化工原理《流体流动》单元测试题

出题人：昌永进 2101.11.27

姓名： 学号： 成绩：

总分：105分 考试时间：45分钟

一、填空（25*2分=50分）

1．某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为____ kPa；另一设备的真空度为400mmHg，则它的绝对压强为____。（当地大气压为101.33 kPa） 2. 流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与____和____有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与____有关。 3、局部阻力的计算方法有____和____。

4、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。 5、常温下水的密度为1000Kg3，粘度为1cp，在d内100mm的管内以3m 速

sm度流动，其Re等于 其流动类型为 ______________。

6、水在管路中流动时，常用流速范围为_______________m,低压气体在管路中

s流动时，常用流速范围为_______________________m。

s7、2．如图所示，容器中盛有ρ＝800kg/m3的油品，U形管中指示液为水(ρ＝1000kg/m3)，a1、a2、a3在同一水平面上，b1、b2、b3及b4也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压pa1=____，pa2=____，pb2=____，pb3=____，h3=____。（表压值以mmH2O表示）

8、从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则管内水流量将____，管路的局部阻力将____，直管阻力将____，管路总阻力将____。（设动能项可忽略。）

9、通常液体粘度μ随温度t的升高 气体粘度μ随温度t的减小 10、已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%（均为体积%），则干空气在压力为9.81×104Pa及温度为100℃时的密度为 kg/m3。(M(Ar)=39.9g/mol) 二．计算题（50分）

1、已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量分数）的硫酸水溶液的密度为若干。（5分）

2、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=0.7m、密度ρ

1=800kg/m3

，

水层高度h2=0.6m、密度ρ2=1000kg/m3。（10分）

（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=p'A pB=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。

3、如本题附图所示，空气在管内流动指示液为水在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。（5分）

4、在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d1=10cm，细管内径d2=5cm，当流量为4×10－3m3/s时，求粗管内和细管内水的流速（10分） 5、将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以0.5m/s

的速度流动。设料液在管内压头损失为1.2m（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？（10分）

6、用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm。（10分）

三、简答（5分）

1、流体的流动形态有哪几种？如何判断？

参

一、填空 1、201.33 kPa，360mmHg 2、Re， ； 3、阻力系数法，当量长度法 4、、

du0.1.3.10008.7mH20 ,8.53104pa. 5、Re3105。湍流。 6、3-8m、

s31.10m8-15 7、0，100，200，300，340，200 8、变小、变大、变小、不变 9、减小

s减小 10、解：首先将摄氏度换算成开尔文

100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量

Mm=32×0.21+28×0.78+39.9×0.01 =28.96kg/m3

根据式1-3a气体的平均密度为：

3 m9.811028.960.916kg/m

8.314373二．计算题

1、解：

10.60.4

m1830998 =（3.28+4.01）10-4=7.29×10-4

ρm=1372kg/m3

2、解：（1）判断题给两关系式是否成立 pA=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。

pB=p'B的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。

（2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，pA=p'A，而pA=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即

pA=pa+ρ1gh1+ρ2gh2 pA'=pa+ρ2gh

于是 pa+ρ1gh1+ρ2gh2=pa+ρ2gh

简化上式并将已知值代入，得 800×0.7+1000×0.6=1000h 解得 h=1.16m

3、解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则

pa=pa'

又由流体静力学基本方程式可得 pa=p1－ρgM

pa'=p2－ρg（M－R）－ρggR

联立上三式，并整理得 p1－p2=（ρ－ρg）gR 由于ρg《ρ，上式可简化为 p1－p2≈ρgR

所以p1－p2≈1000×9.81×0.2=1962Pa 4、解：

3 uVS4100.51m/ s12A10.14根据不可压缩流体的连续性方程 u1A1=u2A2 由此

d110 u2 54倍u1d222 u2=4u1=4×0.51=2.04m/s

5、解：取管出口高度的0－0为基准面，高位槽的液面为1－1截面，因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米，所以把1－1截面选在此就可以直接算出所求的高度x，同时在此液面处的u1及p1均为已知值。2－2截面选在管出口处。在1－1及2－2截面间列柏努利方程：

2u12p2u2 gZ1gZ2hf

22p1式中p1=0（表压）高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比，其值很小，即u1≈0，Z1=x，p2=0（表压），u2=0.5m/s，Z2=0，hf/g=1.2m

将上述各项数值代入，则

20.5 9.81x=+1.2×9.81

2 x=1.2m

计算结果表明，动能项数值很小，流体位能的降低主要用于克服管路阻力。

6、解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。

2u12p1u2p gZ1WegZ22hf

22式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压） u1=0

203600 u21.97m/s 20.7850.06

hf=120J/kg

将上述各项数值代入，则

We21.9726670159.81120246.9J/kg

21200泵的有效功率Ne为： Ne=We·ws 式中

wsVs2012006.67kg/s

3600 Ne=246.9×6.67=17W=1.65kW

实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为 NNe

设本题泵的效率为0.65，则泵的轴功率为： N1.652.54kW

0.65三、简答

1、流体的流动形态有两种：层流和湍流；用雷诺准数来判断，当Re2000，为层流，当Re4000为湍流。