化工原理流体习题

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）

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（1）

VsCOAO2gR(0) 0.70.07229.810.17(136001000)41000

0.70.7850.07242.03 0.0174m3/s62.84m3/h（2）

uV01740.20.7850.09622.405m/s 4d选低槽液面1-1和高液面4-4之间列伯努利方程：

2Zp21gu12gHZp2u414g2gHf14p5001760101.3366.66kPa p2902760101.3338.66kPaH(ZZp1gH66.6610331)f14161039.819.8126.46mH2O选泵进出口为2-2和3-3截面列伯努利方程

2Zp2gu22gHZp23u223g2gHf23

p3g(ZZp23)2gHHf23 (00.2)38.66103

1039.8126.4622.32mH2Op322.321039.81218.96kPa

（3）

hlleu2f14d2llh2d3620.096

f14eu20.012.4052119.5m

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2

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1． 当地大气压强为750mmHg，测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空

度为 mmHg。测得另一容器内的表压强为1340 mmHg，则其绝压为 mmHg。 400； 2090

2． 某水平直管输水量为qV，今改为输送2qV的有机物，且2水,0.5水。 设两种输液下，流体均在层流下流动，则管路两端压差为水的________倍。 4 3．层流底层越薄，则以下结论正确的是 。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， d2=80mm，已知d1中水的流速为2.4m/s，倒U形压差计中水位差R=150mm。 试求：1）水流经两测压点间的阻力损失hf （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的读数如何变化？（定性说明，不必计算）

解：1） u2(d121)u12.40.6m/s d24在两测压点间列伯努利方程，以管子轴线为基准面，化简得，

p12u12p2u2hf 222u12u22.420.62hfhf2.7hf

22p2p1 由静力学方程，p2p1水气gR水gR

p2p1水gR9.810.151.47

即，2.7hf1.47hf2.71.471.23J/kg 2）粗管端抬高后，管段倾斜， 设抬高Z，

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3

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由静力学方程得，

p2p1水ZggR

由伯努利方程有

p2p12u12u2Zghf2.7hf

2在水的流量不变情况下，该管段的流动阻力损失不变， 因此R不变。 1. 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 2．气体的粘度随温度升高而 ，水的粘度随温度升高而 。 增加；降低

3．测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 ，若改用转子流量计，随流量增加转子（稳定时）两侧压差值将 。增加；不变 4. 用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为1.5×105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路为108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m(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42700Pa，两测压口的垂直距离为0.5m，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）压强表读数(Pa)； （3）外加压头(m)；

（4）若泵的轴功率为10kW，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。

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

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4

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2u0p0u12pz11hf,01 z02gg2ggllu12u1220其中， hf,010.020.204u12,

d2g0.129.81 z0=0， u0=0， p0=0(表压)， z1=3m， p1=-42700Pa(表压)

代入上式，得： u1=2.3m/s， Q=(2)压强表读数(Pa)；

4d2u65m3/h

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

22u3pu2p2z33hf,23 z22gg2ggp22.321.51051002.321600.02 3.5 2g1000g1000g0.129.81解得， p2=3.23×105Pa(表压) (3)外加压头(m)；

在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得，

p2p13.231050.427105H(z2z1)Hf0.50 g10009.8137.8m(4)泵效率

HQ37.86510006.687kw 1023600102故Ne/N66.87%(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。

Ne1、流体在等径水平直管的流动系统中，层流区：压强降与速度的____次方成正比；完

全湍流区：压强降与速度的_____次方成正比。一次方，平方

2、当地大气压为745mmHg，测得一容器内的绝对压强为345mmHg，则真空度为______ mmHg。测得另一容器内的表压强为1355mmHg，则其绝对压强为_______ mmHg。 400mmHg，2100mmHg

3、水力半径的定义是rH＝_________________________。流道面积／浸润周边 4、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______倍。0.5 5、转子流量计的主要特点是( )。C

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(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。 6、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。 7. 用泵将密度为850kg/m3，粘度为190cP的重油从贮油池送至敞口高位槽中，升扬高度为20m。输送管路为φ108×4mm的钢管，总长为1000m(包括直管长度及所有局部阻力的当量长度)。管路上装有孔径为80mm的孔板以测定流量，其油水压差计的读数R=500mm。孔流系数Co=0.62，水的密度为1000/m3。孔板流量计的计算公式为：uo =Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]0.5。试求： （1）输油量是多少m3/h?

（2）若泵的效率为0.55，计算泵的轴功率。

解：（1） uo =Co[2gR(ρ′-ρ)/ρ]0.5=0.62[2×9.81×0.5×(1000-850)/850] =0.816m/s

Vh =0.816×0.785×(0.08)2×3600=14.76m3/h （2） 在贮油池和高位槽间列柏努利方程，化简得:

We=hg+Σhf u=0.815×(80/100)2=0.522m/s Re=0.1×0.522×850/(190×10-3)=234<2300 λ=/Re=/234=0.274 Σhf=0.274×(1000/0.1)×(0.5222/2)=373.3J/kg We=20×9.81+373.3=569.5J/kg Ne=We·WS/η=569.5×(14.76×850/3600)/(1000×0.55)=3.61kw

1. 测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将______，若改用转子流量计测量，当流量增大时，转子两端压差值将______。、增大；不变 2. 空气的黏度随温度升高而 （增大，减小，不变）。增大

3. 当不可压缩理想流体在水平放置的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 。B

（A）变大 （B）变小 （C）不变 （D）不确定 4. 在完全湍流区（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数值 C （A）与光滑管一样 （B）只取决与Re （C）只取决与相对粗糙度 （D）与粗糙度无关

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5. 常压下，用水逆流吸收混合气中氨的流程如图所示，用泵将敞口水池中的水输送至吸收塔塔顶，并经喷嘴喷出，水流量35m3/h。泵的入口管为108mm4mm无缝钢管，出口管为76mm3mm 无缝钢管。池中水深为1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为20m。水流经所有管路的能量损失为46J/kg（不包括喷嘴），泵出口管与喷嘴连接处的表压为34kPa。设初选泵的效率为60%，试求该初选泵的轴功率（水密度以1000kg/m计）。

3

解：如图，取水池液面为 1-1’ 截面，塔顶喷嘴入口处为2-2’ 截面，并以1-1’截面为基准水平面。在1-1’和2-2’截面间列伯努利方程

p112p2z1gu121Wez2gu2Wf22pp112We(z2z1)g(u2u12)2Wf2 0其中 z 1  0, p （表压） ， u101

p234103Pa

（表压）

z2201.518.5m1000kg/m3,Wf42J/kg

qV35/3600u22.53m/s2 2喷头入口处水流速 0.785 d 0.7850.072

将以上各值代入，可得输送水所需的外加功

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13410We18.59.812.53242260.7J/kg210003

又因水的质量流量为 qmqV35/360010009.72kg/s所以泵的有效功率为 N  W 260.7  9.72  2534 W  2.534 q kWeem

当泵效率为60%时，其轴功率为

NNe2.5344.22kW0.6

1.某设备上方压力表示数为53kPa，当地大气压为102kPa，则该设备的绝压为 kPa。155

2.当Re=1600时，流体在圆形管内为层流时的摩擦系数λ=__________；若流体在管内为 完全湍流流动时，摩擦系数λ与__________无关，只是__________的函数。 0.04，Re，管子相对粗糙度

3.某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通

过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的 倍。C A. 4； B. 8； C. 16； D. 32、

4. 如下图所示，用泵将贮槽A内密度为880kg/m3，粘度为4cP的油用159mm4mm的管道送至设备B，设备B内液面上方压力表读数为29.4 kPa，管路总长度（包括孔板在内所有局部阻力的当量长度）为80 m，管路上装有孔板流量计，孔口直径为56 mm，孔流系数

C00.61，U形管压差计指示液为水银，读数R=750 mm。已知汞13600kg/m3，管

内流动的摩擦系数可按下列式子计算：层流时/Re，湍流时0.31/Re0.25，求： （1）流量，m3/h；

（2）当泵的效率70%时，求轴功率。

解：（1）VsC0A02sgR

36000.610.7850.05622136008809.810.75

88078.84m3/h （6分）

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（2）uVs78.841.22

0.785d236000.7850.1512Redu0.1511.2288040528.4 湍流

41030.310.310.0223

Re0.20528.40.25在贮槽液面11和管路出口内侧截面22间列柏努利方程得：

所以 Plu229400801.222Hez200.022324.3m

gd2g9.8188029.810.151NVsHe88078.8424.36.56kW

10236001020.7

1. 当地大气压为1atm，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg，则真空度为

mH2O。又测得另一容器内的表压强为980mmHg，则其绝对压强为________kPa。

5.57mH2O； 231.99KPa

2. 某液体在内径为d的水平管路中稳定流动，当它以相同体积流量通过等长的内径为3d的管子时，则流速为原来的 倍；若改变前后均为层流流动，则摩擦系数为原来的 倍。 1/9； 3 3. 孔板流量计是 。C

A.变压差流量计，需垂直安装 B.变截面流量计，需垂直安装

C.变压差流量计，需水平安装 D.变截面流量计，需水平安装 4. 孔板流量计的孔流系数C0，当Re数增大时，其值 。 B A.总在增大 B.减小到一定程度后保持为某定值 C.总是减小 D.不定

5. 如图所示，用离心泵将常温的水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面 离贮水池的水面高度保持为10m。输送水量用孔板流量计测得。孔板安装在离高位槽水面1m处，孔径为20mm，孔流系数为0.65，所接U形管中指示液为水银，其密度为13600kg/m3。管路为Φ×2.0mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和（包括孔板局部阻力当量长

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度）为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为60m，水的粘度为1cP，摩擦系数λ可取为0.02。当水的流量为6.86m3/h时，试确定： （1）水通过泵所获得的外加能量（J/kg）。 （2）孔板前测压点A处的表压强（Pa）。

（3）孔板流量计的U形管中指示液读数R（mm）。

解：uV4d26.860.97m/s 236000.7850.05(1) hf12lleu22500.9720.0247.08J/kg

d20.052以低位槽液面1-1和高位槽液面2-2间列伯努利方程

2u12p2u2gZ1WegZ2hf12

22p1其中： Z1（基准）0, P1P20(表压), u10 .u20.

WegZ2hf129.811047.08145.18J/kg (2) 以1-1和A点前3-3列伯努利方程

2u3WegZ3hf132p3

hf13600.9720.0211.3J/kg0.0522u30.972p3(WegZ3hf13)(143.269.81911.3)100043.2KPa(表)22— 10

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Vu0A0C0A0(3)

22gR(0)2 V6.861000CA236000.650.7850.05R009.03mm2g(0)29.81(136001000)6. 每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示），管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压（1个标准大气压），管子为Φ76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，摩擦系数为0.0293。管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kg·m-3，粘度为6.5×10-4 Pa·S。泵的效率为70%，求泵的轴功率。 附各局部阻力系数：全开闸阀 ζ 1 = 0.17，90℃标准弯头ζ 2 = 0.75。

解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1 截面为基准面

2u12p1u2pHeZ22Hf Z12gg2ggp1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0，u1=0，P2 = 101.3kPa（绝压），z2 = 15m

u2WW1.42m/s

Ad24lu2u2Hfd2g2g26.61.4221.422 0.0293(0.520.1750.75)0.06829.8129.811.97m(101.326.7)1031.422He151.9723.83m

10759.8129.81NWgHe/1.86kW

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1. 流体在管内作湍流流动时，流动类型从中心到壁依次

为： 、 、 。湍流; 过渡区; 层流 2. 气体的粘度随温度的升高而 ，水的粘度随温度的升高而 。 3. 增加; 降低

4. 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 。增大; 不变

5. 水(=1000 kg/m3)在1 atm 下由泵以0.012 m3/s 从低位槽送往高位槽，如图。泵前的吸入管长和管径分别为6 m和80 mm，管内的摩擦系数为0.02，泵前吸入管路（包括入口）的局部阻力系数之和为1.25。泵后的排出管长和管径分别为13 m和60 mm，管内的摩擦系数为0.03，泵后排出管路（包括出口）的局部阻力系数之和为8.15。两液面的高度差H＝10 m，泵的吸入口比低位槽的液面高2 m。 求: （1） 泵的有效功We，J/kg；

（2） 泵的吸入口A和排出口B处的压强（绝对压强），Pa。

解：（1) 在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式，并移项整理得

22WgHP2P1P2P1uu12hf12220,gH9.181098.1J/Kg,

2u2u10,2泵吸入管内的流速为

4V412103u1＝2.39m/s, 220.08d1泵压出管内的流速为

d12.390.0824.24m/su2＝2u1 20.06d2 hf12l1u12l2u22(1)(2)d12d22262.392134.242＝（0.02＋1.25）＋（0.03＋8.15)139.53J/Kg0.0820.062W98.1139.53237.6J/Kg

（2）以断面1-1为基准，在断面1-1和A之间列机械能衡算式可得

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pAu12gzA－hf1A2p11.0131052.39262.3929.812(0.021.25)70.9J/kg100020.082pA7.09104Pa(绝对压强）

在断面B和2-2之间列机械能衡算式可得

pp2Bg(z2u22zB)hfB221.013105134.2428＋1000＋（0.030.06＋8.15）2-4.242＝9.812＝302.5J/Kg,

pB3.025105Pa

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