第一章 流体流动

河南工程学院——《化工原理》习题

第一章 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 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 倍。

2.处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 、 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 流量计测量。 3.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??????????????????； 单位重量流体的机械能衡算式为 ； 单位体积流体的机械能衡算式为?????? ???????????；

4.有外加能量时，以单位体积流体为基准的实际流体的柏努利方程为 ，

各项单位为 。

5.气体的粘度随温度升高而 ，水的粘度随温度升高而 。 6.流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 。 7.流体流动的连续性方程是 ； 适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 。

8.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 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为 mmHg。

9.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 。

10.流体阻力产生的根源是 ，粘性是指 。 11.在连续稳定流动过程中，流速与管径的 成正比。均匀圆管内流体的流速不因流阻的存在而 。

12.滞流与湍流的根本区别是 。

13.一定量的流体在圆形直管内流过，若流动处于阻力平方区，则流动阻力与速度的 成正比。

14.圆形直管内流体滞流流动的速度分布呈 形状。其平均速度是中心最大速度的 。摩擦阻力系数与雷诺数的关系是 。 15.局部阻力所引起的能量损失有两种计算方法： 法和 法。 16.并联管路的特点是 。 分支管路的特点是 。

17.孔板流量计是通过 来反映流量的大小，又称为 流量计，而转子流量计是流体流过节流口的压强差保持恒定，通过变动的 反映流量的大小，又称为 。

流体流动 1

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18.牛顿粘性定律的表达式为 ，牛顿粘性定律适用于 流体。 19.使用因次分析法的目的在于 。

20.在一稳定流动系统中，水由细管流入粗管，细管与粗管的流速分别为2m/s与1m/s。细管与粗管连接处的局部阻力系数ζ=0.27，则水通过的局部阻力所产生的压强降为 Pa。 21.流量相同，若d1/d2=2, 则Re1/Re2=_______, 若相对粗糙度相同。且均在阻力平方区流动，则相同管长的直管阻力损失hf1/hf2=________。 22.当p1 =p2，如右图，判断流体的流向是 。

23题图 23.空气质量流量一定，在换热器中从30℃升高至60℃，

其沿管长流速u ，密度ρ ，粘度μ ，Re 。

24.已知水的质量流量为ms，原管输送时Re = 1800为层流，改造时拟选用的管径 d2 = 0.4 d1，流动状态为 。 25.如图所示：

（1）关小阀1，流量 ，p1 ，p2 ； （2）关小阀1，开大阀2，流量不变，

p1 ，p2 ，p3 。 25题图

二 选择题

1.流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用? ?流量计测量。

A. 皮托管 B. 孔板流量计 C. 文丘里流量计 D. 转子流量计

2.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，管道总阻力损失 。

A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不能判断 3.流体流动时的摩擦阻力损失hf，所损失的是机械能中的 项。

A. 动能 B. 位能 C. 静压能 D. 总机械能 4.在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数?数值

A. 与光滑管一样 B. 只取决于Re C. 取决于相对粗糙度 D. 与粗糙度无关 5.孔板流量计的孔流系数C.0当Re增大时，其值 。

A. 总在增大 B. 先减小，后保持为定值 C. 总在减小 D. 不定

6.已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根?25×2.5mm的换热管，每小时有 5×104kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为810kg/m3，粘度为1.91×103PA.·s，则溶液

－

在管束外流过时的流型为 。

A. 层流 B. 湍流 C. 过渡流 D. 无法确定

7.某液体在内径为D.0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

流体流动 2

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过等长的内径为D.2(D.2=D.0/2)的管子时，若流体为层流，则压降?p为原来的 倍。 A. 4 B. 8 C. 16 D. 32 8.在完全湍流区，直管流动阻力与 成正比。

A.管内流动的雷诺数 B.管内平均速度的平方 C.管长L D.液体的粘度 9.层流底层越薄，则以下结论正确的是 。

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 10．在完全湍流中粗糙管的摩擦系数 。

A．与光滑管一样 取决于Re B．取决于ε/D. 与Re，ε/D.有关 11．两管并联，若D1=2D2, L1=2L2 , 则hf1/hf2=_________。 A．2 B． 4 C．1/4 D． 1 E． 1/2 当两管中流体均作层流流动时，V1/V2=______。 A． 2 B． 4 C．8 D． 1/2 E． 1

当两管中流体均作湍流流动时，并取λ1=λ2，则V1/V2=_______。 A．2 B． 4 C． 8 D． 1/2 E．1/4

12．（1）无论是静止的流体，还是运动的流体，都具有粘性；

（2）粘性只在流动运动时才表现出来。 以上正确的说法是 。

A.两种都对 B.（1）对（2）不对 C.（2）对（1）不对 D.（1）（2）都不对 13．如图所示：一定质量流量的流体，从A流向B时，U型压差计读数为R1；若流向改为

从B流向A，测得读数为R2，则（1）R1 R2 ； A.大于 B. 等于 C.小于 D.R1= - R2 （2）图示R值反映的是 。

A.压差 B.阻力 C.动压头变化 D.阻力与动压头变化 14.因次分析法的目的在于 。

A． 得到各变量间的确切定量关系； B． 得到各无因次数群的确切定时关系；

C． 用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化； D． 用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。 15.层流与湍流的本质区别是 。

A. 湍流流速大于层流流速； B.流道截面积大的为湍流，截面积小的为层流； C.层流的雷诺数小于湍流的雷诺数； D.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动

三 简答题

1.粘性的物理本质是什么？为什么温度上升，气体粘度上升而液体的粘度下降？ 2.粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？ 3.机械能包括哪几项？有何特性？ 4.牛顿流体与非牛顿流体有何区别？

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5. 何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？ 6.当量直径如何定义的？

7.λ随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增加？ 8.管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？

9. 流体在管内呈层流流动时，其λ与ε/d有何关系？λ与Re有何关系？关系如何？ 10.当流体处于阻力平方区时，λ与什么有关？ 11.局部阻力计算有几种方法？如何表示？

12.流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？ 13.层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？ 14.为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好？ 15.柏努利方程的应用条件有哪些？

四、计算题

【1-1】已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力

绝压=大气压-真空度= 85.3?103?20?103Pa?65.3kPa （2）真空表读数

真空度=大气压-绝压=101.33?103?65.3?103Pa?36.03kPa

【1-2】如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133?105 Pa,流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。 解：在截面A-A?和截面B-B?之间列柏努利方程式，得

2u12p2u2??gZ1?We???gZ2??hf ?2?2p1?1.0133?105Pa；p2?1.21?105Pa；Z2?Z1?8.0m；????p1u1?0；u2??hf?70Jkg

203600VV??ms?1.966msAπ23.142d??0.068?2?0.004?4422 We?p2?p1?u2?u1?g?Z2?Z1???hf 习题1-2附图

?2??1.21?1.0133??1051.9662?We????9.8?8.0?70?Jkg 8002????2.46?1.93?78.4?70?Jkg?175Jkg流体流动 4

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Ne?wsWe?203600?800?173W?768.9W【1-3】为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？

3 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m，??980kg/m，?Hg?13600Kg/m3。

（1）管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。 （2）空气的?很小，忽略空气柱的影响。 ?H?g?R?Hgg H??Hg13600?R??0.13?1.8m ?9801?W??D2(H?h)?4 ?0.785?22?(1.8?0.2)?980

?6.15(吨）【1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。 设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据 流体静力学基本原理，截面A.-A.'为等压面，则 pA.=pA.'

又由流体静力学基本方程式可得 pA.=p1－ρgM

pA.'=p2－ρg（M－R）－ρggR

联立上三式，并整理得： p1－p2=（ρ－ρg）gR 由于ρg﹤﹤ρ，上式可简化为 p1－p2≈ρgR 所以p1－p2≈1000×9.81×0.2=1962PA.

【1-5】如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z0=2.1m， z2=0.9m， z4=2.0m，z6=0.7m， z7=2.5m。 试求锅炉内水面上的蒸汽压强。

解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、 同一水平面上的压强相等，故有

p1=p2，p3=p4，p5=p6 对水平面1-2而言，p2=p1，即

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