第一章化工原理课件.ppt

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1、1.牛顿粘性定律适用于_型流体，牛顿粘性定律用内摩擦力的表达式为_，用剪应力的表达式为_。答案：牛顿；F=A=Adu/dy;=du/dy;2.当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为50mmHg，则该体系的绝对压强为_mmHg，真空度为_mmHg.答案：800;-503.计算流体局部阻力损失的方法:_，_，其相应的阻力损失计算公式为_，_。答案：当量长度法;阻力系数法;hf=(le/d)(u2/2g);hf=(u2/2g)4.理想流体是指_，而实际流体是指_。答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩5.牛顿粘性定律表达式为_，其比例系数(粘度)的物理意

2、义是_。答案：F/Adu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。6.流体流动的型态用_来判断，当_时为湍流，当_时为层流，当_时为过渡流。答案：雷诺准数，Re4000，Re2000，Re在2000-4000之间。一、填空题一、填空题.7.化工生产中，物料衡算的理论依据是_，热量衡算的理论基础是_。答案：质量守恒定律，能量守恒定律。8.当流体的体积流量一定时，流动截面扩大，则流速_，动压头_，静压头_。答案：减少，减少，增加。9.粘度随温度变化而变化，液体的粘度随温度升高而_，气体的粘度则随温度升高而_。答案:减少 增大10.U形管压强计是基于_原理的测压装置,用U形管压强

3、计测压时，当压强计一端与大气相通时，读数R表示的是_或_。答案：流体静力学；表压；真空度11.应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是：_。答案：处于稳定段，连续，垂直于流体流动方向，流体平行流动12.若Re值已知时，则流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数=_，在管内呈湍流时，摩擦系数与_、_有关。答案：64/Re;Re;/d.13.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒_，变_；后者是恒_，变_。答案：截面；压差；压差；截面14.若流体在圆形直管中作层流流动，其速度分布呈_型曲线，其管中心最大流速是平均流速的_倍，摩擦系数与Re的关系为_。答案：抛物线；2倍；64/Re15.流体做

4、层流流动时，管内平均流速是最大流速的_倍，湍流时，管内平均流速是最大流速的_倍。答案：0.5；约0.816.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为_，所以，流速随着管径的减小而_。答案：u1/u2=d22/d12 增大17.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是_。答案：流体具有粘性18.化工中的“三传以反”指的是_、_、_、_。答案.动量传递、热量传递、质量传递、化学反应19.流体沿壁面流动时，有显著速度梯度的区域称为_。答案：层流内层.20.液体在等直径的管中作稳态流动，其流速沿管长_，由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_。答案：不变；降低21.稳态流动是指流动系统中，任一截

5、面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随_。答案：位置而变，而均不随时间变。22.连续性方程是根据_定律得出的，其表达式_，连续性方程表明了在稳态流动系统中，流体流经各截面的_不变。答案：质量守恒；m1=m2（1A1u1=1A1u1），质量流量二、选择题二、选择题1.流体在圆管内流动时，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）A.Um1/2 Umax B.Um0.8 Umax C.Um3/2 Umax答案：B.2.为提高微差压强计的测量精度，要求指示液的密度差()。A.大 B.中等 C.越小越好 D.越大越好答案：C3.一个工程大气压等于()Pa，()Kgf.cm-2。A.1.0131

6、05 B.9.8104 C.1 D.1.5 答案：B；C4.转子流量计的主要特点是()。A.恒截面、恒压差；B.变截面、变压差；C.变截面、恒压差；D.变流速、恒压差。答案：C5.层流与湍流的本质区别是()。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.层流无径向脉动，而湍流有径向脉动答案：C6.圆管内流动流体湍流时的雷诺准数值应为（）A.Re4000 C.Re=20004000答案：B.7.流体在管路中作稳态流动时，具有（）的特点。A.呈平缓的滞流 B.呈匀速运动 C.在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；D.任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化答

7、案：D8.表压与大气压、绝对压间的关系是（）。A.表压绝对压-大气压 B.表压大气压-绝对压 C.表压绝对压+真空度答案：A9.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（）。A.愈大 B.愈小 C.愈接近大气压答案：B10.流体流动时产生阻力的根本原因是流体流动（）。A.遇到了障碍物 B.与管壁产生摩擦 C.产生了内摩擦应力答案：C11.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。A.流动速度大于零 B.管边不够光滑 C.流体具有粘性答案：C.14.在静止的、连续的、同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（）A.均相等 B.不相等 C.不一定相等答案：A15.流体在圆管内作滞流流动时，阻力与流速

8、的（）成比例，作完全湍流 时，则阻力与流速的（）成比例。A.平方 B.五次方 C.一次方答案：C；A12.为使U形压差计的灵敏度较高，应使指示液和被测流体的密度差（）。A.偏大 B.偏小 C.越大越好答案：B13.从流体静力学基本方程可得知，U型管压力计测量的压强差()A.与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关 B.与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关 C.与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关答案：A.18.u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（）流体具有的动能。A.1kg B.1N C.1m答案：A19.将管路上的阀门关小时，其阻力系数（）。A.变小 B.变大 C.

9、不变答案：B17.流体在管内流动时，层流内层的厚度随流速的增加而（）。A.变小 B.变大 C.不变答案：A20.转子流量计的设计原理是依据（）。A.流动的速度 B.液体对转子的浮力 C.流动时在转子的上、下端产生了压强差。答案：C16.流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（）A.增厚 B.减薄 C.不变答案：B.21.公式=64/Re仅适用于流体在（）管内作（）时应用。A.湍流 B.层流 C.各种流动型态 D.圆形 E.非圆形 答案：D；B三、判断题：三、判断题：1.流体在圆管内作稳定流动时，其流速与管径的一次方成反比。（）2.流体在圆管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻

10、力。（）3.化工单元操作是一种物理操作，只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。（）4.在稳态流动过程中，流体流经各截面处的体积流量相等。（）5.当输送流体的管子的管径一定时，增大流体的流量，则雷诺准数减少。（）6.流体在等径的管中作稳态流动时，由于有摩擦阻力损失，因此流体的流速沿管长而逐渐变小。（）7.当流体充满圆管作稳态流动时，单位时间通过任一截面的体积流量相等。（）8.流体作层流流动时，摩擦系数只是Re的函数，而与管壁的粗糙度无关。（）.9.在相同的设备条件下，密度越大，粘度越小的流体越易形成湍流状态。（）10.牛顿粘性定律是：流体的粘度越大，其流动性就越差。()11.孔板流量计是文丘里

11、流量计的改进，其压头损失比文氏流量计小得多。（）12.实际流体在导管内作稳态流动时，各种形式的压头可以互相转，但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常数。（）13.为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差，可采用微差压强计。当其中的两指示液密度相差越大时，其灵敏度就越高。（）14.经过大量实验得出，雷诺Re2000时，流型呈层流，这是采用国际单位制得出的值，采用其他单位制应有另外数值。()15.流体在管内以湍流流动时，在近管壁处存在层流内层，其厚度随Re的增大而变薄。（）16.表压强就是流体的真实压强。（）17.设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。（）18.一般情况下气体的粘度随温度

12、的升高而增大；液体的粘度随温度的升高而减小。（）19.用U形管液柱压差计测量流体压强差时，测压管的管径大小和长短都会影响测量的准确性。（）20.流体在圆管内流动时，管的中心处速度最大，而管壁处速度为零。（）.21.稳定流动时，流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。（）22.流体在管内作稳定湍流时，当Re一定时，摩擦系数随管子的相对粗糙度的增加而增大。（）23.柏努利方程中的P/（g）表示1N重的流体在某截面处具有的静压能，又为静压头。（）24.流体阻力产生的根本原因是由于流体与壁面之间的摩擦引起的。（）25.液体在圆形管中作层流流动时，其它条件不变，仅流速增加一倍，则阻力损失增加一倍（

13、）26.稳定流动时，液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面处的体积流量也相等（）27.理想流体流动时,无流动阻力产生。（）28.流体在水平管内作稳定连续流动时，直径小处，流速增大，其静压强也会升高。（）29.滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。（）30.在静止的、处于同一水平面上的、各点液体的静压强都相等。（）31.实验证明，当流体在管内流动达完全湍流时，与雷诺数的大小无关。（）.计算题计算题 1 用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4T/h,高位槽中液面比油池中液面高高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长管路总长(包括阀门及

14、管件的当量长度包括阀门及管件的当量长度)430m,进出口阻力不计。管径为进出口阻力不计。管径为1084mm,若油在输送温度下的比重为若油在输送温度下的比重为0.96,粘度为粘度为3430cp,求求泵所需的实际功率泵所需的实际功率,设泵的效率设泵的效率=50%。20m1122分析：分析：.解：在1-1面和2-2面建立伯努利方程Z1+(u12/2g)+(P1/g)+He=Z2+(u22/2g)+(P2/g)+hf1-2Z1=0，u1=0,P1=0，Z2=20m，u2=0，P2=0=64/Re=64/39.6=1.61620m1122He=Z2+hf1-2=20+1.616430/0.11.4152

15、/（29.81）=729.2 mN=（HeVg/=38400729.29.810.96）/（36000.51000）=52.6kw.计算题计算题 2 某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送输送至一敞口搅拌反应槽至一敞口搅拌反应槽B中，输液管为中，输液管为382.5mm的铜管，已知料液的铜管，已知料液在管中的流速为在管中的流速为u m/s,系统的系统的hf=20.6u2/2 J/kg，因扩大生产，须，因扩大生产，须再建一套同样的系统，所用输液管直径不变，而要求的输液量须增再建一套同样的系统，所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加加30%，

16、问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少，问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?1122解：u1=u2=0，P1=P2=0gZ1=gZ2+hfg(Z1-Z2)=hf=20.6u2/2=2.39m/s.计算题计算题 3 用离心泵经用离心泵经573.5mm的钢管，的钢管，将敞口贮槽内的有机溶剂将敞口贮槽内的有机溶剂(密密度为度为800kg/m3，粘度为，粘度为20cp)输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度，见附图。已知钢管总长度(包括局部阻力当量长包括局部阻力当量长度度)为为25m

17、，反应器内的压力恒定为，反应器内的压力恒定为4kgf/cm2(表压表压)，有机溶液输送量为，有机溶液输送量为6 m3/h，试确定泵提供的压头。，试确定泵提供的压头。W=(Z2-Z1)g+(u22-u12)/2+(P2-P1)/+hf1-21122hf1-2=(l+le)/d(u2/2)gZ1+(u12/2)+(P1/)+W=gZ2+(u22/2)+(P2/)+hf1-2【解】u1u20 Z1=0 P1=0 P2=4kgf/cm2.Re=du/=0.050.8488800/(2 010-3)=1697.6Re2000则=64/Re=64/1697.6=0.0377hf1-2=0.0377(25/

18、0.05)(0.84882/2)=6.7904J/kgW=(Z2-Z1)g+(u22-u12)/2+(P2-P1)/+hf1-2 W=169.81+498100/800+6.79=654 J/kg.计算题计算题4 有二个敞口水槽，其底部用一水管相连，水从一水槽经水管流有二个敞口水槽，其底部用一水管相连，水从一水槽经水管流入另一水槽入另一水槽,水管内径水管内径0.1m，管长，管长100m，管路中有两个，管路中有两个90弯头，一个弯头，一个全开球阀，如将球阀拆除，而管长及液面差全开球阀，如将球阀拆除，而管长及液面差H等其他条件均保持不变，等其他条件均保持不变，试问管路中的流量能增加百分之几？设摩擦

19、系数试问管路中的流量能增加百分之几？设摩擦系数为常数，为常数，=0.023，90弯头阻力系数弯头阻力系数=0.75，全开球阀阻力系数，全开球阀阻力系数=6.4。12.解：拆除球阀之前，管内流速为u1，1-1与2-2截面列柏努利方程：u1=u2=0 Z1=0 Z2=H P1=P2=0gH=hf hf=(l/d)+(u12/2)=(l/d)+29 0+球+缩小+扩大(u12/2)=0.023(100/0.1)+20.75+6.4+0.5+1.0 (u12/2)=16.2 u12拆除球之后，管内流速为u2 hf=(l/d)+29 0+小+大(u22/2)=0.023(100/0.1)+20.75+0

20、.5+1.0(u22/2)=13 u22 因拆除球阀前后H不变，所以hf=hf（u2/u1）2=16.2/13=1.246u2/u1=1.116 流量V关系为：V2=1.116V1gZ1+(u12/2)+(P1/)=gZ2+(u22/2)+(P2/)+hf1-2.解：（1）阀门全关时，水静止计算题计算题5 某一高位槽供水系统如下图所示，管子的规格为某一高位槽供水系统如下图所示，管子的规格为452.5 mm，当阀门全关时，压力表的读数为当阀门全关时，压力表的读数为78KPa。当阀门全开时，压力表的读数为。当阀门全开时，压力表的读数为75KPa,此时水槽液面至压力表处的阻力损失可表示为此时水槽液面

21、至压力表处的阻力损失可表示为Wf=u2 J/kg，u为水为水在管内的流速，试求：在管内的流速，试求：（1）阀门全关时，高位槽的液面高度。）阀门全关时，高位槽的液面高度。（2）阀门全开时，水在管内的流速）阀门全开时，水在管内的流速.（2）阀门全开在水槽的1-1面与压力表2-2面间列伯努利方程.附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3，循环量为，循环量为45 m3/h。管路的内径相同，盐水从。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至流经两个换热器至B的压头损失为的压头损失为9m，由，由B流至流至A的压头损失为的压头损失为12m，问：，

22、问：（1）若泵的效率为）若泵的效率为70，则泵的轴功率为多少？，则泵的轴功率为多少？（2）若）若A处压力表的读数为处压力表的读数为153kPa，则，则B处压力表的读数为多少？处压力表的读数为多少？计算题计算题6.解：（1）对于循环系统：He=hf=9+12=21 mNe=HeQg=2145/360011009.81=2.83kw所以：轴功率为N=Ne/=2.83/0.7=4.04 kw （2）在A和B之间列伯努利方程PA/g+uA2/2g+ZA=PB/g+uB2/2g+ZB+hf,ABPA/g=PB/g+ZB+hf,ABZA=0，uA=uB，1531000=PB+（7+9）11009.81PA

23、=PB+（ZB+hf,AB）gPB=-19656 Pa.计算题计算题7 如图所示，用泵将贮槽中的某游以如图所示，用泵将贮槽中的某游以40m3/h的流量输送至高位槽，两槽的液位恒定，的流量输送至高位槽，两槽的液位恒定，且相差且相差20m，输送内径为，输送内径为100mm，管子总长为，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）（包括所有局部阻力的当量长度）已经油品的密度为已经油品的密度为890kg/m3，粘度为，粘度为0.487Pas，试计算所需的有效功率。，试计算所需的有效功率。1122解：在1-1面和2-2面间列伯努利方程P1+u12/2+Z1g+We=P1/+u12/2+Z2g+Wf,1

24、2Z1=0，Z2=20m，P1=P1=0，u1=u2=0，所以，得出：We=Z2g+Wf,12 Wf,12=(l+le)/d(u2/2)u=V/(/4)d2=(40/3600)/(0.7850.12)=1.415m/s.Re=du/=(0.1890450)/258.6Re2000=64/Re=64/258.6=0.247 Wf,12=(l+le)/d(u2/2)=0.247（45/0.1）1.4152/2=111.2J/kgWe=Z2g+Wf,12=209.81+111.2=307.4J/kgNe=HeVg=WeV=307.4 40/3600 890=3039.8W=3.04kw.计算题计算题

25、8 如图所示，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为如图所示，用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为833.5mm，泵的进出管道上分别装有真空表和压力表，真空边安装位置离贮水池的水面高度为泵的进出管道上分别装有真空表和压力表，真空边安装位置离贮水池的水面高度为4.8m，压力表安装位置离贮水池的水面高度为压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。当输水量为。当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力时，进水管道的全部阻力损失为损失为1.96J/kg，出水管道额全部阻力损失为，出水管道额全部阻力损失为4.9J/kg，压力表的读数为，压力表的读数为2.5kgf/cm2，泵的，泵的效率

26、为效率为70%，试求：，试求：（1）两液面的高度差）两液面的高度差H为多少米？为多少米？（2）泵所需的实际功率为多少）泵所需的实际功率为多少KW？（3）真空表的读数多少）真空表的读数多少kgf/cm2？00332211.u2=V/A=(36/3600)/(/4)0.0762）=2.21m/s解：（1）在2-2面和3-3面间列伯努利方程P2+u22/2+Z2g=P3/+u32/2+Z3g+Wf,23Z2=5，P2=2.5kgf/cm2，P3=0，u3=0，2.5 9.807 104/103+2.212/2+5 9.81=（Z3+5）9.81+4.9Z3=24.7mZ=24.7+5=27.9m （2）在0-0面和3-3面间列伯努利方程P0+u02/2+Z0g+We=P3/+u32/2+Zg+Wf,03Z0=5，P0=P3=0，u0=u3=0，Z=27.9mWe=Zg+Wf,03=27.9 9.81+（1.96+4.9）=289.6J/kg.Ne=WeV=298.636/36001000=2986WN=Ne/=2986/0.7=4.2KWP0+u02/2+Z0g=P1/+u12/2+Z1g+Wf,01Z0=0，P3=0，u0=0，P1/1000=-(2.212/2)+4.89.81+1.96=-51.5KPa （3）在0-0面和3-3面间列伯努利方程.