化工原理-第一章-流体力学习资料

化工原理-第一章-流体流动

一、单选题

1．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。 2．以绝对零压作起点计算的压力，称为（ ）。 A A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。

3．当被测流体的（ ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度；B 表压力；C 相对压力；D 绝对压力。

4．当被测流体的绝对压力（ ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为真空表。 B A 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。

5. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（ ）。 A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。

6. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 7.层流底层越薄( )。 C

A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 8.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。 9.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ ）倍。A. 2； B. 8； C. 4。

10.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。 C

A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。

11.水在园形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的（ ）。 A A. 1/4； B. 1/2； C. 2倍。

12．柏努利方程式中的 项表示单位质量流体所具有的（ ）。 B

A 位能；B 动能；C 静压能；D 有效功。

13．流体在管内作（ ）流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。 A A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

14．流体在管内作（ ）流动时，其质点作不规则的杂乱运动。 B

A 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。

15.在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的 倍。C

1

B C

A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。

16.流体在圆管内流动时,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为（ ） A. Um＝1/2Umax B. Um＝0.8Umax C. Um＝3/2Umax 答案：B

17.从流体静力学基本方程可得知，U型管压力计测量的压强差( ) A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关 B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关

C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关 答案：A 18.流体的层流底层越薄，则( )。

A. 近壁面速度梯度越小 B. 流动阻力越小

C. 流动阻力越大 D. 流体湍动程度越小 答案：B 19.为提高微差压强计的测量精度，要求指示液的密度差( )。

A. 大 B. 中等 C. 越小越好 D. 越大越好 答案：C

-2

20.一个工程大气压等于( )Pa; ( )Kgf.cm。

54

A. 1.013×10 B. 9.8×10 C. 1 D. 1.5 答案：B C 21.转子流量计的主要特点是( )。

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。 答案：C 22.层流与湍流的本质区别是：( )。

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 答案：D 23.圆管内流动流体湍流时的雷诺准数值应为（ ）

A. Re<2000 B. Re>4000 C. Re=2000～4000 答案：B 24.流体在管路中作稳态流动时,具有（ ）的特点。 A. 呈平缓的滞流 B. 呈匀速运动

C. 在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；

D. 任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化 答案：D 25.表压与大气压、绝对压间的关系是（ ）。

A. 表压＝绝对压-大气压 B. 表压＝大气压-绝对压

C. 表压＝绝对压+真空度 答案：A

26.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。

A. 流动速度大于零 B. 管边不够光滑 C. 流体具有粘性 答案：C 12.流体在管内流动时,滞流内层的厚度随流速的增加而（ ）。

A. 变小 B. 变大 C. 不变 答案：A 13.圆管的摩擦系数λ=64/Re的适用流型是（ ）。

A. 滞流 B. 过渡流 C. 湍流 答案：A

27.为使U形压差计的灵敏度较高,应使指示液和被测流体的密度差（ ）。

A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 答案：B 28.设备内的真空度愈高,即说明设备内的绝对压强（ ）。

A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压、答案：B

29.在静止的、连续的、同一液体中,处于同一水平面上各点的压强 （ ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 答案：A

30..流体在圆管内作滞流流动时,阻力与流速的（ ）成比例,作完全湍流时,则阻力与流速的（ ）成比例。

A. 平方 B. 五次方 C. 一次方 答案：C A

31流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（ ）。

2

A. 增厚 B. 减薄 C. 不变 答案：B 32.将管路上的阀门关小时,其阻力系数（ ）。

A. 变小 B. 变大 C. 不变 答案：B 2

33. u/2的物理意义是表示流动系统某截面处（ ）流体具有的动能。 A. 1kg B. 1N C. 1m 答案：A 34.流体流动时产生阻力的根本原因是流体流动（ ）。 A. 遇到了障碍物； B. 与管壁产生摩擦

C. 产生了内摩擦切向力 答案：C 35.转子流量计的设计原理是依据（ ）。

A. 流动的速度 B. 液体对转子的浮力

C. 流动时在转子的上、下端产生了压强差。 答案：C

36.公式λ=64/Re仅适用于流体在（ ）管内作（ ）时应用。 A. 湍流 B. 滞流 C. 各种流动型态

D. 圆形 E. 非圆形 答案：D B

二、填空题

1. 雷诺准数的表达式为_____ Re=dｕρ/μ_____。当密度ρ＝1000kg.m,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m.s在管中流动时,其雷诺准数等于__10____,其流动类型为__湍流__。

2. 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为___ 850__mmHg, 真空度为_ -133402__Pa。

33

3. 某物的比重为0.879, 其密度为_879kg/m _, 其比容为_0.00114 m/kg _。

4. 圆管中有常温下的水流动, 管内径d=100mm, 测得其中的质量流量为15.7kg./s, 其体积流量为

3

_0.0157m/s ，平均流速为_ 2.0m/s。

3

5. 当20℃的甘油(ρ=1261kg/m, μ=1499厘泊)在内径为100mm的管内流动时, 若流速为1.0m/s时, 其雷诺准数Re为__84.1__, 其摩擦阻力系数λ为__0.761__。

6.某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为30×20mm,其当量直径de为__24mm__。

7.化工生产中，物料衡算的理论依据是＿质量守恒定律＿，热量衡算的理论基础是＿能量守恒定律＿。 8.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 _减少_。

2

9.套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于_1633 mm，润湿周边等于_242 __ mm，当量直径等于_27 _ mm。

10.液柱压力计量是基于_流体静力学__原理的测压装置，用U形管压差计测压时，当一端与大气相通时，读数R表示的是___表压___或__真空度__。

11.米糠油在管中作流动，若流量不变, 管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__2__倍。

12.米糠油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变, 管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的__1/16__倍。 13.当Re 为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=__64/Re _，在管内呈湍流时，摩擦系数λ与___ Re __、___ε/d__有关。

14. 粘度是衡量流体粘性的物理量，粘性是流体固有属性，它只有在流体内部具有相对运动时时表现出来。 液体的粘度随温度升高而__减小_，气体的粘度随温度的升高而_增大_。 15.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__倍。

16.流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（ 4 ）倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的（ 2 ）倍。 17、若要减小流体在管道内的流动阻力，可采取哪些措施？ 答：大直径管道、少拐弯、缩短管路长度、少用管件

3

18、用内径为158mm的钢管输送运动粘度为9.0×10m2/s。若保持油品在管内作层流流动，则最大流速不能超 过 1.8 m/s。

19、在流体阻力实验中，以水作为工质所测得的λ=（Re,e/d）关系式不适用于 非牛顿型流体 在直管中的流动。

20计算流体局部阻力损失的方法有:_______________,_________________,其相应的阻力损失计算公式为_______________,____________________。答案：当量长度法; 阻力系数法;

22

hf =λ(le/d)(u/2g); hf =ζ(u/2g) ;

21.理想流体是指________________________________；而实际流体是指___________________________。 答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消

耗能量。

22.牛顿粘性定律表达式为______________，其比例系数 (粘度) 的物理意义是_____________________。 答案：τ＝F/A＝μdu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。

23流体流动的型态用_____来判断，当________时为湍流，当________时为滞流，当______时为过渡流。 答案：雷诺准数，Re≥4000，Re≤2000，Re在2000-4000之间。

24.化工生产中，物料衡算的理论依据是_________________，热量衡算的理论基础是________________。 答案：质量守恒定律， 能量守恒定律。

25.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动压头___________,静压头___________。 答案：减少， 减少， 增加。

26.流体的粘度指______________________________________。粘度随温度变化而变化,液体的粘度随温度升高而________；气体的粘度则随温度升高而________。

答案：流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力 减少 增大 27.液柱压力计量是基于______________原理的测压装置,用U形管压强计测压时,当压强计一端与大气相通时,读数R表示的是_________或___________。答案：流体静力学； 表压； 真空度

28.应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是______________,______________，____________，__________________。

答案：处于稳定段， 连续， 垂直于流体流动方向， 流体平行流动

29.若Re值已知时,则流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=________,在管内呈湍流时,摩擦系数λ与_______、_______有关。答案： 64/Re; Re; ε/d

30.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______,变_____；后者是恒_________,变_________。答案：截面；压差；压差；截面

31.液体的粘度随温度升高而________,气体的粘度随温度的升高而_______。答案：减小； 增大

32.若流体在圆形直管中作滞流流动,其速度分布呈_______型曲线,其管中心最大流速是平均流速的____倍,摩擦系数λ与Re的关系为_________。答案：抛物线； 2倍； λ＝64/Re

33.牛顿粘性定律的数学表达式为_________________,牛顿粘性定律适用于________型流体。 答案：τ=μdu/dy ； 牛顿

34.流体做层流流动时,管内平均流速是最大流速的____倍,湍流时,管内平均流速是最大流速的______倍。 答案： 0.5； 约0.8

35.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为______________，所以,流速随着管径的减小而________。答案：u1/u2=d22 /d12 增大

36.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是__________________.答案：.流体具有粘性

37按照化工单元操作所遵循的基本规律的不同,可将单元操作分为_________、 __________、________。 答案.动量传递、热量传递、质量传递

38.流体沿壁面流动时,有显著速度梯度的区域称为_____________。答案：.流动边界层

39.液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长______,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_______。答案：不变； 降低

40.稳态流动是指流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随_____________________。

4

-5

答案：.位置而变，而均不随时间变。

三、 思考题

1．如本题附图所示，槽内水面维持不变，水从B、C两支管排出，各管段的直径、粗糙度阀门型号均相同，但 ＞

槽内水面与两支管出口的距离均相等，水在管内已达完全湍流状态。试分析：(1)两阀门全开时，两

支管的流量是否相等？（2）若把C支管的阀门关闭，这时B支管内水的流量有何改变？（3）当C支管的阀门关闭时，主管路A处的压强比两阀全开时是增加还是降低？

答：（1）C支管流动阻力大，管内流速及流量均小于B支管。（2）B支管内水的流量增大（但小于两支管均全开时的流量和）。（3）

增加（主管能量损失及管内动能比原来减小）。

2.20℃的清水以一定流速从细管流入粗管（如本题附图所示），测得U形管压差计读数为R。保持管内流动状况不变，将管路从水平放置改为垂直放置，U形管压差计的读数将如何变化？并判断从1-1’截面到2-2’截面间的能量损失和动能转化为静压能哪项数值大？

3.某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：

（1）在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？ （2）在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？

如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况中的数值最小？其理由何在？

4.水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。

A．1.155倍 B．1.165倍 C．1.175倍 D．1.185倍

5

也即碱液能被抽吸入文丘里管内。

在B-B′与M-M′截面间列柏努利方程 zBg?12pB12puB??zMg?uM?M??Wf,B?M 2?22?2(l??le)BMuM12p简化 ?zMg?uM?M???22?2dBM2pBBM2M?解得 uM?? ?21??(l??l)?eBMdBM??2?(p?p)??zg?12由此可知，碱液的吸入量与文丘里喉管处压力pM、碱液槽的相对位置zM、碱液槽中的压力pB、吸入管的直径dBM、总管长（l??le）BM、碱液的密度ρ 讨论：

（1）流体能否流动或流向判断实质上是静力学问题，应根据位能与静压能总和的大小进行比较； （2）流体一旦流动，其能量转化关系服从柏努利方程，此时pM将发生变化，应按汇合管路重新计算； （3）利用水在文丘里喉管处的节流作用而形成低压可将其它流体抽吸并输送，此为喷射泵工作原理。

3.水从倾斜直管中流过，在截面A与B处接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，见附图。试求： （1）A、B两点的压差等于多少？

（2）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？

答：（1）3041.1kPa；（2）R不变，98.1 kPa。

4.有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局部阻力的当量长度），??0.025。试求：

3（1） 供水量为多少m/h？

M等有关。

（2） 若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔，有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不

会从小孔向外流水，而还有人则认为水将从小孔流出。试推导证明哪一种说法正确。

11

解：（1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截面2，在1-1’和2-2’间列柏努利方程，可

得：

p1u12p2u12??Z1g???Z2g??Wf1?2 ?2?2其中：p1?p2?0(表压)，u1?u2?0 将阻力公式代入

?Wf1?2，整理得：

lu2h2g??

d2?hg2d?所以 u??2???l?供水量 V?0.5?10?9.807?2?0.05????0.025?100??0.5?1.98m/s

?d2u43.14?0.052?1.98??3.8877?10?3m3/s?14.0m3/h

4（2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：

p12p3u3u12??Z1g???Z3g??Wf1?3 ?2?2将阻力公式代入，整理得：

p3?p1?

222u3Z1?Z3?1u3u3?(Z1?Z3)g??(??0.5)

2d222u3?(Z1?Z3)(g?)?(1.5??)

dd222?u3p3?pa?=(Z1?Z3)(9.807?

0.025?1.9822?0.0512

)?1.982(1.5?0.025)

0.052 =(Z1?Z3)8.8269?1.9602

显然，此式为单调增函数，且在(Z1?Z3)?1m处时，

p3?pa??6.8667?0

所以在(Z1?Z3)?1～9m时（即垂直管段任意高度处），气压力，故不会出现虹吸现象，水将从小孔流出。

p3?pa??0，即p3?pa，表示管内静压高于大

5.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，

5 35

其上方压力为1.0133?10Pa。流体密度为800 kg/m。精馏塔进口处的塔内压力为1.21?10Pa，进料口高于储

3

罐内的液面8 m，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm，进料量为20 m/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?25p1?1.0133?10Pa；p2?1.21?105Pa；Z2?Z1?8.0m；p1u1?0；u2??hf?70Jkg

203600VV??ms?1.966msAπ23.142d??0.068?2?0.004?4422p?pu?u2121 We???g?Z2?Z1???hf ?2??1.21?1.0133??1051.9662?We????9.8?8.0?70?Jkg8002?? ??2.46?1.93?78.4?70?Jkg?175JkgNe?wsWe?203600?800?173W?768.9W 13

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