食品工程原理第一章流体流动

流体：气体和液体统称为流体。

在炼油、石油化工等生产过程中，不论是所处理的原料、还是中间品或产品，大多都是流体；而且生产过程都是在流体流动下进行的，在炼油和石油化工厂中有纵横交错的管道和众多的机泵在各生产设备之间输送流体。这就说明流体流动不但普遍存在，而且流体流动的状况对生产过程正常而高效进行、能量消耗、设备投资等密切相关，同时对传热、传质等其它单元操作的研究也离不开流体流动的基本规律。因此，流体流动是炼油、石油化工等生产过程中一个很重要的单元操作。

一、流体的密度 1．密度

单位体积的流体所具有的质量称为流体的密度，通常以符号

表示。

不同的流体其密度是不同的。对于任何一种流体，其密度又随其所具有的压力和温度而变化，即

液体为不可压缩性流体，液体的密度随压力的变化很小，可忽略不计(除极高压力外)。温度对液体的密度会有一定的影响，故在手册或有关资料中，对液体的密度都注明了相应的温度条件。

气体是可压缩性流体，其密度随温度和压力的变化较大，通常在温度不太低，压力不太高的情况下，气体的密度可近似地用理想气体状态方程进行计算，即

气体密度也可按下式进行计算：

上式中的为

为标准状态(即

。

=101.3kpa及

=273 K)下

一、填空题（每空1分，共20分）

1、牛顿粘性定律的数学表达式为 _____________，粘度在SI制中的单位是

__________

，

服

从

此

定

律

的

流

体

称

为

_______________________________________。

2、实际流体与理想流体的主要区别在于 ，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于 。

3、某设备上，真空度的读数为80mmHg，其绝压=________mH20,__________Pa. 该地区的大气压为720mmHg。 8.7mH20 ,8.53?104pa. 4、常温下水的密度为1000Kgm速度流动，其流动类型为 ______________。

du?m3，粘度为1cp，在d内?100mm的管内以3s

Re???0.1.3.10001.10?3?3?105。湍流。

5、在流动糸统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随__________而变，不随__________而变，称为稳定流动。若以上各量既随__________而变，又随_____

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

第一章 流体流动

静压强及其应用

1-1. 用习题1-1附图所示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压pa为101.3kPa，试求：(1) A点的绝对压强，Pa；(2) A点的表压，Pa。 解：(1) pA?pa??HggR??g?1.2?R?

pA?101.3?103?13600?9.81?0.12?1000?9.81??1.2?0.12??1.28?105 kPa

(2) pA表?1.28?10?101.3?10?2.67?10 kPa

1-2. 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。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？

答：H?534?R13600?0.13??1.80m ?19803.14?22S??3.14m2

44?D2V?3.14?2?6.28m3

储存量为：6.28?980?6154.4kg=6.15t

1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密

第一章 流体流动第一节 流体静力学原理 一、流体密度和压力 1.密度 流体质量与体积之比，称为流体的体积质 量，通常又称为流体的密度，用ρ表示，单 位为kg/m3, 表达式为 m

V

式中 m—流体的质量，kg V—流体的体积，m3

理想气体状态方程式

m pV RT M m pM V RT式中 p—气体的绝对压力，Pa T—气体的热力学温度，K M—气体的摩尔质量，kg/ mol m—气体的质量，kg R—摩尔气体常量，R=8.314J/(mol·K)

气体密度可由标准状态 即T0 273.2K , p0 1.013 10 Pa下5

气体的密度 求得：T0 p Tp0 M 式中 kg / m 3 0.0224

气体混合物的组成通常用体积分数 (或摩尔分数)表示。现以1m3混合气 体为基准，流体混合物在混合前后质量 不变，则1m3混合气体的质量为各组分 的质量之和，故其密度ρm的计算式为：

m i yin i 1

i — 混合前i气体的密度，kg / m yi — 混合气体中i气体的摩尔分数3

如果气体混合物可以按照理想 气体处理时，其平均密度ρm的计 算时，气体混合物的平均

1、当不可压缩理想流体在水平放置的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 C 。

(A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定

2、水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re值将

(A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定

3、层流与湍流的本质区别是。

(A)湍流流速大于层流流速； (C)层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；

(B)流动阻力大的为湍流； (D)层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

4、某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是流速为平均流速的 倍。（抛物线，2倍）

5、清水在 14×2mm的圆形直管中以0.15m/s的速度流动，圆管中的流体流动形态为 ；每流过25m管道，流体的静压强降低 Pa。（层流；1200）

6、某液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的一半，且仍然作滞流流动。问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍？ （16倍）解： 2lu流动阻力W f d2

设管径改变后 d2=d1/2， 则根据 u1A1 = u2A2 pf

流体流动

一填空

1．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；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。 2．处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、连通着的 、 同一种连续的流体。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用毕托管流量计测量。

3．如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出：

u2??gz?c 单位质量流体的机械能衡算式为???2p

pu2??z?c 单位重量流体的机械能衡算式为???

2?gu2g??gz?c 单位体积流体的机械能衡算式为?p??2

4．有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体机械能守恒方程为

22u1u2p1????gz1??he?p2????gz2??hf，各项单位为 Pa（N/m2）。

22

5．气体的粘度随温度升高而 升高 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 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 下降 。 7．流体流动的连续性方程是 ?u1A1??u2A2?????uA；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d1?u2d2????ud2。

8．当地大气

第一章 流体的流动 思考简答题

1. 什么事连续性假设？质点的含义是什么？ 答：连续性介质假定是将流体视为无数流体微团或质点组成的连续介质。流体致电是有大量分子组成的分子集合，在宏观上其几何尺寸很小，但包含足够多的分子，在微观上其尺寸度远大于分子的平均自由程。

2. 不可压缩流体在半径ri的水平管内流动，试写出以duz/dr表示牛顿粘度定律的表达式，其中r为管中心算 起的径向距离坐标，ur为r处的流体流速。 答：????duz/dr

3．黏性流体在静止时有无剪应力？理想流体在运动时有无剪应力？若流体在静止时无剪应力，是否意味着它们没有黏性？ 答:(1)黏性流体在静止时无剪应力；（2）理想流体无剪应力；（3）黏性是流体的固有特性，在静止或运动时都有黏性。

4.静压力有什么特性？ 答：静压力的方向与其作用面相垂直，且在各个方向的数值相同，即静压力为标量。

5.流体在均匀直管内作定态流动时，其平均数度u沿流程保持定值，并不因摩擦而减速，这一说法是否正确？为什么？ 答：不正确。根据连续性方程，流体在直管中向下定态流动时，其平均流速随管截面积和流体密度而变。但流体不可压缩时，该说法是正确的。

6.在满流的条

第一章 流体的流动 思考简答题

1. 什么事连续性假设？质点的含义是什么？ 答：连续性介质假定是将流体视为无数流体微团或质点组成的连续介质。流体致电是有大量分子组成的分子集合，在宏观上其几何尺寸很小，但包含足够多的分子，在微观上其尺寸度远大于分子的平均自由程。

2. 不可压缩流体在半径ri的水平管内流动，试写出以duz/dr表示牛顿粘度定律的表达式，其中r为管中心算 起的径向距离坐标，ur为r处的流体流速。 答：????duz/dr

3．黏性流体在静止时有无剪应力？理想流体在运动时有无剪应力？若流体在静止时无剪应力，是否意味着它们没有黏性？ 答:(1)黏性流体在静止时无剪应力；（2）理想流体无剪应力；（3）黏性是流体的固有特性，在静止或运动时都有黏性。

4.静压力有什么特性？ 答：静压力的方向与其作用面相垂直，且在各个方向的数值相同，即静压力为标量。

5.流体在均匀直管内作定态流动时，其平均数度u沿流程保持定值，并不因摩擦而减速，这一说法是否正确？为什么？ 答：不正确。根据连续性方程，流体在直管中向下定态流动时，其平均流速随管截面积和流体密度而变。但流体不可压缩时，该说法是正确的。

6.在满流的条

流体流动试题集及参考答案

一、填空题:

1、按照化工单元操作所遵循得基本规律得不同,可将单元操作分为

动量传递、热量传递、质量传递。

2、化工生产中,物料衡算得理论依据就是质量守恒定律,

热量衡算得理论基础就是能量守恒定律。

3、当地大气压为750mmHg时,测得某体系得表压为100mmHg,则该体系得绝

对压强850mmHg为真空度为-100mmHg、

4、液柱压力计量就是基于流体静力学原理得测压装置,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表示得就是表压或真空度。

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就是

与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关

5、转子流量计得设计原理就是依据流动时在转子得上、下端产生了压强差。

6、静止液体中两处压力相等得条件就是连续、同一液体、同一水平面。

7、流体体积流量用Q=uS来计算;质量流量用G=Qρ来计算;而流体流速用

u=Q/S来计算。

8、当流体得体积流量一定时,流动截面扩大,则流速减少,动压头减少,静压头增加。

9、柏努利方程实验中,在一定流速下某测压管显示得液位高度为静压头,当流速再增大时,液位高度降低;因为阻力损失增大,

10、理想流体就是指没有粘性或没有摩擦阻力而实际流体就是指具有粘性或有摩擦力