青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之流体流动

第一章 流体流动 一 基本概念 1、连续性方程

2、液体和气体混合物密度求取 3、离心泵特性曲线的测定 二、核心公式

第一章、流体流动与流体输送机械

（1）流体静力学基本方程 （例1－9）

U型管压差计

（2）柏努利方程的应用（例1－14） （3）范宁公式

（4）离心泵的安装高度（例2-5） 三．问答题

1．

（7分）离心泵的特性曲线是如何测定的？其特性曲线主要由哪几条曲线构成?

答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,η-Q三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速. 2． （8分）试说明层流和湍流的主要区别。

答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为: 3． 离心泵启动前，为什么要先灌满水？与离心泵安装高度有关的性能指标有那些？ 4．选择输送管路的管径时，从技术经济角度应考虑那些因素？如何选择？

5．离心泵的实验中，泵启动前与关闭时注意什么问题，为什么？流量调节采用什么方法，其优缺点各是什么？ 6． 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。（6分）

（1）扬程又称压头，是泵对1N液体所提供的有效能J/N；而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度，它只是扬程中位能差一项。 （2）允许吸上高度Hg是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。 为保证泵的正常可靠运行，泵的实际安装高度要比Hg再降低（0.5～1.0）m。 7．什么是汽蚀余量？

??(??e)dudy答：为了防止离心泵汽蚀现象的发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和（

2p1u1??g2g）必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头

（

pv?g2pp1u1??v）某一最小值，此最小值即为离心泵的允许汽蚀余量，即NSPH??g2g?g （NSPH为离心泵的允许汽蚀余量）

8．何谓气缚现象？如何防止？

答：离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。 12. 什么是“气缚”现象？什么是“气蚀”现象？

13. 什么是离心泵的工作点？如何调节离心泵的工作点？ 四．计算题

1、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？

（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；

（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？（10分）

Lu2解：（１）由?hf??d2 ，管路相同，则d,u相同，L相同，

??f(Re,?/d) ，?相同，

?h（２）ab段：

fab??hfcd 流体过ab和cd两段的能量损失相同． (3分)

gza?

pap1212?ua?gzb?b?ub??hfab ?2?2

ua?ub

?(pa?pb)?pc??hfab?g?z （１）

Cd段；

gzc?p1212?uc?gzd?d?ud??hfcd ?2?2??hfcd

?(pc?pd)?（２）由（１）（２），压强差不相等．

（３）ab间压差：

pa?pb??0gR1??gR1??gh

（１）与（３）

??hfab??gh??0gR1??gR1??gh

?z?h ?Cd间压差：

?hfab?gR1(?0??) （５）

pc?pd??0gR2??gR2 （４）

（２）与（４）

?0gR2??gR2???hfcd

所以，

??hfcd?gR2(?0??) （６）

R1?R2 压差计读数相同．

由（５）（６），

2、（20分） 在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为80mm，吸入管直管长度为6m，压出管直管长度为13m，两段管路的摩擦系数均为0.03，

3

压出管装有阀门，其阻力系数为ζ=6.4，管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m，管内流量为0.012m/s。试求：

（1） 泵的扬程？ （2） 泵进口处断面上的压强为多少？

（标准弯头的局部阻力系数ζ=0.75，入口的局部阻力系数ζ=0.5，大气压强为760mm,高位槽液面维持不变） （1）选截面1-1’、2-2’如图，以1-1’面为基准

z1=0 u1=0 p1=0(表压) z2=10m u2=0 p2=0(表压)

u12p1u12p2 列柏努利方程 z1???He?z2???Hf2g?g2g?g 即 He=10+Hf

????u?l???Vs?1?l入?l出??????? 而 Hf??? ?????2g?dd??d2?2g?????4?22???0.012?1?6?13????0.03??0.5?1?0.75?3?6.4? ? =

0.06??3.140.062?2?9.81????4??18m ∴ He=10+18=28m

2 (2)取3-3截面 z3=2m, u3=u=

’

Vs?4?4.25m/s

d2 在1-1,3-3’间列柏努利方程

’

0=

p322u3??入?u3?gz3??????入??2?d?2

22u3??入?u3 ∴p3?[gz3??????入?]

2?d?2?4.252?64.252?? =?10009.81?2? ??0.03??0.75?0.5????20.062???? =-62970Pa(表压)

绝对压强 P3=P3+P0=-62970+1.0133x10=38360Pa

3 在图示管路中装有离心泵，吸入管直径d1=80mm，长L1=6m,阻力系数?1=0.02，压出管直径d2=60mm，长L2=13m，阻力系数 ?2 =0.03 。在管路

A、B、E、F、G处的局部阻力系数分别为?A =0.5, ?B=0.75, ?E=6.4, ?F=0.75, ?G=1，管路两端水面高度差H=10m，泵进口高于水面2m，管内流量为12?10-3m3/s，试求：

i. 每千克流体需从离心泵获得多少机械能？ ii. 泵进、出口断面的压强PC和PD各为多少？

’

5

4Q4?12?10?3解：（1）u??2.39m/s 吸?22?d1??0.082d10.082?2.39 uu??4.24m/s 压?2吸0.06d2在1?1?和2?2?之间

we?p2?p1?22u2?u1??g(z2?z1)??hf,1?2

22u2?u12?0

2因

p2?p1??0，

g(z2?z1)?gH?9.81?10?98.1J/kg

?hf,1?2u吸ul1l?(?1??A??B)?(?22??E??F??G)压d12d22

2262.392134.242?(0.02??0.5?0.75)??(0.03??6.4?0.75?1)?0.0820.062?139.5J/kg所以

we?98.1?139.5?237.6J/kg （10分）

（2）在1?1?和C?C?之间

pc??pa??gzc?2u吸2??hf,1?c

1.013?1052.39262.392??9.81?2??(0.02??0.5?0.75)?100020.082?71J/kgpc?7.1?104Pa

在断面D?D?和2?2?之间

pD??g(z2?zD)?pa??hf,D?22u压?21.013?105134.242?9.8?8??(0.03??6.4?0.75?1?1)?10000.062?302.5J/kg

pD?3.02?105Pa （10分）

4 如本题附图所示。每小时有12×10Kg水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d1=100 mm，粗管内径d2=240mm， 图中2—2’面比1—1’面高H2=300 mm，1—1’面与2—2’面间有软管与水银压差计相连，其上指示剂读数R=20 mm，求2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力。

注：水密度：1000 Kg/ m，指示剂密度：13600 Kg/ m，g=9.81m/s

3

3

2

4

22'H2在1-2截面间列柏努利方程：

011'0'2u12p2u2gz1???gz2????hf,1?2 ① ?2?2p1H1Rm24 mnu1?Ws4Wsd12 ，u2?u1(??4.25m/s)?0.737m/s，

2?A1??d1d22 mZ1?Z2??0.3m

对u型管压差计，mn面为等压面，

pm?pn，即

p1??gH1?p2??g(H2?H1?R)??汞gR

p1?p2??gH2?(?汞??)gR?1000?9.81?0.3?(13600?1000)?9.81?0.02?5415pa

由①式得

2u12?u2p?p2?g(z1?z2)??12??hf,1?2

代入数值得

?h

f,1?24.252?0.73725415??0.3?9.81???11.2J/kg

210005．用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶，贮液池水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。输水管直径为76×3mm，排水管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/Kg，泵效率为75%，求①泵的有效功率②轴功率. 注：水密度：1000 Kg/ m， g=9.81m/s

1．取水槽液面为1-1’截面，喷头连接处为2-2’截面，水槽液面为基准面 在1-2截面间列柏努利方程：

3

2

2u12p2u2gz1???we?gz2????hf,1?2 ①

?2?2p1u1?0,

z1?0,

z2?24?2?26m ，

p1?0Pa(表压)，

p2?6.15?104Pa(表压)，

?hf,1?2?160J/kg

u2?Vs?d2?434.5?2.49m/s 2?3600?4?0.07由 ① 式，得

we?g(z2?z1)?p2?p1?2u2?u12???hf,1?2

26.15?1042.492we?9.81?26???160?479.7J/kg

10002Ne?We?Ws?We???Vs?479.7?1000?2．

34.5?4.6KW

3600??NeN4.6?N?e??6.13kw N?0.753

3

6．（10分）用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面维持恒定。输水量为50.4m3/h，吸入管路阻力为1.2m，吸入管内径为80mm，

求该泵在输送65℃水时的安装位置。已知3B33型水泵的允许吸上真空度为3m，泵工作地点的Ha约为10m，65℃水的饱和蒸汽压Pv=2.554×10 Pa，密度为980.5 Kg/ m，允许吸上真空度校正公式为：Hs=[Hs’+（Ha-10）-（Pv/（9.81×10）-0.24）] ×1000/ρ

4

解：

'Hs?[HS?(Ha?10)?(pv1000?0.24)]?9.81?103? (3分)

2.554?1041000?[3?10?10?(?0.24)]??0.65m39.81?10980.5u?Vs?d2?450.43600??0.0824??2.79m/s （2分）

u22.792Hg?Hs??Hf,0?1?0.65??1.2??0.95m （3分）

2g2?9.81所以泵的安装位置应比水槽液面至少低0.95m。 （2分）

7．如本题附图所示。每小时有12×10Kg水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d1=100 mm，粗管内径d2=240mm， 图中2—

2’面比1—1’面高H2=300 mm，1—1’面与2—2’面间有软管与水银压差计相连，其上指示剂读数为R，2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力为11.2J/Kg，求R。

注：水密度：1000 Kg/ m，指示剂密度：13600 Kg/ m，g=9.81m/s 1．在1-2截面间列柏努利方程：

3

3

2

4

2u12p2u2gz1???gz2????hf,1?2 ①

?2?2p1

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