化工原理完整答案

1第一章流体流动一、名词解释（每小题2分）31、法定计量单位：由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。62、稳定流动：流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。63、不稳定流动：流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。64、流动边界层：流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层叫流动边界层。35、边界层分离：流体在一定条件下脱离壁面的现象叫边界层的分离。66、速度梯度：dudy速度梯度，即在与流动方向垂直的y方向上流体速度的变化率。37、牛顿黏性定律：dydu68、当量长度el：把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同、长度为el的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。69、因次分析法：用维数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。310、相对粗糙度：ε/d—相对粗糙度。611、黏性：运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。612、黏度：SyuF，—比例系数，流体的黏性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力。黏度，简称黏度。312、点速度：流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S。313、绝压：以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。314、表压：表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。315、真空度：真空度等于大气压强减去绝对压强。二、单选择题（每小题2分）1.B2B；D；C；A3A4D5A6C7B8C9D10B11B；G12C13C14BB15E；A16B17B18C19A20C21B22C23A24A25A26C27B28A29D30A31B32A33B2三、填空题（每小题2分）1e/d2τ=μdu/dy；牛顿3动静压头之和；静压头4位置；时间5连续；垂直流动方向或流体流线平行62；1/47滞流边界层厚度；湍流边界层厚度；滞流内层；主流区流速8MT-2L-1；MT-3L29增大；降低10u1A1ρ1=u2A2ρ2=常数；u1d12=u2d22=常数121m/s；20Pa13大；2.84m3/h1421122uRg15Pa1＝0；Pa2＝100mmH2O；Pb1＝300mmH2O；Pb3=340mmH2O16Pas或Ns/m2；m2/s171.6m；0.4m18.1/1619hfuPgzuPgz2222222111hfuPgZuPgZ2222222111202)(2ugRi210.5；0.8222.8m/s；连续性23下降无黏性2510；126相等；流量之和27大；0.295～2.9528增加；不变29.230绝对压强四、问答题（每小题2分）31、如何判断一流体的流动类型?答：Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动。32、层流与湍流是如何定义的？答：Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动。63、简述层流与湍流的区别。答：流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。64、什么是“当量直径”?答：对非圆形截面的通道，可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替，此直径即称为“当量直径”。35、当量直径是如何计算的?答：当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边长。36、某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？答：三种情况中，下游截面2-2’的流速相等。367、某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况的数值最小？其理由何在？答：三种情况中，下游截面2-2’的压强不相等，其中（a）的压强最大，（c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低。68、活塞在汽缸中以0.2m/s速度移动，见附图。活塞与汽缸之间的油膜厚度为0.1mm，求油膜的速度梯度是多少？答：2000101.02.03yudydu6、漆刷以0.8m/s速度在平板表面移动，漆膜厚度为0.2mm，见附图。问漆膜中形成的速度梯度为多少？答：4000102.08.03udydu9910、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？4答：2PzgPa时，水向低位槽流动。3五、判断题（每小题1分）1、已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即)(，，，NDP利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有3个准数。（）×2、某物体的质量为1000kg，则其重量为9810N。（）√3、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压p2=0.75m水柱。（）√4、层流与湍流的本质区别是湍流流速层流流速。（）×5、一个工程大气压等于1.013×105Pa。（）×6、孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值。（）√7、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍。（）√8、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，问管中心处点速度为1m/s。（）√9、边长为0.4m的正方形通风管道，当量直径为0.6。（）×10、测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将增加。（）√六、计算题61、某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y2，式中：y—截面上任一点至管壁的径向距离，m；v—该点的点流速，m/s。试求：（1）管半径中点处的流速；（2）管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05Pas。5分解：（1）已知v=20y－200y2，5则20400dvydy令0dvdy，解得y=0.05m，即管半径R=0.05m当2Ry=0.05/2=0.025m，V=20y－200y2=200.025－200(0.025)2=0.375m/s3分（2）0ydvdy=20(m/s)/m则w=0ydvdy=0.05×20=1.0N/m22分62、水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差ｈ为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。10分解：2211221222uPuPZgZg4分zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1得222221121121415222uuuuppu∴h=2121152ppugg=0.20∴u1=0.511m/s4分3322110.20.5110.016157.844mmvduss2分63、水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm，现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。5分6解：令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面1－2截面间：p1=p2∵d2=1.2d1，u1d12=u2d22u2=221111211.21.44duuud3分由221222uuzg即2211219.81521.442uuu1=13.76m/s2分64、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，输液管规格为φ38×2.5mm，已知料液在管中的流速为um/s，系统的Σhf=20.6u2/2J/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？10分解：∵u1≈0≈u2p1=p2于是gZ1=gZ2+Σhfg(Z1-Z2)=Σhf=20.622u4分u=0.50.512229.81620.620.6gzz=2.39m/s2分Z1′=Z2+20.62`220.61.32.395229.82ug=15.14m2分增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m2分65、用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m，管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为φ1084mm，油的黏度为3430cP，密度为960kg/m3，泵的效率为50%，求泵的实际功率。10分7解：3238.4101.4150.196036004mus2分0.11.41596039.63.43eduR层流64eR=1.622分列两截面柏方209.81ewzghfhf0,0up8224301.4251.626957.220.12luJhfdkg6957.2209.817153eJwkg4分3715338.4101530.53600eseNWWNKW2分66、用离心泵经φ57×3.5mm的钢管，将敞口贮槽内的有机溶液（密度为800kg/m3，黏度为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4kgf/cm2（表压），有机溶液输送量为6m3/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。10分解：30.058000.84916982010eduR层流6416982分260.8490.0536004mus2分8列两截面柏方22ePWZghf2250.052uhf2分3249.8071064250.849169.81654.380016980.052eJWkg4分3654.3680038.4101.4540.63600eseNWWNKW2分67、40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动，40℃水的密度为992kg/m3，饱和蒸汽压pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？10分解：管子出口流速u=2gh=109.812=14.0m/s2分∵14.0(0.15)2=u0(0.135)2∴u0=17.28m/s2分由水槽液面至收缩管处排伯努利方程：320971017.289.8179929922P∴p0=17.0103Pa4分∵p0pv，故收缩管处不会发生水汽化2分68、如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。求：（1）阀门全开时的流量（2）阀门全开时B处的表压（阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018）15分9解：阀关时：(ZA+1.8)×1000=0.5×13600ZA=5m2分（1）阀全开：对A-A和C-C截面外侧列伯努利方程：2222CCAAACpuupgZgZhf取Zc=0(基准面)，220,0,022CCAAupup4分2509.8150.01810.5150.12Cu解出：u=3.02m/s32