化工原理习题

一 流体流动

流体密度计算

1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]?

1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5％CO2,7.5％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。

1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和 900[kg/m3] 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％；

(2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。

绝压、表压、真空度的计算

1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少？

静力学方程的应用

1.5如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少？ρ水银＝13.6×103[kg/m3]

1.6容器A.B分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？ ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4＝1.594×103 [kg/m3]

习题 5 附图

习题 6 附图

1.7用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已

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知图中 h1=2.3m， h2=1.2m， h3=2.5m， h4=1.4m，h5=3m。大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容器中液面上方压强PC=?

1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？

流量、流速计算

1.9密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=1.4×10-3 [ m3/s]。计算： (1)管段1和3中的质量流量； (2)管段1和3中的平均流速； (3)管段1中的质量流速。

1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h] (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。

(注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。

1.11压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干？

1.12若钢管的价格与其直径的1.37次方成正比，问将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小管子与采用一根大管子相比，前者费用为后者的几倍？设两种情况下管内流速

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相同。

理想流体柏努利方程应用

1.13在图示的管路中，水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求： (1)管路中水的流速；

(2)管路中A、B、C各点的压强。

1.14在图示管线中的A点接一U管压强计，指示液为水，管内流体密度ρ=800[kg/m3],管子内径为100mm。当阀全关时,R1为300mm,阀门开启后,读数R2为100mm。若管内流体视为理想流体，且贮槽中流体面维持恒定，管内流速为多少？

1.15水以60[m3/h]的流量在一倾斜管中流过,此管的内径由100mm突然扩大到200mm。如图所示,A、B两点的垂直距离为0.2m,在此两点间连接一U管压差计，指示液密度为1630[kg/m3],若忽略阻力损失,试求:

(1).管两侧指示液液面哪侧高,R为多少？

(2).若将上述管路水平放置 ,压差计读数有何变化？

非定态流动计算

1.16本题附图所示的贮槽内径D=2m,槽底与内径为32mm的钢管相连,液面高度h1为2m,(以管中心线为基准),该系统全部能量损失∑hf=20u2,(u为管内流速[m/s])试求当槽内液面下降1m时所需的时间。

实际流体柏努方程的应用

1.17如图所示,将密度为1200[kg/m3]的碱液从碱液池中用离心泵打入塔内,塔顶表压为0.6[kgf/cm2]。流量为15[m3/h],泵的吸入管阻力为[2m碱液柱],排出管阻力( 包括出 入口等所有

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局部阻力)为5[m碱液柱],试求: (1)泵的压头;

(2)若吸入管内的流速为1[m/s],则泵真空表的读数为多少毫米汞柱？ 1.18图示一冷冻盐水循环系统,盐水循环量为45(m3/h),流体经管路的压头损失 从A 到B段为9[m液柱],自B至A的一段为12[m液柱],盐水的密度为1100[kg/ m3],求:

(1)泵的实际功率 (轴功率)为多少[kw]？设泵的效率为0.65。

(2)A 处压强表读数为1.5[kgf/cm2],则B处压强表读数为多少[kgf/cm2 ]？

1.19图示为某泵的一段吸水管,内径为200mm,管下端浸入水池液面以下2m,管口处装有带滤网的底阀,其阻力损失相当于10(u2/2),在吸水管距水面

3m处装有真空表, 其读数 为350[mmHg],若从A至B点的阻力损失为0.1(u2/2),试求: (1)吸水管内的流量为若干?

(2)A点的压强为多少?

雷诺准数.流型判断

1.20密度为850[kg/m3]、粘度为8cP的液体,在内径为14mm的钢管内流动,液体的流速为1[m/s],试计算:

(1)雷诺准数,并指出流动属于何种类型;

(2)局部速度等于平均速度处与管轴的距离;及该处的剪应力;

(3)该管路为水平管,若上游压强为1.5[kgf/cm2],求流经15m后压强降至多少 [kgf/cm2]?

1.21 90℃的水流过内径为20mm的管道,问水的流速不超过那一数值则流动为层流? 若管内流动为90℃的空气,则此一数值应为多少?

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1.22由一根内管及外管组合的套管换热器中，已知内管为Φ25×1.5mm，外管为Φ45×2mm,套管环隙间通以冷却盐水,其质量流速为838[kg/m2.s]粘度为1.2cP, 试判断盐水流型。

因次分析

1.23 实验初步得知,流体绕过单个球形物体流动,球体受到曳力(或球体对流体产生的 阻力)FD为以下诸量的函数:小球直径d;流体密度ρ;流体粘度μ;流体速度ｕ。试用因次 分析法导出曳力FD的准数函数式。(注:包含FD的准数为FD/ρｄ2ｕ2)

哈根泊谡叶方程、通用阻力方程的应用

1.24 在水平直管内输送一定量流体所需的动力费与上、下游的压强降成正比。试问，将一定体积流量的流体输送一定距离，采用两根小直径管子与用一根大直径的管子相比较，前者所需的动力费为后者几倍？取两种情况下管内的流速相同，分别按层流与湍流两种流型比较。(层流用哈根泊谡叶方程,湍流用柏拉修斯公式计算)

1.25 温度为20℃的液苯从贮槽中用泵送到反应器,要经过长4m、Φ57×2.5mm的钢管,管路上有两个90o弯头,一个标准阀(按1/2开启计算)。管路出口在贮槽的液面以上12m,贮槽与大气相通，而反应器是在500[KN/m2](表)的压力下操作,若要维持0.5[l/s]的体积流量，求泵所需的功率。(泵的效率取0.5，λ=0.03，已知20℃的液苯密度ρ＝879kg/m3,粘度μ＝0.74cP)

1.26 如图所示,某气体(其性质与50℃的空气 基本相同),用鼓风机以3600[m3/h]的流量送至洗 涤塔,洗去有害物质后排到大气中。气体入风机前的管路上安装一U管压差计，其读数为30mm水柱。输气管与放空管的内径均为250mm, 管长与管件、阀门的当量长度之和为50m( 不包括进、出口塔及管出口阻力)。放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m, 已估计气体通过塔内填料的压强降为200mm水柱,管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm,大气压强为1atm,求风机的有效功率。

1.27 地面上放置冷冻盐水(25％CaCl2)贮槽。盐水温度为 －20℃,粘度为9.5cP,密度为1230[kg/m3],现用离心泵送至高位槽中,两槽液面差为16m，输送管为Φ32×2.5mm，管长为80m，管路中包括6个90°弯头和4个标准球阀(全开)。若盐水的流量为6[m3/h],试求离心泵对单位重量的盐水必须提供多少能量(压头)? 已知ε/d=0.003。

1.28 由图所示的输水系统,AB和CD段分别长200m和10m(均包括各种局部阻力的当量长度),BC段管长为10m,各段管内径均为50mm,摩擦因素λ=0.03。实验得知：经两分钟内由管口流出的水量为0.329m3，B、C两截面上玻璃管内液面差Δh为0.629m。求：

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A)并联各管段压强降 ; B)主管流量等于并联的各管段 ; C) 并联各管段中是管子长、直径小的管段通过的流量 。

(4).当Re为已知时,流体在圆管内呈层流时的摩擦系数λ= , 在非光滑管内呈湍流时,摩擦

系数λ与 、 有关。

(5).因次分析法的依据是 (6).在SI制中压力的因次为 ;功率的因次为 。

(7).流体流动的直管阻力为hf,当层流流动时,hf??aubLc,则a= ,b= ,c= ;

当完全湍流时,hf??a'ub'Lc',a′= ,b′= ,c′= 。

(8).减少流体在管路中流动阻力 ∑hf的措施有: ， ， 。 (9).在下图中定性地画出流体流动时,各支管的液面高(忽略阻力损失):

(10)下图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流径管路,ab与cd 两段长度相等,管径与管壁粗糙度相同,则: ΔPfab/(ρg)= ；（ΔPf为压降） ΔPfcd/(ρg)= ； hfab= ; hfcd= 。

(11)a.稳定流动中,流速只与 有关,而不稳定流动中,流速除与 有关外,还与 有关;

b.流体在管内作 层流流动时,速度分布呈 , 平均流速为管中心最大流速的 ；

c.流体在直管内层流流动的阻力与管壁粗糙度 ;

d.U型管压差计用水作指示液,测量气体管道中的压 降,

若指示液读数R=20mm,则表示压降为 Pa,为使R读数增大,而△P值不变,应更换一种比水 的指示液;

e.沿壁面流动的流体中有两个区域,一是 ，一是 。

(12)对如图所示的测压装置,分别写出压差△P=P1-P2的计算式:

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a.图ΔP= , b.图△P= , c.图△P= , d.图△P= 。

(13)米糠油在管中作层流流动,d为直径，u为流速，V为体积流量:

(a)d、u不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失 ;

(b)V、L不变,管径增加一倍,则摩擦阻力损失 ；

(c)d、L不变,油温升高,粘度为原来的1/2,则摩擦阻力损失 。

1.52.选择题

(1).右图中高位槽液面保持恒定,液体以一定流量流经管路,ab与cd两段长度相等, 管径与管壁粗糙度相同,则:

A U形压差计读数 (a).R1>R2; (b).R1=R2; (c).R1

B. 液体通过ab与cd段能量损失

(a).hfab>hfcd; (b).hfab=hfcd (c).hfab

C. ab与cd两段压差

(a).△Pab(pa-pb)>ΔPcd(pc-pd); (b).ΔPab(pa-pb)=ΔPcd(pc-pd)； (c).ΔPab(pa-pb)<ΔPcd(pc-pd);

(d).不定 D. R1值反映的是：

(a).ab段的压差值; (b).ab段位能变化; (c).ab段流动能量损失;(d).ab段压差值及流动能量损失

(2).一敞口容器，底部有一出(进)水管,容器内水面保持恒定,管内水流动的速度头为0.5m水柱(流速u=3.132m/s).

A.对图(1),水由容器流入管内,则2点的表压P2=( )水柱. (a).1.5m; (b).1.0m; (c).0.75m; (d).0.5m

B.对图(2),水由水管进入容器,则2点的表压P2=( )水柱. （a).2.0m; (b).1.5m; (c).1.0m; (d).0.75m (3)、

A．图示为一异径管段,从A段流向B段,测得U形压差计的读数为R=R1,从B段流向A段测得U形压差计读数为R=R2,若两种情况下的水流量相同,则：

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(a).R1>R2; (b).R1=R2; (c).R1

B.图示所表示的R值大小反映 ： (a).A.B两截面间压差值; (b).A-B 截面间流 动降损失; (c).A.B两截面间动压头变化;

(d).突然扩大或突然缩小流动损失. (4)、A.层流底层越薄， 。

(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;

B.双液体U形差压计要求指示液的密度差 。

(a) 大; (b)中等; (c)小; (d)越大越好

(5)、A.在完全湍流(阻力平方区)时,粗糟管的摩擦系数λ数值 。

(a)与光滑管一样;(b)只取决于Re;(c)只取决于相对粗糟度;(d)与粗糟度无关 B.如图表明,管中的水处于 。

(a)静止状态; (b)向上流动; (c)向下流动; (d)不一定

(6)、有一并联管路,如图所示,两段管路的流量、流速、管径、管长及流动阻力损失分别为V1、u1、d1、l1、hf1、及v2、u2、d2、l2、hf2,已知d1=2d2、L1=2L2，则:

A. hf1/hf2=( );

(a)2; (b)4; (c)1/2; (d)1/4; (e)1

B.当两段管路流体均作滞流流动时,v1/v2=( ); (a)2; (b)4; (c)8; (d)1/4; (e)1

C.当两段管路流体均作滞流流动时,u1/u2=( ); (a)2; (b)4; ( c)1/2; (d)1/4; (e)1

D.当两段管路流体均作湍流流动,取λ1=λ2; v1/v2=( ); (a)2; (b)4; (c)8; (d)1/2; (e)1/4

E.当两段管路流体均作湍流流动,取λ1=λ2; u1/u2=( ); (a)2; (b)4; (c)1/2; (d)1/4; (e)1

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