青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之流体流动(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 第一章 流体流动一 基本概念1、连续性方程2、液体和气体混合物密度求取3、离心泵特性曲线的测定二、核心公式第一章、流体流动与流体输送机械（1）流体静力学基本方程 （例19）U型管压差计（2）柏努利方程的应用（例114）（3）范宁公式（4）离心泵的安装高度（例2-5）三问答题1 （7分）离心泵的特性曲线是如何测定的？其特性曲线主要由哪几条曲线构成?答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,-Q三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速.2 （8分）试说明层流和湍流的主要区别。答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动

2、,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为:3 离心泵启动前，为什么要先灌满水？与离心泵安装高度有关的性能指标有那些？4选择输送管路的管径时，从技术经济角度应考虑那些因素？如何选择？5离心泵的实验中，泵启动前与关闭时注意什么问题，为什么？流量调节采用什么方法，其优缺点各是什么？6 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区

3、别和联系。（6分）（1）扬程又称压头，是泵对1N液体所提供的有效能J/N；而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度，它只是扬程中位能差一项。 （2）允许吸上高度Hg是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。为保证泵的正常可靠运行，泵的实际安装高度要比Hg再降低（0.51.0）m。 7什么是汽蚀余量？答：为了防止离心泵汽蚀现象的发生，在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和（）必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头（）某一最小值，此最小值即为离心泵的允许汽蚀余量，即 （NSPH为离心泵的允许汽蚀余量）8何谓气缚现象？如何防止？答：离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体

4、。12. 什么是“气缚”现象？什么是“气蚀”现象？13. 什么是离心泵的工作点？如何调节离心泵的工作点？四计算题1、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定，管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视为不变。问：（1）液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式；（3）两U管压差计的指示液相同，压差计的读数是否相等？（10分）解：（）由，管路相同，则d,u相同，L相同，相同，流体过ab和cd两段的能量损失相同 (3分)（）ab段： （）Cd段；（）由（）（），压强差不相等（）ab间压差： （）与

5、（） （）Cd间压差： （）（）与（） 所以， （）由（）（）， 压差计读数相同 2、（20分） 在管路系统中装有离心泵，如图。管路的管径均为80mm，吸入管直管长度为6m，压出管直管长度为13m，两段管路的摩擦系数均为0.03，压出管装有阀门，其阻力系数为=6.4，管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m，管内流量为0.012m3/s。试求：（1） 泵的扬程？（2） 泵进口处断面上的压强为多少？ （标准弯头的局部阻力系数=0.75，入口的局部阻力系数=0.5，大气压强为760mm,高位槽液面维持不变） （1）选截面1-1、2-2如图，以1-1面为基准 z1=0 u1=0 p1=0(表压

6、) z2=10m u2=0 p2=0(表压) 列柏努利方程 即 He=10+Hf 而 = He=10+18=28m (2)取3-3截面 z3=2m, u3=u= 在1-1,3-3间列柏努利方程 0= = =-62970Pa(表压) 绝对压强 P3=P3+P0=-62970+1.0133x105=38360Pa3 在图示管路中装有离心泵，吸入管直径d1=80mm，长L1=6m,阻力系数l1=0.02，压出管直径d2=60mm，长L2=13m，阻力系数 l2 =0.03 。在管路A、B、E、F、G处的局部阻力系数分别为zA =0.5, zB=0.75, zE=6.4, zF=0.75, zG=1，

7、管路两端水面高度差H=10m，泵进口高于水面2m，管内流量为1210-3m3/s，试求：i. 每千克流体需从离心泵获得多少机械能？ii. 泵进、出口断面的压强PC和PD各为多少？解：（1） 在1-1和2-2之间因 ， 所以 （10分）（2）在1-1和C-C之间在断面D-D和2-2之间 （10分）4 如本题附图所示。每小时有12104Kg水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d1=100 mm，粗管内径d2=240mm， 图中22面比11面高H2=300 mm，11面与22面间有软管与水银压差计相连，其上指示剂读数R=20 mm，求22面与11面间的摩擦阻力。注：水密度：1000

8、 Kg/ m3，指示剂密度：13600 Kg/ m3，g=9.81m/s2 在1-2截面间列柏努利方程： ， 对u型管压差计，mn面为等压面，即 由式得 代入数值得 5用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶，贮液池水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。输水管直径为763mm，排水管出口喷头连接处的压强为6.15104Pa（表压），送水量为34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量损失为160J/Kg，泵效率为75%，求泵的有效功率轴功率. 注：水密度：1000 Kg/ m3， g=9.81m/s2 1取水槽液面为1-1截面，喷头连接处为2-2截面，水槽液面为基准面 在1-2截面间列柏努

9、利方程： ，(表压)， (表压)， 由 式，得 2 6（10分）用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处，槽内液面维持恒定。输水量为50.4m3/h，吸入管路阻力为1.2m，吸入管内径为80mm，求该泵在输送65水时的安装位置。已知3B33型水泵的允许吸上真空度为3m，泵工作地点的Ha约为10m，65水的饱和蒸汽压Pv=2.554104 Pa，密度为980.5 Kg/ m3，允许吸上真空度校正公式为：Hs=Hs+（Ha-10）-（Pv/（9.81103）-0.24） 1000/解： (3分) （2分） （3分）所以泵的安装位置应比水槽液面至少低0.95m。 （2分）7如本题附图所示。每小时有

10、12104Kg水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d1=100 mm，粗管内径d2=240mm， 图中22面比11面高H2=300 mm，11面与22面间有软管与水银压差计相连，其上指示剂读数为R，22面与11面间的摩擦阻力为11.2J/Kg，求R。注：水密度：1000 Kg/ m3，指示剂密度：13600 Kg/ m3，g=9.81m/s2 1在1-2截面间列柏努利方程： ， 代入式得对u型管压差计，mn面为等压面，即 即R=20mm8用离心泵将密度为1200kg/m3的液体由敞口贮槽A送至高位槽B。已知离心泵吸入管路上各种阻力之和hf,a=10 J/kg、输出管路上各种阻

11、力之和hf,b =30 J/kg。两槽液面维持恒定，其间垂直距离为20m,每小时液体的输送量为30m3。若离心泵效率为0.65，试求：（3） 泵的扬程为多少？（4） 求泵的轴功率为多少？1.（1）选截面1-1、2-2如图，以1-1面为基准面 z1=0 u1=0 p1=0(表压) z2=20m u2=0 p2=0(表压) 列柏努利方程 五、计算题（20分）如本题附图所示的输水系统，管路直径为802mm，当流量为36m3/h时，吸入管路的能量损失为6 J/Kg，排出管的压头损失为0.8m，压强表读数为245 KPa，吸入管轴线到U型管汞面的垂直距离为h=0.5m，吸入和排出管路的管径相同，压强表距

12、吸入管路距离可忽略能量损失，当地大气压强为98.1KPa，水的密度取1000kg/m3。试计算：1、泵的升扬高度Z与扬程； 2、泵的轴功率（=70%）3、泵吸入口压差计读数R。五.解: （20分）1 以0-0,1-1 列柏努利方程式:式中: Z0=0 , Z1=Z, P0=P1, U0=U1We=gz+6+0.8= 6.8+ gz (1) （4分）以0-0,2-2 列柏努利方程式: 式中: Z0=0 , U0=0 (2) （4分） 802mm , m3/s 代入(2)式: 代入(1)式: Z=30.14 m （4分）2. 3. 以0-0,3-3 列柏努利方程式:式中: Z0=0 , （4分）由

13、 h=0.5 m R=0.35 m （4分）9某水泵在2900转/分转速下，测得流量为10m3/h。轴功率为1.05 KW，泵的入口真空表读数为21.3 KPa，出口压强表读数为170 KPa，真空表与压强表垂直距离为0.3m。试求该泵的有效功率及效率。吸入和排出管路的管径相同，水的密度取1000kg/m3。 （5分） （3分） （2分）10一套管换热器，内管与外管均为光滑管，直径分别为302.5mm与563mm。平均温度为40的水以10m3/h的流量流过套管环隙，水在40时=992kg/m3,=65.610-5Pas, =0.3164/Re0.25计算：1.环隙当量直径de、水流过套管环隙的

14、Re及。2.水通过套管环隙每米管长的压降。解：1套管外管内径为d1，内管外径为d2 (2分) （1分）水流过环隙流通面积： （2分） （1分） （2分） （2分）2 （5分）11常压贮槽内盛有石油产品，密度为760Kg/m3，在贮存条件下的饱和蒸气压强为80*103Pa，现拟用65Y-60B型油泵将油品以15m3/h的流量送往表压为177*103Pa的设备内。贮槽液面维持恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1m和4m。试问泵是否合用。 65Y-60B型油泵性能如下：流量: 19.8 m3/h 扬程38 m 效率55% 轴功率3.75 KW 允许气蚀余量2

15、.6 m解：在贮槽液面1-1和输送管出口外侧截面2-2间列柏努利方程式，并以截面1-1为基准平面。 （2分）式中：Z1=0 Z2=5m u1=u2=0 p1=0（表压） p2=177*103Pa (表压) Hf=1+4=5m （1分）将已知数据代入上式中： （3分） （1分）而 Q=19.8m3/h （2分）故： 65Y-60B型油泵合用。 （1分）一液面维持恒定的敞口高位水槽A，其中的水流经喉径为14mm的文丘里管，B槽中盛有碱液（密度为1400Kg/m3），高度如图所示。输水管规格为573mm，自A至文丘里管M处管路总长（包括所有局部阻力）为20m，摩擦系数为0.025，试确定：1 当水流

16、量为8m3/h时，由A至M处阻力损失。2 文丘里管喉管M处真空度为多少mmHg?3 碱槽中碱液被吸上的高度h?三、（20分） 1.管内流速： （1分） 则 （4分）2以A槽液面为1-1截面，M截面为2-2截面，M所在水平面为基准面，列BE.（2分） （3分） （1分）代入上式，得 （4分）3由静力学基本方程得： （5分）12用IS65-50-160型离心泵由敞口容器输送液体，流量为21m3/h，允许汽蚀余量为2.5m。离心泵吸入管的总阻力损失为0.847m，当地大气压为1.013105Pa，若此泵安装在距离液面以上3m的位置，此泵在输送20C的水（pv=2.33103Pa，r=1000kg/m

17、3）时，此安装高度是否合适？解：吸入管阻力损失为 允许安装高度为 （5分）所以，3m的安装高度合适。 （5分）13在离心泵的性能参数的测定实验中，泵的吸入管内径为100mm，20条件下，以清水为介质测得数据：流量15L/s，测得在此流量下泵入口真空度为60kPa时发生气蚀现象，试求气蚀余量(NPSH)C和允许吸上真空度HS。 当地大气压为98.1kPa，20水的饱和蒸汽压为2.238kPa。解：（1）气蚀余量(NPSH)C：流速 （2分）由公式： （2分） （2分） （2分）iii. 允许吸上真空度HS (2分)一、（20分，08考研）用离心泵将20水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示。两

18、槽液面高度差为12 m，输送管为573.5 mm的钢管，吸入管路总长为20 m，压出管路总长为155 m（均包括所有局部阻力的当量长度）。管路摩擦系数取为0.02，水密度为1000 kg/m3。操作条件下此离心泵的特性方程为H=607.91106Q2（单位：Hm，Qm3/s），泵的轴功率为0.49kW。试求：（1）管路中水的流量，m3/h；（2）泵效率；（3）泵入口处真空表的读数，kPa。一、 （20分05考研)如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为833.5mm，泵的进出口管道分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安

19、装位置离贮槽的水面高度为H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg（均包括局部阻力），压力表读数为2.452105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求：（1） 两槽液面的高度H为多少？（2） 泵所需要的实际功率为多少kW？（3） 真空表的读数为多少kgf/cm2？一、（20分，06考研）水槽中水经管道可以从C、D两支管同时放出，水槽液面维持恒定，AB段管长为6m（忽略AB间所有的局部阻力），管内径为41mm。BC段长6m，当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为9m（包括出口阻力损失）；BD段长9m，

20、当阀门全开时该段局部阻力总和的当量长度为15m（包括出口阻力损失），BC和BD段管道内径均为25mm。如图所示。试求：（1）当D管阀门关闭而C管阀门全开时的流量；（2）当C、D两管阀门都全开时各自的流量和总流量。设管内摩擦系数均可取0.03不变。其余数据见图。二、（10分，06考研）在一管路系统中，用一台离心泵将密度为1000kg/m3的清水从敞口地面水池输送到高位密封储槽（其表压为9.81104Pa），两端液面的位差z=10m，管路总长L=50m（包括所有局部阻力的当量长度），管内径均为40mm，摩擦因数=0.02。试求：(1)该管路的特性曲线方程。(2)若离心泵的特性曲线方程为（式中，H为

21、压头，单位为m；Q为流量，单位为m3/min），求该管路的输送量（单位为m3/min）。一、（10分，07考研）如附图所示，利用虹吸管将池中的某一液体引出。两敞口容器水面的垂直距离H为3m，管段AB长4m，管段BC长12m（两段长度皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为30mm，测得此时的直管阻力系数为0.024，操作状况下该液体的饱和蒸汽压为47.38 kPa，密度为971.8 kg/m3，黏度为35.65104 Pas。试求：（1）管路中液体的流量；（2）若要保证管路中不发生汽化现象，则管路顶点的最大安装高度为多少？（3）由于某种原因高度差H发生了变化，导致液体以1m/s的流速在管内层流流

22、动。如果流体物性保持不变，确定H值的大小。二、（20分，07考研）如附图所示，用泵将20河水打入洗涤塔中经喷嘴喷出，喷淋下来后流入废水池。已知管道尺寸为1144mm，流量为85m3/h，泵的吸入和压出管路总长分别为5m和35m(包括管路中所有局部阻力的当量长度)，管内摩擦因子=0.023，水从塔中流入废水池的摩擦损失为8 J/kg，水的密度为1000 kg/m3。试求：（1）洗涤塔内的压强；（2）泵的有效功率；（3）若需将进入塔的河水流量增加20%，泵对单位质量流体所作的有效功及其它条件均不变，则洗涤塔顶喷嘴的高度应如何调整？一、（20分，09考研）如附图所示，用离心泵将蓄水池中20的水（密度

23、为1000kg/m3，黏度为1.010-3Pa.s）送到敞口高位槽中。管路为F573.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力当量长度之和为250m。在管路的A点处装有一U形管压差计，管中指示液为汞（密度为13600kg/m3），并且从蓄水池面到A点的管长（包括所有局部阻力当量长度）为100m。过渡流和湍流时的摩擦系数可近似用0.3164/Re0.25计算。管路中水的流量为7.42m3/h。试求：（1）每公斤水通过泵所获得的净功；（2）A点的压强；（3）U形管压差计的读数R。一、（20分）解：（1）（8分）以低位槽水面为11截面，高位槽水面为2-2截面，列柏努利方程： （4分）截面11处：u1

24、=0，p1=0（表压），z1=0截面22处：u2=0，p2=0（表压），z2=5m为计算，需首先计算Re：Re=du/其中，d=57-3.52=50mm=0.05m所以Re=0.051.051000/10-3=525004000，0.3164/Re0.25=0.3164/.25=0.021（2分）J/kg所以J/kg （2分）（2）（6分）（2）在A点和高位槽液面间列柏努利方程： （2分）因为z2-zA=1.0m，uA=1.05m/s，u20，p2=0（表压），J/kg (2分)所以Pa（表压）（2分）（3）（6分）根据静力学基本方程： （4分）因为pA=4.40104Pa，1000kg/m3，h=1.5m，Hg=13600kg/m3，po=0(表压)，所以 （2分）二、（20分）解：（1）（8分）从已知条件看，不能从冷热流体的热量衡算中求出t2，可考虑联合热量衡算方程和传热速率方程来求取t2。联立冷流体的热量衡算方程和传热速率方程： （2分）因所以整理上式得：则 （2分）其中： W/(m2.) S=doLn=3.140.025332=7.536m2 WCCpc=12500/36004.18103=14513.9W/KS/(WcCpc)=745.87.536/14513.9=0.387 （2分）专心-专注-专业