1 流体流动分知识点复习题期末复习用

【密度】某烟道气（可视为理想气体混合物）的组成中含CO 2为13%，H 2O 为11%,N 2为76%，温度为400℃,压强为98.64kPa 。

若以上百分数为体积百分率，该混合气体的平均分子量为__________，密度为_______；若以上百分数为质量百分率，该混合气体的平均分子量为__________，密度为_______。

解：当所给条件为体积百分率时0.13440.11180.762828.98M =⨯+⨯+⨯=398.6428.980.511 kg/m 8.314673pM RT ρ⨯===⨯ 当所给条件为质量百分率时127.62 g/mol 0.13/440.11/180.76/28M ==++398.6427.620.487 kg/m 8.314673pM RT ρ⨯===⨯ 【表压、绝压及真空度】某容器内的绝对压强为200 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，则表压为98.7kPa ；另一容器内的绝对压强为85.5 kPa ，当地大气则表压为 -14.8 kPa ，真空度为 14.8 kPa 。

【定态流动】所谓定态流动是指____流体在流动过程中，其操作参数只是位置的函数，而不随时间变化。

【粘度】无粘性的流体，称为____________________流体。

(理想)一般情况下，温度升高，气体的粘度___________， 液体的粘度_____________。

(增大 减小)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) 流体流动时产生内摩擦力的根本原因是 流体具有粘性。

【适宜流速计算】内径为27mm 的处来水管其设计输水能力宜为__1.03~6.18 m 3/h __。

解：水的适宜流流速范围为 0.5~3m/s ，故其流量宜为0.785×0.0272×0.5~0.785×0.0272×3即1.03~6.18 m 3/h 【连续性方程】以下方程中哪一个方程适用于可压缩流体? BA.ρu=常数B. ρAu=常数C.u 1A 1=u 2A 2D.u 1d 12=u 2d 22【伯努利方程】柏努利方程是以1kg 不可压缩流体为基准推导出的，若用于可压缩流体时必须符合_____________________________的条件。

答案：121100%20%p p p -⨯≤要求式中分母1p 用绝压。

若忽略A 、B 间的阻力损失，试判断B 玻璃管水面所处的刻度。

A. 位置a B.位置b C.位置ca b c AB【流动型态与速度分布】当20℃的甘油（密度为1261 kg/m3，粘度为1.499 cP），流经内径为100 mm的圆形直管时，其平均流速为1m/s,其雷诺数为____________，流动形态为_____________，管中心处的最大流速为________________。

(84123 湍流1.25)流体在圆管内流动时，管中心处流速最大，若为层流流动，平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0.5 u max; 若为湍流流动，平均流速与管中心的最大流速的关系为u=0.8 u max。

层流与湍流的本质区别是层流无径向流动，而湍流有径向流动。

【边界层】在化工过程中，流动边界层分离的弊端主要是_________；其可能的好处则表现在_______________________。

（增大阻力损失促进传热与传质）流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随Re数的增大而减薄。

层流内层越薄，流体的湍动程度越强。

【摩擦系数】流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系数λ随___________ 和______________而变。

(雷诺数管子的相对粗糙度)流体在管内的流动进入充分湍流区时，其摩擦系数λ仅与_______________有关。

（管子的相对粗糙度）【因次分析】量纲（因次）分析法的主要依据是__因次一致性或量纲一次性方程_ _。

【当量直径】长度为a,宽度为b的矩形管道，流体在管内的流速为u，其流动当量直径de等于2ab/(a+b)，管内流体流量等于abu。

【阻力损失的计算】流体在圆管内作层流流动，如将速度增加一倍，则阻力为原来的____________倍。

（2）流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的__________项。

（压强能）水在圆形直管中作完全湍流时，当输送量、管长和管子的相对粗糙度不变，仅将其管径缩小一半，则阻力变为原来的 32 倍。

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,水流过直管的摩擦系数____________，管道总阻力损失____________。

（增大不变)如右图所示：已知：31000kg mρ-=⋅水, 31.29kg mρ-=⋅空气, R=51mm,则△p=_____ 2N m-⋅,ξ=___（两测压点A.B间位差不计）解：(()(1000 1.29)9.810.051499.7 Paip g z p gRρρρ∆+∆=∆=-=-⨯⨯=22499.7u=2499.7/1000/1110002pζζρ∆==⨯=下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则( )。

(1) U形压差计读数R1＝R2; (2) 液体通过ab与cd段能量损失______。

h f ab＝h f cd；(3) ab与cd两段压差______。

Δp ab＜Δp cd；(4) R1值表示_______。

ab段流动能量损失管路计算【并联管路】两管并联，若d1=2d2,l1=2l2，则h f1/h f2=__1_____。

当两管中流体均作层流流动，q v1/q v2=___8__。

当两管中流体均作湍流流动，并取λ1=λ2，则q v1/q v2=____4___。

解：层流流动2243232flu ludhd dμμρρ==即4Vdql∝4411242122/28VVq d lq ld===湍流流动2225()22 fl u l udhd dλλ==即5/Vq d l∝50.550.51125212()(2/2)4VVq d lq ld===说明：在一定流量下，流体在并联管路中作连续定态流动时，流体阻力损失与并联管数无关。

【流量计】测流体流量时，随着流体流量的增大，转子流量计两端压差值不变，孔板流量计两端压差值增大。

转子流量计的主要特点是__恒流速、恒压差、变截面，孔板流量计的主要特点是__变流速、变压差、恒截面.用皮托管来测量气体流速时，其测出来的流速是指皮托管头部所处位置上气体的点速度。

孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大，其值先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为定值。

在测速管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表_冲压头__，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表___动压头__。

综合计算题用泵将20 ℃的水从敞口贮槽送至表压为1.5×105 Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如附图1所示。

输送管路尺寸为φ108 mm×4 mm的无缝钢管，吸入管长度为20 m，排出管长度为100 m(各段管长均包括所有局部阻力的当量长度)。

当阀门为3/4开度时，真空表读数为42 700 Pa，两测压口的垂直距离为0.5 m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。

试求：(1) 阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)；(2) 压力表读数(Pa)；(3) 泵的压头(m)；(4) 若泵的轴功率为10 kW，求泵的效率；(5) 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。

计算题第1题附图解：(1) 阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)在贮槽液面0-0´与真空表所在截面1-1´间列柏努利方程。

以0-0´截面为基准水平面，有22001101,0122fu p u pz z Hg g g gρρ-++=+++∑其中，2211211,0111()200.020.20420.129.81fl l u uH ud gλ-+=⋅⋅=⨯⨯=⨯∑∑,z0＝0，u0＝0, p0＝0(表压), z1＝3 m, p1＝－42 700 Pa(表压)代入上式，得 u1＝2.3 m/s，2230.1 2.3360065 m/h44Vq d uππ==⨯⨯⨯=注意：a.当管路长度包括局部阻力的当量长度时表明局部阻力必需采用当量长度法计算，从而不要画蛇添足地用局部阻力系数法计算局部阻力损失。

b.进出口阻力属于局部阻力。

(2) 压力表读数(Pa)在压力表所在截面2-2´与容器液面3-3´间列柏努利方程。

仍以0-0´截面为基准水平面，有22332223,2322fu pu pz z Hg g g gρρ-++=+++∑81.923.21.010002.01000105.116100023.25.32522⨯⨯⨯+⨯⨯++=++ggpg解得，p2＝3.23×105Pa(表压)注意：a.柏努利方程左右两边的压力项必须采用同一压力基准或同时用绝压或同时用表压;b.若某截面的真空度为200kPa，则该截面的表压为-200kPa。

(3) 泵的压头(m)在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得mHgppzzHf8.3781.9100010427.01023.35.0)(551212=+⨯⨯+⨯+=+-+-=ρ(4) 泵的有效功率36510009.8137.8 6.69510 W=6.695 kW3600V ePe gq Hρ==⨯⨯⨯=⨯/ 6.695/1066.95%aPe Pη===(5) 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。

2．【静力学方程与伯努利方程的综合应用】如图所示，用泵将水由低位槽打到高位槽(两水槽均敞口，且液面保持不变)。

已知两槽液面距离为20 m，管路全部阻力损失为5 m水柱，泵出口管路内径为50 mm，其上装有U型管压力计，AB长为6 m，压力计读数R为40 mmHg，R'为1200 mmHg，H为1mH2O。

设摩擦系数为0.02。

求：⑴泵所需的外加功(J/kg)；⑵管路中水的流速(m/s)；⑶A截面的表压强(kPa)。

解：⑴计算泵所需的外加功以低位槽液面(1-1面)为位能基准面，在低位槽液面(1-1面)与高位槽液面(2-2面)间列柏努利方程：22112212,1222e fp u p ugz h gz hρρ-+++=+++∑22212121,12()2e fp p u uh g z z hρ---=-+++∑212121,12,20 m,0,0,5a fp p p z z u u H-==-=≈≈=∑9.8120009.815245.3 J/kgeh=⨯+++⨯=⑵计算管路中水的流速以A-A面为位能基准面，在A-A面与B-B面间列柏努利方程：22,22A AB BA B f A Bp u p ugz gz hρρ-++=+++∑因为12u u =，所以,ABA B f A B p p gz gz h ρρ-+=++∑即,()()A AB B f A B p gz p gz h ρρρ-+-+=∑由压差计的原理()()()A A B B i p gz p gz gR ρρρρ+-+=-所以,()(136001000)9.810.044.94 kJ/kg 1000i f A B gRh ρρρ---⨯⨯===∑又因为 22,60.02 4.9420.052A B f A Bl u u hd λ--==⨯⨯=∑解得： 2.03 m/s u=⑶ 计算A 截面的压强 由第一个U 形压差计 ()()A i B B A p gR p g z z ρρρ=-++-对第二个U 形压差计 ()()B C B A a i B A p p g H z z p gR g H z z ρρρ'=-+-=+-+- (()B i B A p gR g H z z ρρ'=-+-表)所以(()()()A i i B A B A p gR gR gH g z z g z z ρρρρρρ'=-+---+-表)()i i gR gR gHρρρρ'=-+-(136001000)9.810.04136009.81 1.210009.811=-⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯51.55210Pa =⨯[利用位差输液]如本题附图所示，水从贮水箱A 经异径水平管B 及C 流至大气中。