化工原理第一章习题库

第一章 习题库

一、 选择题

z 2  1、流体静力学基本方程式 p 2  p 1 g  z 1  p 1  gh 的使用条件是 ④ 。

①重力场中静止流体 ②重力场中不可压缩静止流体 ③重力场中不可压缩连续静止流体

④重力场中不可压缩静止、连通着的同一连续流体

2、如图1-1所示的开口容器内盛有油高度为（h1-h2），水的高度为h2,B与B’点处于同一水平面，B与B’之间压强大小的关系为 ① 。 ①PB>PB’② PB①减少被测流体与指示液之间的密度差 ②采用倾斜式微压计 ③双指示液微压计 ④加大被测流体与指示液之间的密度差 4、不可压缩流体在均匀直管内作定态流动时，平均速度沿流动方向的变化为 ③

①增大 ② 减小 ③不变 ④无法确定 5、如图所示，若甲管路总长（包括阀门当量长度）为乙管路的4倍，甲管内径为乙管内径的2倍。流体在两管中均呈层流，那么甲管内平均流速是乙管的 ① 倍

①u甲=u乙 ②u甲=2u乙 ③u甲=1/2u乙 ④u甲=1/4u乙 6、如图所示，已知流体在管道A、B中呈层流状态，两管长度相等，可确定AB管道的流量之比qvA/qvB为 ③ ①2 ② 4 ③8 ④16

7、在一个大气压下，40℃的空气流经Ф159×6mm的钢管，用皮托测速计测定空气的流量，测速计管压强计的读数为13mmH2O，则管道内空气的体积流量为 ③ m3/h

①130 ② 620 ③733 ④633

8、用Ф159×的钢管，输送20℃的苯，在管路上

装有一个孔径为78mm的孔板流量计，用来测量管中苯的流量，孔板前后连接的U型管液柱压强计的指示液为水银。当压强计的读数R为80mm时，则到管中苯的流量为 ① m3/h ① ② ③82 ④180

1

-

9、水以一定流速流经如图所示文丘里管，在喉颈处接一支管与下部水槽相通。已知起始时p2=×103 N/m2（绝压）若忽略文丘里管的阻力损失，则垂直直管中水流的流向为 ① 。

①向上 ② 向下 ③不动 ④无法判断

10、如图示供水管线。管长L，流量V，今因检修管子，用若干根直径为1/2d，管长相同于L的管子并

联代替原管，保证输水量V不变，设λ为常数，ε/d相同。局部阻力均忽略，则并联管数至少 ③ 根。

① 2根 ②4根 ③6根 ④8根 设用n根管子

L(V/0.785d2)2L(V/n/0.7850.5d2)2 d21/2d2n22.55.6

二、填空题

1、流体在直管内流动造成的阻力损失的根本原因是 。 答：流体具有粘性

2、属于正位移泵型式，除往复泵外还有 ， ， 等型式。 答：计量泵、螺杆泵、齿轮泵

3、产生离心泵气缚现象的原因是 ，避免产生气缚的方法有 。 2

-

答：泵内灌入空气，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空气

4、造成离心泵气蚀的原因是 ，增加离心泵允许安装高度Hg的措施是 和 。

答：叶轮附近某处的最低压强小于等于被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压 增大的管径，减少吸入管路不必要的管件和阀门。

5、用同一离心泵分别输送密度为ρ1及ρ2=ρ1的两种液体，已知两者的体积V相等， 则 He2 He1，Ne2 Ne1。 答：

He2He1,Ne21.2Ne1

6、离心通风机输送ρ=m3空气时，流量为6000m3/h，全风压为240mmH2O，若用来输送ρ＇=m3的气体，流量仍为6000m3/h，全风压为 mmH2O 。 解：HtHta1.22401.4280mmH2O 1.27、离心泵的流量调节阀安装在离心泵 管路上，关小出口阀门后，真空表读数 ，压力表读数 。 解：出口，下降，上升。

在贮槽液面1-1与泵的真空表所在截面2-2间列伯努利方程

222u1p1u2p2l12u2 gZ1gZ222d2p1p22u2lgZ2(1)

d2关小出口阀门，u2下降，

p1p2下降，即真空表读数下降。

同理，在压力表所在截面3-3与贮槽液面1-1间列伯努利方程。

222u3p3u0p0l30u0 gZ3gZ022d2p3p02u2lgZ3(1)

d2关小出口阀门，λ增大，

p3p0上升，即压力表读数上升。

3

-

8、若离心泵入口处真空表读数为700mmHg。当地大气压为。则输送42℃水时（饱和蒸汽压为）泵内 发生汽蚀现象。 答：会

9、用离心泵向高压容器输送液体，现将高压容器的压强降低，其它条件不变，则该泵输送液体的流量 ，轴功率 。 答：加大，加大

管路的特性方程为：HeKBQZ2pBQ2 g高压容器的压强降低，p下降，K降低，所以改变前后的操作点如图：

所以流量加大。又根据泵的特性曲线知，当流量加大时，泵的轴功率增加。

10．用离心泵将水池中水送至常压水塔，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量qV ，扬程He ，管路总阻力损失Hf ，轴功率P （变大、变小、不变、不确定）。 答：变大，变小，不变（变小），变大

11、流体在圆形直管中滞流流动时，平均流速增大1倍，其能量损失为原来损失的2 倍；如果为完全湍流流动时，流速增大1倍，其能量损失为原来损失的4 倍。

12、流体流动时，管径和管长都不变，而流体的流量增加一倍（摩擦阻力系数可以认为不变，流动为湍流），则阻力增加的倍数为 3 倍；若λ是变化的（可按λ=Re0.25m考虑）,则阻力增加的倍数为 倍；若流动为层流，则阻力增加的倍数为 1倍。

13、一转子流量计，当流量为10 m3/h时，测定流量计进出口压差为150N/m2，现流量变为12 m3/h，问进出口压差为 50 N/m2。

三、简答题

4

-

下面两种情况，可不可以用泊谡叶方程（pf32lud2）直接计算管路两端的压强差？

（1）水平管，管内径为50mm，流体的密度为996kg/m，粘度为流速为２m/s。 （2）垂直管，管内径为100mm，流体的相对密度为，粘度为,流速为s。

分析：此题核心在于：上述两种情况下，用泊谡叶方程算出的压强降pf与管路两截面的压强差p在数值上是否相同。

3

u2pWehf 由柏努利方程式 g2u2hf 得 pp2p1WegZ2其中hf即为pf。

上式说明，在一般情况下，p与pf在数值上是不等的，只有流体在一段无外功

u20）的水平管（0)内流动时，p与pf才加入（We0）,直径相同（2在绝对数值上相等。

还需注意：由于泊谡叶方程在推导过程中引入了牛顿粘性定居律，而只有在滞流时内摩擦应力才服从牛顿粘性定律，所以它仅适用于滞流时的流动阻力计算。

5010329961.11105＞4000 答：（１）Re30.410du 流体流动类型属湍流，此时泊谡叶方程不适用，所以不能用其计算管路两截面间的压

差。

（２）对于垂直管，尽管流动类型可能为滞流，但由泊谡叶方程算出的仅是摩擦阻力损失项，而垂直管路两截面的压差还要受位能的影响，所以也不能用泊谡叶方程直接计算两截面的压差。 四、计算及推导题

1. 如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为w，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为

ab空气hwHgR1123w5HgR245

-

R1、R2，试求a、b两点间的压力差papb。 解： p1pawgh1，pap1wgh1

p1p2，p2p3HggR1，p3p4，p4p5HggR2 p5pbwgh5

pbp5wgh5p4HggR2wgh5

papbp3HggR1wgh1p4HggR2wgh5

HggR1R2wgh1wgh5

而 h1hR1R，h5h2 22所以 papbHggR1R2wghwgR1Rwghwg2 22HggR1R211wgR1R2HgwR1R2g 22l1100m，Re11800。2、某流体在水平串联的两直管1、2中稳定流动，已知d1d2/2，

今测得该流体流径管道1的压力降为液柱，流径管道2的压力降为液柱，试计算管道2的长度l2。

d1ud11解：由 d12，得 2 u1d2422d2u2所以

22Re2du11222 d1u1Re1d1u142所以 Re2所以 11Re1900 20.0356，20.071 Re11800Re2900lu2plu2hfHf又 ， d2gd2gp6

-

2l2u2222l2u2d1Hf2d22gHf2所以 ， 22Hf11l1u1d2Hf1lu111d12g1u12d2Hf210.0所以 l2l12100422160m

2u2d1Hf120.3、密度为1000kg/m3，粘度为1cP的水，以10m3/h的流量在内径为45mm的水平光滑管内流动，在管路某处流体的静压力为105Pa(表压)，若管路的局部阻力可忽略不计，则距该处100m下游处流体的静压力为多少Pa(绝对压力)?

104V36001.75m/s 解： ud20.04524 Rdu0.0451.75100078750

1103

0.310.310.01 0.250.25Re78750p12u12p2u2gz2hf 由 gz122lu2得 p2p1hfp1

d2210010001.75 1.5100.01 0.04525 8.5687510N/m表压1.87012510N/m绝压

42524、用离心泵将蓄水池中20℃的水送到敞口高位槽中，流程如本题附图所示。管路为φ57×的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长度之和为250mm。输水量用孔板流量计测量，孔径d0=20mm，孔流系数为。从池面到孔板前测压点A截面的管长（含所有局部阻力当量长度）为80mm。U型管中指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算，即

0.31/Re0.25

当水流量为h时，试求： (1)每kg水通过泵所获得的净功； (2)A截面U型管压差计的读数R1； 7

-

(3)孔板流量计的U型管压差计读数R2。

解：该题为用伯努利方程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截面上的压强（即R1），解题的关键是合理选取衡算范围。至于R2的数值则由流量计的流量公式计算。 1） 有效功

在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程式，以1-1截面为基准水平面，得：

u2Wegzhf

2p式中：u1u20，p1p20（表压）

z10，z215m

uVs7.421.05m/s 2A3600/40.0533查得：20℃水的密度为1000kg/m，粘度1.010Pa.s

Redu0.051.05100052500 31.0100.31/Re0.250.31/(52500)0.250.0209

lleu22501.0520.020957.6J/kg hfd20.052We159.8157.6204.7J/kg

2） A截面U形管压差计读数R1

由A截面与2-2截面之间列伯努利方程，得：

pAu2gzA2hf,A2 28

-

式中：u1.05m/s，z2A1m

hf,A2(25080)1.0520.020939.17J/kg

0.0521.052(39.1719.81)10004.8104Pa（表压）

2读数R1由U形管的静力平衡求算：

p1(1.5R1)gR1Ag

pA1.5g4.81041.510009.81R10.507m

(A)g(136001000)9.813） U形管压差计读数R2

VSC0A02R2(A)g

将有关数据代入上式得

2(136001000)9.81R27.420.610.022 360041000R20.468m

讨论：该题是比较典型的流体力学计算题，其包括了伯努利方程、流体静力学基本方程、能量损失方程、连续性方程的综合运用。通过该题能加深对流体力学基本理论的理解。

5．密度为900kg/m3的某液体从敞口容器A经过内径为40mm的管路进入敞口容器B，两容器内的液面高度恒定，管路中有一调节阀，阀前管长65m，阀后管长25m（均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不计）。当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa和40kPa。现将调解阀开至某一开度，阀门阻力的当量长度为30m，直管摩擦系数λ=。试求：

(1) 管内的流量为多少m3/h？ (2) 阀前后的压强表的读数为多少？

9

-

解：当阀门关闭时，以管道中心线作为基准水平面，根据静力学方程

gzA80103

zA9.06m

gzB40103 zB4.53m

在A截面和B截面间列伯努利方程，得：

22uApAuBpgzAgzBBhfAB

22式中：uAuB0,pApB0（表压）

hfABlleu2652530u20.00456.75u2

d20.0429.81(9.064.53)6.75u2

u2.56m/s

Vh36000.7850.0422.5611.6m3/h

2）在A截面与阀前压强表所在截面间列伯努利方程

2u1pu2pAgzAgz11hf1A

22hf1AlA1u2652.5620.004523.96

d20.042p1(9.069.8127.24)90055.47kPa

在阀后压强表所在截面与B截面间列伯努利方程

22u2p2uBpgz2gzBBhf,2B

2210

-

hf,2Bl2Bu2252.5620.00459.216

d20.0422.562p2900(4.539.819.216)45.34kPa

26、某管路安装一台IS80-50-200型水泵，将水池中的水送至高度为10m、表压为×104Pa的密闭容器内，管内流量为×10-3m3/s。试求

1）管路特性曲线（假定管内流动已进入阻力平方区）及输送每千克水消耗的能量。 2）若将阀门关小，使管内流量减小25%，管路特性曲线（假定管内流动位于阻力平方区）有何变化？此时输送每千克水需消耗多少能量？与原管路相比，在此流量下输送每千克水额外消耗的理为多少？

（已知：当Qv=×10-3m3/s，泵的压头为He=47m，泵的效率为71%：当Qv=×10-3m3/s，泵的压头为He=；泵的效率为%）

解：当Qv=×10-3m3/s，泵的压头为He=47m； 则管路的特性方程的系数B可求出。

2HeKBQeZp2BQe g9.81104B(1.67103)247 1010009.81B9.68104

2管路的特性方程为：He209.68104Qe

在此流量下，输送每千克水所消耗的能量为：

WgHe9.8147690.8J/kg

0.71（2）关小阀门后管路的流量为：

16.7103(10.25)12.5103m3/s Qe则关小阀门后管路特性曲线方程的系数为

BKHe51.4202.01105 232Qe(12.510)11

-

202.01105Qe2 管路特性曲线方程为：He此时，输送每千克水所消耗的能量为：

W9.8151.4gHe760.5J/kg 0.66312.5103m3/s的水量，所需的压头为： 对于原管路，输送QeHe209.68104(12.5103)235.1m

因阀门关小，输送每千克水多消耗的理为：

He)9.8151.435.1159.9J/kg g(He此部分能量全部消耗于阀门的局部阻力上。

由此可以看出，用阀门调节流量的代价是能耗的增加。导致能耗增加的原因有二：其一是阀门局部阻力损失的增加，其二是泵效率的降低

12