化工原理完整答案

第一章 流体流动

一、名词解释（每小题2分）

31、法定计量单位：由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。

62、稳定流动：流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。

63、不稳定流动：流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。

64、流动边界层：流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层叫流动边界层。

35、边界层分离：流体在一定条件下脱离壁面的现象叫边界层的分离。 66、速度梯度：

du速度梯度，即在与流动方向垂直的dyy方向上流体速度的变化率。

37、牛顿黏性定律：???du dy68、当量长度le：把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同、长度为le的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。

69、因次分析法：用维数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。 310、相对粗糙度 ：ε /d—相对粗糙度。

611、黏性：运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。 612、黏度：F???uS，

?y?—比例系数，流体的黏性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系

数或动力。黏度，简称黏度。

312、点速度：流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S。 313、绝压：以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。

314、表压：表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。 315、真空度：真空度等于大气压强减去绝对压强。 二、单选择题（每小题2分）

1.B 2B；D；C；A 3A 4 D 5A 6C 7 B 8C 9 D 10B 11 B；G 12 C 13 C 14 B B 15 E ；A 16 B 17 B 18 C 19 A 20 C 21 B 22 C 23 A 24 A 25 A 26 C 27 B 28 A 29 D 30 A 31 B 32 A 33 B

1

三、填空题（每小题2分）

1 e/d 2 τ=μdu/dy；牛顿 3 动静压头之和；静压头 4 位置；时间 5连续；垂直流动方向或流体流线平行 6 2；1/4 7滞流边界层厚度；湍流边界层厚度；滞流内层；主流区流速 8 MT-2L-1；MT-3L2 9 增大；降低 10 u1A1ρ1 = u2A2ρ2= 常数；u1d12 =

2Rg??2??1?u2d2= 常数 12 1m/s；20Pa 13 大；2.84 m/h 14 ??

?1u22

3

15 Pa1＝0；Pa2＝ 100mmH2O；Pb1＝300mmH2O；Pb3=340mmH2O

16 Pa?s或N?s/m2；m2/s 17 1.6m；0.4m 18.1/16

19

u1P2u2gz1???gz2????hf?2?2?u22P122

2R(?i??)g?Z1g?P1???Z2g?P2???hf? 20 ??

?u222 21 0.5；0.8 22 2.8m/s；连续性23 下降无黏性25 10；126 相等；流量之和27 大；

0.295～2.95 28 增加；不变 29. 2 30 绝对压强 四、问答题 （每小题2分）

31、如何判断一流体的流动类型?

答：Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动。 32、层流与湍流是如何定义的？

答：Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动。 63、简述层流与湍流的区别。

答：流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。

64、什么是“当量直径”?

答：对非圆形截面的通道，可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替，此直径即称为“当量直径”。

35、当量直径是如何计算的?

答：当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边长。

36、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：在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？

答：三种情况中，下游截面2-2’的流速相等。

?u12 2

67、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：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，哪一种情况的数值最小？其理由何在？

答：三种情况中，下游截面2-2’的压强不相等，其中（a）的压强最大，（c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低。

68、活塞在汽缸中以0.2m/s速度移动，见附图。活塞与汽缸之间的油膜厚度为0.1mm，求油膜的速度梯度是多少？

duu0.2???2000 答：?3dyy0.1?10 6、漆刷以0.8m/s速度在平板表面移动，漆膜厚度为0.2mm，见附图。 问漆膜中形成的速度梯度为多少？

duu0.8???40009 答：?3dy?0.2?10910、如图，有一敞口高位槽，由管线与密闭的低位水槽相连接，在什么条件下，水由高位槽向低位槽流动？为什么？

3

答：

Pa??zg?P2?时，水向低位槽流动。

3五、判断题 （每小题1分）

1、已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即

P?(D，N，?，?)利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有3个准数。（ ）

×

2、某物体的质量为1000kg，则其重量为9810N 。（ ）√ 3、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压p2=0.75m 水柱。（ ） √

4、层流与湍流的本质区别是湍流流速>层流流速。（ ） × 5、一个工程大气压等于1.013×105Pa。（ ） ×

6、孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 。（ ）√

7、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2倍。（ ）√

8、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，问管中心处点速度为1m/s。（ ） √

9、边长为0.4m的正方形通风管道，当量直径为0.6。（ ） ×

10、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增加。（ ） √ 六、计算题

61、某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y2，式中：y—截面上任一点至管壁的径向距离，m；v—该点的点流速，m/s。试求：（1）管半径中点处的流速；（2）管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05 Pa?s 。 5分 解：（1）已知 v=20y－200y2，

4

则

dv?20?400y 令 dv?0， dydyR2解得y=0.05m，即管半径R=0.05m 当y?=0.05/2=0.025m，

V =20y－200y2=20?0.025－200?(0.025)2=0.375 m/s 3分 （2）??dv??=20(m/s)/m ?dy?y?0?dv?2

?=0.05×20=1.0N/m 2分 ?dy?y?0则 ?w=??62、水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差ｈ为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。 10分

2u12PuP212Zg???Z2g??解：12?2? 4分

zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1 得

p1??p2?u??22224u?u?u12?????11??22u21?15

2p1?p215u12?∴h= =0.20 ?g2g∴ u1=0.511m/s 4分

m3m3v?d?u1?0.2?0.511?0.0161?57.8 2分

44ss?21?263、水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm，现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。 5分

5

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