化工原理第1章綜合練習

1、一、一、 填空題：填空題：1.1.在在SISI制中壓強的因次為制中壓強的因次為_；功率的因次；功率的因次 為為_。2.2.流體流動的直管阻力流體流動的直管阻力h hf f, ,當層流流動時，當層流流動時，h hf fd da a u ub bl lc c，a a_，b_b_，c c_。完全湍流時，。完全湍流時， h hf faau ubbl lc c，a a_，b b_，c c_。3.3.某流體在直管中作層流流動，在流速不變的情某流體在直管中作層流流動，在流速不變的情 況下，管長、管徑同時增加一倍，其阻力損失為況下，管長、管徑同時增加一倍，其阻力損失為 原來的原來的_倍。倍。4.4.通常指邊界

2、層的范圍是通常指邊界層的范圍是_。ML-1T-2ML2T-3-2121100. 5u=0 u=u主體速度主體速度的的99%5.5.如圖所示的如圖所示的U U形管壓差計兩引壓管中指示液面高形管壓差計兩引壓管中指示液面高 低的畫法正確是低的畫法正確是_。( (設管內(nèi)流設管內(nèi)流 動的是理想流體動的是理想流體) ) Cacbfed6.6.某轉(zhuǎn)子流量計，其轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，測量密某轉(zhuǎn)子流量計，其轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，測量密度為度為1.2kg/m1.2kg/m3 3的空氣時，最大流量為的空氣時，最大流量為400m400m3 3/h/h?，F(xiàn)用來測量密度為現(xiàn)用來測量密度為0.8kg/m0.8kg/m3 3氨氣時，

3、其最大流量氨氣時，其最大流量為為_m_m3 3/h/h。7.7.如圖所示，液體在等徑傾斜管中穩(wěn)定流動，則如圖所示，液體在等徑傾斜管中穩(wěn)定流動，則閥的局部阻力系數(shù)閥的局部阻力系數(shù)與壓差計讀數(shù)與壓差計讀數(shù)R R的關系式為的關系式為_ _ 。490=2Rg(2Rg(0 0-)/(u-)/(u2 2) )R08. 如圖三所示，水塔高度H一定，A和B用戶高度相同，但有時打開閥門B幾乎無水,其原因是_。若A處用水量不變，使B處有水用的具體措施是_。圖三9.某液體流過如圖四所示等徑圓管，管段長度AB=CD，則如下式子中_式不成立。A)勢能差：ppgZZppgZZCDCDABAB)()(B)能量損失：hf A

4、-B=hf C-D；C)壓強差pB-pA=pD-pC D) U型壓差計讀數(shù)R1=R2。圖四c圖五6. 不可壓縮流體在等徑水平直管中作穩(wěn)定流動時，由于內(nèi)摩擦阻力損失的能量是機械能中的_。 A) 位能； B)靜壓能； C)內(nèi)能； D)動能。7. 層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是_。 A)湍流流速大于層流流速； B)湍流Re層流Re； C)層流無徑向脈動，湍流有徑向脈動； D)速度分布不同。8. 某液體在管路中作滯流流動，提高液體溫度會使阻力損失_。 A)減?。?B)增大； C)不變； D)不定。9. 流體在圓直管內(nèi)流動，滯流時摩擦系數(shù)正比于_；在充分湍流（阻力 平方區(qū)）時，正比于_。（G為質(zhì)量流速） A)G

5、2； B)G； C)G0； D)G-1； E)G-2。10. 如圖五高位水槽液位不變，則a、b、c三點處流體總機械能的關系為：閥門打開時_；閥門關閉時_。（槽內(nèi)流體流動阻力不計） A)abc； B)abc； C)abc； D)abc。22upZg圖六圖七11. 如圖六所示，裝了U型壓差計測得了_。A) A點和B點動壓頭差 (u2A-u2B)/(2g)； B) B) A、B段阻力、損失hf A-B；C)阻力損失和動壓頭差之和 D) B點和A點的壓頭差。 圖六12. 圖七中，流體在管內(nèi)流動，由于某局部堵塞，使p1、p2上升、p3下降，試判斷堵塞位置在_段。A) ak； B) kb； C) bc；

6、D) cd。13. 圖十一中A、B兩管段內(nèi)均有流體流過，從所裝的壓差計顯示的情況，對于管段內(nèi)流體流向的判斷有如下四種答案，你認為_是正確的。A管段內(nèi)的流向； B) B管段內(nèi)的流向；C) A、B 管段內(nèi)的流向； D) 無法做出任何判斷。圖六圖七圖十一圖十四14. 層流底層越薄_。A)近壁面速度梯度越?。?B)流動阻力越??；C)流動阻力越大； D)流體湍動程度越小。例例1. 利用本題附圖所示的管路系統(tǒng)向高位槽C送水。當閥E在某一開度時，A、B兩點的壓強表讀數(shù)分別為7.4104Pa及6.4104Pa，此時供水量為46m3/h；若將E閥關小使管內(nèi)流量變?yōu)?0m3/h，試求此時A、B兩點的壓強表讀數(shù)。假

7、設上述兩種工況下流動均在阻力平方區(qū)?！窘狻拷庠擃}的關鍵是明確不同流量下推動力與流動阻力之間的對應關系，而流動阻力又與流量（流速）的平方成比例，因此可列出相應的推動力與流量之間的關系式。截面與基準面的選取如圖十四所示。在1-1與2-2之間列柏努利方程式，當Vh=46m3/h時得：212212fAhgZup即 4222122128) 1(2) 1(dVdludlgZpsA同理，當流量為30m3/h時，可列出相對應的關系式：422212)(8) 1(dVdlgZpsA聯(lián)立式1與式2，得到2222)4630()(ssAAVVgZpgZp)()4630(222gZpgZpAA =10003.59.807

8、+0.4253(7.410410003.59.807) =5.12104 Pa 由于A、B兩點間的壓強差是用來克服AB管段的流動阻力的，因而有如下關系：4253.0)4630()(22ssBABAVVpppp)(4253. 0BAABpppp44410695. 410)4 . 64 . 7(4253. 01012. 5Pa 圖十九圖十四即當流量為30m3/h時，A、B兩點之間的壓強讀表分別為5.12104Pa及4.695104Pa。討論：討論：對于特定的管路系統(tǒng)，上游阻力加大（關小E閥門，增加局部阻力），必然引起下游流量下降，因而流動阻力減小，A、B兩點壓強表讀數(shù)及壓強差相應下降。 例例2.

9、水從貯槽A經(jīng)圖十九所示的裝置流向某設備。貯槽內(nèi)水位恒定，管路直徑為893.5mm，管路上裝一閘閥C，閘閥前路管路入口端20m處安一個U形管壓差 計，指示液為汞，測壓點與管路出口之間距離為25m。試計算： 當閘閥關閉時測得h=1.6m，R=0.7m：當閥部分開啟時，h=1.5m，R=0.5m，管路摩擦系數(shù)=0.023，則每小時從管中流出水量及此時閘閥當量長度為若干？ 當閘閥全開時(le/d=15,=0.022),測壓點B處的壓強為若干？【解】該題為靜力學基本方程、柏努利方程、連續(xù)方程、管路阻力方程聯(lián)合應用的綜合練習題。 首先根據(jù)閘閥全關時h、R值，用靜力學基本方程求H。在1-1與B-B截面之間列

10、柏努利方程式求流速，然后再用連續(xù)性方程求流量，用阻力方程求le。當閘閥全關時，對U形管的等壓面4-4列靜力學平衡方程得 gRghHA)(92.76 .11000136007 .0hRHA當閘閥部分開啟時，以管中心線為基準面，在1-1與B-B兩截面之間列柏努利方程得:2)5.1(21udlpgHB式中 92. 7Hm 201lm 023. 0082. 0dm 51980807. 9)10005 . 1136005 . 0()(ghRpAB將有關數(shù)據(jù)代入上式得 688. 2um/s0142. 0688. 2082. 042AuVSm3/s51.1m3/h 即 2388.2082.025023.01

11、000519802el解得 le26.3 m閥門全開時的pB以管中心線為基準面，在1-1與2-2兩截面之間列柏努利方程求得管內(nèi)速度，再在B-B與2-2兩截面之間列柏努利方程式求pB在1-1與2-2之間列柏努利方程得 25 . 1)150.082450.022(7.92807. 92u在B-B與2-2之間列柏努利方程得 222)15(udlpB即 39320102343. 3)15082. 025(022. 032BpPa解得 343. 3um/s討論：討論：用柏努利方程解題時，截面的合理選取是至關重要的。例如，本題在閘閥部分開啟時，le為待求量，在計算流速時，衡量范圍就不應該選在1-1與2-2

12、兩截面之間，而B-B截面上的參數(shù)較充分，所以應選1-1與B-B之間為衡算范圍；在求le時選取B-B與2-2截面之間最為簡便，同樣，在閘閥全開求pB時，既可選1-1與B-B，又可選B-B與2-2，但后者使計算簡化。氣體吸收液凈化氣圖二十例例3、用水洗塔除去氣體中所含的微量有害組分A，流程如圖二十所示。操作參數(shù)為溫度27，當?shù)氐拇髿鈮簭姙閜A=101.33kPa,U形管汞柱壓差計讀數(shù)分別為R1=426mm、R2=328mm。氣體在標準狀況下的密度為1.29kg/m3。試求氣體通過水洗塔的能量損失，分別用J/kg、J/N(即m)、J/m3(即Pa)表示?！窘狻勘绢}為可壓縮流體經(jīng)過水洗塔的流動，當其壓

13、強變化不超過入口壓強(絕壓)的 20時，可用平均壓強下的密度m代入柏努利方程式進行計算。截面和基準面的選取如本題附圖所示。 kPa 1 .14533.10176032833.1012p1 .15833.10176042633.1011pkPa %2 . 8%1001 .1581 .1451 .158%100121ppp即壓差變化不超過入口絕壓的20%，可當作不可壓縮流體處理，計算如下： 6 .151) 1 .1451 .158(21)(2121pppmkPa 在1-1與2-2截面之間列柏努利方程得 fmmhgZpp221730510807. 9756. 110) 1 .1451 .158(22

14、21gZpphmfJ/kg 9 .744807. 97305/ghHffJ/N或m 410283. 17305756. 1ffhpJ/m3或Pa756. 12727327333.1016 .15129. 1)(000TTppmmkg/m3圖十八例例4. 某化工廠的生產(chǎn)廢氣通過圓錐型煙囪(如圖十八所示)排至大氣。煙囪高60m，其底端和頂端直徑分別為2.4m和1.4m。廢氣密度為0.9kg/m3(可視作常數(shù))，排放量為94000m3/h，煙囪壁的摩擦系數(shù)取作0.04。試求廢氣通過煙囪時因流動阻力(不包括煙囪進出口阻力)而引起的壓強降為若干Pa。煙囪任一截面上流速和直徑D的關系為 煙囪任意截面上的直

15、徑和高度的關系為 60/4 .260/)(211hhDDDD772. 54 . 23600494000/211AVusm/s22211/25.33)/4 . 2(772. 5)/(DDDDuum/s【解】該題實為定態(tài)流動，但由于煙囪直徑隨高度連續(xù)變細，因而流速相應加大從而使得壓強降的計算更為繁瑣。計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徑的關系，進而在直徑D1到D2范圍內(nèi)積分求取廢氣通過煙囪的壓強降。廢氣通過煙囪底部的流速為經(jīng)整理得到：Dh60144 由直管阻力通式 45222/1194/28662)25.33(9 . 0)60144(04. 02DDDDDuDhpf微分上式

16、得到：dDDDpf/1194)4(/28665)(d56dDDD/14330/477665積分上式得：DDDDpfd14330d47764 . 12.464 . 14 . 25討論：討論：上面的計算是假設為常數(shù)的前提下進行的，實際上在60m的高度范圍內(nèi)，是有一定變化的，故上面的計算只是近似結(jié)果。8 .2219 .2747 .496)51(14330)41(47764 .14 .254 .14 .24DDPa例例5. 5. 為了測出平直等徑管為了測出平直等徑管ADAD上某泄漏點上某泄漏點M M的位置，采的位置，采用如圖十四所示的方法，在用如圖十四所示的方法，在A A、B B、C C、D D四處各

17、安裝一四處各安裝一個壓力表，并使個壓力表，并使L LABAB=L=LCDCD?，F(xiàn)已知?，F(xiàn)已知ADAD段、段、ABAB段管長及段管長及4 4個個壓力表讀數(shù)，且管內(nèi)流體處于完全湍流區(qū)。試用上述壓力表讀數(shù)，且管內(nèi)流體處于完全湍流區(qū)。試用上述已知量確定泄漏點已知量確定泄漏點M M的位置并求泄漏量占總流量的百分的位置并求泄漏量占總流量的百分數(shù)。數(shù)。ABMCD 【解【解】不可壓縮流體在平直等徑管內(nèi)流動時，任兩點間的不可壓縮流體在平直等徑管內(nèi)流動時，任兩點間的壓力差壓力差pp都等于該管段的阻力損失，即都等于該管段的阻力損失，即 對于等徑管中的完全湍流流動，對于等徑管中的完全湍流流動，K K為常數(shù)。為常數(shù)。

18、令令L LABAB=L=LCDCD=a,L=a,LADAD=L=L，管段，管段ABMABM及及MCDMCD內(nèi)的流體流量分別為內(nèi)的流體流量分別為V V1 1、V V2 2，于是根據(jù)式，于是根據(jù)式有：有： lKVlVdudlp2252282aKVppBA21aKVppDC22AMMALKVpp21)(22AMDMLLKVpp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、式得得以上兩式相加得以上兩式相加得 可見，只要測出可見，只要測出a a、L L及及p pA A、p pB B、p pC C、p pD D數(shù)值，代入上式數(shù)值，代入上式即可得出泄漏點即可得出泄漏

19、點M M的位置。用此法查找管路（尤其是埋在的位置。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經(jīng)濟。至于泄漏量占總地下的管路）中的泄露位置方便而經(jīng)濟。至于泄漏量占總流量的百分數(shù)可由式流量的百分數(shù)可由式、式、式求得求得%1001%100121BADCppppVVV)()()()(DCBADCDAAMppppLppappLaLLppppAMDCDM)(aLppppAMMAMA)( 例例6. 6. 用離心泵向用離心泵向E E、F F兩個敞口高位槽送水，管路系統(tǒng)如圖兩個敞口高位槽送水，管路系統(tǒng)如圖十六所示。已知十六所示。已知: :所有管路內(nèi)徑均為所有管路內(nèi)徑均為33mm33mm，摩擦系數(shù)為

20、，摩擦系數(shù)為0.0280.028，A A、B B管段的長度管段的長度( (含所有局部阻力的當量長度含所有局部阻力的當量長度) )為為100m100m，泵出口出壓強表讀數(shù)為，泵出口出壓強表讀數(shù)為294kPa294kPa，各槽內(nèi)液面恒定。試，各槽內(nèi)液面恒定。試計算：計算： 當泵只向當泵只向E E槽供水，而不向槽供水，而不向F F槽槽供水、供水、F F槽內(nèi)的水也不向槽內(nèi)的水也不向E E槽倒灌槽倒灌( (通過調(diào)節(jié)閥門通過調(diào)節(jié)閥門V V1 1與與V V2 2開度來實現(xiàn)開度來實現(xiàn)) )，此時管內(nèi)流速和此時管內(nèi)流速和BCBC段的長度段的長度( (包括包括所有局部阻力當量長度所有局部阻力當量長度) )為若干；

21、為若干； 欲同時向欲同時向E E、F F兩槽供水，試定兩槽供水，試定性分析如何調(diào)節(jié)兩閥門的開度？性分析如何調(diào)節(jié)兩閥門的開度？假設調(diào)節(jié)閥門前后泵出口處壓強假設調(diào)節(jié)閥門前后泵出口處壓強表讀數(shù)維持不變。表讀數(shù)維持不變。6m1224mEAC122C FBDV1V2【解【解】該題為分支管路系統(tǒng)，為滿足該題為分支管路系統(tǒng)，為滿足所規(guī)定的條件，水流所規(guī)定的條件，水流經(jīng)經(jīng)ABAB管段后管段后( (即即B B點點) )所剩余的能量恰好使所剩余的能量恰好使F F槽內(nèi)的水靜止不流槽內(nèi)的水靜止不流動動( (即即F F槽內(nèi)水不向槽內(nèi)水不向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

22、BCBC管段的壓頭損失只好為管段的壓頭損失只好為6m6m。由于整個管路內(nèi)徑一致，故。由于整個管路內(nèi)徑一致，故BCBC管管段與段與ABAB管段的流速相同。管內(nèi)流速由柏努利方程求解，管段的流速相同。管內(nèi)流速由柏努利方程求解，BCBC管管段長度則由能量損失方程計算。段長度則由能量損失方程計算。 管內(nèi)流速及管內(nèi)流速及BCBC段管長段管長取壓強表處為取壓強表處為1-11-1截面，截面，E E槽液面為槽液面為2-22-2截面，并取通過測壓口截面，并取通過測壓口中心線為基準面，則在兩截面間列柏努利方程式得中心線為基準面，則在兩截面間列柏努利方程式得 其中其中 Z Z2 24m 4m fBCfABAhhgZu

23、p2212 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 22242.422033. 0100028. 02uuudlhABfAB84.58807. 9622udlhBCfBC84.5842.424807. 92101029422133uuu84.58983. 12162. 2033. 0028. 02BCBCfBCllhBCl欲同時向欲同時向E E、F F兩槽供水，需關小兩槽供水，需關小V V1 1閥而開大閥而開大V V2 2閥。閥。 討論：討論：本題本題為分支管路的特例，當使為分支管路的特例，當使F F槽內(nèi)水不流槽內(nèi)水不流

24、動時，實際變成了簡單管路的計算，但對動時，實際變成了簡單管路的計算，但對BCBC管段的能量損管段的能量損失加了限制條件，使問題成為唯一解。欲使水能同時向失加了限制條件，使問題成為唯一解。欲使水能同時向E E、F F兩槽供水，在調(diào)節(jié)閥門的同時，管內(nèi)的流量必然減小，兩槽供水，在調(diào)節(jié)閥門的同時，管內(nèi)的流量必然減小，以使以使ABAB管段的能量損失降低，在管段的能量損失降低，在B B點水所具有的壓頭應大點水所具有的壓頭應大于于6m6m。例例7. 7. 用直徑為用直徑為500mm500mm的鋼管將的鋼管將2525o oC C的天然氣的天然氣( (主要主要成分為甲烷成分為甲烷) )從甲地送到從甲地送到35k

25、m35km以外的的乙地以外的的乙地( (可忽可忽略所有局部阻力略所有局部阻力) )，管材粗糙度為，管材粗糙度為0.2mm0.2mm。已測得。已測得甲、乙兩地的氣體壓強分別為甲、乙兩地的氣體壓強分別為506.5kPa506.5kPa及及49kPa(49kPa(均為表壓均為表壓) )，當?shù)氐拇髿鈮簽?，當?shù)氐拇髿鈮簽?01.33kPa101.33kPa。試求天然氣的流量為若干標準試求天然氣的流量為若干標準m m3 3/h/h。 【解【解】 該題為可壓縮氣體的遠距離輸送，始終兩端壓強差該題為可壓縮氣體的遠距離輸送，始終兩端壓強差較大，不宜直接用不可壓縮流體的機械能衡算式。在忽略較大，不宜直接用不可壓縮

26、流體的機械能衡算式。在忽略動能及位能變化的簡化假設條件下，壓強降和質(zhì)量流速之動能及位能變化的簡化假設條件下，壓強降和質(zhì)量流速之間的關系可用下式近似表達：間的關系可用下式近似表達： （1 1）由于由于為未知，需試差求解。現(xiàn)計算如下：為未知，需試差求解?，F(xiàn)計算如下： kPa kg/m3 mfGdlp221 .379)495 .506(5 . 03 .101mp448. 2)25273(315. 8161 .379RTMpmm 假設：流動在阻力平方區(qū)，由假設：流動在阻力平方區(qū)，由/d=0.2/500=0.0004/d=0.2/500=0.0004，查，查，ReRe(/(/d d) )關系曲線，得關系

27、曲線，得=0.016=0.016。 kg/(m2s) 校核：在校核：在2525下，天然氣的粘度下，天然氣的粘度=1.05=1.0510Pa10Pas s。72.441035016. 0448. 25 . 010)495 .506(2233ldpGmf651013. 21005. 172.445 . 0dGRe由由ReRe和和/d d的數(shù)值查的數(shù)值查、ReRe(/(/d d) )關系曲線圖，得關系曲線圖，得=0.0161=0.0161，與原假設非常接近，上面計算有效。，與原假設非常接近，上面計算有效。 kg/m3 m3/s m3/h 討論：討論：對于可壓縮氣體的長距離輸送或真空管路氣體對于可壓縮

28、氣體的長距離輸送或真空管路氣體輸送，由于氣體密度較小，忽略氣體動能和位能變化輸送，由于氣體密度較小，忽略氣體動能和位能變化的假設所引起的誤差很小，因此用式的假設所引起的誤差很小，因此用式進行近似計算進行近似計算在工程上是可接受的。在工程上是可接受的。 7142. 0273315. 81633.10100RTMp29.125 . 047142. 072.4420GAqV410424. 4例8 如圖所示,高位槽A內(nèi)的液體通過一等徑管流向槽B。在管線上裝有閥門，閥門前、后M、N處分別安裝壓力表。假設槽A、B液面維持不變，閥門前后管長分別為l1、l2。現(xiàn)將閥門關小，試分析管內(nèi)流量及M、N處壓力表讀數(shù)如

29、何變化。 解： （1）管內(nèi)流量變化分析，閥門管小后，管內(nèi)流量將變小。證明如下：在兩槽液面1-1與2-2間列機械能衡算式： 式中 p1 1 1 2 2 M Np22udLLEtEt22121 2upgZEt2111 2upgZEt2222 當閥門關小時，Z1、Z2、p1、p2均不變，u1u20(槽截面管截面），故兩截面處的總機械能Et1、Et2不變；又管長L1、L2于管徑d也不變，所以變化不大可視為常數(shù)。但閥門關小時增大，故由式（1）可知u減小，即管內(nèi)流量v減小。（2）M處壓力表讀數(shù)變化分析由截面1-1 和M點所在的截面的機械能間的機械能衡算式可知2u)1dL(gZtEP2M11M1M 當閥門關小時，式（2）中等號右邊除u減小外，其余量均不變，故PM增大。（3）N處壓力表讀數(shù)變化分析同理，由N點所在的截面和截面2-2間的機械能衡算式可知(2)2u)1dL(gZtEP22N2N2N 當閥門關小時，式（3）中等號右邊除u減小外，其余各量均不變，且 恒大于零（因為n-2中至少包含一個出口局部阻力系數(shù)0=1），故Pn減小。)1dL(2N2 結(jié)論： 1、在其他條件不變時，管內(nèi)任何局部阻力的增大將使該管內(nèi)的流速下降，反之亦然。 2、在其他條件不變時，關小閥門必將導