化工原理第1章综合练习.ppt

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1、一、一、填空题：填空题：1.1.在在SISI制中压强的因次为制中压强的因次为_；功率的因次；功率的因次 为为_。2.2.流体流动的直管阻力流体流动的直管阻力h hf f,当层流流动时，当层流流动时，h hf fd da a u ub bl lc c，a a_，b_b_，c c_。完全湍流时，。完全湍流时，h hf faau ubbl lcc，a a_，b b_，c c_。3.3.某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情 况下，管长、管径同时增加一倍，其阻力损失为况下，管长、管径同时增加一倍，其阻力损失为 原来的原来的_倍。倍。4.4.通常指边界层的范围是

2、通常指边界层的范围是_。ML-1T-2ML2T-3-2121100.5u=0 u=u主体速度主体速度的的99%第一页，编辑于星期六：十八点 九分。5.5.如图所示的如图所示的U U形管压差计两引压管中指示液面高形管压差计两引压管中指示液面高 低的画法正确是低的画法正确是_。(设管内流设管内流 动的是理想流体动的是理想流体)Cacbfed第二页，编辑于星期六：十八点 九分。6.6.某转子流量计，其转子材料为不锈钢，测量密度为某转子流量计，其转子材料为不锈钢，测量密度为1.2kg/m1.2kg/m3 3的空气时，最大流量为的空气时，最大流量为400m400m3 3/h/h。现用来测量密度为现用来测

3、量密度为0.8kg/m0.8kg/m3 3氨气时，其最大流量为氨气时，其最大流量为_m_m3 3/h/h。7.7.如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数阀的局部阻力系数与压差计读数与压差计读数R R的关系式为的关系式为_ _ 。490=2Rg(2Rg(0 0-)/(u-)/(u2 2)第三页，编辑于星期六：十八点 九分。8.如图三所示，水塔高度H一定，A和B用户高度相同，但有时打开阀门B几乎无水,其原因是_。若A处用水量不变，使B处有水用的具体措施是_。9.某液体流过如图四所示等径圆管，管段长度AB=CD，则如下式子中_式不成立。A)势

4、能差：B)能量损失：hf A-B=hf C-D；C)压强差pB-pA=pD-pC D)U型压差计读数R1=R2。第四页，编辑于星期六：十八点 九分。6.不可压缩流体在等径水平直管中作稳定流动时，由于内摩擦阻力损失的能量是机械能中的_。A)位能；B)静压能；C)内能；D)动能。7.层流与湍流的本质区别是_。A)湍流流速大于层流流速；B)湍流Re层流Re；C)层流无径向脉动，湍流有径向脉动；D)速度分布不同。8.某液体在管路中作滞流流动，提高液体温度会使阻力损失_。A)减小；B)增大；C)不变；D)不定。9.流体在圆直管内流动，滞流时摩擦系数正比于_；在充分湍流（阻力 平方区）时，正比于_。（G为

5、质量流速）A)G2；B)G；C)G0；D)G-1；E)G-2。10.如图五高位水槽液位不变，则a、b、c三点处流体总机械能的关系为：阀门打开时_；阀门关闭时_。（槽内流体流动阻力不计）A)abc；B)abc；C)abc；D)abc。第五页，编辑于星期六：十八点 九分。11.如图六所示，装了U型压差计测得了_。A)A点和B点动压头差(u2A-u2B)/(2g)；B)B)A、B段阻力、损失hf A-B；C)阻力损失和动压头差之和 D)B点和A点的压头差。12.图七中，流体在管内流动，由于某局部堵塞，使p1、p2上升、p3下降，试判断堵塞位置在_段。A)ak；B)kb；C)bc；D)cd。13.图十

6、一中A、B两管段内均有流体流过，从所装的压差计显示的情况，对于管段内流体流向的判断有如下四种答案，你认为_是正确的。A管段内的流向；B)B管段内的流向；C)A、B 管段内的流向；D)无法做出任何判断。第六页，编辑于星期六：十八点 九分。14.层流底层越薄_。A)近壁面速度梯度越小；B)流动阻力越小；C)流动阻力越大；D)流体湍动程度越小。例例1.利用本题附图所示的管路系统向高位槽C送水。当阀E在某一开度时，A、B两点的压强表读数分别为7.4104Pa及6.4104Pa，此时供水量为46m3/h；若将E阀关小使管内流量变为30m3/h，试求此时A、B两点的压强表读数。假设上述两种工况下流动均在阻

7、力平方区。【解】解该题的关键是明确不同流量下推动力与流动阻力之间的对应关系，而流动阻力又与流量（流速）的平方成比例，因此可列出相应的推动力与流量之间的关系式。截面与基准面的选取如图十四所示。在1-1与2-2之间列柏努利方程式，当Vh=46m3/h时得：即 第七页，编辑于星期六：十八点 九分。同理，当流量为30m3/h时，可列出相对应的关系式：联立式1与式2，得到 =10003.59.807+0.4253(7.410410003.59.807)=5.12104 Pa 由于A、B两点间的压强差是用来克服AB管段的流动阻力的，因而有如下关系：Pa 第八页，编辑于星期六：十八点 九分。即当流量为30m

8、3/h时，A、B两点之间的压强读表分别为5.12104Pa及4.695104Pa。讨论：讨论：对于特定的管路系统，上游阻力加大（关小E阀门，增加局部阻力），必然引起下游流量下降，因而流动阻力减小，A、B两点压强表读数及压强差相应下降。例例2.水从贮槽A经图十九所示的装置流向某设备。贮槽内水位恒定，管路直径为893.5mm，管路上装一闸阀C，闸阀前路管路入口端20m处安一个U形管压差 计，指示液为汞，测压点与管路出口之间距离为25m。试计算：当闸阀关闭时测得h=1.6m，R=0.7m：当阀部分开启时，h=1.5m，R=0.5m，管路摩擦系数=0.023，则每小时从管中流出水量及此时闸阀当量长度为

9、若干？当闸阀全开时(le/d=15,=0.022),测压点B处的压强为若干？【解】该题为静力学基本方程、柏努利方程、连续方程、管路阻力方程联合应用的综合练习题。首先根据闸阀全关时h、R值，用静力学基本方程求H。在1-1与B-B截面之间列柏努利方程式求流速，然后再用连续性方程求流量，用阻力方程求le。当闸阀全关时，对U形管的等压面4-4列静力学平衡方程得 第九页，编辑于星期六：十八点 九分。当闸阀部分开启时，以管中心线为基准面，在1-1与B-B两截面之间列柏努利方程得:式中 m m m 将有关数据代入上式得 m/sm3/s51.1m3/h 即 解得 le26.3 m第十页，编辑于星期六：十八点

10、九分。阀门全开时的pB以管中心线为基准面，在1-1与2-2两截面之间列柏努利方程求得管内速度，再在B-B与2-2两截面之间列柏努利方程式求pB在1-1与2-2之间列柏努利方程得 在B-B与2-2之间列柏努利方程得 即 Pa解得 m/s讨论：讨论：用柏努利方程解题时，截面的合理选取是至关重要的。例如，本题在闸阀部分开启时，le为待求量，在计算流速时，衡量范围就不应该选在1-1与2-2两截面之间，而B-B截面上的参数较充分，所以应选1-1与B-B之间为衡算范围；在求le时选取B-B与2-2截面之间最为简便，同样，在闸阀全开求pB时，既可选1-1与B-B，又可选B-B与2-2，但后者使计算简化。第十

11、一页，编辑于星期六：十八点 九分。例例3、用水洗塔除去气体中所含的微量有害组分A，流程如图二十所示。操作参数为温度27，当地的大气压强为pA=101.33kPa,U形管汞柱压差计读数分别为R1=426mm、R2=328mm。气体在标准状况下的密度为1.29kg/m3。试求气体通过水洗塔的能量损失，分别用J/kg、J/N(即m)、J/m3(即Pa)表示。【解】本题为可压缩流体经过水洗塔的流动，当其压强变化不超过入口压强(绝压)的 20时，可用平均压强下的密度m代入柏努利方程式进行计算。截面和基准面的选取如本题附图所示。kPa kPa 即压差变化不超过入口绝压的20%，可当作不可压缩流体处理，计算

12、如下：kPa 第十二页，编辑于星期六：十八点 九分。在1-1与2-2截面之间列柏努利方程得 J/kg J/N或m J/m3或Pakg/m3第十三页，编辑于星期六：十八点 九分。例例4.某化工厂的生产废气通过圆锥型烟囱(如图十八所示)排至大气。烟囱高60m，其底端和顶端直径分别为2.4m和1.4m。废气密度为0.9kg/m3(可视作常数)，排放量为94000m3/h，烟囱壁的摩擦系数取作0.04。试求废气通过烟囱时因流动阻力(不包括烟囱进出口阻力)而引起的压强降为若干Pa。烟囱任一截面上流速和直径D的关系为 烟囱任意截面上的直径和高度的关系为 m/sm/s【解】该题实为定态流动，但由于烟囱直径随

13、高度连续变细，因而流速相应加大从而使得压强降的计算更为繁琐。计算的基本方程仍是直管阻力通式，但需找出不同高度上速度和直径的关系，进而在直径D1到D2范围内积分求取废气通过烟囱的压强降。废气通过烟囱底部的流速为第十四页，编辑于星期六：十八点 九分。经整理得到：由直管阻力通式 微分上式得到：积分上式得：讨论讨论：上面的计算是假设为常数的前提下进行的，实际上在60m的高度范围内，是有一定变化的，故上面的计算只是近似结果。Pa第十五页，编辑于星期六：十八点 九分。例例5.5.为为了了测测出出平平直直等等径径管管ADAD上上某某泄泄漏漏点点M M的的位位置置，采采用用如如图图十十四四所所示示的的方方法法

14、，在在A A、B B、C C、D D四四处处各各安安装装一一个个压压力力表表，并并使使L LABAB=L=LCDCD。现现已已知知ADAD段段、ABAB段段管管长长及及4 4个个压压力力表表读读数数，且且管管内内流流体体处处于于完完全全湍湍流流区区。试试用用上上述述已已知知量量确确定定泄泄漏漏点点M M的位置并求泄漏量占的位置并求泄漏量占总总流量的百分数。流量的百分数。第十六页，编辑于星期六：十八点 九分。【解】【解】不可压缩流体在平直等径管内流动时，任两点间的不可压缩流体在平直等径管内流动时，任两点间的压力差压力差pp都等于该管段的阻力损失，即都等于该管段的阻力损失，即 对于等径管中的完全湍

15、流流动，对于等径管中的完全湍流流动，K K为常数。为常数。令令L LABAB=L=LCDCD=a,L=a,LADAD=L=L，管段，管段ABMABM及及MCDMCD内的流体流量分别为内的流体流量分别为V V1 1、V V2 2，于是根据式于是根据式有：有：第十七页，编辑于星期六：十八点 九分。由式由式、式、式解出解出KVKV1 12 2、KVKV2 22 2并代入式并代入式、式、式得得以上两式相加得以上两式相加得 可见，只要测出可见，只要测出a a、L L及及p pA A、p pB B、p pC C、p pD D数值，代入上式即可数值，代入上式即可得出泄漏点得出泄漏点M M的位置。用此法查找管

16、路（尤其是埋在地下的的位置。用此法查找管路（尤其是埋在地下的管路）中的泄露位置方便而经济。至于泄漏量占总流量的百管路）中的泄露位置方便而经济。至于泄漏量占总流量的百分数可由式分数可由式、式、式求得求得第十八页，编辑于星期六：十八点 九分。例例6.6.用离心泵向用离心泵向E E、F F两个敞口高位槽送水，管路系统如图两个敞口高位槽送水，管路系统如图十六所示。已知十六所示。已知:所有管路内径均为所有管路内径均为33mm33mm，摩擦系数为，摩擦系数为0.0280.028，A A、B B管段的长度管段的长度(含所有局部阻力的当量长度含所有局部阻力的当量长度)为为100m100m，泵出口出压强表读数为

17、，泵出口出压强表读数为294kPa294kPa，各槽内液面恒定。试，各槽内液面恒定。试计算：计算：当泵只向当泵只向E E槽供水，而不向槽供水，而不向F F槽槽供水、供水、F F槽内的水也不向槽内的水也不向E E槽倒灌槽倒灌(通过调节阀门通过调节阀门V V1 1与与V V2 2开度来实现开度来实现)，此时管内流速和此时管内流速和BCBC段的长度段的长度(包括包括所有局部阻力当量长度所有局部阻力当量长度)为若干；为若干；欲同时向欲同时向E E、F F两槽供水，试定两槽供水，试定性分析如何调节两阀门的开度？性分析如何调节两阀门的开度？假假设调节阀门设调节阀门前后前后泵泵出口出口处压处压强强表表读读数

18、数维维持不持不变变。第十九页，编辑于星期六：十八点 九分。【解】【解】该题为分支管路系统，为满足该题为分支管路系统，为满足所规定的条件，水流经所规定的条件，水流经ABAB管管段后段后(即即B B点点)所剩余的能量恰好使所剩余的能量恰好使F F槽内的水静止不流动槽内的水静止不流动(即即F F槽内水槽内水不向不向E E槽倒灌，泵送的水也不流向槽倒灌，泵送的水也不流向F F槽槽)，因而，因而BCBC管段的压头损失只管段的压头损失只好为好为6m6m。由于整个管路内径一致，故。由于整个管路内径一致，故BCBC管段与管段与ABAB管段的流速相同。管段的流速相同。管内流速由柏努利方程求解，管内流速由柏努利方

19、程求解，BCBC管段长度则由能量损失方程计算。管段长度则由能量损失方程计算。管内流速及管内流速及BCBC段管长段管长取压强表处为取压强表处为1-11-1截面，截面，E E槽液面为槽液面为2-22-2截面，并取通过测压口中心截面，并取通过测压口中心线为基准面，则在两截面间列柏努利方程式得线为基准面，则在两截面间列柏努利方程式得 其中其中 Z Z2 24m 4m 第二十页，编辑于星期六：十八点 九分。J/kg式式代入式代入式 解得解得 2.162m/s又又 J/kg 所以所以 58.84/1.983=29.7m 第二十一页，编辑于星期六：十八点 九分。欲同时向欲同时向E E、F F两槽供水，需关小

20、两槽供水，需关小V V1 1阀而开大阀而开大V V2 2阀。阀。讨论讨论：本本题题为为分支管路的特例，当使分支管路的特例，当使F F槽内水不流槽内水不流动时动时，实际变实际变成了成了简单简单管路的管路的计计算，但算，但对对BCBC管段的能量管段的能量损损失加了限制失加了限制条件，使条件，使问题问题成成为为唯一解。欲使水能同唯一解。欲使水能同时时向向E E、F F两槽供水，在两槽供水，在调节阀门调节阀门的同的同时时，管内的流量必然减小，以使，管内的流量必然减小，以使ABAB管段的能量管段的能量损损失降低，在失降低，在B B点水所具有的点水所具有的压头应压头应大于大于6m6m。第二十二页，编辑于星

21、期六：十八点 九分。例例7.7.用直径用直径为为500mm500mm的的钢钢管将管将2525o oC C的天然气的天然气(主要主要成分成分为为甲甲烷烷)从甲地送到从甲地送到35km35km以外的的乙地以外的的乙地(可忽略所可忽略所有局部阻力有局部阻力)，管材粗糙度，管材粗糙度为为0.2mm0.2mm。已。已测测得甲、乙两得甲、乙两地的气体地的气体压压强强分分别为别为506.5kPa506.5kPa及及49kPa(49kPa(均均为为表表压压)，当地的大气当地的大气压为压为101.33kPa101.33kPa。试试求天然气的流量求天然气的流量为为若若干干标标准准m m3 3/h/h。第二十三页，

22、编辑于星期六：十八点 九分。【解】【解】该题为可压缩气体的远距离输送，始终两端压强差较大，该题为可压缩气体的远距离输送，始终两端压强差较大，不宜直接用不可压缩流体的机械能衡算式。在忽略动能及位能变化不宜直接用不可压缩流体的机械能衡算式。在忽略动能及位能变化的简化假设条件下，压强降和质量流速之间的关系可用下式近似表的简化假设条件下，压强降和质量流速之间的关系可用下式近似表达：达：（1 1）由于由于为未知，需试差求解。现计算如下：为未知，需试差求解。现计算如下：kPa kg/m3 第二十四页，编辑于星期六：十八点 九分。假设：流动在阻力平方区，由假设：流动在阻力平方区，由/d=0.2/500=0.

23、0004/d=0.2/500=0.0004，查，查，ReRe(/(/d d)关系曲线，得关系曲线，得=0.016=0.016。kg/(m2s)校核：在校核：在2525下，天然气的粘度下，天然气的粘度=1.0510Pas=1.0510Pas。第二十五页，编辑于星期六：十八点 九分。由由ReRe和和/d d的数值查的数值查、ReRe(/(/d d)关系曲线图，得关系曲线图，得=0.0161=0.0161，与原假设非常接近，上面计算有效。，与原假设非常接近，上面计算有效。kg/m3 m3/s m3/h 讨论讨论：对对于可于可压缩压缩气体的气体的长长距离距离输输送或真空管路气体送或真空管路气体输输送，

24、由于气体密度送，由于气体密度较较小，忽略气体小，忽略气体动动能和位能能和位能变变化的假化的假设设所引起的所引起的误误差很小，因此用式差很小，因此用式进进行近似行近似计计算在工程算在工程上是可接受的。上是可接受的。第二十六页，编辑于星期六：十八点 九分。例8 如图所示,高位槽A内的液体通过一等径管流向槽B。在管线上装有阀门，阀门前、后M、N处分别安装压力表。假设槽A、B液面维持不变，阀门前后管长分别为l1、l2。现将阀门关小，试分析管内流量及M、N处压力表读数如何变化。解：（1）管内流量变化分析，阀门管小后，管内流量将变小。证明如下：在两槽液面1-1与2-2间列机械能衡算式：式中 p1 1 1

25、2 2 M Np2第二十七页，编辑于星期六：十八点 九分。当阀门关小时，Z1、Z2、p1、p2均不变，u1u20(槽截面管截面），故两截面处的总机械能Et1、Et2不变；又管长L1、L2于管径d也不变，所以变化不大可视为常数。但阀门关小时增大，故由式（1）可知u减小，即管内流量v减小。（2）M处压力表读数变化分析由截面1-1 和M点所在的截面的机械能间的机械能衡算式可知当阀门关小时，式（2）中等号右边除u减小外，其余量均不变，故PM增大。（3）N处压力表读数变化分析同理，由N点所在的截面和截面2-2间的机械能衡算式可知(2)第二十八页，编辑于星期六：十八点 九分。当阀门关小时，式（3）中等号右

26、边除u减小外，其余各量均不变，且 恒大于零（因为n-2中至少包含一个出口局部阻力系数0=1），故Pn减小。结论：1、在其他条件不变时，管内任何局部阻力的增大将使该管内的流速下降，反之亦然。2、在其他条件不变时，关小阀门必将导致阀前（或阀上游）静压强的上升以及阀后（或阀下游）静压强下降，反之亦然。(3)第二十九页，编辑于星期六：十八点 九分。讨论：用机械能衡算式分析管路某出静压强的变化时，不宜将局部阻力系数已起变化的部分包括在衡算式内。如题中分析M处压力变化时，若在M点所处截面与2-2截面间列机械能衡算式：当阀关小时，式（4）中u减小，而M-2增大，因此难以由式（4）直接判断出PM的变化趋势，使

27、分析过程变得复杂。因此适当的选取衡算范围以避免式中同时出现两个或两个以上的变量成相反变化的情况。（4）第三十页，编辑于星期六：十八点 九分。例9、每小时将400kg、平均分子量为28kg/kmol的气体由气柜定态输送到密闭设备内。输送过程中气体温度基本恒定在20下。已测得压强表A和B上的读数分别为1060Pa和100Pa，两侧压面间的全部摩擦阻力可用hf,a-b=5G2的经验公式求算。式中hf,a-b为压强表A、B间的总摩擦力，J/kg；G为气体在管路中的质量流率，kg/(m2s)。两测压口中心线间的垂直距离为5m。全系统输送管路的直径相同，试求输送管路直径。当地大气压强为1.0133105。

28、第三十一页，编辑于星期六：十八点 九分。解：本题属于无外功加入的恒温定态输送可压缩流体系统。分析题给数据可知以选过两测压口中心的截面a-a及b-b为衡算截面最合适，但这两截面上的绝对压强之比若小于20，才能在其间应用柏努利式。故可以在a-a及b-b面间应用柏努利式，但式中的密度应取两截面间的平均密度m。第三十二页，编辑于星期六：十八点 九分。在a-a及b-b面间列柏努利式，以过a-a中心的水平线为基准面：或 其中，第三十三页，编辑于星期六：十八点 九分。a-a及b-b面间的管路直径相等，质量流量也相等，但压强不同，故体积流量不同，从而uaub,不过因为pa与pb相差不大，故取uaub,因此：已

29、知 hf,a-b=5G2将以上诸值代入式（1）：5G2=-59.81+819.1 解得 G=12.41kg/(m3s)由质量流率定义知：第三十四页，编辑于星期六：十八点 九分。或 由计算过程看到：可压缩流体在等径管中作等温定态流动时，因沿程压强有变化，故管路各截面上速度不等，但质量流率相同，题中给出hf,a-b=5G2，而不给出hf,a-b=f(u)的关系，其理由即在此。但要指出，在计算中如采用G=u常数的关系计算G，其中及u必定要采用同一截面上的数值。前面计算中曾假设在此可进行核算：第三十五页，编辑于星期六：十八点 九分。ua与ub相差不大，故假设uaub是可以的。假如遇到不能取uaub的情况，这时可用下面的情况处理：第三十六页，编辑于星期六：十八点 九分。