化工原理概念分析题问答

第1章 流体流动
1.在工程上，为什么将流体定义为由质点所组成的？
答：工程上仅关注流体分子微观运动所产生的宏观结果。

流体质点是由大量分子所组成的微团，质点的运动状态反映并代表着流体的运动状态。

2.流体的连续性假定有何意义？
答：假定组成流体的质点之间无间隙，则流体在连续运动过程中无间断，从而可以应用连续的数学函数描述流体的连续运动过程。

3.什么叫作流体的轨线？什么叫作流体的流线？
答：同一个流体质点在运动过程中的轨迹，反映运动过程中不同时间时质点的运动方向。

流体的流线是同一时刻，处于运动状态的各不同位置上的流体质点运动方向的连线。

4.描述流体流动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同？
答：拉格朗日法描述同一个流体质点在运动过程中各运动参数随时间变化的规律。

欧拉法描述同一时刻（某时刻），处于某运动状态时的各不同位置上的流体质点的各运动参数之间的关系。

5.流体粘性的物理本质是什么？
答：流体表现出粘性，是流体分子微观热运动过程中，分子之间的各种化学力相互作用所产生的宏观结果。

液体的温度愈高，其分子微观热运动速度愈大，分子之间的间隙变大，分子之间的各种化学力变弱，液体的粘性变小。

而气体的温度愈高，其分子微观热运动速度愈大，分子之间发生碰撞的概率愈大，分子之间的各种化学力相互作用愈强，故气体的粘性变大。

6.静压强有什么特性？
答：自空间任何方向作用于流体某一点的静压强数值相等。

7.为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好？
答：烟囱拔烟效果好是指(Pout-Pin) 差值大。

烟囱出口的水平面上压强相等。

当烟囱内的高温气体温度一定（即密度一定），烟囱外大气温度一定（即密度一定）时，
()out in air fluegas air fluegas P P H g H g H g
ρρρρ-=-=-，故烟囱愈高，其拔烟效果愈好。

8.柏努利方程式的应用条件有哪些？
答：（1）粘度等于零的理想流体；（2）稳定流动；（3）无机械能的加入或引出；（4）不可压缩的流体。

9.层流与湍流的本质区别是什么？
答：流体层流时，其每一个质点均仅在主流方向上有速度。

流体湍流时，其质点除了在主流方向上有速度以外，同时在其他方向上存在着随即的脉动速度，即流体湍流时，其质点之间发生相互摩擦与碰撞的概率很大。

10.雷诺数的物理意义是什么？
Re 惯性力答：粘性力du u u
G u u
u d d
ρ
ρμμμ⋅⋅====，可见Re 反映流体流动过程中的惯性力与粘性力的相对强弱。

11.何为泊谡叶(Poiseuille)方程式？其应用条件有哪些？
2
32答：f lu P d μ∆=，其应用条件：（1）层流稳定流动；（2）不可压缩的流体；（3）无机械能加入或引出。

12.何谓水力光滑管？何谓完全湍流粗糙管？
答：流体层流流动时，管壁粗糙度的大小不影响层流的速度分布和内摩擦的规律，管壁粗糙度的大小不影响阻力损失的大小，这时的管子，可称谓水力光滑管。

流体湍流流动时，管壁的凸出物突出于湍流区中，阻挡流体的流动从而造成阻力损失，当Re 数大到一定程度，层流内层可薄得足以使粗糙度的大小影响管壁的凸出物完全暴露于湍流的流体中，阻挡流体的流动从而造成更多的阻力损失。

这时的管子，可称谓完全湍流粗糙管。

13.非圆形管的水力当量直径是如何定义的？能否按2
4e d u π 计算流量？ 答：4流通截面积润湿周边e d ⨯=；4
体积流量流通截面积润湿周边e d u u =⋅=⋅⨯，一般的非圆形管的润湿周边不是恰好等于e d π，故一般不能按2
4e d u π计算流量。

14.在满流的条件下，水在垂直直管中往下流动，对同一瞬时沿管长不同位置的速度而言，是否会因重力加速度而使下部的速度大于上部的速度？
答：不会。

因为，若出现下部的速度大于上部的速度，说明出现了不稳定流动，供给的流量减小了，或不是满流的条件了。

若始终是稳定流动且满流的条件，根据流体流动的连续性方程，流动过程中，对于不可压缩的水来说。

体积流量不变，流速不变。

15.如图所示管路，A 阀、B 阀均处于半开状态。

现在分别改变下列条件，试问：（1）将A 阀逐渐关小，h1、h2、(h1-h2)分别如何变化？（2）将B 阀逐渐关小，h1、h2、(h1-h2)分别如
何变化？
答：将A阀逐渐关小，管路中的流速减小，A阀下游的压强均减小，即h1、h2均减小。

(h1-h2)反映该段管路中的阻力损失，因管路中的流速减小了，所以(h1-h2) 减小。

将B阀逐渐关小，管路中的流速减小，B阀上游的压强均增加，h1、h2均增加。

因管路中的流速减小了，所以(h1-h2) 减小。

16.如图所示管路，1、2、3阀均处于全开状态。

现将1阀逐渐关小，则qvt、qv1、qv2、qv3分别如何变化？
答：将1阀逐渐关小，qv1减小，qvt减小。

因为阀前管路的分支点处压强增加，阀后管路的汇合点处压强减小，所以qv2、qv3均增加。

17.粘性流体在静止时有无剪应力？理想流体在运动时有无剪应力？
答：根据牛顿粘性定律
du
dy
τμ
=-，流体静止时0
du
dy
=，理想流体0
μ=，故粘性流体在静止
时和理想流体在运动时均无剪应力。

18.粘性流体在流动时，产生摩擦阻力的原因是什么？
答：粘性流体在流动时不同的流体层存在着垂直于流动方向上的速度梯度通常是不可避免的。

不同速度的流体层分子之间存在着相互作用的各种化学力，这种相互作用力的宏观表现就是摩擦阻力。

19.如图所示。

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，某液体以一定流率流过管路。

试问：（1）流体通过ab和cd两段的阻力损失是否相等？（2）ab段和cd段压强差是否相等？
答：根据范宁公式22f l u P d λρ∆= ，垂直ab 段和水平cd 段的阻力损失相等。

但垂直ab 段和水平cd 段 的压强差不相等。

自a 到b 列出机械能衡算式()a b f a b P P P Z Z g ρ-=∆--。

自c 到d 列出机械能衡算式c d f P P P -=∆ 。

20.如图所示，槽内水面维持不变，水从B 、C 两支管排出，各管段的直径、粗糙度相同，水在管内已达完全湍流状态。

试分析：（1）阀B 、阀C 开度相同时，两支管的流率是否相等？（2）阀C 开度减小，B 支管中水的流率如何变化？O 处的压强如何变化？
答：（1）C 支管、B 支管末端的压强、位高相同，自管的分支点O 分别至C 支管、B 支管的
末端列出机械能衡算式，则得到如下关系式：22222222oB oC C C B B l l u u u u d g g d g g
λλ+=+ 因为oB oC l l <，所以B C u u >。

（2）阀C 开度减小，PO 增加，B 支管中的流速会增加。

21.何谓定常态流动？何谓非定常态流动？
答：流动过程中的各参数均不随时间发生变化的流动称为定常态流动，否则称为非定常态流动。