1．将90kg 相对密度为0.83的油品与60kg 相对密度为0.71的油品混合，试求混合油的密度。 解：)/(777710
83060
903m kg m =++=
ρ
2．试计算空气在-40℃和41kPa(真空度)下的密度和重度，大气压力为1.013×105Pa 。
解：335/902.0)
4015.273(831429
)104110013.1(m kg RT pM =-???-?==ρ
33/902.0/85.881.9902.0m kgf m N ==?=γ
3．燃烧重油所得的燃料气，经分析测知其中含生8.5%CO 2，7.5％02，76％N 2，8%H 20(均系体积百分率)。试求温度为500℃，压力为1.013×105Pa 时，该混合气体的密度。 解：3/693.0)
50015.273(831444
1013002m kg RT pM CO =+??==
ρ 3/504.0)
50015.273(831432
1013002
m kg RT pM O =+??==
ρ 3/441.0)
50015.273(831428
1013002
m kg RT pM N =+??==
ρ 3/284.0)
50015.273(831418
1013002
m kg RT pM O H =+??==
ρ 3/455.0m kg x i
V i m =∑=ρρ
4．烟道气的组成约为含13％CO 2，11％H 20，76％N 2(均系体积％),计算400℃时常压烟道气的粘度。 解：
cp
M y M y i i i i i m 62
/12/12/12/162/162/162
/12
/1101.302876.01811.04413.028100.3176.018100.2311.044100.3013.0----?=?+?+????+???+???=
∑∑=
μμ5．液体混合物的组成为乙烷40％和丙烯60％(均为摩尔百分率)，计算此液体混合物在-100℃时的粘度。乙烷和丙烯在-100℃时的粘度分别为0.19mPa ·s 和0.26mPa ·s 。
解：6395.026.0lg 6.019.0lg 4.0lg lg -=?+?=∑=i i m x μμ
S mPa m ?=229.0μ
6．某流化床反应器上装有两个U 形管压差计，如本题附图所示。测得R 1＝400mm ，R2＝50mm 指示液为汞。为防止汞蒸气向空间扩散，在右侧的U 形管与大气连通的玻璃管内装入一段水，其高度R 3＝50mm 。试求A 、B 两处的表压力。 解：05.081.91360005.081.91000232??+??=+=gR gR p H g O H A ρρ
mmHg kPa Pa 7.5316.71016.73==?=
7．如本题附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，水蒸气被水冷凝后的凝液和水一起沿气压管流入敞口水池并连续排至地沟。冷凝器上真空表的读数为80kPa ，大气压力为98kPa 。为了防止水池中的水倒流到冷凝器，试问气压管内的液柱高度H 应不小于多少m 。(气压管及其出口的阻力损失可忽略不计)。 解：容器中的压力为：kPa p 1880981=-=
由静力学方程：a O H p gH p =+21ρ
()m g p p H O H a 15.881
.910001018983
12=??-=-=∴ρ
8．用一多U 形管压差计测定水流管路中A 、B 两点的压差，压差计的指示液为汞，两段汞柱之间充满水，如本题附图所示。今测得h l ＝1200mm ，h 2＝1300mm ，R l ＝900 mm ， R 2＝950mm ，试向A 、B 两点问的压差p ?为多少Pa?
解：由静力学方程：
()()11222211222R h h g gR R h g p gR gh p O H H g O H B H g O H A +--+-+=-+ρρρρρ ()()()
()21212122R R g R R g R R g p p p O H H g O H H g B A +-=+-+=-=?∴ρρρρ
()()Pa 51029.295.09.081.91000
13600?=+??-= 9．用一如图1-13所示的双液体微差压差计来测量输送甲烷管路中某一段的压差，压差计读数为200mm ，压差计中的双指示液为四氯化碳和水，相对密度分别为1.6和1.0，U 型管内径为6mm ，扩大室直径为60mm ，试求该段压差p ?为多少mmH 20。
(1)忽略扩大室中液面变化； (2)考虑扩大室中液面变化；
(3)两种情况下的测量误差为多少?
解：⑴如忽略扩大室中液面的变化，则可按如下公式计算：
()()O mmH Pa g R p B A 230.1201018.181.91000
16002.0=?=?-?=-=?ρρ
⑵如考虑扩大室中液面的变化，则：
()()81.91000606100016002.02
2????
?????????
??+-?=??????????? ??+-=?g D d R p B B A ρρρ
O mmH Pa 230.1221020.1=?= ⑶二者误差为：
%64.1%1000
.122120
0.122=?-
l0．在如本题附图所示的贮油罐中装有密度为960kg/m 3的油品，油面距罐底的高度为9.6m ，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm 的人孔，其中心距罐底800mm ，人孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23Mpa ，问至少需要几个螺钉
?
解：人孔中心处压力为：
()Pa gH p A 41029.88.06.981.9960?=-??==ρ
则人孔平均受力为：
N A p F A A A 4241076.376.04
1
14.31029.8?=????==
每个螺钉可以承受的力为：
()N F B 32
61004.6014.014.34
11023.39?=????=
需要的螺钉数目为：
72.610
04.61076.33
4≈=??==B A F F n 11．密度为910kg/m 3的原油经过管径为φl08×4mm 的管道流动，流速为0.85m/s 。试求原油的体积流量(m 3/h)、质量流量(kg/h)和质量流速(kg/m 2·s)。
解：体积流量为：h m uA V h 320.2436001.014.34
1
85.0=????==
质量流量为：h kg V W h h 41019.29100.24?=?==ρ
质量流速为：s
m kg
u G s ?=?==25.77391085.0ρ
12．某厂用φ114×4.5mm 的钢管输送压力P ＝2.0MPa(绝压)、温度为20℃的空气，流量为6300m 3/h (标准状况)。试求空气在管道中的流速、质量流速和质量流量。
解：在操作状况下的体积流量为：
h m T T p p V V h 36
5011004
.34215.2732015.273100.210013.16300=+????== 操作状况下气体密度为：
3561001078
.2320
15.27315.27310013.1100.2293.1m kg T T p p =+????==ρρ 操作状况下气体流速为：s m A V u s 98.10105.014.34136004
.3422
=??=
= 气体质量流速为：s
m kg
u G ?=?==21.26178.2398.10ρ 气体质量流量为：h
kg
V W 31014.878.234.342?=?==ρ
13．从容器A 用泵B 将密度为890kg/m 3
的油品输送到塔C 顶部。容器内与塔顶的表压力如本题附图所示，管子的规格为
φ114×4mm 。油品的输送量为
5.4xl04kg/h ，输送管路的全部阻力损失为122J/kg ，试求泵的有效功率。 解：管内流体的流速：
S m u 910.1106.036008904
104.52
42=?????=π
以容器A 的液面为截面1，以塔C 为截面2，在1-2截面间列柏努利方程： ∑++
+
=++
+
f h p u
g Z We p u g Z ρ
ρ
2
221
212
2
2
1
122890
1021602910.181.9360081.91.23
2+?++?=+++?We 得：kg J 108833.23?=W e
kW
S J h J WeW Ne 25.4310325.410557.1 104.5108833.24
8
4
3=?=?=???==
14．如图l-58所示，从敞口高位槽向精馏塔供料，高位槽内液面维持不变，塔进料口处的压力为40kPa(表压)原料液的密度为890kg/m 3，管子直径为φ60×3mm ，从高位槽至塔的进料管入口处的阻力损失为22J/kg 。试问要维持14m 3/h 的进料量，高位槽中的液面须高出塔的进料口多少m 。
解：以进料口为基准水平面，在1－1和2－2间列柏努利方程：
∑+++=++f H g
u g p z g u g p z 222
2
222111ρρ
其中：p 1=0，u 1=0，z 1=？
z 2=0 p 2=40kPa ，s m A V u 70.154.014.341
360014
22=??==
∑==
m H f 24.281
.922
代入上式得：∑+?+??=++=24.281
.9270.181.9890104022
32
221f H g u g p z ρ
m 97.6=
15.如本题附图所示，油水分离器中的油水分界面借助于Π形管来维持和调节。汽油的密度为780kg/m 3，水的密度为996kg/m 3。试分析和计算:
(1)分离器中的油水分界面高度H 与分离器的直径、油水混合液的处理量、油水混合液中水的含量、汽油密度、Π形管的直
径和高度有何关系。
(2)如阀1和阀2均关闭时，油水分界面的高度H 为多少米(忽略损失)?
(3)如打开阀2时，H 为多少米(忽略Π形管内的阻力损失)?
(4)如水在Π形管内的流动阻力损失为f
h ∑＝0.2J/kg 时，重新计算(2)和(3)的内容。 解：⑴在1－1和2－2间列柏努利方程：
=++g u g p z 22111ρ∑+++f H g
u g p z 222
22ρ
其中：z 1=H ，p 1=ρ
gas
g(4.5-H)，u 1=0
z 2=h ，p 2=0，u 2=u 2，∑=g
u d l H f 222
λ
代入可得：
gas
gas
g u d l h H ρρρρλρ--??? ??++=
5.4212
2
由上式可以看出，油水界面高度H 与分离器直径无关；油水处理量增加，则H 降低；油水混合物中水含量增加则H 降低；汽油密度增加则H 降低；Π形管直径增加则H 降低；Π形管高度增加则H 增加。
⑵当阀1和阀2均全关闭时，以油水界面为截面1，以Π形管管顶为截面2。在1-2截面间列柏努利方程：
∑++
+
=+
+
f h p u
g Z p u g Z ρ
ρ
2
221
212
2
2
1
式中：H Z =1，()H g p -=5.41油ρ（表压），01=u m Z 2.42=，02=p （表压），02=u ，
∑=0f
h
代入式中：()
81.92.45.481.9?=-+?水
油ρρH g H
整理得：()2.45.4?=-+g H g gH 水油水ρρρ 得：m H 117.3=
⑶打开阀2而不考虑阻力损失，以油水界面为截面1，以阀2为截面位。
在1-3截面间列柏努利方程： ∑++
+
=+
+
f h p u
g Z p u g Z ρ
ρ
2
2
21
212
2
2
1
式中：H Z =1，()H g p -=5.41油ρ（表压），01=u m Z 9.32=，
03=p （表压）
，03=u ，∑=0f h 代入式中：()81.99.35.481.9?=-+?水
油ρρH g H
整理得：()9.35.4?=-+g H g gH 水油水ρρρ 得： m H 733.1=
⑷若考虑阻力损失：在⑴中阀1、2关闭时： ∑++
+
=+
+
f h p u
g Z p u g Z ρ
ρ
2
2
21
212
2
2
1
()
2.02.45.4+=-+
g H g Hg 水
油ρρ，得： m H 211.3=
在⑵中阀2打开时： ∑++
+
=+
+
f h p u
g Z p u g Z ρ
ρ
2
221
212
2
2
1
()
2.09.35.4+=-+
g H g Hg 水
油ρρ， 得：m H 827
.1= 16．如本题附图所示，为丙烯精馏塔的回流系统，即回流罐内的丙烯通过回流管返回至精馏塔顶。精馏塔顶的操作压力为 1.3MPa(表压)，回流罐内液面上方压力为2.0MPa(表压)。塔内回流管口距回流罐内液面的垂直距离为30m ，回流管内径为140mm ，丙烯精馏塔的回流量为4×104kg/h ，丙烯的密度为600kg/m 3回流管路的全部阻力损失为150J/kg ，试问将丙烯从回流罐送到精馏塔顶是否
需要泵。
解：以回流罐液面为基准水平面。
s
m A
W u 20.114.014.34
1
6003600
1042
4
=????==
ρ
塔顶部：kg J u p g z E 32
6211
111076.22
2.160010
3.181.9302?=+?+?=++=ρ
回流罐：kg J u p g z E 36
2
22
221033.30600
100.202?=+?+=++=ρ
∑
J
h E f
∴不需要加泵。
17．如本题附图所示，打开阀C 和阀D ，将贮槽A 中的NaOH 和Nacl 的混合水溶液放入反应槽B 中，问贮槽A 中的液面从3m 降至0.3m 需要多少时间。已知贮槽A 和反应槽B 的直径均为2m ，管路尺寸为φ32×2.5mm ，溶液在管路中的瞬时流速Z u ?=7.0m/s ，式中Z ?为该瞬时两槽的液面高度差。
解：解法一：设A 槽中水位高度为z ，则：()z z z z 212315+=+--=?
瞬时流速为：z z u 2127.07.0+=?=
设A 槽在dt 时间内下降的液位为dz ，则由物料衡算：
dt z d udt d dz D 2127.04
1
4141222+?==-πππ 整理得： dt D d z dz 22
27.06=+-
积分： ??
?
?
? ???=+-t
dt z dz 0
2
3
.03
2027.027.06
h s t 51.11043.53=?=∴
解法二：设A 槽中下降的水位高度为z ，则：()z z z z 218)15(3-=-+-=? 瞬时流速为： z z u 2187.07.0-=?=
设A 槽在dt 时间内下降的液位为dz ，则由物料衡算：
dt z d udt d dz D 2187.04
1
4141222-?==πππ 整理得：
dt D d z
dz 22
27.09=-
积分：
??
??
?
???=-t
dt z dz 0
2
7
.20
2027.027.09
h s t 51.11043.53=?=∴
18．求出下列流体在φ57×3.5mm 的管内流动时如果保持层流状态允许的最大平均流速。 (1)20℃的水；
(2)粘度为35mPa ·s 及相对密度为0.963的重油；
(3)20℃和0.1MPa 下的空气。
解：⑴查得：20℃时水的粘度μ＝1.005×10-3Pa ·s ，ρ＝998.2kg/m 3
μ
ρ
du =
Re ρ
μ
d u ?=
∴Re 取Re=2000 则：s m u 040.02
.99805.010005.120003max
=???=-
⑵s m d u 45.1963
05.010352000Re 3
max
=???=?=-ρμ
⑶查得：20℃时空气的粘度μ＝18.1×10-6Pa ·s
35610010189
.12015.27315.27310013.1101.0293.1m kg T T p p =+????==ρρ s m d u 609.0189
.105.0101.182000Re 6
max
=???=?=∴-ρμ
19．求如本题附图所示20℃水稳定流动管路的阻力损失f h ∑ (J/kg)。大、小管的管径分别为φ57×2.5mm 和φ32×2.5mm ，绝对粗糙度为0.5mm 管路中装有一个截止阀，水在大管中的流速为0.5m/s ，其它有关数据如附图所示。
解：水在小管中流速为：s m u d
d u 85.15.027522
12
2
1
2=???? ??=?
??
? ??= 20℃时水的粘度μ=1.005×10-3Pa ·s ，密度ρ＝998.2kg/m 3
20001058.210005.12
.9985.0052.0Re 43
111>?=???=
=
∴-μ
ρ
u d 20001096.410
005.12
.99885.1027.0Re 43
222>?=???=
=
-μ
ρ
u d ∴水在管中均为湍流。
0096.0525
.011
==d ε 查得：027.01=λ 0185.027
5
.02
2
==d ε 查得：026.02=λ
查得截止阀全开时：m l e 11=；90°大弯头：m l e 2.2=
90°小弯头：m l e 1.1=；变径：m l e 65.0= 另外：进口阻力系数 5.0=ξ；出口阻力系数 1=ξ
()()∑+++++=∴2
222
2
2
2
2112
22
22
2
11
11
u u u d l l u d l l h e e f ξξλλ 285.1027.065.01.1115.13026.025.0052.02.245.7027.02
2?++++?+?++?=
kg J 9.312
85.1125.05.02
2=?+?+
20．用泵将冷却水从水池输送到冷却塔，已知从水池到泵的吸入口管路的管径为φ114×4mm 、长度为10m ，在吸入段管路上有1个90○标准弯头、1个吸滤底阀；从泵的出口到冷却塔顶喷嘴的管路的管径为φ88.5×4mm 、长度为36m ，在排出段管路上有2个标准90○弯头 1个1/2开度的闸阀。已知水温为20℃，塔内压力为69kPa(表压)，喷嘴进口处的压力比塔内压力高lOkPa ，输送管道的绝对粗糙度均为0.2mm ；其它数据如本题附图上所示。要求水的流量为56m 3/h ，求泵所需的有效功率Pe 。
解：查得：20℃时水的粘度μ=1.005×10-3Pa ·s ，密度ρ＝998.2kg/m 3
吸入管路流速：s m A V u 76.1106.014.341360056
2
11=??==
排出管路流速：s m A V u 06.30805.014.34
1
360056
222=??==
取地面为参考水平面，如图在1－1和2－2之间列柏努利方程：
∑+++=+++f e h u p g z w u p g z 2
22
2
22211
1ρρ
其中：z 1=-2m ，p 1=0，u 1=0
z 2=21m ，p 2=69+10=79kPa ，u 2=3.06m/s 5
3
1111085.110005.12.99876.1106.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
u d 53
2221045.210
005.12
.99806.30805.0Re ?=???=
=-μ
ρ
u d 00189.0106
2
.01
==d ε
查得：017.01=λ 00248
.05
.802
.02==d ε
查得：016.02=λ
90°弯头：75.0=ξ ；底阀：5.1=ξ ；半开闸阀：5.4=ξ
∑∑∑+++=∴2
2222
2
2
2112222221111u u u d l u d l h f ξξλλ
()276.15.175.0206.30805.036016.0276.1106.010017.02
22?++??+??= ()kg J 6.672
06.35.475.022
=?
+?+ 代入柏努利方程得：
()∑+++-=f e h u p g z z w 2
2
2
2
12ρ
()kg J 0.3776.672
06.32.998107981.92212
3=++?+
?+= kW W V w Ne e 85.51085.52.9983600
56
0.3773=?=??==ρ
21．一定流量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长和液体物性不变，而管径减至原来的l/2，问阻力损失为原来的多少倍。 解：层流时，由哈根－泊谡叶公式知： 2
32d
lu p μ=
? 如1221
d d = 则： 112
2
1
24u u d
d u =???
? ??= 164432322
2
12
2
12212122
11222
12=?===??d u d u d u d u d lu d lu p p μμ 22．液体在光滑圆形直管内作湍流流动。若液体的物性、管长和管径均不变，而流量增至成的2倍，问阻力损失为原来的多少倍(设两种情况下，雷诺数均在3×103～1×105范围内) 解：对光滑管：μ
ρ
λdu =
=
Re Re 3164.025
.0，若122u u =，则：12Re 2Re =
()
84.05.0Re Re 25
.025
.02112==???
?
??=λλ 即：1284.0λλ=
由范宁公式：2
2
u d l h f λ=
36.3484.02
1121121122212=?==∴
u u u u h h f f λλλλ 23．有一管壳式换热器，外壳内径为300mm ，内装有60根管径为φ25×2mm 的光滑管组成的管束。空气以3000m 3/h 的流量在管外平行流过，空气的平均温度为30℃，换热器长度为4m 。试估算空气通过换热器时的压力降。 解：30℃空气的物性：3165.1m kg =ρ，S Pa ?=μμ6.18 s m A V u 21.2060025.04
3.0436********=??-?==
m de 02917.060
025.03.060
025.04
3.04
422=??+???-
??=πππ
π
湍流 400010692.310
6.18165.121.200291
7.0Re 4
6
>?=???=
=
-μ
ρ
u d e 以光滑管形式来确定λ：0228.0Re 3164
.025
.0==
λ 则：kg J u d h e f 2.639221.2002917.040228.022
2=??== λ
2 7.7442.639165.1m N h P f f =?==ρ O g
P H f
f 2275.91mmH =O mH 0759.081
.910007
.744=?=
=
ρ
24．用泵将密度为820kg/m 3、粘度为80mPa ·s 的燃料油通过管径为φ89×4.5mm 的钢管输送到油罐。管路的直管长度为520m ，管路上有2个全开闸阀，6个90○标准弯头，油从油罐的侧面进入。当燃料油的流量为6.5m 3/h 时，整个管路的能量损失和压力降为多少? 解：s m d V u 3592.03600
05.05
.64422=???==
ππ 层流 200055.2941080820
3592.008.0Re 3
<=???=
=-μ
ρ
du
2173.055
.29464Re 64===
λ 管件的阻力系数：入口5.0=ζ，出口0.1=ζ，全开闸阀17.0=ζ，90°标准弯头75.0=ζ
34.6675.0217.00.15.0=?+?++=∑ζ
kg J 91.524=23592
.034.608.05202173.022
2??
? ??+?=??? ??+=∑u d h f ζλ
24 10505.7524.91820m N h P f f ?=?==ρ
25．如本题附图所示，粘度为30mPa·s、密度为900kg/m 3的液体自容器A 流过内径为40mm 的管路进入容器B 。两容器均为敞口，其中液面恒定。管路中有一阀门，阀前管长50m ，阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。当阀门全关闭时，阀前、阀后的压力表上读数分别为88kPa 和44kPa 。现将阀门开至1/4开度，此时阀门的当量长度为30m ，试求；
(1)管路的流量；
(2)阀前、阀后压力表上的读数如何变化，为什么?
解：阀门全关时，可由静力学方程计算两槽液位高度：
A 槽：m g p h gh p 97.9807
.990010883
1111=??==?=ρρ
B 槽：m g p h gh p 99.4807.990010443
2222=??==?=ρρ
⑴取0－0为基准水平面，在两槽液面间列柏努利方程：
∑+++=++f B
B B A A
A h u p g z u p g z 2
222ρρ
代入数据：2
04.030205000807.999.400807.997.92
u +++++?=++?λ
整理，得：0391.02=u λ
假设：03.0=λ，解得：u=1.14m/s 校核：2000136810
30900
14.104.0Re 3
<=???=
=
-μ
ρ
du 层流 047.0Re
64
==
λ 设流动为层流，则有：
0391.0642
=u du μ
ρ
第一章流体流动 流体的重要性质 1.某气柜的容积为 6 000 m3,若气柜内的表压力为kPa，温度为40 C。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、N2 20%、CO 32% CQ 7%、CH 1%,大气压力为kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 pV 101.3 5.5 1000.0 6000 , , n t mol 246245.4mol RT 8.314 313 各组分的质量： 40%246245.42kg197 kg m H 240% n t M H2 m N220% n t M N 220%246245.428 kg1378.97kg I^CO32% n t M CO32%246245.428 kg2206.36kg I^CO 27%m M CO 27%246245.444 kg758.44kg ITI CH 41%m M CH 41%246245.416kg39.4kg 2 ?若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解：m t m! m260 60 kg 120kg m260 60 3 V t V V21m 0.157m 8301710 12 m t 120kg m3764.33kg m3 m V t0.157 流体静力学 3 ?已知甲地区的平均大气压力为kPa，乙地区的平均大气压力为kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能 维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解：（1）设备内绝对压力
第一章流体流动 一、单项选择题（每小题1分） 1．在SI单位制中，通用气体常数R的单位为( )B A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2．系统处于稳态指的是( )C A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中，认为密度随压力变化的是( )A A．甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中，正确的是( )B A. 绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5．某系统的绝对压力为0.06MPa，若当地大气压为0.1MPa，则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6. 容器中装有某种液体，任取两点A，B，A点高度大于B点高度，则( )B A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7．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。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时，为了准确读数，下列方法中正确的做法是（）C A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9．用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差，若两点间的压差较小，为了提高读数精度，你认为较好的指示剂为( )D A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10．所谓理想流体，指的是（）A A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11．牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈( )。C A．过渡型流动；B．湍流流动；C．层流流动；D．静止状态。12．有两种关于粘性的说法：( )A (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。
第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强，U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R =120mm ，当地大气压p a 为101.3kPa ，试求：(1) A 点的绝对压强，Pa ；(2) A 点的表压，Pa 。 解：(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？ 答：80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为：4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ，槽底侧面有一直径为500mm 的人孔，其中心距槽底600mm ，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N 表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ？ 解：(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒置的U 形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s =500mm ，油的密度为780kg/m 3，水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U 形出口管顶部距分界面的垂直距离H 应为多少？ 因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。 解：gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h 1=1.20m ，h 2=0.3m ，h 3 =1.30m ，h 4 =0.25m ，试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解：()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ
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，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＝0.8Umax； 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. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。 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
第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算设备内的绝对压强和表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。 解：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底 9.6 m ，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔，其中心距罐底800 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉? 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644p p d N ππ =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为： 62332.23100.014 4.96104F N π=???=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附p C D
图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管和大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。试求 A 、 B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水和水 银的密度，因为g Hg ρρ，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认 为A C p p ≈，B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数 R=68 m 时，相界面和油层的吹气管出口距 离h 。 解：如图，设水层吹气管出口处为a ， 煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) 1b p gH ρ=油(表压) H 1 压缩空气 p
第一章 流体流动 主要内容：流体静力学及其应用；流体流动中的守衡原理；流体流动的内部结构；阻力损失； 流体输送管路的计算；流速、流量测量；非牛顿流体的流动。 重点内容：流体静力学基本方程及其应用；连续性方程，柏努利方程及其应用；管内流体流动助力；管路计算。 难点内容：机械能衡算式——柏努利方程；复杂管路的计算。 基本要求：熟练掌握机械能衡算式——柏努利方程， 课时安排：24 第一节 流体的重要性质--流体静力学 基本概念： 1．流体：具有流动性的液体和气体统称为流体。 2．连续性介质假定：流体是由连续的流体质点组成的。 3．流体静力学—研究流体处于静止平衡状态下的规律及其应用； 4．流体动力学—研究流体在流动状态下的规律及其应用。 5．不可压缩流体和可压缩流体 一、流体的密度： 单位体积流体的质量 ρ=m/V [kg/m 3 ] 重度—工程单位制中，表示密度的单位，其数值与密度相同。3 -?m kgf 比重—物料密度与纯水（227K ）密度之比，其数值的一千倍等于密度的数值。 比容——密度的倒数ρ 1 =v 。 1.纯流体的密度 液体的密度随压强变化小，但随温度稍有变化；气体的密度随压强、温度变化大。理想气体ρ（t 不太低，p 不太高的气体，可用理想气体状态方程） PV=nRT RT PM V m = = ρ 或004.22TP P T M ?=ρ 对t 低，p 高的气体，可用真实气体状态方程计算 2.混合流体的密度 （1）液体混合物的m ρ（1kg 基准） ∑ =i i m w ρρ1 (假设为理想溶液) ρi 液体混合物中各纯组分的密度。W i ：液体混合物中各组分的质量分率。
第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32C O t C O =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722C O t C O =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144C H t C H =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的 密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大
第一二章习题 一、选择题 1．如图示，某直管管路，阀门A、B全开时，截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀， 若关小A阀，h1___↓____； h2____↓____, h1-h2____↓____; 若A阀不变，关小B阀，h1__↑_____； h2____↑____, h1-h2____↓____. 2．管路上装一阀门，减小开度，则流量流速___↓___；液体流经总阻力损失_____不变__；直管阻力___↓__，局部阻力___↑____。 3．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___↓____；管道总阻力损失__不变______；摩擦系数______不变___（如在阻力平方区）。 4．有一并联管路，如图所示，两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ，及d1=2d2, L1=2L2,则 （1）hf1/ hf2=_____１___ (2)当两段管路中流动均为滞流时，V1/ V2=____８___； u1/ u2=___２____ (3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数，V1/V2=_４____； u1/ u2=___１___ 5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强 计读数为pA= kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___Ａ___流向__Ｂ_______. 6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱, (1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2= m水柱____ (2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______ 7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为 原来的________ A 如两种情况都为层流 16倍 B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. ３２倍 8. 某流体在直管中作层流流动,在流速不变的情况下,管长管径同时增加一倍,其阻力损失为原来的 ___１ ／２______. 9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____１ m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa.
第一章．流体流动 1．计算空气在-40℃和310mmHg真空度下的密度和重度（用SI制和工程单位制表示）。 2．在大气压为760[毫米汞柱]的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表的读数为738[毫米汞柱]。若在大气压为655[毫米汞柱]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值，则真空度读数应为多少。 3．敞口容器底部有一层深0.52m的水，（ρ=1000kg/m3），其上为深3.46m的油（ρ=916kg/m3）。求器底的压力，以Pa，atm及mH2O三种单位表示。这个压力是绝压还是表压？ 4．如附图所示，封闭的罐内存有密度为1000kg/m3的水， 水面上所装的压力表读数为42kPa。又在水面以下装一 压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58kPa。 求管内水面至下方测压口的距离。 5．图示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝 后冷凝液和水一道沿气压管流至地沟排出，现已知器内 真空度为0.85kgf/cm2，问其表压和绝压各为多少mmHg、 kgf/cm2和Pa？并估计气压管内的液柱高度H为多少米？（大气 压为752mmHg） 6．用一复式U管差压计测定水流管道A、B两点的压差，压差 计的指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m， h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m，问管道中A、B两点间的压差 ΔP AB为多少？（先推导关系式，再进行数学运算）。 7．用双液体U管差压计测定两点间空气的压差，读数为320 mm。由于侧壁上的两个小室不够大，致使小室内两液面产生 4mm的高差。求实际的压差为多少Pa。若计算时不考虑两小室 内液面有高差，会造成多大的误差？两液体的密度如附图所示。 8．硫酸流经由大小管组成的串联管路，硫酸相对密度为1.83， 体积流量为150 l/min，大小管尺寸分别为φ57x3.5mm和φ 76x4mm，试分别求硫酸在小管和大管中的（1）质量流量；（2） 平均流速；（3）质量流速。 9．如图在槽A中装有NaOH和NaCl的混合水溶液，现须将该溶液
第一章流体流动和输送 1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。 解：M m=∑M i y i=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1 ρm=pM m/RT=101.3×103×30.1/(8.314×103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？ 解：成都p R=95-8=87kPa（真空度） 拉萨p R=62-8=54kPa（真空度） 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。 解：p B=R3ρH2O g+R2ρHg g=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa（表）p A=p B+R1ρHg g=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa（表） ?p=p A-p B=65766.2-12399.8=53366.4Pa 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ0，空气密度为ρ，试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角α为30o时，若要忽略贮液器内的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少？
一、单选题 1．单位体积流体所具有的（ A ）称为流体的密度。 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（ B ）的流体。 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（ D ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 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（ A ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（ A ）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 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（ D ）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 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＝0.8Umax； 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；
第一章流体流动 一、单项选择题（每小题1 分） 1.在SI 单位制中，通用气体常数R 的单位为( )B A.atm· cm / mol·K B. Pa· m /mol·K C. Kf· m / mol·K D. Ibf· ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是( )C A.系统操作参数不随时间改变 B.系统操作参数不随位置改变 C.系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D.系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中，认为密度随压力变化的是( )A A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4.下列关于压力的表述中，正确的是( )B A.绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5.某系统的绝对压力为0.06MPa，若当地大气压为0.1MPa，则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6.容器中装有某种液体，任取两点A，B，A 点高度大于B 点高度，则( )B A.p A > p B B.p A < p B C.p A = p B D.当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.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。 8.使用U 型管压差计测量较小压差时，为了准确读数，下列方法中正确的做法是（）C A.选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U 型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差，若两点间的压差较小，为了提高 读数精度，你认为较好的指示剂为( )D A.乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体，指的是（）A A.分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈( )。C A.过渡型流动；B．湍流流动；C．层流流动；D．静止状态。12．有两种关于粘性的说法：( )A (1)无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。
第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强，U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R =120mm ，当地大气压p a 为101.3kPa ，试求：(1) A 点的绝对压强，Pa ；(2) A 点的表压，Pa 。 解：(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？ 答：80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为：4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ，槽底侧面有一直径为500mm 的人孔，其中心距槽底600mm ，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N 表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ？ 解：(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒置的U 形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s =500mm ，油的密度为780kg/m 3，水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U 形出口管顶部距分界面的垂直距离H 应为多少？ 因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。 解：gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h 1=1.20m ，h 2=0.3m ，h 3 =1.30m ，h 4 =0.25m ，试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解：()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ ()2112h h g gh P P i A --+=ρρ(1) ()()4342323h h g gh P h h g P P i B i -++=-+=ρρρ(2) (1)代入（2） ()()()43423211h h g gh P h h g h h g gh P i B i i A -++=-+--+ρρρρρ
新版化工原理习题答案(01)第一章流体 流动
第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 3 3122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+= +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地
第1章流体流动 一、思考题 1、粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？ 2、定态流体与非定态流体有何区别？ 3、机械能包括哪几项？有何特性？ 4、牛顿流体与非牛顿流体有何区别？ 5、何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？ 6、边界层分离时为何有旋涡产生？ 7、气体、液体的粘度随温度如何变化？ 8、考察流体质点运动的方法有哪些？ 9、当量直径如何定义的？ 10、对牛顿型流体管中何处速度梯度最大，何处剪应力最小？ 11、λ随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增加？ 12、管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？ 13、流体在管内呈层流流动是，其λ与ε/d有何关系？λ与Re有何关系？关系如何？ 14、当流体处于阻力平方区时，λ与什么有关？ 15、流体进入管中作层流流动，经起始段长度后，速度分布呈什么形状，边界层厚度为何？ 16、局部阻力计算有几种方法？如何表示？ 17、那种流量计是恒压降、变截面的流量测量装置？ 18、那种流量计是变压降、恒截面的流量测量装置？ 19、流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？ 20、对一三支并联管路，主管中的流量与支管中的流量有何关系？ 21、在工程单位制中，质量的单位是什么？ 22、湍流粘度μ‘是不是流体的物性？它与什么有关？ 23、层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？ 24、水的经济流速是多少？一般气体的常用流速是多少？ 二、计算题 1.用习题1-1附图所示的U型压差计测量管路A点的压强，U型压差计与管 路的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a为101.3kPa。试求：（1）A点的绝对压强，Pa；（2）A点的表压，Pa。 [（1）p A（绝压）=1.28×105 Pa；（2）p A（表压）=2.66×104 Pa]
第一章 流体流动习题解答 1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg 真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为 p =4 61097.8)10082.0(10132576.00?=?--?N/m 2 （2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为4 1097.8?Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa 混合气体的摩尔质量 Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol 混合气体在该条件下的密度为： ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m3 3.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH 大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT 根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H 代入上式得 ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh 移项整理得 dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H 对以上等式两边积分， 101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H 所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15
即： lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 （2）已知地平面处的压力为101325 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=101325×330763=45431 Pa 将p 山顶代入上式 ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。 4.解：根据流体静力学基本方程可导出 p 容器-p 大气=Rgρ水-ρ煤油 所以容器的压力为 p 容器=p 大气+Rgρ水-ρ煤油=101.3+8.31×9.81×（995-848）1000=113.3 kPa 5.解：6030sin 120sin '=?== αR R mm 以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得 8.101106081.98501013253001=???+=+=-gR p p ρkPa 6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ρgz1 同理，有 p1=p1'=P2+ρigR2 ，p2=p2'=P3-ρg （z2-z3） p3=p3'=p4+ρigR3 ，p4=p4'=pB-ρgz4 以上各式相加，得 PA-PB=ρigR2+R3-ρgz2-z1+z4-z3 因为 z2-z1=R2，z4-z3=R3 PA-PB=ρi -ρgR2+R3=13.6-1×9.81×0.37+0.28=80.34kPa 同理，有 PA-PB=ρi -ρgR1=ρi -ρgR2+R3 故单U 形压差的读数为 R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m
第一章流体流动 第一章习题1： 某设备的真空表读数为500mmHg ，设备外环境大气压强为640mmHg ， 则它的绝对压强为_________Pa 。 该设备的绝对压强=640-500=140mmHg ＝140×133.32＝1.866×104Pa 。（2分） 第一章习题2： 流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_________形曲线，中心最大速度为平均速度的____________倍。此时摩擦系数λ与__________无关，只随__________加大而_______________。 抛物线，2，ε/d ，Re ，减小。（每个空1分，共5分）。 第一章习题3： 牛顿粘性定律表达式为___________________________，它只适用于_____________型流体。 τ＝μy ??μ 或τ＝μdy d μ（2分） 牛顿 （1分） （共3分） 第一章习题4： 内摩擦力是流体________________的表现，所以又称为___________力或者__________________力。
粘性， 粘滞，粘性摩擦（每空1分，共3分） 第一章习题5： 流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数λ与________及________有关。在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于___________线。 Re ，ε/d ，水平 （每空1分，共3分） 第一章习题6： 粘度的物理意义是____________________________________。 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。（2分） 第一章习题7： 边长为a 的正方形管道，其当量直径de 为________________。 a a a r d H e =?==4442 （2分） 第一章习题8： 在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。则细管内水的流速为粗管内流速的___________倍。 据=21u u (1 2d d )2＝（112d d ）2＝(2)2=4 (2分) 第一章习题9： 流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为__________________和_____________两种。局部阻力的计算方法有___________法和_________法。
第一章流体的流动与输送 一、选择题 1. 流体在圆形直管内做稳定层流流动时，其平均速度与管内最大流动速度的比值为。 A．约0.8/1 ； B．0.5 /1 ； C．2.0/1 ； D 1/0.8 2.容器中装有某种液体，任取两点A，B，A点高度小于B点高度，则 ( ) A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D.当液面上方的压强改变时，液体内部压强不发生改变 3．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Q2/Q1为( )。 A．1/2；B．1/4；C．1/8；D．1/16。 4．牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈( )。 A．层流流动；B．湍流流动；C．过渡型流动；D．静止状态。5．流体在圆直管内流动，充分湍流(阻力平方区)时，摩擦系数λ正比于( )。(G为质量流速) A．G2；B．G；C．G0；D．G-1。 6．有两种关于粘性的说法：( ) (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。 A．这两种说法都对B．第一种说法对，第二种说法不对 C．这两种说法都不对D．第二种说法对，第一种说法不对 7．水以2 m·s-1的流速在?35 mm×2.5 mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3 Pa·s，密度为1000 kg·m-3，其流动类型为( )。 A．层流；B．湍流；C．过渡流；D．无法确定。 8．离心泵原来输送水时的流量为q V，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量( )。 A．增大；B．减小；C．不变；D．无法确定。 9．装在某设备进口处的真空表读数为50 kPa，出口压力表的读数为100 kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa。 A．150；B．50；C．75；D．25。 10．用某孔板流量计测量一流通管道中水的流量时，U形管液柱压差计的读数为100 mm(指示液为水银)，此时测得管中水的流量为72 m3·hr-1，当其它条件不变时，使管道中的流量减半，则此时U形管液柱压差计的读数为( )mm。 A．75；B．50；C．25；D．12.5。 11．在不同条件下测定直管湍流和完全湍流区的λ－Re关系数据，必须在( )时，数据点才会落在同一曲线上。 A．实验物料的物性ρ、μ完全相同；B．管壁相对粗糙度相等； C．管子的直径相等；D．管子的长度相等。 13．各种型号的离心泵特性曲线( )。