【高分复习笔记】柴诚敬《化工流体流动与传热》（第2版）笔记和考研真题详解.docx

目录内容简介目录绪论01复习笔记02名校考研真题详解第1章流体流动基础1复习笔记1.2名校考研真题详解第2章流体输送机械2.1 复习笔记2.2 名校考研真题详解第3章流体与颗粒之间的相对运动3.1 复习笔记3.2 名校考研真题详解第4章液体搅拌4.1 复习笔记42名校考研真题详解第5章传热过程基础5.1 复习笔记5.2 名校考研真题详解第6章换热器6.1 复习笔记6.2 名校考研真题详解第7章蒸发7.1 复习笔记7.2 名校考研真题详解0.I复习笔记、化学工程学科的进展化学艺与单元操作化学工业泛指对原料进行化学加工,以改变物质结构或组成,或合成新物质,而获得有用 产品的制造业，又称化学加工业。各种化工生产过程都是由化学反应和若干物理操作 有机的组合而成。化学反应过程及其设备反应器是化工生产的核心;构成多种化工产品生产的物理过程统称为化工单元操作,简称 单元操作。2 .化学工程及其进展化学工程是研究化学工业和相关过程工业生产中所进行的化学反应过程及物理过程共同规 律的门工程学科。“三传一反''（动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程）概念 的提出，开辟了化学工程发展过程的新历程。二、单元操作及传递过程单元操作分类（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作,包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅 拌）等。（2）遵循热量传递基本规律的单元操作,包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。（3）遵循质量传递基本规律的单元操作,包括蒸储、吸收、革取、吸附、膜分离等。从 工程目的来看,这些操作都可将混合物进行分离,故又称之为分离操作。（4）同时遵循热质传递规律的单元操作,包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。3 .传递过程从本质上讲,所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程 或它们的结合。4 .单元操作与传递过程的融合（1）传递是单元操作的科学基础;（2）传递是单元操作数学模型的基础。5 .本课程的研究方法（1）实验研究方法（经验法）；（2）数学模型法（半经验半理论方法）。三、单位制度和单位换算。单位和单位制度在工程和科学中,单位制有不同的分类方法。6 .单位换算（1）物理量的单位换算（2）经验公式（或数字公式）的单位换算。物理方程它是根据物理规律建立起来的。物理方程遵循单位或量纲一致的原则。经验方程它是根据实验数据整理成的公式,式中各物理量的符号只代表指定单位制的数字部分,经 验公式又称数字公式。0.2名校考研真题详解、选择题按照国际单位制（SI制）的规定,下列物理量中（）采用的是导出单位。北京理工大学2007研 A.时间B.温度c.力D,物质量【答案】C【解析】国际单位制（SI制）中七大基本单位是:长度m,时间s,质量kg,热 学温度K,电流A,光强度cd,物质量mol。若p表示密度,采用混合规制"。,计算液体混合物密度时,式中5表示的是各组分的（）分率。北京理工大学2007研A.体积B.质量C.摩尔D.比摩尔【答案】B4c水在SI制中密度为（）：重度为（）:在工程单位制中密度为（）;重度为（）。浙江工业大学2005研A. l（XX）kgf/m3B. 1000kg/m2C. 102kgfsVm4D. 9810N/m2【答案】BDCA 二、填空题 某流体的相对密度（又称比重）为0.8,在SI制中,其密度p=, y= 浙江 工业大学2005研【答案】800kg/m3； 7848N/m'三、判断题在化工设计中经常使用的经验公式里各物理量必须采用指定单位下的数值。（）北京 理工大学2007研【答案】第1章 流体流动基础1.I复习笔记、流体的物理性质 连续介质假定（1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质。（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。2 .流体的密度和比容（1）密度的定义与性质流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以P表示。比体积是指密度的倒数,以符号U表示,它是指单位质量流体所占有的体积,即 液体的密度随着压和温度的变化很小,一般可忽略不计,因此p=常数。气体的密度随p=hl =型p V RT温度、压改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算 高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。（2）流体混合物的密度液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准,设各个组分在混合前 后体积不变（理想溶液）,则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即丄=吆+您+.+% An PA 样pA, pB,，pn各纯组分的密度,kg/m5；(Oa, (Ob, (On混合物中各组分的质量分数,kg/kgo气体混合物的组成常用体积分数屮表示。以lm3气体混合物为基准,各组分的质量分别 为(|)ApA, (pBpB，(pnpn,则1 0!气体混合物的质量等于各组分质量之和,即pm = pA(pA + pB(PB + pn(Pnq)A, Qb, (pn气体混合物中各组分的体积分数,mVm'o3 .流体的膨胀性和压缩性(1)膨胀性流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数aa=dy表示。dT流体温度的增量,K；dv/v流体体积的相对变化量。液体的膨胀性通常可忽略不计,而气体的膨胀性相对很大。(2)可压缩性可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数P来表征。负号表示dv与dp的变化方向相反。8.丄业P由于pv=l,故上式又可以写成 由B的表达式知,。值越大,流体越容易被压缩;反之,不易被压缩。4 .流体的黏性（1）牛顿黏性定律流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用,称为剪切（内摩擦 力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。黏性的产生原因a.流体分子之间的引力（内聚）产生内摩擦;b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦。“一”五牛顿黏性定律T剪应或内摩擦,N/m;卩流体的动黏度,简称黏度,Pas；duJdy速度梯度，l/so负号表示t与速度梯度的方向相反。（2）流体的黏度表示单位速度梯度下流体的内摩擦,它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中,g 的单位为N-s/m或Pa-s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP）,换算关系为:lPa-s=10P=10 OOcPoP运动黏度是指流体黏度卩与密度p的比值,以v表示在SI制中,v的单位为nV/s,其非法定单位为cnV/s （St）,它们的关系为lSt= 100cSt= 107m2/s当温度升高或压降低时,液体黏度降低；温度降低、压升高时，液体黏度增大。当温 度升高时,气体黏性增大；当压提高时,气体黏度减小。（3）理想流体与黏性流体黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（卩=0）的流体。二、流体静力学 作用在流体上的（1）质量质量是指作用在流体元的每质点上的,可分为:外界场对流体的作用力;流 体作不等速运动而产生的惯性。质量与它所作用的流体质量成正比,单位质量流体所受到的质量力称为单位质量,它 在数值上等于加速度。（2）表面表面力是指作用在流体元的表面上,只与所接触的表面积有关,而与流体的质量无关的作 用。单位面积上的表面力称为表面应（N/m?）。2 .流体的静压及其特性（1）静压及其特性静压是指在静止流体中,作用于单位面积上的内法向表面应,简称压。流体的静压有两个重要的特性:流体静压垂直于其作用面,方向为该作用面的内法线方向。静压只能作用于内法向 表面上。静止流体中任意一点处的静压的大小与作用面的方位无关,即同一点上各方向作用的 静压值相等。在SI制中,压的单位是N/m，或Pa。工程上有时沿用atm （标准大气压）、流体柱高度、b ar （巴）或kgf/cm等，换算关系如下1 atm = 101300N/m- = 101.3kPa= 1.033kgf7cm= = 10.33mHQ = 760mmHg（2）大气压、绝对压、表压和真空度绝对压绝对压是指以绝对零值（绝对真空）为基准算起的压，它表示了压力的 真实太小,它总是正值。表压压可以用仪表来测量，这种仪表本身也受到大气压的作用,但在大气中它的 读数为零。因此所测得的压只是实际压和当地大气压的差值，这种压差称作表压 。真空度表压值可正可负。负的表压表示被测点的压低于大气压,即该点呈现 一定的真空,这个负的表压值称为真空度。绝对压、表压和真空度之间的关系如下:绝对压=大气压+表压表压=绝对压大气压真空度=表压3 .流体静力学基本方程十«2=常数重力作用下的流体静力学基本方程液体为不可压缩流体,若在静止液体内部的竖直方向上,任取两点和Z2,并设两点处的=与+gz?压分别为P和P”则若将上式中的厶取在液面上,并设液面上方的压为p°,处的压为p,则可写成p=po+ (zoz) pg=p04-pgh由上式可知:在重力作用下,静止液体内部的压仅是坐标Z的函数,压随液体深度的增大而增大。 在重力作用下的静止液体内部,静压由两部分组成:液体表面压P。和流体自重引起 的压pgh。当z值一定,p为常数,等压面是水平面。将式写成表明压差的大小可以用一定的液柱高度来表示。4 .流体静力学方程的应用(1)压与压差的测量U形管压差计U形管压差计的测压原理如图1-1所示。当U形管的两端与两被测点连通时,由于作用于U形管两端的压不等(图1-1中P>P2),因此指示液A在U形管的两侧显示出高度差R。pi -p2 =(Pa - Pe)qR图1-1 u管压差计P p2=pAf(R若被测流体为气体,因气体密度比指示液密度小得多,式中的PB可忽略不计,于是若U形管的一端与被测流体连接，而另端与大气相通，此时读数R反映的是被测流体的表 压。双液U形管微压差计如图1-2所示，为双液U形管微压差计的示意图。此压差计可用于测量压或压差较小的场合。图1-2双液U管微压差计P16=(pA -Pc) gR(2)液位的测量如图1-3所示,由压差计读数可求出容器内的液面高度。容器的液面愈低,压差计的读数愈大;当液面达到最大高度时,压差计读数为零。图1-3压差法测量液位1一容器;2平衡器的小室；3-U管压差计三、流体流动概述描述流体运动的方法(1)拉格朗日观点和欧拉观点拉格朗日观点:着眼于流场中的每个运动着的流体质点,跟踪观察每个流体质点的 运动轨迹及其速度、压等量随时间的变化。然后综合所有流体质点的运动,得到整个流 场的运动规律。欧拉观点:着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空间点为考察对象，研究流体质点 通过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。然后综合所有空间点的运动参数随时间 的变化,得到整个流场的运动规律。(2)系统与控制体采用拉格朗日观点考察流体流动时，所用的考察对象称为系统。采用欧拉观点考察流体流动时,所用的考察对象称为控制体。2 .稳态与非稳态流动稳态流动是指流体运动时,若任一点上流体的速度和压力等运动参数都不随时间改变,只 与空间位置有关的流动。3 .流量与平均流速(1)迹线与流线迹线是指流体质点运动的轨迹。流线在某时刻,在曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向相同。流线有如下 性质:在非稳态流场中,流线的形状及位置随时间而变。稳态流场的流线则不随时间改变,与 迹线重合。在任一瞬时,通过流场中的某一点只能有一条流线通过。即流线不能相交。(2)流量与平均流速流量a.体积流量是指单位时间内通过有效流通截面的流体体积。b.质量流量是指单位时间内通过流通截面的流体质量，以W、表示，单位为kg/s。若流体 密度为P,则Ws = pVs平均流速与质量平均流速匕Mb= A平均流速定义为质量平均流速定义为质量平均流速G又称质量通量,其单位为kg/ (nv-s)。4 .流体流动的型态(1)流体流动时,因流动条件的不同,呈现出层流和湍流的流动型态。(2)流动型态的判据雷诺数吁誓卜吗騁誓立"。雷诺数:Re=dpu/|io 雷诺数的量纲为,表示流体惯性力与黏性之比。 流体在管内流动时,ReV2()()()时为层流;Re>4(XX)时为湍流;而Re在20004000范围内 ,流动处于种过渡状态,可能是层流亦可能是湍流。四、流体流动的基本方程连续性方程Hr十十9B(1)微分形式的连续性方程電+ ,写成向量形式,为上式称为流体流动的连续性方程,对于稳态或非稳态流动、理想流体或实际流体、不可压 缩流体或可压缩流体、牛顿型或非牛顿型流体均适用。(2)积分形式的连续性方程设截面1-1与2-2的面积分别为Ai与A流体在两截面上的密度分别为pi和p2,平PiumAi =/)：«« A：均流速分别为Ubl和Ub2,则W，= 0ubi AiN金”nH修匸常数推广到管路的任意截面,得对于圆形管道,由式可得“bl ( 2.机械能衡算方程门+竽=常数(1)理想流体沿流线稳态流动的伯努利方程r *对同一流线上的任意两点1和2,有gz单位质量流体的位能,J/kg;PP单位质量流体的压能,J/kg； U*单位质量流体的动能,J/kg。gZ) + + 与 = 84 + +(2)实际流体沿流线稳态流动的机械能衡算方程h'i单位质量流体从流线上点1流至点2的能量损失，J/kg。i + 夕 + w. = +也 + 21. + E 所P P 4(3)实际流体在管内稳态流动的机械能衡算方程该式的适用条件为:不可压缩流体的稳态流动,沿程流量保持不变;作用于流体上的质量 仅限于重力;所选的上、下游截面必须处在均匀截面。但在两截面之闻的流动可以是均 匀流段,也可以是非均匀流段。五、流体流动的阻流动阻与能量损失的概念(1)管内流动阻的分类直管摩擦阻直管摩擦阻是指流体在等径直管道内运动时,由于壁面的作用,使得流体内部产生动量 梯度从而发生分子或涡流动量传递(亦即流体质点间的内摩擦),以及流体与管壁之间 的黏附作用等,沿程阻碍着流体运动的阻力。直管能量损失是指为克服直管阻而消耗的 机械能。单位质量流体的直管能量损失以hr表示。局部阻当流体流经弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等局部区域时，流速的大小和方向被 迫急剧改变,因而发生流体质点的撞击,出现涡旋、流体与壁面分离等现象。局部阻是 指在局部障碍处产生的阻。局部能量损失是指流体为克服局部阻力而消耗的机械能,以 hi表示。因此,实际流体在管路中流动的总机械能损失2拼为直管阻损失与局部阻损失之和。柄=必p a c(2)计算直管摩擦阻的通式外，="？或2 .圆管内的稳态层流 (1)速度分布孙=知 =!TJ；"川!? -卜"加(2)管截面的平均流速为公 一丁= 由上式可得 Apu 32 供 bL或(3)摩擦阻1=64/Re3 .管内湍流的摩擦阻与量纲分析(1)摩擦系数入影响因素的量纲分析量纲分析的概念与伯金汉兀定理量纲分析法的基础是量纲一致性原则。任何由物理定律导出的方程,其各项的量纲是相同 的。/(孙孙x")= 0伯金汉(Buckingham)兀定理:若影响某物理过程的物理变量有n个,即设这些物理变量中有m个基本量纲,则该过程可用N=nm个量纲为数群所表示的关系 式来描述,即F(孙肛次)=0式中，每个兀项都是独立的、由若干物理变量组合而成的量纲为的数群。兀项中所含 的基本物理变量的选择原则是:a. m个基本物理变量中必须包含m个基本量纲;b.所选 择的基本物理变量中至少应包含个几何特征参数、一个流体性质参数和一个流动特征参 数。在流体力学研究中,常选取d、和p作为基本变量;c.非独立变量不能作为基本变管内流动摩擦阻的量纲分析 管内流动的摩擦系数与雷诺数及管壁的粗糙度有关。(2)管内湍流的摩擦系数对于管内湍流,按流动Re和管壁粗糙度的不同，可分为湍流光滑区、湍流粗糙区和过渡 粗糙区三个区。-y=r = 2.01g(ReJI)-0.80湍流光滑区的摩擦系数 上式是计算湍流光滑区摩擦系数入的半经验公式,使用条件为:Re>40(X)o在4000VReVx= 0.3164 Re-025IO、的范围内,还可用布拉休斯(Blasius)经验公式计算:湍流粗糙区的摩擦系数 过渡粗糙区的摩擦系数4 .边界层的概念与局部阻（1）边界层的概念当实际流体与固体壁面作相对运动时,流体内部会有剪应的作用。当流动的雷诺数较高 时,剪应（或速度梯度）将集中在壁面附近,远离壁面处的速度梯度很小,这部分流体 可视为理想流体。据此可将流动分成两个区域:远离壁面的主流区域,可按理想流体处 理;壁面附近的薄层流体,速度梯度很大,必须考虑黏性力的影响,这层流体称为边界 层。（2）管路上的局部阻管路上的各种管件都会产生一定的能量损失，称为局部阻。阻系数法该法是将局部能量损失表示成流体动能因子“"2的个倍数,即局部阻系数。a.截面突然扩大，突然扩大时的阻系数。注意,计算阻损失时，应按细管的平均流速计算动能因子。b.截面突然缩小在计算时,动能因子应按细管内的平均流速计算。 c.管道入口与出口0.5流体自容器流入管内,相当于突然缩小时Ai>>即A/A合0,于是当流体自管路流入容器,或自管路直接排放至管外空间时，相当于突然扩大时Az>>Ai即1=1A1/A2-0I此时d.常见管件与阀门的局部阻系数Z 称祖系数，名阻系数，弯去.40.35准阀粤头900.75全开6.0三通1举开9.5回年头1.5角岗,全开2.0管接头0.04止送闽活接0.04陣式*70.0用風热板式2.0全开0.17水表,盘式7.0半开4.5表1-1常见管件与阀门的阻系数当量长度法局部阻亦可仿照直管阻写成如下形式:. 欣Le管件或阀门的当量长度,单位为m,它表示流体流过某一管件或阀门时的局部阻,相当 于流过一段直径为d、长为的直管阻。六、管路计算简单管路匕=加，/4连续性方程机械能衡算方程dubp e阻系数方程2.并联与分支管路当管路中存在分流与合流时,称为复杂管路。如图1-4 (a)所示,在主管路A处分出两个或多个支路,然后在B处又汇合的管路,称为并联管路;在图1-4 (b)中,主管路A在0点分成B、C二支路后不再汇合，称为分支管路。图1Y并联与分支管路示意图(1)并联管路X hj-B = Z % =乙1并联管路中各支管的流动阻损失相等。匕=% + %由流体的连续性条件,在稳态下,主管中的流量等于各支管流量之和,即(2)分支管路图1-4 (b)所示的简单分支管路，以分支点处为上游截面,分别对支管B和支管C列机械能西+4+Z+4+与+ZL P P衡算方程,可得对分支管路,单位质量流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。主管流量等于各支管流量之和,即七、流量测量测速管u=C 成(pA - p)gR/p测速管又称毕托管,流量计算公式如下:通常校正系数C=0.981.0。测速管测定的流速是管道截面上某点的局部值,称为点速度。欲获得管截面上的平均流 速，需测量径向上若干点的速度,然后用数值法或图解法积分求得截面平均速度。测速管的优点是流体的能量损失较小,通常适合测量大直径管路中的气体流速,但不能直 接测量平均流速,且压差读数较小,通常需配用微压差计。2.孔板流量计孔板流量计是利用孔板对流体的节流作用,使流体的流速增大,压减小,以产生的压V« =CoAo 2&R(paP)/p差作为测量的依据。流量计算公式如下:W, =CoAo y/2gRp(.px p)Co流量系数或孔流系数(0.60.7),与Re、面积比A0/Ai以及取压法有关,需由实验测定。 孔板流量计安装位置的上、下游都要有一段内径不变的直管作为稳定段。根据经验,其上 游直管长度至少应为104,下游长度至少为5a。孔板流量计制造简单,安装与更换方便。 其主要缺点是流体的能量损失大,A"Ai越小,能量损失越大。3 .文丘里流量计为减少流体节流造成的能量损失,可用一段渐缩渐扩的短管代替孔板。其流量计算公式如Vj = Cv Ao y/2Cpl -)/p下:Cv文氏流量计的流量系数,其值由实验测定。C.值一般为0.980.99；Ao喉颈处截面积:pi-p。为上游截面i-r与喉管截面，的压差。通常文丘里流量计上游的测压点距管径开始收缩处的距离至少应为管径的1/2长度,而下 游测压口设在喉颈处。优点是能量损失小,但不如孔板那样容易更换以适用于各种不同的流量测量;文丘里管的 喉颈是固定的，致使其测量的流量范围受到实际Ap的限制。4 .转子流量计上述各流量计的共同特点是收缩的截面积保持不变,而压随流量的变化而改变,这类 流量计统称为变压流量计。另类流量计是保持压差几乎不变，让收缩的截面积变化 ,这类流量计称为变截面流量计,最为常见的是转子流量计。Cr=C顾R A】）一转子流量计的流量系数,与Re及转子形状有关,需由实验测定。ar严中转子流量计的体积流量为对于特定的转子流量计,流量系数Cr不变,则流量仅随Ar而变。由于玻璃管为上大下小 的锥体,Ar值随转子所处的位置而变,因而转子所处位置的高低反映了流量的大小。 优点是能量损失小,测量范围宽。缺点是耐温、耐压性差。、非牛顿流体的流动非牛顿型流体的流动特性流动特性不遵循牛顿黏性定律的流体统称为非牛顿型流体。根据剪应与速度梯度（或称剪切速率）关系的不同,可将非牛顿型流体分为若干类型。 几种常见类型的非牛顿型流体的剪应与剪切速率之间的关系曲线（a线为牛顿型流体）如图1-5所示。图1-5流体的流变图a牛顿型流体;b假塑性流体;c胀塑性流体;d宾汉塑性流体许多非牛顿型流体,在很大的剪切速率范围内,都可以用如下幕律形式的方程来描述r=K 卷）,n流动特性指数;K稠度指数,Pas。2.非牛顿型流体的类型（1）假塑性流体大多数非牛顿型流体属于此种类型（如图5中的b线）,如聚合物溶液或熔融体、油脂、淀粉溶液等。（2）胀塑性流体这类流体在流动时,表观黏度随剪切速率的增大而增大。某些温沙,含有硅酸钾、阿拉伯 树胶等的水溶液均属于胀塑性流体（图1-5中的c线）。（3）宾汉塑性流体某些液体,如润滑脂、牙膏、纸浆、污泥、泥浆等,流动时存在着个极限剪应或屈服 剪应加在剪应值小于时,流体根本不流动;只有当剪应大于时，液体开始流 动（图1-5中的d线）。1.2名校考研真题详解、选择题当管路性能曲线写为H=A + BQ时（）。中南大学2009研A. A只包括单位重量流体需增加的位能B. A包括单位重量流体需增加的位能与静压能之和C. BQ代表管路系统的局部阻力损失D. BQ代表单位重量流体增加的动能【答案】B【解析】H = A+BQ, A代表0g , B代表单位重量流体所增加的动能和系统的局部阻损失。已知水在圆形直管中流动时,其速度分布呈抛物线,则该管路的摩擦因数入可能是（） 西北大学2009研A. 0.005B. 0.015C. 0.035D.无法判断【答案】C如单位质量流体在管路中的阻损失以Eh，表示,单位重量流体在同一管路中的阻力损失以表示,则二者的关系为（）。浙江工业大学2005研A. EE，B. EH /eC. ZH.-gEhzD. EK .«Eh /【答案】B适用于下列（）流动所特指的流动条件中。北京理工大学2007研A.理想B.等温C.连续D.稳态【答案】D采用局部阻系数法计算突然扩大和突然缩小的阻时,突然扩大采用的速度是（）,突然缩小采用的速度是（）。南京工业大学2008研A,粗管中的速度B,细管中的速度C.粗、细管中速度的算术平均值D.粗、细管中速度的几何平均值【答案】B； B【解析】管路由于直径改变而突然扩大或缩小,所产生的能量损失中的流速u均以 小管的流速为准。有一并联管路,如图1-1所示,两段管路的流量,流速、管径、管长及流动阻损失分别为V” 5, d., 1., hn及V2 ,U2, d?, L, hno若di = 2d?, =则当两段管路中流体均作层流时，vi/v?=（） 浙江大学2006研A. 2B. 4C. 8图1-1【答案】Chfl 一一64/J32 比【解析】并联管路各支路的摩擦阻相等。" dpud d 2 戸"。V,工«已知:di=2dj> =2,所以,Ui=2u2, '：，所以Vi/V2=8。层流与湍流的本质区别是（）。清华大学2002研】A,湍流流速层流流速B,流道截面大的为湍流,截面小的为层流C.层流的雷诺数V湍流的雷诺数;D,层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。【答案】D【解析】层流与湍流的根本区别是有无径向脉动。对流体黏性的解释,下列叙述中最正确的选择应是（）。北京理工大学2007研A,流体受到剪切作用时抵抗变形的特性B.分子微观运动的宏观表现c,原因是分子间的吸引力D. A、B、C三者【答案】D液体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是（）。武汉理工大学2008研A.从位能大的截面流向位能小的截面B.从静压能大的截面流向静压能小的截面C,从动能大的截面流向动能小的截面D,从总能量大的截面流向总能量小的截面【答案】D收缩比相同时,孔板流量计的阻损失必然（）于文丘里流量计。北京理工大学2007研A.大B.等C.小D,无法比较【答案】A【解析】由于渐缩段和渐扩段，流体在其内的流速改变平缓,涡流较少,喉管处 增加的动能可于其后渐扩的过程中大部分转成静压能,所以能量损失就比孔板大大减少。用标准孔板流量计侧量管中流量,采用如图1-2所示三种装置,两测压孔距离h相等,4=&=&,各管流速相等。读数分别为Ri,氐,R3,则（）。（流体皆为水,z指示液为汞）浙江工业大学2005研A. R?<Ri<R3B. RiVR2=R；C. R1VR2VR、D. Ri= R2 = R3E. Ri>R? = Ra图1-2【答案】D 二、填空题并联管路由2个支管组成,管内流体作定态层流流动,已知d=25, L = 2k。则5:小= 一；hf,:hf2= 西北大学2009研【答案】2:1； 1:1采用倒U形差压计测量管路中两点压差时,指示液的密度与被测液体密度关系应该是p担 p«o 北京理工大学2007研【答案】小于 经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90mm内的燃料油,若保持油品作层流流动,则 最大流速不超过 仲I最;油大学（华东）2008研【答案】1.14m/spvR, _ 90x10x2000 pd 0.158【解析】当雷诺准数=2000时，层流流速为最大值，则= L14m/s流体流动处于层流时牛顿粘性定律的形式为;当粗糙管位于阻平方区时摩擦系数仅和 有关。南京工业大学2008研du【答案】”不;相对粗糙度£ d牛顿黏性定律的数学表达式是T= 一Mu/dy,服从此定律的流体称为 武汉理工大学2008研【答案】牛顿型流体实际流体与理想流体的主要区别在于,实际流体伯努利方程与理想流体伯努利方 程的主要区别在于 武汉理工大学2008研【答案】粘度是否为;是否有流体阻项若两管路并联,从分支到汇合点沿各管路的阻力损失wn, wn的大小关系应为Wn W20 北京理工大学2007研【答案】相等三、判断题用雷诺准数来判断流体的流动形态时,在SI制中属层流范围,在cgs制中则属湍流范围。()中国石油大学(华东)2008研【答案】x【解析】雷诺准数是无因次数群,量纲为1 四、简答题如图1-3所示，A, B、C三点在同一水平而上,dA=dB=dc,问:(1)当阀门关闭时，A、B、C三点处的压强哪个大?哪个小?或相等?(2)当阀门打开,高位槽液面保持不变,A、B、C三点处的压强哪个大?哪个小?或相ABC等?中山大学2009研图1-3 答:(1)三点处的压强样大。因为阀门关闭时,三点动能都为,阻为,因此三点 的静压能相等。(2)当阀门打开时,由于三点处的管径样，即流速样，动压头相等;而AC段比AB 段的阻力损失大,所以外,外。简述流体静压强的特性。华东理工大学2007研答:静压强的特性有:(1)静止流体中任意截面上只受到大小相等,方向相反,垂直于作用面的压:(2)作用于任一点所有不同方位的静压强在数值上相等;(3)压强各向传递。简要叙述流体绕过圆柱体发生边界层分离现象的过程,并对流体通过孔板流量计和文丘 里流量计形成的阻损失大小进行比较和原因分析。南京工业大学2009研答:(1)过程;当匀速流体绕过圆柱体时,首先在前缘A点形成驻点,该点的速度为 零,压强最大。当流体自驻点向两侧流去时，由于柱面的阻滞作用,便形成边界层。由A到B,流体沿柱而流动，但由于流道缩小，相应速度变大，流体修正压强减小，在 流动方向形成顺压强梯度(依°),加速减压状态。由B到C,流道扩大,流速降低与压强增加,边界层内流体处于减速加压状态,此时在 剪应消耗动能和逆压强梯度的双重作用下，壁面附近的流体迅速下降,并在C点处流速 为零。离B稍远的流体质因具有较大的速度和动能,故可流过较长距离至C，点速度为。 若流体中速度为零点各点连成一线,如图1-4中C-C,所示,改线C-C与边界层上缘之间的区域即形成脱离物质的边界层,这现象称为边界层分离或脱体。在CC线以下，流体在逆压强梯度的推动下倒流。在柱体后部产生大量漩涡，造成机械能损失 表现为流体的阻损失增大。(2)流体通过孔板流量计阻损失大于文丘里流量计形成的阻力损失,流体通过孔板流 量计时发生边界层分离现象严重，文丘里流量计的结构类似流线型,边界层分离现象较 小。图1-4五、计算题水在钢管内流动,已知截面1-1处内径为250mm,流速为lm/s,测压管中水柱高为= 1 m, （1）在截面2- 2处管内径为150mm, 1-2之间的阻损失为1.0J/kg。试计算:（1）在截面2- 2处的测压管中产生的水柱高度h为多少m水柱? （2）在截面1-1与2-2处产生的水柱高度差少;为多少m水柱?南京工业大学2008研图L56 «r 亠 p:*马-7巩 -S-2 P 2 P解:（1）在1-1和2-2间列伯努利方程:其中,Zi=Z2=0, Ui = lm/s, pi= Im H：O=pg, 代入数据解得=0.555m HQ,即hz=0.555m(2) Ah=hi-h2=l-0.555 =0.445mdz)xl=2.78w s= U/kg如图L6所示,槽内水位维持不变，在水槽底部用内径为100mm的水管引水至用户C点。管路上 装有一个闸阀,阀的上游距管路入口端10m处安有以汞为指示液的U管压差计9比=1360 Okg.mT）,压差计测压点与用户C点之间的直管长为25m。问:（1）当闸阀关闭时,若 测得R=35（）mm, h=1.5m,则槽内液面与水管中心的垂直距离Z为多少m?（2）当闸阀全开时（,阀=0.17,入=0.02）,每小时从管口流出的水为若干mthT?中山大学2009研图1-6g （Z+h）-pH,解:（1）闸阀关闭,系统内处于静止,由U管处等压面得:，ZfgR 餐h=13600x0.35/1000- 1.5=3.26m（2）以槽液面为1-1、管出口内侧为2-2«管中心线所在水平面为基准线,列伯努利方程,得：, 2g pg - 2g 乙.=(0.02x35/0.1+0.5+0.17) x 無=7.67 则3.26+0+0=0+ 电 +0+7.67 常 解得:u： =2.72m/sU： x0.1: x2.72x3600 476.87m； hv= 43.如图1-7所示,某液体在光滑管中以u=1.5m/s的速度流动,其密度p=920kg/m,管径d=50mm测压差段长L=3m, U形压差计以泵为指示液,测得R=9.1mm,试计算该液体的粘度。（Re=3001x18, l=0.3164/Re。=)浙江!:业大学2005研图1-7解:从1-1到2-2列伯努利方程:Ih, -A-其中d2gPI_p：=RgR_pg(L + R)而根据两截面的压强差:Pi + Pg. + R+h) = P：+ Pgh+取gR._r. (13600-920)x0.0091-920 x 3 1 0.05 2 x9.81L920J 31.5-=0.0356代入数据0.3164假设符合Re°M,则Re = 6215假设成立。/pdu 920x