化工原理

1第一章流体流动一、填空或选择1．牛顿粘性定律的表达式为dudy，该式应用条件为牛顿型流体作_层流流动。在SI制中，粘度的单位是Pa·s，在cgs制中，粘度的单位是泊。2．某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为_201.33kPa；另一设备的真空度为400mmHg，则它的绝对压强为_360mmHg。（当地大气压为101.33kPa）3．流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布侧形是_抛物线型曲线。其管中心最大流速为平均流速的_2倍，摩擦系数λ与Re关系为64Re。层流区又称为阻力的一次方区。4．流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与_Re_和_ε/d有关；若其作完全湍流，则λ仅与_ε/d有关。完全湍流又称为阻力的平方区。5．流体作湍流流动时，邻近管壁处存在一_层流底层_，雷诺数愈大，湍流程度愈剧烈，则该层厚度_越薄；流动阻力越大。6．因次分析的依据是_因次一致性原则。7．从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则管内水流量将_减小，管路的局部阻力将_增大，直管阻力将_减小，管路总阻力将_恒定。8．根据流体力学原理设计的流量（流速）计中，用于测定大直径气体管路截面上速度分布的是测速管（皮托管）；恒压差流流量计有转子流量计；恒截面差压流量计有孔板流量计和文丘里流量计；能量损失最大的是孔板流量计；对流量变化反映最灵敏的是孔板流量计。A．孔板流量计B．文丘里流量计C．皮托管D．转子流量计9．当量直径的定义式为4流通截面积润湿周边，水力半径为_1/4_倍当量直径。10．直管阻力的计算式22flupd；局部阻力的计算式有22fup和22eflupd。11．水流经图示的管路系统从细管喷出。已知d1管段的压头损失Hf1=1m（包括局部阻力）d2管段的压头损失Hf,2=2m（不包括出口损失）。则管口喷出时水的速度u3=_7.00_m/s，d1管段的速度u1=_1.75_m/s，水的流量V=_8.06_m3/h。212．LZB-40转子流量计，出厂时用20℃空气标定流量范围为5m3/h~50m3/h，现拟用以测定40℃的空气，则空气流量值比刻度值_大_，校正系数为_1.034_，实际流量范围为_5.17~51.7m3/h。13．一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流量计进、出间压强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时，相应的压强降_20Pa。14．水从内径为d1的管段流向内径为d2的管段，已知d2=1.414d1，d1管段流体流动的速度头为0.8m，h1=0.7m（1）忽略流经AB段的能量损失，则h2=1.3m，h3=1.5m。（2）若流经AB段的能量损失为0.2mH2O，则h2=1.1m，h3=1.3m。15．一敞口容器底部连接等径的进水管和出水管，容器内水面维持恒定1.5m，管内水的动压头均为0.5m，则进水管的点A、容器内的点C、出水管的点B的静压头分别为pA=1.5m，pB=0.75m，pC=1.5m。16．在SI单位制中，通用气体常数R的单位为(B)。A．atm·cm3/mol·KB．Pa·m3/mol·KC．kgf·kmol·KD．Ibf·ft/Ibmol·K17．通常流体粘度μ随温度t的变化规律为(C)。A．t升高、μ减小B．t升高、μ增大C．对液体粘度t升高μ减小，对气体则相反.D．对液体t升高μ增大，对气体则相反18．流体在圆形直管中湍流时，则摩擦系数λ随雷诺数Re的增大减小；若已进入阻力平方区，随雷诺数Re增大，摩擦系数λ基本不变。19．滞流和湍流的本质区别是(D)。A．湍流流速大于滞流流速B．滞流时Re数小于湍流时Re数C．流道截面大时为湍流，截面小的为滞流D．滞流无径向脉动，而湍流有径向脉动20．因次方析的目的在于(B)。A．得到各变量间的确切定量关系；B．用无因次数群代替变量,使实验与关联简化；C．得3到无因次数群间定量关系；D．无需进行实验，即可得到关联式21．滞流内层越薄,则以下结论是正确的(D)A．近壁面处速度梯度越小B．流体湍动程度越低C．流动阻力越小D．流动阻力越大22．在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映(A)A．A、B两截面间的压强差B．A、B两截面间的流动阻力C．A、B两截面间动压头变化D．突然扩大或缩小的局部阻力23．在一定管路中，当孔板流量计的孔径和文丘里流量计的喉径相同时，相同流动条件下，文丘里流量计的孔流系数CV和孔板流量系数C0的大小为（C）。A．C0=CVB．C0CVC．C0CVD．不确定24．流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈滞流。两管的管长L1=L2、管内径d1=2d2，则体积流量V2/V1为（D）。A．1/2B．1/4C．1/8D．1/16二、分析题1、为什么λ随Re的增大而减小，但阻力压降却随Re的增大而迅速增大？答：22flupd，虽然λ随Re的增大而减小，但要使λ增大，流速u必须增大，而u2增大的幅度比减小的幅度大得多，所以阻力压降随Re的增大而迅速增大。2、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？答：（1）22flupd，根据题给条件Re、ε/d、λ、l\d均相同，所以能量损失相等。（2）cd段的压强差cdfppp由柏努利方程，ab段的压强差：()abBbafBfppgZZpglp，ab段的压差大于cd段的压差。（3）2()cdfABpppgR由流体静力学方程：11()aBbBApglhRpghgR()abBbafBfppgZZpglp可得1()fABpgR所以R1=R243、上题图示的管路上装有一个阀门，如减小阀门的开度。试讨论：（1）液体在管内的流速及流量的变化情况；（2）直管阻力及λ的变化情况；（3）液体流经整个管路系统的能量损失情况。答：（1）ffgHhh局部直管，减小阀门开度，局部阻力增大，直管阻力减小，即流速及流量减小；（2）直管阻力减小，即流速减小，Re减小，λ增大；（3）ffgHhh局部直管，保持不变，全部势能均消耗于管路的直管阻力和局部阻力上。4、如本题附图所示，槽内水面维持不变，水从B、C两支管排出，各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同，但lclb槽内水面与两支管出口的距离均相等，水在管内已达完全湍流状态。试分析：(1)两阀门全开时，两支管的流量是否相等？（2）若把C支管的阀门关闭，这时B支管内水的流量有何改变？（3）当C支管的阀门关闭时，主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低？答：（1）不等，其它均相同的条件下，管路越长流量越小；（2）C支管的阀门关小，C支管局部阻力增大，直管阻力减小，总流量减小导致总管的直管阻力减小，B支管直管阻力增大，所以B支管流量增大。（3）总管流量减小，A处的压强增大。三、计算题1、本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为36m3/h。管路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为98.1J/kg，由B流至A的能量损失为49J/kg，试计算：（1）若泵的效率为70％时，泵的轴功率为若干kW？（2）若A处的压强表为245.2kPa，则B处压强表读数为若干kPa5解（1）在AA’~AA’间列柏努力方程：22efpugzh98.149147.1/efhkJkg36147.11100360023120.7esWNW（2）在AA’~BB’间列柏努力方程：22efpugzh322245.210009.817098.111002Bp61.75(BpkPa表）2、用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为φ60×3.5mm，其它尺寸见本题附图。各管段的能量损失为21.18fBChu，2fABfCDhhu。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1=45mm，h=200mm时：（1）压缩空气的压强p1为若干？（2）U管压差计读数R2为多少？6解：(1)在BB~CC间列柏努力方程：2229.81501.1811002cBppuuu（1）由流体静力学方程：11()(5)BcHgpgRRpgRgR（2）解得u=2.063m/s在11~22间列柏努力方程：22210009.811003.182.06311002p解得511.22810(pPa表）(2)在BB~22间列柏努力方程：222B0009.81702.182.06311002p解得5B8.57410(pPa表）由流体静力学方程：2BHgpghgR528.5741011009.810.2136009.81R解得20.6265Rm3、从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m3/h（在操作条件下），其物理性质7与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其读数为30mm。输入管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103Pa，大气压强为101.33×103Pa。求鼓风机的有效功率。（管路可视为光滑管）（空气的性质：31.093/kgm，51.9610Pas）解：2244120.38/3.140.25Vsumsd550.2520.381.093Re2.841101.9610du0.250.31640.0137Re22()5020.38()(0.01371.5)881/20.252flleuhJkgd在U型管测压口与塔出口间列柏努力方程223010009.810.0320.3820.381.96109.8120(881)1.09321.093e2870/eJkg828701.09313137NeeWsW4、用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，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Φ76×2.5mm在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按Σhf,1=2u2与Σhf,2=10u2计算，式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。解：在贮槽液面与真空表间列柏努力方程：22efpugzh32224.66109.811.5210002uu1.994/ums在贮槽液面与与喷头连接处列柏努力方程：32298.07101.9949.8114121.99410002e285.1/eJkg23.140.07110001.9947.891/4sWuAkgs285.17.8912250eesNWW9第二章流体输送机械一．填空或选择1．离心泵的泵壳制成蜗壳状，其作用是集液与转能。2．离心泵的主要特性曲线包括H~Q、N~Q和η~Q三条曲线。3．离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体，否则将可能发生气缚现象。而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，将可能发生气蚀现象。4．若