第一章：走进化学工业
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一、 选择题 1. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ ）。 A.阻力越大，静压强下降就越大 B.流体的粘度越大，阻力越大 流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在 2. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa ，用基本单位表示是（ ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s2 D.N/m2 3. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 4. 对不可压缩流体，满足( )条件时，才能应用柏努力方程求解。 A.)%(20p p p 1 21式中压强采用表压表示<- B.)%(01p p p 1 21式中压强采用表压表示<- C.)%(20p p p 1 21式中压强采用绝压表示<- D. )%(01p p p 121式中压强采用绝压表示<- 5. 判断流体的流动类型用（ ）准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 6. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为（ ）。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 7. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 8. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ ）有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B.雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 B. 欧拉准数和相对粗糙度 9. 测速管测量得到的速度是流体（ ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 10. 在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 11. 流体在长为3m 、高为2m 的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ ）。 A. 1.2m ； B. 0.6m ； C. 2.4m ； D. 4.8m 。 12. 当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关
31．黏度为30cP 、密度为900kg/m 3 的某油品自容器A 流过内径40mm 的管路进入容器B 。两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m ，阀后管长20m （均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为88.3kPa 和44.2kPa 。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m 。试求： （1）管路中油品的流量； （2）定性分析阀前、阀后压力表读数的变化。 解：（1）阀关闭时流体静止，由静力学基本方程可得： 1081.990010 3.883 1=??= -= g p p z a A ρm 581 .990010 2.443 2=??= -= g p p z a B ρm 当阀打开41开度时，在A 与B 截面间列柏努利方程： f B B B A A A W p u g z p u g z ∑++ + =+ +ρ ρ 2 2 2 12 1 其中： 0==B A p p (表压)，0==B A u u 则有 2 )(2 u d l l W g z z e f B A ∑+=∑=-λ （a ） 由于该油品的黏度较大，可设其流动为层流，则 u d ρμλ64Re 64== 代入式（a ），有 ρ μρμ2 2 )(322 64)(d u l l u d l l u d g z z e e B A ∑+= ∑+= - 736.0) 203050(10 303281.9)510(90004.0) (32)(3 2 2 =++????-??= ∑+-= ∴-e B A l l g z z d u μρm/s 校核： 20002.88310 30736 .090004.0Re 3 <=???= =-μ ρu d 假设成立。 油品的流量： 题31 附图
化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg s s V m ρ=
第一章流体流动 液体和气体统称为流体。流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小，无固定形状，随容器的形状而变化，在外力作用下其内部发生相对运动。 流体随压强的改变而改变自身体积的性质称为流体的压缩性。 压缩性的大小被看作是气体和液体的主要区别。由于气体在压强增大时体积缩小，而液体则变化不明显，故气体属于可压缩性流体，液体属于不可压缩性流体。 气体在输送过程中若压强和温度变化不大，因而体积和密度变化也不大时，也可按不可压缩流体来处理。 一般气体在常温常压下仍可按理想气体考虑，以简化计算。 在化工生产中，涉及流体流动的规律，主要有以下几个方面： (1)流体阻力及流量、压强的计算 (2)流动对传热与传质及化学反应的影响 (3)流体的混合 第一节流体静力学基本方程 流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。也即流体在静止状态下流体内部压力的变化规律。 1－1－1 流体的密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为： （1—1） 式中：ρ——流体的密度，kg / m3； m——流体的质量，kg； V——流体的体积，m3。 不同流体的密度是不同的，对一定的流体，密度ρ是压力p和温度T的函数，可用下式表达： ρ = f ( p，T ) 液体的密度随压力的变化甚小，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体。温度对液体的密度有一定影响，但改变不大（极高压力下除外），液体的密度ρ一般可从物理化学手册或有关资料中查到。 气体具有压缩性及膨胀性，其密度随压强，温度的变化很大。当压强不太高，
温度不太低时，其密度可近似地按理想气体状态方程式来计算： ρ= m / V = pM / RT （1—2） 式中：p——气体的绝对压强，kN / m2或kPa； T——气体的绝对温度，K； M——气体分子的分子量； R——气体常数，8.314 kJ / kmol·K。 若以知标准状态下气体的密度ρ0、温度T0和压力P0，则某状态下(T、P)理想气体的密度ρ也可按下式计算： ρ = ρ0T 0P / TP0（1—3）式中：ρ0——标准状态下（T０＝273K P０＝101.33 kPa）气体的密度， kg / m3 ρ0 = M / 22.4 kg / m3 在化工生产中所遇到的流体，往往是含有几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，所以混合物的平均密度ρm还得通过以下公式进行计算：气体混合物的密度ρm可由下式求得（假定混合时各组分的体积不变）： ρm = ρ1y1 + ρ2y2 + … + ρn y n (1—4) 式中：ρi——各组分的密度； y i——各组分的体积分数。 当气体混合物的温度，压力接近理想气体时，（即温度不太低时，压强不太高时）仍可用式（1—2）来计算气体的密度，但式中气体分子的分子量M应以混合气体的平均分子量M m代替，即： Ｍm＝Ｍ１Ｙ１＋Ｍ２Ｙ２＋…＋Ｍn Y n(1—5) 式中：Ｍi——气体混合物各组分的分子量； Ｙi——气体混合物各组分的摩尔分率。 气体混合物的组成通常以体积分率表示。 对于理想气体，其体积分率与摩尔分率，压力分率是相等的。 液体混合物的组成通常以质量分率表示，它的密度可按下式计算： 1 / ρm ＝a1/ρ1＋a2/ρ2＋…＋a n / ρn（1—6） 式中：a i——液体混合物中各组分的质量分率； ρi——液体混合物中各组分的密度；
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（）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＝； 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.圆直管内流动流体，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
第三节管内流体流动现象 一、牛顿粘性定律与流体的粘性 二、流体流动类型与雷诺数 三、流体在圆管内的速度分布 四、边界层的概念第一章流体流动
一、牛顿粘性定律与流体的粘度 1、牛顿粘性定律 （1）什么是粘性 流体的典型特征是具有流动性，但不同流体的流动性能不同，这主要是因为流体内部质点间作相对运动时存在不同的内摩擦力。 【定义】表明流体流动时产生内摩擦力的特性称为粘性。
（2）内摩擦力（粘性力）的表现 【现象】当拖动上面的平板时，原来平板之间静止不动的流体出现了速度梯度。
（3）什么是内摩擦力？ 对任意相邻两层流体来说，上层对下层起带动作用，而下层对上层起拖曳作用，流体层之间的这种相互作用力，称之为内摩擦力。 【说明】内摩擦力是一种切向力（剪力），与作用 面平行。
（4）粘度力的本质——流体内部的分子动量传递 ①沿流体流动方向相邻的两流体层，由于速度不同，动量也就不同。 ②高速流体层中一些分子在随机运动中进入低速流体层，与速度较慢的分子碰撞使其加速，动量增大； ③低速流体层中一些分子也会进入高速流体层使其减速，动量减小。 【结论】分子动量传递是由于流体层之间产生粘性力（内摩擦力）的原因。
实验证明，对于一定的流体，内摩擦力F 与两流体层的速度差du 成正比，与两层间的接触面积A 成正比，与两层之间的垂直距离dy 成反比，即： dy du A F μ=式中：F ——内摩擦力，N ； du /dy ——法向速度梯度，即在与流体流动方向相垂直的y 方向流体速度的变化率，1/s ； μ——比例系数，称为流体的粘度或动力粘度，Pa ·s 。（5）牛顿粘性定律
化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg
第一章流体流动 1-1在大气压强为X103 Pa 的地区，某真空精馏塔塔顶真空表的读数为 X103 Pa,试计算精 馏塔塔顶内的绝对压强与表压强。 [绝对压强：xio 3Pa ；表压强：x l03Pa] 【解】由 绝对压强=大气压强-真空度 得到： 精馏塔塔顶的绝对压强 P 绝=x 103Pa - x l03Pa= X 03Pa 精馏塔塔顶的表压强 P 表=-真空度=-x 103Pa 1-2某流化床反应器上装有两个 U 型管压差计，指示液为水 银，为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的 U 型管与大气连通 的玻璃管内灌入一段水，如本题附图所示。测得R I =400 mm, R 2=50 mm , R 3=50 mm 。试求 A 、B 两处的表压强。[A : x iO 3Pa ； B : xiO 3Pa] 【解】设空气的密度为 p g 其他数据如图所示 a —处：P A + g gh i =严 gR 3+ p 水银gR 2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = X 03XX + X 03 xx = x i03Pa b-b'处：P B + pg gh 3= P A + p gh 2 + p 水银 gR i 即：P B =xi03 xx + w 3= x i03Pa 两段水银之间是水，今若测得 h 1=1.2 m , h 2=1.3 m , R 1=0.9 m , R 2=0.95 m ，试求管道中 A 、 B 两点间的压差△ P AB 为多少mmHg ?（先推导关系 式，再进行数字运算）[1716 mmHg] 【解】 如附图所示，取水平面 1-1'、2-2'和3-3', 则其均为等压面，即 P 2' H 2O gh p 3 1-3用一复式U 形管压差计测定水流过管道上 A 、 B 两点的压差, 压差计的指示液为水银, R 3 R 2 P 1 p 「, P 2 P 2', P 3 P 3' 根据静刀学方程，有 P A H 2o ghi P 1 P 2 Hg gR 1 P 1' 因为p 1 pi'，故由上两式可得 P A \H 2O gh 1 P 2 即 P 2 P A H 2< o gh 1 设2'与3之间的高度差为h ,再根据静力学方程，有
第1章流体流动 学习目的与要求 1、掌握密度、压强、绝压、表压、真空度的有关概念、有关表达式和计算。 2、掌握流体静力学平衡方程式。 3、掌握流体流动的基本概念——流量和流速，掌握稳定流和不稳定流概念。 4、掌握连续性方程式、柏努利方程式及有关应用、计算。 5、掌握牛顿黏性定律及有关应用、计算。 6、掌握雷诺实验原理、雷诺数概念及计算、流体三种流态判断。 7、掌握流体流动阻力计算，掌握简单管路计算，了解复杂管路计算方法。 8、了解测速管、流量计的工作原理，会利用公式进行简单计算。 综合练习 一、填空题 1．某设备的真空表读数为200 mmHg，则它的绝对压强为____________mmHg。当地大气压强为101.33 103Pa. 2．在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__________与__________之和为常数。 3．法定单位制中粘度的单位为__________，cgs制中粘度的单位为_________，它们之间的关系是__________。 4．牛顿粘性定律表达式为_______，它适用于_________流体呈__________流动时。 5．开口U管压差计是基于__________原理的测压装置，它可以测量管流中___________上的___________或__________。 6．流体在圆形直管内作滞流流动时的速度分布是_____________形曲线，中心最大速度为平均速度的________倍。摩擦系数与_____________无关，只随_____________加大而_____________。 7．流体在圆形直管内作湍流流动时，摩擦系数λ是_____________函数，若流动在阻力平方区，则摩擦系数是_____________函数，与_____________无关。 8．流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____________。邻近管壁处存在_____________层，Re值越大，则该层厚度越_____________
流体输送试题 一、填空题 1．流体的密度是指______________________________，其单位为______________。单位体积流体 所具有的质量，3/m kg 2．20℃时苯的密度为880kg/m 3，甲苯的密度为866kg/m 3，则含苯40%（质量）苯、甲苯溶液的 密度为 _____________。871.553/m kg 3．101.3kap 、20℃时空气的密度为_____________ 。1.2063/m kg 4．1atm ＝__________kpa ＝_________mmHg ＝_________mH 2O 。101.3， 760，10.33。 5．流体的粘度是描述流体_________性能的物理量，一般用符号_____表示；流体的粘度越大，流 动时阻力损失 __________。流动，μ，越大。 6．流体的流动形态有 _____________和____________两种，可用________判断。层流，湍流， 雷诺数Re 。 7．流体阻力产生的根本原因是_________________，而_______________与_________是产生流体 阻力的外因。流体本身的粘性，流动型态，管路条件 8．减小流体阻力的途径为_____________________________；_________________________； ___________________________；______________________等。减少不必要的管件；适当放大管径；加入一些添加剂以减小流体的粘度；给管子穿衬衣将粗糙管变成光滑管。 9．φ108×4mm 的无缝钢管，其实际外径为_________mm ，内径为_______mm 。108mm ,100mm 10．管路防腐要涂油漆，一般油漆的颜色与物料的性质、用途有关。那么红色管为________ ___________；黄色管为_______________；绿色管为________________ 。主要物料管，危险品管，水管。 11．离心泵的构造主要包括________和________组成的旋转部件以及________和_________组成的 固定部件。叶轮，泵轴，泵壳，轴封 12．离心泵的流量调节方法有________________________和___________________________，一般 在生产中采用__________________________，在需要长期改变流量时采用___________________。改变管路特性曲线，改变泵的特性曲线，改变管路特性曲线，改变泵的特性曲线。 13．离心泵开车时，泵空转、吸不上液体、进口处真空度低，此时泵发生了__________现象，其 原因可能是________________或__________________。气缚，没有灌泵，轴封不严密。
1-1．容器A 中气体的表压力为60kPa ，容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14?。试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。该处环境大气压等于标准大气压。（答：A,160kPa ；B,88kPa ） 解：取标准大气压为kPa 100，所以得到： kPa 16010060=+=A P ； kPa 8812100=-=B P 。 1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ，当地大气压为101.3kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。 (答：169kPa -) 解：kPa 16915712-=--=-=?出进P P P 。 1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa （表压）。问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干？ （答：m 02.1） 解：m 02.1 8 .910101033 =??=?= g P H ρ 习题1-3 附图 1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33?φ外管为mm 5.3mm 60?φ。内管 流过密度为3 m 1150kg -?，流量为1 h 5000kg -?的冷冻盐水。管隙间流着压力（绝压）为 MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -?的气体。标准状态下气体密度为3m 1.2kg -?，试求气体和液体的流速分别为若干1s m -?？ （ 答：1 L s m 11.2U -?=；1g s 5.69m U -?= ） 习题1-4 附图 解：mm 27225.35.33=?-=内 d ，mm 5325.360=?-=外d ； 对液体：1 2 2s m 11.2027 .011503600/500044 /-?=???=== ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：01 01P P =ρρ?3560101m kg 92.510 01325.1105.02.1-?=???==P P ρρ，
流体流动习题 一、概念题 1．某封闭容器内盛有水，水面上方压强为p 0，如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为R 1、R 2和R 3，试判断： 1）R 1 R 2（＞，＜，＝）； 2）R 3 0（＞，＜，＝）； 3）若水面压强p 0增大，则R 1 R 2 R 3 有何变化？（变大、变小，不变） 答：1）小于，根据静力学方程可知。 2）等于 3）变大，变大，不变 2．如图所示，水从内径为d 1的管段流向内径为d 2管段，已知122d d =，d 1管段流体流动的速度头为0.8m ，m h 7.01=，忽略流经AB 段的能量损失，则=2h m ，=3h m 。 答案：m h 3.12=，m h 5.13= g u h g u h 222 2 2211+ =+
122d d =， 2)2 1 ()( 12122112u u d d u u === 421 22u u =∴，m g u g u 2.024122122== m h 3.12=∴ m g u h h 5.1222 23=+= 3．如图所示，管中水的流向为A →B ，流经AB 段的能量损失可忽略，则p 1与p 2的关系为 。 21)p p A > m p p B 5.0)21+> m p p C 5.0)21-> 21)p p D < 答：C 据伯努利方程 2 2122 2 p u gz p u gz B B A A ++ =++ ρρρρ ) (2 )(2221A B A B u u z z g p p -+-+=ρ ρ ) (2 5.02 221A B u u g p p -+ -=ρ ρ
化工原理（上）各章主要知识点 绪论 三个传递：动量传递、热量传递和质量传递 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一章 流动流体 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度：n m a a a ρρρρn 22111+++= （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显着的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg 流速A V u s = 质量流速A m G s = u G ρ= 3、黏性：流体所具有的一种拽流体相对运动的性质。 （1）气体的黏性力或内摩擦力产生的原因是速度不等的流体层之间动量传递的结果。 （2）液体黏性力主要由分之间的吸引力所产生。 4、牛顿黏性定律：两相邻流体层之间单位面积上的内摩擦力τ（内摩擦应力或剪应力）与两流体层间的速度梯度dy d /υ成正比，即dy d υμ τ ±= （υτ,——方向相同时取正号，否则取负号） 服从此定律的流体称为牛顿型流体。 4、黏度μ的单位为Pa ·s 常见流体用mPa·s （1）流体的黏度随温度而变，温度升高，气体的黏度增大，液体的黏度减小。原因：温度升高时，气体分子运动的平均速度增大，两相邻气体层间分子交换的速度加快，因而内摩擦力和黏度随之减小。对于液体，温度升高时，液体体积膨胀，分之间距离
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
f u h p Z g We ∑+?+?+?=ρ 22 '2 )(u c e f f f d L L h h h ?+∑+=+=∑?λ 5、已知：流量300l/min 、ΔZ=10m,p=0,吸人管:Φ89×4mm 、L=15m ，一个底阀、一个弯头,排出管：Φ57×3.5mm 、 L=50m ，一个闸阀、一个截止阀、三个弯头 .求泵的轴功率 N=? (效率为70%) p 1= p 2= 0，u 1=u 2=0; We =9.81×10+∑h f 吸人管： ∑Le=6.3+7.2m, ζc =0.5, u=0.97m/s, Re=106000, ε/d=0.0037, λ=0.029 ∑h f =4.28J/Kg 排出管： ∑Le=0.33+17+3×1.6=22.13m, ζe =1.0, u=2.55m/s, Re=173000, ε/d=0.006, λ=0.0313 ∑h f =150J/Kg 总∑h f =吸人管∑h f +排出管∑h f =154.3J/Kg; We=252.4J/Kg Ws=4,4Kg/s, Ne=1110.6W=1.11KW, N=1.11/0.7=1.59K 6、 已知：d=200mm,入口底阀hf ’=10(u 2/2), pB=350mmHg(真)，hfA-B=0.1 (u2/2)。 试求(1)、qv=? (2)、P A =? 解:(1) 由水池水面到B 截面列柏努利方程： P B =－350×133.3=-46655 Pa(表) 0=3×9.81＋ u 2/2-46655 /1000+0.1u 2/2+10u 2/2 解得：u=1.76m/s; V=198m 3/h (2)由A 到B 列柏努利方程: P A//1000=5×9.81＋－ 46655 /1000+0.1×1.762/2 P A = 2550 Pa 7、温度为20℃的空气在直径为2.5cm 的管道中流动。在距管壁1mm 处空气流速为3cm/s ，试求：(1)管壁处的切应力；(2) 单位管长的粘性阻力。 已已知知：：d ＝2.5cm ，u ＝3cm/s ，δ＝1mm ，μ＝18.08×10－ 6 Pa ·s 。 解析：根据牛顿内摩擦定律，得管壁处的切应力为 2460m /N 10424.5001 .00 03.01008.18d d --?=-??==y u μ τ 单位管长的粘性阻力为 m /N 10258.41025.014.310 424.554 0--?=????==A T τ 8、有一块30×40cm 2的矩形平板，浮在油面上，其水平运动的速度为10cm/s ，油层厚