Zu=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）du=（π/4）du=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=μl=lu=u/4d=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=20ml+Σle=430md=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≈up=p

于是gZ=gZ+Σhf

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*****

Zg+（p/ρ）+（u/2）+W=Zg+（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=Zg+（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）Du=.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）duρ]

=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≈0Z=0

Re=duρ/μ=××800/（20×10）=<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＝QHρ/102η/（QHρ/102η）

＝QH/（QH）＝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

*****答案*****

（1）P－P＝Rｇ（ρ－ρ）

＝0．65（13600－1000）×9．81

＝80343．＝8190mmHO

（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）

＝0．49mHO

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

*****答案*****

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＝360Ｊ/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＝QHρ/102＝25××1200/（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）＝1mHO，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＝－4mHO

∑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＝1755mmHO＝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×/（32××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]

=[2×××（1000-850）/850]=

V=×××3600=.h

⑵u=×（80/100）=

Re=××850/（190×10）=234<2300

λ=64/Re=64/234=

Σhf=×（1000/×

Ne=We·W/η=×6×850/3600）/（1000×=

27.（12分）题号:

1288第1章知识点:

400难度:

中等

在实验室流体沿程阻力测定装置上，对φ1"镀锌管（内径27mm），进行测试，测压点间距为5290（mm），当水流量为2）时，水银压差计上读数为400（mm）。

求：

（1）此时的λ值是多少

（2）在同样条件下测定φ1/2″镀锌管（管内径为[mm]）的λ值;当管内流速[]时,试估计测得的λ值应比λ高还是低为什么水的粘度μ=1cP,密度ρ=

*****答案*****

⑴水流量为.s

在φ1″管u=[（π/4）