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
气压力为101.3×103 Pa ）？
解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为
[]
（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133?=-??+?=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为
N 10627.3N 76.04
π103.10110813.1)(4233a ?????-=＝）－＝（A p p F
每个螺钉所受力为
N 10093.6N 014.04
π
105.39321?=÷??=F
因此
)（个）
695.5N 10093.610627.3341≈=??==F F n
5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力
()（表）
Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ
（2）B 点的压力
()（表）
Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441
汞A B ?=??+?=+=gR p p ρ
6．如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R =100 mm ，h =800 mm 。为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。已知当地大气压力为101.3 kPa ，试求管路中心处流体的压力。
解：设管路中心处流体的压力为p
习题5附图
习题4附图
习题6附图
根据流体静力学基本方程式，A A p p '= 则 a ++p gh gR p ρρ=汞水
()80.132kPa
Pa 1.08.9136008.08.91000103.1013
=??-??-?=--=gR
gh p p a 汞水ρρ
7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。
解：3.13=gh 水ρ
()()m
36.1m 8.9100010003.133.13=??==g h 水ρ
流体流动概述
8. 密度为1800 kg/m 3的某液体经一内径为60 mm 的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s ，求该液体的体积流量（m 3/h ）、质量流量（kg/s ）和质量通量[kg/(m 2·s)]。
解： h m 14.8s m 360006.0414
.38.04π3322h =???===d u
uA V kg 26.2kg 100006.0414
.38.04π22s =???===ρρd u uA w
())s m kg 800s m kg 10008.022?=??==ρu G
9．在实验室中，用内径为1.5 cm 的玻璃管路输送20 ℃的70%醋酸。已知质量流量为
10 kg/min 。试分别用用SI 和厘米克秒单位计算该流动的雷诺数，并指出流动型态。 解：（1）用SI 单位计算
查附录70%醋酸在20 ℃时，s Pa 1050.2m kg 106933??==-μρ， 0.015m cm 5.1==d
()m 882.0s m 1069015.04π60102b =???=u
()5657105.21069882.0015.03b =???==
-μ
ρ
du Re 故为湍流。
（2）用物理单位计算
()s cm g 025.0cm g 10693?==μρ， cm 5.1=d ，m c 2.88b ==u 5657025.0069.12.885.1b =??==
μ
ρ
du Re
习题7附图
10．有一装满水的储槽，直径1.2 m ，高3 m 。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 cm ，测得水流过小孔的平均流速u 0与槽内水面高度z 的关系为：
zg u 262.00=
试求算（1）放出1 m 3水所需的时间（设水的密度为1000 kg/m 3）；（2）又若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？ 解：放出1m 3水后液面高度降至z 1，则 ()m 115.2m 8846.032
.1785.01
2
01=-=?-=z z 由质量守恒，得
21d 0d M w w θ-+=，01=w （无水补充）
20000.62w u A A A ρρ==（为小孔截面积）
AZ M ρ= (A 为储槽截面积) 故有 0262.00=+θρρd dz A gz A
即
θd A
A gz
dz 0
62
.02-= 上式积分得 ))((
262.02
2
112100
z z A A g -=
θ
()m i n 1.2s 4.
126s 115.2304.0181.9262.02
2
1212
==-??? ?
??= 11．如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m ，水从φ108 mm ×4 mm 的管道中流
出，管路出口高于地面1.5 m 。已知水流经系统的能量损失可按∑h f =5.5u 2计算，其中u 为水在管内的平均流速（m/s ）。设流动为稳态，试计算（1）A -A '截面处水的平均流速；（2）水的流量（m 3/h ）。
解：（1）A - A '截面处水的平均流速
在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得
22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ
++=+++∑ （1） 式中 z 1=7 m ，u b1～0，p 1=0（表压）
z 2=1.5 m ，p 2=0（表压），u b2 =5.5 u 2 代入式（1）得
22b2b2
19.8179.81 1.5 5.52
u u ?=?++ s m 0.3b =u
（2）水的流量（以m 3/h 计）
()m 78.84m 02355.0004.02018.04
14.30.3332
b2s ==?-??
==A u V
12．20 ℃的水以2.5 m/s 的平均流速流经φ38 mm ×2.5 mm 的水平管，此管以锥形管与另一φ53 mm ×3 mm 的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A 、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A 、B 两截面间的能量损失为1.5 J/kg ，求两玻璃管的水面差（以mm 计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解：在A 、B 两截面之间列机械能衡算方程 22121b12b2f 1122p p gz u gz u h ρρ
++=+++∑ 式中 z 1=z 2=0，s m 0.3b1=u
m 232.1m 2003.0053.020025.0038.05.22
22
21b12
1
b1b2=???
???-?-=???
? ??=???? ??=d d u A
A u u ∑h f =1.5 J/kg
k g J 866.0k g J 5.125.2232.12
2
2
f 2
b1
2b2b22
1-=???
? ??+-=+
-=-∑
h u u u p p ρ
故
mm 3.88m 0883.0m 81.866.02
1===-g
p p ρ 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133?105 Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。
解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得
22
1
1221e 2f 22
p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑ ()m 966.1m 004.02068.04
14.33600204πkg
J 700m 0.8Pa 1021.1Pa 100133.12
22f 1125251=?-?===
=≈=-?=?=∑
d V
A V u h u Z Z p p ；；
；；
习题11附图 习题12附图
习题13附图
()2221
21e 21f 2
p p u u W g Z Z h ρ
--=
++-+∑
()()768.9W
W 173800360020kg J 175kg J 704.7893.146.2kg
J 700.88.92966.1800100133.121.1e s e 25=??===+++=??
????+?++?-=W w N W e 14．本题附图所示的贮槽内径D =2 m ，槽底与内径d 0为32 mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其初始液面高度h 1为2 m （以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量损失可按∑h f =20 u 2计算，式中的u 为液体在管内的平均流速（m/s ）。试求当槽内液面下降1 m 时所需的时间。 解：由质量衡算方程，得
12d d M W W θ=+ （1）
2120b π04
W W d u ρ==， （2）
2d πd d 4d M h
D ρ
θθ
= （3） 将式（2），（3）代入式（1）得 220b πd 044d h d u D πρρθ
+= 即 2b 0d ()0d D h u d θ
+= （4）
在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程
22
b1b21212f 22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑
即 22
22b b f b b 2020.52
2
u u gh h u u =+∑=+=
或写成 2b 20.59.81
h u =
b u = （5） 式（4）与式（5）联立，得
22d ()00.032d h θ=
即 θd h
h =-d 5645
i.c. θ=0，h =h 1=2 m ；θ=θ，h =1m 积分得 []
1.3h
s 4676s 212564521==-?-=θ
习题14附图
动量传递现象与管内流动阻力
15．某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为b ，高度2y 0，且b >>y 0，流道长度为L ，两端压力降为p ?，试根据力的衡算导出（1）剪应力τ随高度y （自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。 解：（1）由于b>>y 0 ,可近似认为两板无限宽，故有 y L
p
yb p bL ?-=??-=
)2(21τ （1） （2）将牛顿黏性定律代入（1）得
d d u y τμ=-
d d u p y y L μ?=
上式积分得
C y L
p u +?=22μ （2）
边界条件为 y =0，u =0，代入式（2）中，得 C =-2
02y L
p C μ?=
因此 )(2202y y L p u -?=μ （3）
（3）当y =y 0，u =u max
故有 2
0m a x 2y L p u μ?-=
再将式（3）写成
2max 0
1()y u u y
??=-???
?
（4） 根据u b 的定义，得
2b max max
112d 1()d 3
A A y u u A u A u A A y ??==-=???
?
????
16．不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流速u 相
应的速度点出现在离管壁0.293r i 处，其中r i 为管内半径；（2）剪应力沿径向为直线分布，且在管中心为零。
解：（1）22max b i i 1()21()r r u u u r r ????=-=-??
?????? （1） 当u =u b 时，由式（1）得
2i 1()12r r =-
解得 i 707.0r r =
由管壁面算起的距离为i i i i 293.0707.0r r r r r y =-=-= （2）
由d d u
r
τμ
=- 对式（1）求导得 max 2
i 2d d u u r r r =
故 max b 22
i i 24u u r r r r μμτ== （3）
在管中心处，r =0，故τ=0。
17．流体在圆管内作定态湍流时的速度分布可用如下的经验式表达
7
1max z 1??
? ??
-=R r u u 试计算管内平均流速与最大流速之比u /u max 。
解：17
R
R
z max 2
2
1
1
2πd 12πd ππr u u r r u r r R R
R ??
=
=- ???
?
?
令
R 111721787
z max max max
22000
1(1)112πd 2π(1)d 2()d 0.817ππr
y r R y R u u r r y u R y y u y y y u R R
-
==-==-=-=???，则
18．某液体以一定的质量流量在水平直圆管内作湍流流动。若管长及液体物性不变，将管径减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍？ 解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时
f p ?=f h ρ∑ 或
f h ∑
=f p ?/ρ=λ
2
b 2
u L d ρ
∑∑f1
f2h
h =（
2
b1
b22112))()(u u d d λλ 式中 2
1d d =2 ，b2b1u u =（21d d
）2 =4
因此
∑∑f1
f2h
h
=221
(
)(2)(4)λλ=3212λλ
又由于 25
.0Re
316
.0=
λ
12λλ=（25021.)Re Re =（0.251b12b2
)d u d u =（2×25041
.)=（0.5）0.25=0.841 故
∑∑f1
f2h
h =32×0.84=26.9
19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.9×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，
总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为6.3?10-4 Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。）
解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，
间列
机械能衡算方程，以截面1-1，
为基准水平面，得
22
b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ+++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 s m 43.1s m 1073
068.0785.036001024
242b2=????==
ρ
π
d w
u p 1=-25.9×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得
2
b221e 21f ()2u p p W g z z h ρ
-=-+++∑
=9.81×17+24312.+1073
109.253
?+
f
h ∑=192.0+f
h ∑
其中
f
h ∑=（λ+
e
L L d
+∑+∑ζ）2
b22
u
=Re b du ρμ
=3
0.068 1.431073
0.6310-???=1.656×105 0044.0=d e
根据Re 与e /d 值，查得λ=0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为
闸阀（全开）： 0.43×2 m =0.86 m 标准弯头： 2.2×5 m =11 m
故 f h ∑=(0.03×350.8611
0.068
+++0.5+4)kg J 243.12=25.74J/kg
于是 ()kg J 217.7kg J 74.250.192e =+=W 泵的轴功率为
s N =e W η/w =
W 7
.036001027.2174
???=1.73kW 流体输送管路的计算
习题19附图
20．如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m 处安有以水银为指示液的U 管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m 。
（1）当闸阀关闭时，测得R =600 mm 、h =1500 mm ；当闸阀部分开启时，测得R =400 mm 、h =1400 mm 。摩擦系数λ可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m 3）？
（2）当闸阀全开时，U 管压差计测压处的压力为多少Pa （表压）。（闸阀全开时L e /d ≈15，摩擦系数仍可取0.025。） 解：（1）闸阀部分开启时水的流量
在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，
的中心作基准水平面，得
22
b1b21212f 12
22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑，－ （a ） 式中 p 1=0(表)
()（表）Pa 39630Pa 4.181.910004.081.913600O H Hg 22=??-??=-=gR gR p ρρ u b2=0，z 2=0
z 1可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知
2
H O 1Hg ()g z h gR ρρ+= （b ）
式中 h =1.5 m, R =0.6 m 将已知数据代入式（b ）得
m 66.6m 5.110006.0136001=??
?
??-?=z 2
2
22b b f,1-2c b b 15() 2.13(0.0250.5) 2.132
0.1
2
u u L h u u d
λζ∑=+==?+=
将以上各值代入式（a ），即
9.81×6.66=2b 2u +100039630
+2.13 u b 2
解得 m 13.3b =u
水的流量为 ()
s m 43.1m 13.31.0785.036004
π
3600332b 2s =???==u d V
（2）闸阀全开时测压点处的压力
在截面1-1，与管路出口内侧截面3-3，
间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得
22
b1b33113f 13
22u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑，－ （c ） 式中 z 1=6.66 m ，z 3=0，u b1=0，p 1=p 3
习题20附图
2e b f,13c ()2L L u h d λζ-+∑∑=+=2
2b b 350.025(15)0.5 4.810.12
u u ??++=????
将以上数据代入式（c ），即
9.81×6.66=2
b 2
u +4.81 u b 2
解得 m 13.3b =u
再在截面1-1，
与2-2，
间列机械能衡算方程，基平面同前，得
22
b1b21212f 12
22u u p p gz gz h ρρ++=+++∑，－ （d ） 式中 z 1=6.66 m ，z 2=0，u b1≈0，u b2=3.51 m/s ，p 1=0（表压力）
kg J 26.2kg J 2
51
.35.01.05.1025.02
2
f,1=??? ??+=∑-h
将以上数值代入上式，则
2.261000251.366.681.922
++=?p 解得 p 2=3.30×104
Pa （表压）
21．10 ℃的水以500 l/min 的流量流经一长为300 m 的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 mm 。有6 m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。 解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为
12f p p h ρ-=∑
上式两端同除以加速度g ，得 g
p p ρ21-=
f
h ∑/g=6 m （题给）
即
f h ∑
=2
b 2u L d λ=6×9.81 J/kg =58.56 J/kg （a ） 223
2s b 01062.04
π60105004π--=??==
d d d V u 将u b 代入式（a ），并简化得
λ4510874.2-?=d （b ）
λ与Re 及e /d 有关，采用试差法，设λ=0.021代入式（b ），求出d =0.0904m 。 下面验算所设的λ值是否正确：
000553.00904.1005.03=?=-d e s m 3.1s m 0904.001062.02b ==u 10 ℃水物性由附录查得
ρ=1000 kg/m 3，μ=130.77×10-5 Pa s ?
()45b 1099.81077.130100003.10904.0?=???=-μρdu Re 由e /d 及Re ，查得λ=0.021
故 m m 4.90m 0904.0==d
22．如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用114mm 4φ?mm 的钢管，管路总长为190 m （包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水塔内水面维持恒定，并高于出水口15 m 。设水温为12 ℃，试求管路的输水量（m 3/h ）。
解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得
22
1
12212f 22p u p u gZ gZ h ρρ++=+++∑
55122111.013310Pa 1.013310Pa 15.0m 0p p Z Z u =?=?-=≈；； ；
()22
e 2
212f 9.8150.522
l l u u g Z Z h d λ??+=--=?-+ ? ???∑∑ e 2
2 1.5294l l u d λ??++= ? ???∑
2u =
（1）
采用试差法，2 2.57m u =假设 55
0.106 2.57999.8e=
2.1910124.2310du R ρ
μ
-??=
=??则 0.2
0.0019
106
e d =≈取管壁的绝对粗糙度为0.2 mm ，
则管壁的相对粗糙度为 0.024
λ=查图1-22，得 代入式（1）得，
2 2.57m s u =
故假设正确，2 2.57m u = 管路的输水量
()m 61.81h m 3600004.02114.04
14
.357.23322=??-??
==A u V
习题22附图
23．本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC 与BD 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为11 。AB 管段内径为38 m 、长为58 m ；BC 支管的内径为32 mm 、长为12.5 m ；BD 支管的内径为26 mm 、长为14 m ，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB 与BC 管段的摩擦系数λ均可取为0.03。试计算（1）当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量为多少（m 3/h ）；（2）当所有阀门全开时，两支管的排水量各为多少（m 3/h ）？（BD 支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15 mm ，水的密度为1000 kg/m 3，黏度为0.001Pa s ?。） 解：（1）当BD 支管的阀门关闭时，BC 支管的最大排水量
在高位槽水面1-1，
与BC 支管出口内侧截面C-C ,间列机械能衡算方程，并以截面C-C ,为基准平面得
22
b1b 11f 22C C C u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑
式中 z 1=11 m ，z c =0，u b1≈0，p 1=p c
故 2
b f 2C u h +∑=9.81×11=107.9J/kg （a ）
f f ,f ,AB BC h h h ∑=∑+∑ （b ）
2b,e
f,c ()2
AB AB u L L h d λζ+∑∑=+
2b,2
b,58(0.030.5)23.150.0382
AB AB
u u =?+= （c ） 2b,2
f,b,12.5(0.03) 5.860.0322
BC BC BC
u h u ∑=?= （d ） 2
2422b,b,b,b,b,32(
)(
)0.538
BC AB BC AB BC BC
AB
d u u u u u d =∴
==
（e ） 将式（e ）代入式（b ）得
22
f,b,b,23.150.511.58AB BC BC
h u u ∑=?= （f ） 将式（f ）、（d ）代入式（b ）,得
222f b,b,b,11.58 5.8617.44BC BC BC
h u u u ∑=+= u bC =u b,BC ，并以∑h f 值代入式（a ），解得 u b,BC =2.45 m/s 故 V BC =3600×
π
4
×0.0322×2.45 m 3/h=7.10 m 3/h （2）当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有
2
2
b,b f,f,22D C C D C BC D BD
u u p p gz h gz h ρρ
+++∑=+++∑ （a ）
习题23附图
两支管出口均在同一水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为 f,f,BC BD h h ∑=∑
2b,e
f,c ()2
BC BC D u L L h d λζ+∑∑=+
2b,2
b,12.5(0.031) 6.360.0322
BC BC
u u =?+= 2b,2
f,b,14(1)(269.20.5)0.0262
BD BD BD
u h u λλ∑=+=+ 将f,f,BC BD h h ∑∑、值代入式（a ）中，得
22
b,b,6.36(269.20.5)BC BD
u u λ=+ （b ） 分支管路的主管与支管的流量关系为 V AB =V BC +V BD
222
b,b,b,AB AB BC BC BD BD d u d u d u =+
222b,b,b,0.0380.0320.026AB BC BD u u u =+ 上式经整理后得
b,b,b,0.7080.469AB BC BD u u u =+ （c ）
在截面1-1，
与C-C ’间列机械能衡算方程，并以C -C ’为基准水平面，得
2
2
b,b111f
22C C C u u p p gz gz h ρρ
++=+++∑ （d ）
上式中 z 1=11 m ，z C =0，u b1≈0，u b, C ≈0
上式可简化为
f f,f,107.9J k
g AB BC
h h h ∑=∑+∑=
前已算出 2
2
f,b,
f,b,23.15 6.36AB AB
BC BC
h u h u ∑=∑= 因此 22
b,b,23.15 6.36107.9
AB BC u u += 在式（b ）、（c ）、（d ）中，u b,AB 、u b,BC 、u b,BD 即λ均为未知数，且λ又为u b,BD 的函数，可采用试差法求解。设u b,BD =1.45 m/s ，则
3770010
1100045.126.03
b =???=
=-μρdu Re 0058.02615
.0==d e 查摩擦系数图得λ=0.034。将λ与u b,BD 代入式（b ）得 ()2B C
,2
45.15.0034.02.26936.6?+?=b u 解得 s m 79.1B C b,=u
将u b,BC 、u b,BD 值代入式（c ），解得
()s m 95.1s m 45.1469.079.1708.0AB b,=?+?=u
将u b,AB 、u b,BC 值代入式（d ）左侧，即
4.10879.136.69
5.115.2322=?+?
计算结果与式（d ）右侧数值基本相符（108.4≈107.9），故u b,BD 可以接受，于是两支管的排水量分别为 m 18.5m 79.1032.04π
3600332B C =???=V m 77.2h m 45.1026.04
π
3600332B C
=???=V
24．在内径为300 mm 的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处的温度为20 ℃，真空度为500 Pa ，大气压力为98.66×103 Pa 。测速管插入管道的中心线处。测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别为835 kg/m 3和998 kg/m 3 ，测得的读数为100 mm 。试求空气的质量流量（kg/h ）。
解： ()()Pa 74.159Pa 1.08.9835998C A =??-=-=?gR P ρρ
查附录得，20 ℃，101.3 kPa 时空气的密度为1.203 kg/m 3，黏度为1.81×10-5 Pa s ?，则管中空气的密度为
33m kg 166.1m kg 3.1015
.066.98203.1=-?
=ρ
s m 55.16m 166.174.15922max =?=?=ρ
P
u 5max max -5
0.316.55 1.166
e 3.198101.8110
du R ρ
μ
??=
=
=?? 查图1-28，得
max
0.85u
u = s m 07.14s m 55.1685.085.0max =?==u u
h kg 159.11h kg 166.13.0785.007.1422h =???=?=ρ
ρ
P
uA W
25．在5.2mm 38?φmm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm ，管中流动的是20 ℃的甲苯，采用角接取压法用U 管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U 管压差计的读数为600 mm ，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h ）？
解：已知孔板直径d o =16.4 mm ，管径d 1=33 mm ，则 ()()247.0033.00164.02
2
1o 1o ===d d A A
设Re >Re o ，由教材查图1-30得C o =0.626，查附录得20 ℃甲苯的密度为866 kg/m 3，黏度为0.6×10-3 Pa·s 。甲苯在孔板处的流速为 ()
()s m 24.8m 866
866136006.081.92626
.02A o
o =-???=-=ρ
ρρgR C u
甲苯的流量为 h kg 5427h kg 0164.04
π
24.8360036002o o s =???==ρA u V 检验Re 值，管内流速为
s m 04.2s m 24.8334.162
b1=???
?
??=u
c 43
b11Re 1072.910
6.0866
04.2033.0>?=???=
=-μρu d Re
原假定正确。
非牛顿型流体的流动
26．用泵将容器中的蜂蜜以6.28×10-3 m 3/s 流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）为20 m ，
管径为0.l m ，蜂蜜的流动特性服从幂律5
.0d d 05.0???
? ?
?=y
u z
τ，密度ρ=1250 kg /m 3，求泵应提供的能量（J /kg ）。
解：在截面11'-和截面22'-之间列柏努利方程式，得
22
1
1221e 2f 22
p u p u gZ W gZ h ρρ+++=+++∑
55122111.013310Pa 1.013310Pa 6.0m 0p p Z Z u =?=?-=≈；； ；；02≈u
()2
3
2
2
e 2e 21
f 6.28103.140.12049.8658.820.12
l l u W g Z Z h d λλ-??
?? ?
??+??=-+=?-=-∑∑ 58.864λ=-
0.5
2
0.521
0.510.5
3130.510.8648640.058440.512500.1
n
n n n n u K n d λρ----+?+????==?? ? ??????? 1.50.5
050.8 1.398
3.212.5
8 3.2 3.540.3540.004512501250
--=?=???= ()kg J 51.58kg J 0045.0648.58648.58e =?-=-=λW
习题26附图
吸收 一填空 (1) 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 二选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.单向扩散中飘流因子 A 。
第2章流体输送机械 学习目的与要求 1、掌握离心泵的工作原理、结构及主要性能参数。 2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线、工作点。 3、理解汽蚀现象成因，掌握离心泵最大安装高度计算。 4、了解往复泵和旋转泵结构。 5、了解风机结构和工作原理。 6、了解真空泵、真空技术及相关知识。 综合练习 一. 填空题 1．离心泵的主要部件有_________、_________和_________。 2．离心泵的泵壳制成螺壳状，其作用是_________。 3．离心泵特性曲线包括_________、_________和_________三条曲线。 4．离心泵特性曲线是在一定_________下，用常温_________为介质，通过实验测定得到的。 5．离心泵启动前需要向泵充满被输送的液体，否则将可能发生_________现象。．6．离心泵的安装高度超过允许吸上高度时，将可能发生_________现象。 7．离心泵的扬程是指_________，它的单位是_________。 8．若离心泵人口处真空表读数为 kPa，当地大气压强为 kPa，则输送42℃水（饱和蒸气压为 kPa）时，则泵内_________发生气蚀现象。 9．离心泵安装在一定管路上，其工作点是指_________。 10．若被输送液体的粘度增高，则离心泵的压头_________、流量_________、效
率_________、轴功率_________。 答案：1. 叶轮泵壳轴封装置 2. 转能，即使部分动能转化为静压能、N-Q、η-Q 4．转速水 5. 气缚 6. 气蚀 7. 泵对单位重量流体提供的有效能量 m 8. 会 9. 泵的特性曲线与管路曲线交点 10. 减小减小下降增大 二、选择题 1．离心泵的扬程是指（）。 A．实际的升扬高度 B．泵的吸上高度 C．单位重量液体通过泵的能量 D．液体出泵和进泵的压强差换算成的液柱高 2．离心泵的轴功率是（）。 A．在流量为零时最大 B．在压头最大时最大 C．在流量为零时最小 D．在工作点处最小 3．离心泵的效率η和流量Q的关系为（）。 A．Q增大，η增大 B． Q增大，η先增大后减小 C．Q增大，η减小 D． Q增大，η先减小后增大 4．离心泵的轴功率N和流量Q关系为（）。 A．Q增大，N增大 B． Q增大，N先增大后减小 C．Q增大，N减小． D．Q增大，N先减小后增大 5．离心泵气蚀余量△h与流量Q关系为（）。 A． Q增大, △h增大 B． Q增大, △h减小 c． Q增大, △h不变 D．Q增大, △h先增大后减小 6．离心泵在一定管路系统下工作，压头与被输送液体密度无关的条件是（）。 A．z 2-z 1 =0 B．Σh f =0 C． 2 2 2 1 2 2= - u u D．P 2 – P 1 =0 7．离心泵停止操作时，宜（）。 A．先关出口阀后停电 B．先停电后关出口阀
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 、填空题 一个生产工艺是由若干个 各单元操作的操作原理及设备计算都是以 四个概念为依据的。 常见的单位制有 一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过 断。 单位时间过程的变化率称为 问答题 7. 什么是单元操作？主要包括哪些基本操作? 8. 提高过程速率的途径是什么？ 第一章流体流动 填空题 流体垂直作用于单位面积上的力，称为 两种。 当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是 因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力 流体在管道中的流动状态可分为 点运动方式上的区别是 判断液体处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是 流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是 在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将 ________ ，若改用转 子流量计，随流量增加转子两侧压差值 ___________________ 。 选择题 构成的。 由于在计量各个物理量时采用了不同的 ，因而产生了不同的单位制。 来判 单位体积流体的质量称为 ，它与 互为倒数。 单位时间流经管道任一截面的流体量称为 ,其表示方法有 的。 产生流体阻力的根本原因是 ；而 是产生流体阻力的第二位原 .两种类型，二者在部质 10 . 液体的密度随温度的升高而
11 表压值是从压强表上读得的，它表示的是 D 大气压强 13 - 气体在等截面的管道中流动时，如质量流量不变则其质量流速 14 - 粘度愈大的流体其流动阻力 15 - 柏努利方程式既可说明流体流动时的基本规律也能说明流体静止时的基本规律, 响却越来越明显。 18 - 当液体部任一点的压强有变化时，将使液体部其它各点的压强 二' 判断题 19 - 气体的粘度随压力的升高而增大。 （） 20 - 层流层的厚度随流体湍动程度的增加而增加。 21 -流体在管路中作稳定流动时，任一截面处流体的流速、密度与截面积的乘积均相等。 22 ■当液体部某点压强一定时，则液体的密度越大，此点距液面的高度也越大。 23 -流体阻力的主要表现之一是静压强下降。 24 ■ 真空度为定值时，大气压强越大，则绝对压强越大。 A 增大 B 减小 C 不变 不一定 A 比大气压强高出的部分 B 设备的真实压力 比大气压强低的部分 12 ■ 流体的流动类型可以用 的大小来判定。 A 流速 B 雷诺准数 C 流量 摩擦系数 A 随温度大小变化 B 随压力大小变化 C 不变 D 随流速大小变化 A 愈大 B 愈小 C 二者无关系 D 不会变化 表明静止流体任一点流体的 是常数。 A 总能量 B 静压能与动压能的和 C 压强 静压 台匕 冃匕 16 -流体的流动状态是由多方面因素决定的, 增大，都使流体向 向移动， 增大，使流体向 方向移动。 A 湍流 B 滞流 C 过渡流 D 稳流 17 ■ 湍流流动的流体随 Re 值的增大，摩擦系数与 关系不大，而 的影 A 雷诺准数 B 粘度 C 管壁粗糙度 D 流体阻力 A 发生变化 B 发生同样大小的变化 C 不变化 D 发生不同情况的变
化工原理试题库（上册） 第一章 流体流动 一、 选择题 1. 连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量G A 为（ A ）。 A.零 B.正数 C.负数 D.任意值 2. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ A ）的焓为零。 A.0℃液体 B.0℃气体 C.100℃液体 D.100℃气体 3. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ D ）。 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 C.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 4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa ，用基本单位表示是（ C ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s 2 D.N/m 2 5. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ B ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 对可压缩流体，满足( C )条件时，才能应用柏努力方程求解。 A.)%(20p p p 121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 121式中压强采用绝压表示<- D. )%(01p p p 1 21式中压强采用绝压表示<- 7. 判断流体的流动类型用（ C ）准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 8. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为( B )。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 9. 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 ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 10. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ B ）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 D. 欧拉准数和相对粗糙度 11. 测速管测量得到的速度是流体（ C ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 12. 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（ C ）倍。
化工原理下册题库 300题
化工原理（下）题库（1） 一、选择题（将正确答案字母填入括号内） 1、混合物中某组分的质量与混合物质量之比称为该组分的（ A ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 2、关于精馏塔中理论的叙述错误的是（ B ）。 A.实际上不存在理论塔板 B. 理论塔板仅作为衡量实际塔板效率的一个标准。 C. 理论塔板数比实际塔板数多 3、在精馏塔中每一块塔板上（ C ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 4、气体吸收过程中，吸收速率与推动力成（ A ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 5、气体的溶解度很大时，溶质的吸收速率主要受气膜一方的阻力所控制，故称为（ A ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 6、普通温度计的感温球露在空气中，所测得的温度为空气的（ A ）温度。 A. 干球 B. 湿球 C. 绝热饱和 7、混合物中某组分的物质的量与混合物物质的量之比称为该组分的（B ）。
A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 8、在蒸馏过程中，混合气体中各组分的挥发性相差越大，越（B ）进行分离。 A. 难 B. 容易 C. 不影响 9、气体吸收过程中，吸收速率与吸收阻力成（ B ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 10、气体的溶解度很小时，溶质的吸收速率主要受液膜一方的阻力所控制，故称为（ B ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 11、某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得 到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（ B ） A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 12、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下 线的变化 ( B ) 。 A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 13、下列情况 ( D ) 不是诱发降液管液泛的原因。 A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液 14、以下有关全回流的说法正确的是（ A、C ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时 所需理论塔板数量多
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
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%、CH 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
化工原理流体习题
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1. 当地大气压为750mmＨｇ，测得一容器内的绝对压力为360mmＨg,则真空度 O。测得另一容器内的表压强为9８0mmHg,则其绝对压强为＿为＿_____＿__mH ２ Ｏ；２3０.66KPa __＿____KPa。 5.3ｍH 2 ２．液体在圆形管道中流动,如果只将流量增加一倍后仍为层流流动，则阻力 损失为原来的___＿＿__＿倍;如果保持流量不变只将管径增加一倍，则阻力损失为原来的____＿_____倍。２；１/４ 3.已知某油品在圆管中稳定流动,其雷诺数为16０0。测得此时管中心处的点 速度为１ｍ／s，则此管截面上的平均速度为_____＿m/s。１/２(或0.５m/s） ４. 水在内径一定的圆形管中稳定流动,若质量流量一定,当温度降低时,Re 值将__＿__＿__。减小 5. 如图所示，用离心泵将密封储槽中的20°C的水通过φ１００×2mm的管道送往敞口高位储槽。两储槽液面高度差为１6m，密封槽液面上真空表p1读数为500mｍHg(真空度),泵进口处真空表p2读数为290ｍmＨg(真空度)。泵排出管路上装有一个孔板流量计,其孔口直径为７0ｍｍ,流量系数为0.7，所接U型水银压差计读数Ｒ为170mm。已知全部管路能量损失为36J／kｇ，试求: （1）泵的输水量(m3/ｈ)。 （2）泵出口处压力表p3的指示值（KPａ）。（已知真空表与压力表相距０.2m） （3）包 括全部 局部阻 力的当 量长度 在内的 管路长 度。(已 知摩擦系数为0．01）
化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。 6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二问答题 7．什么是单元操作？主要包括哪些基本操作？ 8．提高过程速率的途径是什么？ 9．第一章流体流动 一填空题 1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。 5．产生流体阻力的根本原因是________；而___________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。 9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10．液体的密度随温度的升高而_________。
第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ） A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制 ② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体 5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元 高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 x2 增大，其它条件不变，则 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组 成气相总传质单元高度将（ A ）。 A. 不变 B.不确定 C.减小 D. 增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 及温度而异，单位与压强的 2、亨利系数与温度、压力的关系； E 值随物系的特性单 位一致； m 与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、 E 、 H 、 m 之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x 图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min 、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸
一、单选题1．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。 2．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。 3．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。 4．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真空表。 B A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 5. 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。 6. 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。 7.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。 8.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。 9.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。 10.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。 C A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。 11.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（）。 A A. 1/4； B. 1/2； C. 2倍。 12．柏努利方程式中的项表示单位质量流体所具有的（）。 B A 位能； B 动能； C 静压能； D 有效功。
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( ) 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 ( ) 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．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 ( ) 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，若当地大气压为，则该系统的真空度为 ( ) A. 0.1MPa B. C. D. 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 ( ) 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、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（） 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( ) A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10．所谓理想流体，指的是（） 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( )。 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：( ) (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
1. 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=，试求：⑴与此液相组成相平衡的汽相组成y；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； =(P总－40)／（－40） ∴P总=； y A=x A·P A°／P总=×／= （２）α=P A°／P B°=／40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。 解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y′=′(提馏段) ∴R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x D=×= ！ 两操作线交点时, y=y′x=x′ ∴+= x F = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) ∴y′=x w =－x W= 由全塔物料衡算F=D+W F x F = D x D + W x W D =(x F—x W)/(x D－x W)F = ∵饱和液体进料 V′=V=L+D=(R+1)D=×=h - 6. 已知某精馏塔进料组成x F=，塔顶馏出液组成x D=，平衡关系ｙ＝ｘ＋，试求下列二种情况下的最小回流比R min。⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。解：R min = (x D－y q)/(y q －x q ) (1) ； y q= x q + (2) ；
y q= qx q/ (q－1)－x f / (q－1) (3) ⑴q=0, 由(3) y q=x f=，由(2) x q = ， R min = 由(3) x q =x f =，由(2) y q =×+=， R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成x D=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, x q = x F = , y q =3×(1+2×=2= R min / (R min+1)= ： R min=4/5= 2. V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=+ 12. 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：（1）F=D+W ，Fx F=Dx D＋Wx W 30=D+W ，30×= D×+W× ∴D= / h W= / h （2）x q=x F= ， y q =αx q／[1+ (α—1)x q ] =×[1+ —1)×] = R min =(x D－y q)／(y q－x q)=—/ —=， ？ R = ×R min =×= 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D／（R+1)
１. 当地大气压为750ｍmHg,测得一容器内得绝对压力为360mmHg,则真空度为 O、测得另一容器内得表压强为98０mmHg,则其绝对压强为___＿＿＿_＿_ｍH ２ O;230、66KPa ________KPa。5、3mH ２ 2.液体在圆形管道中流动,如果只将流量增加一倍后仍为层流流动,则阻力 损失为原来得＿__＿____倍;如果保持流量不变只将管径增加一倍,则阻力损失为原来得_＿___＿＿__＿倍。2; 1／4 3。已知某油品在圆管中稳定流动,其雷诺数为1600。测得此时管中心处得点 速度为1m/s, 则此管截面上得平均速度为___＿＿_ｍ/s。１/2(或０。５m/s) 4.水在内径一定得圆形管中稳定流动,若质量流量一定,当温度降低时,Rｅ 值将_＿_＿_＿_＿。减小 5。如图所示,用离心泵将密封储槽中得20°C得水通过φ100×2mm得管道送往敞口高位储槽、两储槽液面高度差为16ｍ,密封槽液面上真空表p1读数为500ｍmHg(真空度),泵进口处真空表p2读数为290mmHｇ(真空度)、泵排出管路上装有一个孔板流量计,其孔口直径为70mm,流量系数为0。7,所接U型水银压差计读数R为170mm。已知全部管路能量损失为36Ｊ/ｋg,试求: （1）泵得输水量(m3/h)。 （2）泵出口处压力表p3得指示值(KPａ)。(已知真空表与压力表相距０.2m)（3）包括全部局部阻力得当量长度在内得管路长度。(已知摩擦系数为０、01) (1) (2) 选低槽 液面1 －１与 高液面4-４之间列伯努利方程:
O mH H g p Z Z H f 23311446.2681 .93681.9101066.6616)(41=+??+=+--=∑-ρ 选泵进出口为２-2与３-3截面列伯努利方程 (３) 1. 当地大气压强为750m ｍH ｇ,测得一容器内得绝对压强为３50m ｍH ｇ,则真 空度为 mmH ｇ。测得另一容器内得表压强为1３40 m ｍHg,则其绝压 为 mmHg 、 400; 209０ ２. 某水平直管输水量为,今改为输送得有机物,且、 设两种输液下,流体均在层流下流动,则管路两端压差为水得_＿___＿__倍。 ４ ３。层流底层越薄,则以下结论正确得就是 、C A 、近壁处速度梯度越小 B 、流动阻力越小 C 、流动阻力越大 Ｄ、流体湍动程度越小 ４。 如图所示,水流经一扩大管段ｄ1=40ｍm, d 2=80mm,已知d 1中水得流速为 2.4m ／s,倒U 形压差计中水位差R=150mm 。 试求:1)水流经两测压点间得阻力损失h f (Ｊ/ｋg); 2)如将粗管端抬高,使管段倾斜放置,而流量不变,问此时R 得读数如何变 化？(定性说明,不必计算) 解:1) 在两测压点间列伯努利方程,以管子轴线为基准面,化简得,
1. 当地大气压为750mmHg，测得一容器内的绝对压力为360mmHg，则真空度为_________mH2O。测得另一容器内的表压强为980mmHg，则其绝对压强为________KPa。； 2．液体在圆形管道中流动，如果只将流量增加一倍后仍为层流流动，则阻力 损失为原来的________倍；如果保持流量不变只将管径增加一倍，则阻力损失为原来的__________倍。2；1/4 3．已知某油品在圆管中稳定流动，其雷诺数为1600。测得此时管中心处的点速度为1m/s，则此管截面上的平均速度为______m/s。1/2（或s） 4. 水在内径一定的圆形管中稳定流动，若质量流量一定，当温度降低时，Re 值将________。减小 5. 如图所示，用离心泵将密封储槽中的20°C的水通过φ100×2mm的管道送往敞口高位储槽。两储槽液面高度差为16m，密封槽液面上真空表p1读数为500mmHg（真空度），泵进口处真空表p2读数为290mmHg（真空度）。泵排出管路上装有一个孔板流量计，其孔口直径为70mm，流量系数为，所接U型水银压差计读数R为170mm。已知全部管路能量损失为36J/kg，试求： （1）* 3/h)。 （2）泵的输水量(m （3）泵出口处压力表p3的指示值(KPa)。(已知真空表与压力表相距 （4）包 括全部 局部阻 力的当 量长度 在内的 管路长 度。（已 知摩擦系数为）
' （1） /h 62.84m /s 0.0174m 03.4207.0785.07.0 1000 ) 100013600(17.081.9207.04 7.0 ) (233220==???=-???? ?? =-=πρρρgR A C V O O s ￥ （2） s m d V u /405.2096 .0785.00174 .04 2 2 =?= = π 选低槽液面1-1和高液面4-4之间列伯努利方程： kPa p kPa p H g u g p Z H g u g p Z f 66.3833.101760 29066.6633.101760500 22212 4 2421114 1=?==?=+++=+++-∑ρρ O mH H g p Z Z H f 23311446.2681 .936 81.9101066.6616)(41=+??+=+--=∑-ρ 选泵进出口为2-2和3-3截面列伯努利方程
化工原理流体流动 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备运算差不多上以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采纳了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判定。 6．单位时刻内过程的变化率称为___________。 二咨询答题 7．什么是单元操作？要紧包括哪些差不多操作？ 8．提高过程速率的途径是什么？ 一填空题 1．单位体积流体的质量称为________，它与________互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为____________。 3．单位时刻内流经管道任一截面的流体量称为________，其表示方法有________和________两种。 4．当管中流体形成稳固流淌时，管中必定充满流体，即流体必定是_________的。 5．产生流体阻力的全然缘故是________；而___________是产生流体阻力的第二位缘故。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6．流体在管道中的流淌状态可分为______ 和__________两种类型，二者在内部质点运动方式上的区不是_____________________________________。 7．判定液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是______________________________。 9．在测量流体的流量时，随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10．液体的密度随温度的升高而_________。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定
第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t
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