化工原理第一章

2 u3 P 2 3 0.366u 3 代入上式得， gZ 1 2
Z1
1 1 80000 0.366 9.15( m ) 9.81 2 900
2 u4 p u2 p 4 gZ 2 2 2 h f 4-2 2 2
在 4 和 2 截面间列伯努利方程，以 4 所在水平面为基准位能面，
2 2 u3 p u1 p1 gZ 1 gZ 3 3 h f 1-3 2 2
其
中
，
u1 0
；
p1 0
；
Z3 0
；
p3 80kPa
；
5
h f
2 2 L Le u 3 65 u 3 2 0.0045 0.366u 3 d 2 0.4 2
1. 当理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其 静压力 减小。 2. 当理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其 静压力 减小____。
3. 某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是_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 的关系为_λ=64/Re_. 4. 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来 的_2_ 倍; 如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的 __1/4_ 倍。 5. 在测速管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表_冲压能_，流体流过测 速管侧壁小孔的测压管液位代表 静压能 。 6. 一转子流量计，当流过水的流量为 1m3/h 时，测定该流量计进出口压力降为 20mmHg 柱 ，当流量增加到 1.5m3/h，问转子流量计进出口压降有何变化?__ 20mmHg 柱_。 7. 边长为 0.5m 的正方形通风管道,其当量直径为 0.5m 8. 并联管路的特点是：并联各管段压强降相等；主管流量等于并联的各管段之和； 并联各管段中管子长、直径小的管段通过的流量小。 9. 层流与湍流的本质区别是：湍流流速>层流流速；流道截面大的为湍流，截面 小的为层流；层流的雷诺数<湍流的雷诺数；层流无径向脉动，而湍流有径向 脉动 10. 在阻力平方区，摩擦系数 λ 只与________/d____________有关。 11. 并联管路的特点是：A 并联各管段压强降___相等________；B 主管流量等于 并联的各管段___流量之和_______；C 并联各管段中是管子长、直径小的管 段通过的流量____小________。 12. 一转子流量计，当流过水的流量为 1m3/h 时，测定该流量计进出口压力降为 20mmHg 柱 ， 当流量增加到 1.5m3/h， 问转子流量计进出口压降有何变化?____ 不变______ 13. 空气在内径一定的园管中稳定流动，若气体质量流量一定，当气体温度升高 时，Re 值 将____减小____。 14. 已知某油品在园管中稳定流动，其 Re=1000 。已测得管中心处的点速度为
U u 100 2 0.75 1.5 0.1 1.116 L 100 球 阀 2 弯 头 1.5 0.023 0.64 2 0.75 1.5 d 0.1

L 2 弯 头 1.5 d
0.023
Vs 2 U 1.116 V s1 u
A 3 4 H 2 B 1
（3）将阀调至另一开度，且液面高度不再恒定（液面初始高度同上） ，试求两液 面高度降至 3 m 时所需的时间。 （两容器内径均为 5 m，假定流动系统总能量损 失为 15u2） 。 解：首先，阀全开状态下， 在 1 和 3 截面间列伯努利方程，以 3 所在水平面为基准位能面，
17. 当计算流体由粗管进入细管时的流动局部阻力时，其公式中的流速应该 用 管中的速度。
18. 在阻力平方区，摩擦系数 λ 只与____相对粗糙度___有关。 19. 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处 的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。分析发生故障的原因。 20. 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，说明其保温效果的变化 并分析其原因。 第一部分：伯努利方程应用 1．水在管内流动，截面 1 处管内径为 0.2m，流速为 0.5m/s，由于水的压强产生 水柱高 1m；截面 2 处管内径为 0.1m 。若忽略水由 1 至 2 处的阻力损失，试计 算截面 1、2 处产生的水柱高度差 h 为多少 m? 解：取 1 处为上游截面，2 处为下游截面，并在 1~2 两截面间列柏努利方程： （1 分） P 1 1 2 P2 gZ1 u12 1 gZ 2 u 2 2 2 其中， Z1 Z 2 1 2 P1 1 2 P2 u1 u 2 2 2 2 2 由连续性方程： d1 u1 d 2 u 2 其中， u1 0.5m / s ； d1 0.2m ； d 2 0.1m
2 u1 p u2 p 1 gZ 2 2 2 h f 2 2
2 2 2
h1
h2
h3
1
2
3
1-1 H 2-2
gZ 1
其中， Z1 H ； Z 2 0 ； u1 u 2 0 ； p1 p 2 ；
4
h f
2 L u2 u2 u2 u2 L u 球阀 2 弯 头 1.5 球 阀 2 弯 头 1.5 d 2 2 2 2 d 2
1
0.5m/s， 则 此管截面上的平均速度为__0.25____m/s。若油品流量增加一倍， 则通过每米直管的压头损失为原损失的___4___倍。 15. 套 管 由 57× 2.5mm 和 25× 2.5mm 的 钢 管 组 成 ， 则 环 隙 的 当 量 直 径 等 于 ___27mm____。 16. 一转子流量计，当流过水的流量为 1m3/h 时，测定该流量计进出口压力降为 20mmHg 柱， 当流量增加到 1.5m3/h， 问转子流量计进出口压降有何变化?_____ 20mmHg 柱 。
2 L u gH 2 1 . 5 代入伯努利方程式得： ………. (1) 球阀 弯头 d 2
同理，球阀拆除后，记管内流速为 U，
2 L U gH d 2
比较式（1）和（2）得：
3
-10/0.7＝(1.2/0.7)H＋H＋0.06H4.23 解得 H＝31m。 5. (c) 水在图示的不等径园管内作稳定流动，各段管路截面的相对大小为
s3/s2=s2/s1= 2 ， 各段间的阻力损失分别为:hf1-2=0.5u12/2g， hg2-3=0.5u22/2g， 试求：各测压管液位高度 h 的相对大小。 解：对 1-2 截面列柏式： Z1+(P1/g)+(u12/2g)=Z2+(P2/g)+(u22/2g)+hf1-2 h1+(u12/2g)=h2+(u22/2g)+0.5(u12/2g) u1S1=u2S2 u1/u2=S2/S1=20.5 u22=u12/2 h1-h2=0.5(u12/2g)+0.5(u12/2g)-( u12/2g)=0 ∴h1=h2 同理得：h2+( u2 /2g)=h3+(u3 /2g)+0.5(u2 /2g) u32=u22/2 h2-h3=0.5( u22/2g)+0.5( u22/2g)- ( u22/2g)=0 h2=h3 ∴h1=h2=h3 第二部分：阻力计算应用 6．有二个敞口水槽，其底部用一水管相 连，水从一水槽经水管流入另一水槽，水 管内径 0.1m，管长 100m，管路中有两个 90°弯头， 一个全开球阀， 如将球阀拆除， 而管长及液面差 H 等其他条件均保持不 变，试问管路中的流量能增加百分之几 ? 设摩擦系数为常数，=0.023， 90°弯头阻力系数 =0.75，全开球阀阻力系数 =6.4。 解：球阀拆除前 分别以两水池液面为上下游截面，以下游截面 2-2 为位能基准面，在 1-1 和 2-2 之间列柏努利方程：
V s 2 V s1 10.4% V s1
7． 密度为 900 kg/m3 的某液体从敞口容器 A 经过内经为 400 mm 的管路进入敞口 容器 B。两容器的液面高差恒定，管路中有一调节阀，阀前管长 65 m，阀后管 长 25 m（均包括全部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计） 。当阀全开时，阀 前后的压强表读数分别为 80 kPa 和 40 kPa。直管摩擦系数为 0.0045。现 将调节阀开至某一开度， 阀门阻力的 当量长度为 30 m。试求： （1）管内的流量为多少 m3/h； （2）阀前后的压强表读数分别为多 少 Pa？
d1 则， u 2 d u1 2m / s 2 1 2 1 2 P1 P2 u 2 u1 1875Pa 2 2 1875 h 10.33 0.19(m水柱） 101325
2
2
2．将 20℃的水由水池打至一敞口高位槽中，槽内的水面与水池内的水面的垂直 距离为 31.6m。管路总能量损失为 50J/kg，流量为 20m3/h，试求理论功率为多少 kW？ 解：取水池液面为 1-1 截面，高位槽液面为 2-2 截面，在 1，2 两截面间列柏努 利方程： P 1 1 2 P2 gZ1 u12 1 We gZ 2 u 2 h f 2 2 其中，令： Z1 0 ，则： Z 2 31.6m 取： u1 u 2 0 ， P 1 P 2 0 （表压） We gZ 2 h f 360 J / Kg Ws 1000 20 / 3600 5.56Kg / s Ne We Ws 360 5.56 2000W 故，所求理论功率为 2 KW。
3．输液系统将某种料液由敞口高位槽 A 输送至一敞口搅拌反应槽 B 中，管中的 流速为 u m/s， 系统的全部阻力损失hf=20.6u2/2 J/kg。因扩大生产，须再建一套 同样的系统，所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加 30%，问新系统所设 的高位槽的液面需要比原系统增高百分之几? 解：∵u1≈0，u2≈0，P1=P2 于是 gZ1=gZ2+Σ hf g(Z1-Z2)=Σ hf=20.6u2/2 Z1-Z2=20.6u2/(2g) g(Z1’-Z2)=Σ hf=20.6(u’)2/2 ∵u=4Q/(d2) u’/u=Q’/Q=1.3 (Z1’-Z2)/ (Z1-Z2)=(u’/u)2=( Q’/Q)2=1.69 (Z1’-Z1)/ (Z1-Z2)=(u’/u)2=( Q’/Q)2=0.69=69% 4. （b）若烟囱的直径为 D＝1m，烟气的质量流量 G＝18000 kg/h，烟气的密度 =0.7 kg/m3，周围空气的密度a＝1.2 kg/m3，在 1－1 截面处安置一个Ｕ形压差 计，并测得 R＝10 mmH2O，烟气流经此烟囱的压降损失 Hf＝0.06L/d(u2/(2g)) m 柱。试求此烟囱的高度 H 为多少？ 解：G＝18000/3600＝5 kg/s V＝G/＝5/0.7＝7.14 m3/s u＝V/(0.785D2)＝7.14/(0.78512)＝9.1 m/s u2/2g＝9.12/(29.8)＝4.23 m 列 1-1 与 2-2 截面柏努利方程 P1/g＋u12/2g＋Z1＝P2/g＋u22/2g＋Z2＋Hf (Pa/g-109.8/(0.79.8))＝(Pa/g-Hag/g)＋H＋0.06 L/d u2/2g