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流体流动习题解答

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第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa，试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa。 解：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atmpppPa绝压真空度

表压＝－真空度＝-13.3310Pa 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m3的油品，油面高于罐底9.6 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的圆孔，其中心距罐底800 mm，孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa，问至少需要几个螺钉?

解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p，则p罐内液体作用于孔盖上的平均压强： 9609.81(9.60.8)82pgzPa(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压ap，故孔盖内外所受的压强差为82874pPa 作用在孔盖上的净压力为： 2282575(0.76)3.7644PpdN410

p 2

每个螺钉能承受的最大力为： 62332.23100.0144.96104FN

钉

螺钉的个数为433.7610/4.96107.58 个

所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1=400 mm，R2=50 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R3=50 mm，试求A、B两处的表压强。 解：U管压差计连接管中是气体。若以2,,gHOHg分别表示气体、水与水银的密度，因为gHg，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为ACpp，

BDpp。

由静力学基本方程式知：

232ACHOHgppgRgR 10009.810.05136009. 7161Pa(表压) 417161136009.810.46.0510BDAHgpppgRPa

4. 本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H=1 m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m3。试求当压差计读数R=68 m时，相界面与油层的吹气管出口距离h。 解：如图，设水层吹气管出口处为a，

C D

压缩空气 3

煤油层吹气管出口处为b，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H1。则 1app 2bpp

1()()apgHhgHh油水(表压)

1bpgH油(表压)

U管压差计中，12HgppgR (忽略吹气管内的气柱压力)

12abppppgR 分别代入ap与bp的表达式，整理可得： ()HgghgHhgH油水

10001.0136000.0680.4181000820HRhm

Hg水

水油

根据计算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。并可通过控

制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。 5. 用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：h1=2.3 m、h2=1.2 m、h3=2.5 m及h4=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂直距离h5=3 m。大气压强ap=99.3×103 Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强 p。(分别

以Pa和kgf/cm2来计量)。 2 3 4

H1 p 4

解：如图所示标记等压面2，3，4，大气压记为ap 212()aHgpppghh (1)

23232()HOppghh (2)

4334()Hgppghh (3)

20454()HOppghh (4)

将以上四式相加并代入已知量 399.310apPa

12.3hm 21.2hm 32.5hm 41.4hm 51.3hm

2012345432()()aHgHOpphhhhghhhhg 399.310(2.31.22.51.4)136009.8(3.01.42.51.2)10009.8

423.645103.72/Pakgfcm

6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强 p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差R=300 mm。两扩大室的内径D均为60 mm，U管内径d为6 mm。 当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。 解：可以知道当微差压差计的读数app时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差h与R的关系可用下式计算： 2244DhdR

当 300Rmm时，226()0.3()0.00360dhRmD 根据静力学基本方程： ()pgRgh水油油

(998920)9.810.39209.8

257Pa(表压) 5

7. 列管换热器的管束由121根252.5mmmm的铜管组成。空气以9 m/s速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃、压强为196×103 Pa(表压)，当地大气压为98.7×103 Pa。试求：(1) 空气的质量流量；(2) 操作条件下空气的体积流量；(3) 将(2)的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。 解：(1) swuAn 9/ums 121n 223211(252.52)100.00031444Adm



333(19698.4)10(2910)3.182/8.314(273500)pMkgmRT





90.0003143.1821211.09/swkgs (2) 390.0003141210.342/SVuAnms (3) 001110pVpVTT

3011

0

10

(19698.7)0.3422730.863/2735098.7TpVVmsTp

8. 高位槽内的水面高于地面8 m，水从1084mmmm的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按26.5fhu计算(不包括出口阻力损失)，其中u为水在管内的流速m/s。试计算： (l) 'AA截面处水的流速；(2) 水的流量，以m3/h计。

解：(1) 取高位槽水面为上游截面11'，管路出口内侧为下游截面22'，'A 'B 6

如图所示，那么128,2zmzm (基准水平面为地面) 1120,0upp(表压)，'AA处的流速与管路出口处的流速相同，2Auu (管径不变，密度相同) 在截面11'和22'间列柏努利方程方程，得 222f

ugzh，其中26.5fhu

代入数据226.59.81(82)2uu 解得 2.9/Auums (2) 2332.9(10842)10360082/4hVuAmh 9. 20℃的水以2.5 m/s的流速流经382.5mmmm的水平管，此管以锥形管与另一533mmmm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强。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m计)，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。 解： 取,AB两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面'AA

和'BB，如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么0ABzz， 2.5/Aums

22382.52()2.5()1.23/5332ABABduumsd



在截面'AA和'BB间列柏努利方程： 22,22AABBfABupuph

2222

,2.51.23()(1.5)1000868.522ABBAfABuupphPa



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化工原理 习题 流体流动

化工原理 习题 流体流动

流体流动一、填空(1）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而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。

(2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。

(3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。

流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。

(4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：单位质量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽常数=++=gp g u z E ρ22 ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽； 单位重量流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽⎽ 常数=++=p u gz E 22ρρ⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽；单位体积流体的机械能衡算式为⎽⎽⎽⎽⎽⎽ 常数=++=gp g u z E ρ22⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽； (5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+（u 12ρ/2）+p 1+W s ρ= z 2ρg+（u 22ρ/2）+p 2 +ρ∑h f ，各项单位为 Pa （N/m 2） 。

(6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。

(7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。

(8) 流体流动的连续性方程是 u 1A ρ1= u 2A ρ2=······= u A ρ ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u 1d 12 = u 2d 22 = ······= u d 2 。

(9) 当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ，则真空度为 395mmHg 。

第一章 流体流动 习题

第一章 流体流动 习题

第一二章习题一、选择题1．如图示，某直管管路，阀门A、B全开时，截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀，若关小A阀，h1___↓____； h2____↓____, h1-h2____↓____;若A阀不变，关小B阀，h1__↑_____； h2____↑____, h1-h2____↓____.2．管路上装一阀门，减小开度，则流量流速___↓___；液体流经总阻力损失_____不变__；直管阻力___↓__，局部阻力___↑____。

3．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，水流量将___↓____；管道总阻力损失__不变______；摩擦系数______不变___（如在阻力平方区）。

4．有一并联管路，如图所示，两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ，及d1=2d2, L1=2L2,则（1）hf1/ hf2=_____１___(2)当两段管路中流动均为滞流时，V1/ V2=____８___； u1/ u2=___２____(3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数，V1/V2=_４____； u1/ u2=___１___5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强计读数为pA=53.5 kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___Ａ___流向__Ｂ_______.6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱,(1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2=__0.75_ m水柱____(2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为原来的________A 如两种情况都为层流 16倍B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. ３２倍8. 某流体在直管中作层流流动,在流速不变的情况下,管长管径同时增加一倍,其阻力损失为原来的 ___１／２______.9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____１m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa.10. 因次分析法的基础为是__因次一致性原则和π定理11.流体流动的直管阻力hf,当层流流动时,hf=d a u b L c,则a=__－２__, b=__１__,c=__１___.当完全湍流时，a=_－１_, b=__２__,c=_１.12.图中高位槽液面保持恒定，液体以一定的流量流经等径管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同（1）Ｕ型压差计读数___Ｂ____A R1＞Ｒ２ＢR1=Ｒ２ＣR1<Ｒ２Ｄ不确定(2) 液体通过ab与cd段能量损失Ｂ_A h ab> h cd B h ab = h cd C h ab < hcd D 不确定（3）ab与cd段的压差ＣＡ△Pab>△Pcd B △Pab= △Pcd C△Pab< △Pcd D不确定（4）Ｒ１值表示ＣＡab段的压差值Ｂab段的位能变化Ｃab段的流动能量损失Ｄab段压差与流动能量损失之和．13 如图所示垂直管中，水自下而上流动，测压点ab间有一阀门，ab间垂直距离为h，指示液为汞，则压强差Pa-Pb的计算式为：Ａ（ρHg-ρ水）gR B（ρHg -ρ水）gR+ρ水gh C（ρHg -ρ水）gR-ρ水ghD（ρHg -ρ水）gR+ρHg gh14. 如图所示，若水槽液位不变，１２３点的流体的总机械能的关系为________(认为水槽内流动速度为０)当阀门打开时，Ｂ当阀门关闭时，ＣＡ 1>2>3 B 1=2>3 C 1=2=3 D 1>2=315 离心泵的调节阀开大时，则___Ｂ_____A 吸入管路的阻力损失不变Ｂ泵出口的压力变小Ｃ泵入口处的真空度减少Ｄ泵工作点的扬程升高16.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送的液体密度发生变化（其余性质不变），则___Ｄ___Ａ任何情况下扬程与密度无关Ｂ只有当Ｚ１＝Ｚ２时，扬程与密度无关Ｃ只有当阻力损失为０时扬程与密度无关Ｄ只有当Ｐ１－Ｐ２＝０是扬程与密度无关17. 如在测定离习泵的性能曲线时，错误地将压力表安装在调节阀后，则操作时，压力表读数（表压Ｐ２）将_____Ｄ____Ａ随真空表读数的增大而减小Ｂ随流量的增大而减小C 随泵实际的扬程的增大而增大D 随流量的增大而增大18.往复泵在操作中____Ａ____A 不开旁路阀，流量与出口阀开度无关 B允许安装高度与流量无关C 流量与转速无关D 开启旁路阀后，输入设备中的液体流量与出口阀开度无关。

化工原理习题解答(第二版)(祁存谦)习题解

化工原理习题解答(第二版)(祁存谦)习题解

祁存谦丁楠吕树申《化工原理》习题解答第1章流体流动第2章流体输送第3章沉降过滤第4章传热第5章蒸发第6章蒸馏第7章吸收第9章干燥第8章萃取第10章流态化广州中山大学化工学院（510275）2008/09/28第1章 流体流动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 02.18.910101033=⨯⨯=∆=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3m 1150kg -⋅，流量为1h 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：1L s m11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，m m 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。

化工原理-流体流动习题

化工原理-流体流动习题


7 流体流经变径管时，局部阻力损失计算式中u指的是（ ） A 小管中流速 B 小管中流速与大管中流速的平均值 C 大管中流速 D 与流向有关
8 伯努力方程式中的表示单位质量流体所具有的
(
)
A 位能
B 动能
C 静压能
D 有效功
9 在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测的压力代
表此处的（），此时侧壁小孔所测压力代表此处的（ ）
3 0.2MPa 3
0.3 1.46103
d A 205
0.3 1.67 103
d B 180
查图得摩擦系数
A 0.022 B 0.021
水泵吸水底阀
5.2
闸阀（全开）
0.17
90°的标准弯头
0.75
25m
A
2m 2
1
1
取水池液面1-1截面为基准面，泵吸入点处A 为2-2截面，在该两截面间BE，有
例4:某塔底部接一Π形管，管长LAB=3m，LAC=4.5m (以上管 长均包括局部阻力的当量长度)，管径d=20mm，直管摩擦系数 λ=0.02，Π形管出口与B点的高度差H=1.5m,塔内压强为大气 压，塔上部流下的液体量qV=0.32L/s。试求：
(1)当连通管上的阀门开启、 流动达到稳定时，
(2 ) 在A-A ——B-B截面间列BE,有
lAB u2 (i )gR
d2
0.02 6 u2 12.6 9.81 0.04 0.05 2
u 2.03m / s
（3）qv=0.785d2u =0.785×0.052×2.03=3.98×10-3 m3/s
Pe=ρgHeqv =(1000×9.81×245.25×3.98×10-3)/1000=0.956 kW