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化工原理习题第一章 流体流动

化工原理习题第一章  流体流动
化工原理习题第一章  流体流动

绪 论

【0-1】 1m 3水中溶解0.05kmol CO 2,试求溶液中CO 2的摩尔分数,水的密度为100kg/m 3。

解 水33kg/m kmol/m 1000

100018

=

CO 2的摩尔分数 (4005)

89910100000518

-=

=?+

x 【0-2】在压力为101325Pa 、温度为25℃条件下,甲醇在空气中达到饱和状态。试求:(1)甲醇的饱和蒸气压A p ;(2)空气中甲醇的组成,以摩尔分数A y 、质量分数ωA 、浓度A c 、质量浓度ρA 表示。

解 (1)甲醇的饱和蒸气压A p

.lg ..157499

7197362523886

=-

+A

p

.169=A

p

kPa

(2) 空气中甲醇的组成 摩尔分数 (169)

0167101325

==A y

质量分数 ...(.)016732

01810167321016729

ω?==?+-?A

浓度 3..kmol/m .A A p c RT -=

==??316968210 8314298

质量浓度 ../A A A c M kg m ρ-=??=3368210320218 =

【0-3】1000kg 的电解液中含NaOH 质量分数10%、NaCl 的质量分数10%、2H O 的质量分数80%,用真空蒸发器浓缩,食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH 50%、NaCl 2%、2H O 48%,均为质量分数。试求:(1)水分蒸发量;(2)分离的食盐量;(3)食盐分离后的浓缩

液量。在全过程中,溶液中的NaOH 量保持一定。

解 电解液1000kg 浓缩液中

NaOH 1000×0.l=100kg NaOH ω=0.5(质量分数)

NaOH 1000×0.l=100kg NaCl ω=0.02(质量分数) 2H O 1000×0.8=800kg 2H O ω=0.48(质量分数)

在全过程中,溶液中NaOH 量保持一定,为100kg

浓缩液量为/.10005200=kg 200kg 浓缩液中,水的含量为200×0.48=96kg ,故水的蒸发量为800-96=704kg 浓缩液中 NaCl 的含量为200×0.02=4kg ,故分离的 NaCl 量为100-4=96kg

第一章 流体流动

流体的压力

【1-1】容器A 中的气体表压为60kPa ,容器B 中的气体真空度为.?41210Pa 。试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干帕,该处环境的大气压力等于标准大气压力。

解 标准大气压力为101.325kPa

容器A 的绝对压力 ..p kPa ==A 101325+60161325 容器B 的绝对压力 ..B p kPa =-=1013251289325

【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和157kPa ,当地大气压力为101.3kPa 。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。

解 进口绝对压力 ..进101312893 =-=p kPa

出口绝对压力 ..出101 31572583 =+=p kPa 进、出口的压力差

..p kPa p kPa ?=--=+=?=-=157(12)15712169 或 258 389 3169

流体的密度

【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中,正庚烷的摩尔分数为0.4,试求该混合液在20℃下的密度。

解 正庚烷的摩尔质量为/kg kmol 100,正辛烷的摩尔质量为/kg kmol 114。 将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数 (104100)

03690410006114

ω?=

=?+?

正辛烷的质量分数 ..2103690631ω=-=

从附录四查得20℃下正庚烷的密度/kg m ρ=31684,正辛烷的密度为/kg m ρ=32703 混合液的密度 /..3169603690631

684703

ρ=

=+m kg m

【1-4】温度20℃,苯与甲苯按4:6的体积比进行混合,求其混合液的密度。 解 20℃时,苯的密度为/3879kg m ,甲苯的密度为/3867kg m 。

混合液密度 ../3879

048670.68718 ρ=?+?=m k g m

【1-5】有一气柜,满装时可装36000m 混合气体,已知混合气体各组分的体积分数为

2

2

2

4

H N CO

CO CH .04 0.2 0.32 0.07 0.01

操作压力的表压为5.5kPa ,温度为40℃。试求:(1)混合气体在操作条件下的密度;(2)混合气体的量为多少kmol 。

解 ...T K p kPa =+==+=27340313,101 35 5106 8 (绝对压力) 混合气体的摩尔质量

....../2042802280324400716001186 =?+?+?+?+?=m M kg kmol

(1)混合气体在操作条件下的密度为

.../.m m pM kg m RT ρ?=

==?31068186

0763 *******

(2)混合气体36000=V m ,摩尔体积为./.m

m

M m kmol ρ=

3

1860763

混合气体的量为 ..m m

V n kmol M ρ?=

==60000763

246 186

流体静力学

【1-6】如习题1-6附图所示,有一端封闭的管子,装入若干水后,倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出2m ,当地大气压力为101.2kPa 。试求:(1)管子上端空间的绝对压力;(2)管子上端空间的表压;(3)管子上端空间的真空度;(4)若将水换成四氯化碳,管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米?

解 管中水柱高出槽液面2m ,h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力绝p 在水平面11'-处的压力平衡,有

.绝绝大气压力

1012001000981281580 (绝对压力)

ρ+==-??=p gh p Pa

(2)管子上端空间的表压 表p

表绝 -大气压力=8158010120019620 =-=-p p Pa

(3)管子上端空间的真空度真p

()真表=-=-1962019620 p p Pa -=

(4)槽内为四氯化碳,管中液柱高度'h

'ccl

h h ρρ=

4

水 常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为/ccl kg m ρ=4

31594

习题1-6附图

'.h m ?=

=10002

125 1594

【1-7】在20℃条件下,在试管内先装入12cm 高的水银,再在其上面装入5cm 高的水。水银的密度为/313550kg m ,当地大气压力为101kPa 。试求试管底部的绝对压力为多少Pa 。

解 水的密度/3水=998ρkg m

()....331011001213550005998981117410=?+?+??=?p Pa

【1-8】如习题1-8附图所示,容器内贮有密度为/31250kg m 的液体,液面高度为3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线,距容器底的高度分别为2m 及1m ,容器上部空间的压力(表压)为29.4kPa 。试求:(1)压差计读数(指示液密度为/31400kg m );(2)A 、B 两个弹簧压力表的读数。

解 容器上部空间的压力.29 4(表压)=p kPa 液体密度 /31250ρ=kg m ,指示液密度/301400ρ=kg m (1)压差计读数R=? 在等压面''1111上-=p p

()()()()().'...p p h R g p p h g R g p h R g p h g R g Rg ρρρρρρρρ=+-++=+-++++++=+++-=11000 321 32212222 0

()0因g 0,故0ρρ-≠=R

(2) ().....A p p g Pa ρ=+-=?+??=?333212941022125098156410

().....333222941012125098144110ρ=+-=?+??=?B p p g Pa

【1-9】如习题1-9附图所示的测压差装置,其U 形压差计的指示液为水银,其他管中皆为水。若指示液读数为150=R mm ,试求A 、B 两点的压力差。

解 等压面''1111,-=p p

1水ρ=-A p p H g

()'.1汞水05g ρρ=-+++B p p H R g R

由以上三式,得

习题1-8附图

习题1-9附图

().汞水05ρρ-=-+A B p p R g R g

已知./3汞015,13600ρ==R m kg m ,

().....01513600981050151000981-=??-+??A B p p

..31364101364 =?=Pa kPa

【1-10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动,为测量A 、B 两截面间的压力差,安装了两个串联的U 形管压差计,指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两U 形管的连接管中,充满空气。若测压前两U 形压差计的水银液面为同一高度,试推导A 、B 两点的压力差?p 与液柱压力汁的读数12、R R 之间的关系式。

解 设测压前两U 形压差计的水银液面,距输水管中心线的距离为H 。

在等压面'22-处

11

221汞水气22ρρρ+????

=++-+ ? ?????A R R R p p H g R g g '222汞水2ρρ?

?=+-+ ??

?B R p p H g R g

因'22=p p ,由上两式求得 ()水气12汞g 2ρρρ+?

?-=+- ???

A B p p R R

因气水ρρ<<

故 ()

水12汞-2ρρ?

?

-=+ ???

A B p p R R g

【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,用如习题1-11附图所示水封设备,使水由煤气管路上的垂直管排出。已知煤气压力为10kPa (表压),试计算水封管插入液面下的深度h 最小应为若干米。

解 ..31010

1021000981

ρ?=

==?p h m g 流量与流速

【1-12】有密度为/31800kg m 的液体,在内径为60mm 的管中输送到某处。若其流速为

/0.8m s ,试求该液体的体积流量()3

/m h 、质量流量()/kg s 与质量流速()/2?????

kg m s 。 解 (1) 体积流量 ./.223330.060.822610814 /4

4

π

π

-=

=

??=?=V q d u m s m h

(2) 质量流量 ../m V q q kg s ρ-==??=3226101800407

习题1-11附图

习题1-10附图

(3) 质量流速 ./().22

407=

==1440 0064

m q kg m s A ωπ?? 【1-13】如习题1-13附图所示的套管式换热器,其内管为.mm .mm 335325φ?,外管为

mm .mm 6035φ?。内管中有密度为/31150kg m 、流量为/5000kg h 的冷冻盐水流动。内、外管之

间的环隙有绝对压力为0.5MPa ,进、出口平均温度为0℃,流量为/160kg h 的气体流动。在标准状态下(0℃,101.325)kPa ,气体的密度为./312kg m 。试求气体和盐水的流速。

解 液体 /3

1150 ρ=k g m

内管内径 ...d mm m =-?==内3353252270027 液体质量流量 /5000=m q kg h ,体积流量 3

5000/1150

=V q m h 流速 /./.液22

50001150211 360000274

4

V

q u m s d π

π

=

=

=?

?

气体质量流量 /m q kg h =160

密度 .../6

3气051012592101325

ρ?=?=kg m

体积流量 .3

160/592

=V q m h 流速 ()

/../..u m s π

=

=?

-气2

2

160592

567 36000053

00335

4

习题1-13附图 习题1-14附图

【1-14】如习题1-14附图所示,从一主管向两支管输送20℃的水。要求主管中水的流速约为.10/m s ,支管1与支管2中水的流量分别为//20与10t h t h 。试计算主管的内径,并从无缝钢管规格表中选择合适的管径,最后计算出主管内的流速。

解 .//33水: 20℃,99821000 t kg m kg m

ρ==≈ 主管的流量 //3122010303010=+=+==?m m m q q q t h kg h

体积流量 /3

33010

301000

ρ?===m

V q q m h ,流速 .10/=u m s

管径

.d m mm ==0103103

选择1084mm mm φ?无缝钢管,内径为100=d mm , 主管内水的流速 //./(.)

m q u m s d

π

π

=

=

=?2

2

3600

303600

106 014

4

连续性方程与伯努利方程

【1-15】常温的水在如习题1-15附图所示的管路中流动。在截面1处的流速为./05m s ,管内径为200mm ,截面2处的管内径为100mm 。由于水的压力,截面1处产生1m 高的水柱。试计算在截面1与2之间所产生的水柱高度差h 为多少(忽略从1到2处的压头损失)?

解 ./105=u m s

.,.d m d m ==1202 01

.()/2

212120522??

==?= ???

d u u m s d

221

12222

ρρ+=+p u p u ..222212

21205187522

ρ

---===p p u u

..121875187510001875ρ?=-==?=p p p Pa

..187501911911000981

ρ?=

===?p h m mm g

另一计算法

22

1122

22ρρ+=+p u p u g g g g

...2

222

1221205019122981

ρ---====?p p u u h m g g

计算液柱高度时,用后一方法简便。

【1-16】在习题1-16附图所示的水平管路中,水的流量为./25L s 。已知管内径15=d cm , .225=d cm ,液柱高度11=h m 。若忽略压头损失,试计算收缩截面2处的静压头。

解 水的体积流量 ././33252510 -==?V q L s m s ,

习题1-15附图

习题1-16附图

截面1处的流速 ../.3

122

1

25101274005

4

4

π

π

-?=

=

=?V

q u m s d

截面2处的流速 .../.2

2

1212005127451

0025????

==?= ? ?????

d u u m s d 在截面1与2之间列伯努利方程,忽略能量损失。

22

1122

22ρρ+=+

p u p u g g g g

..11100511002522

ρ=+=+=+p d h g ()

() (2)

2

2127451100252981

2981

++

=+

??h

截面2处的静压头 .20218=-h m 水柱 负值表示该处表压为负值,处于真空状态。

【1-17】如习题1-17附图所示的常温下操作的水槽,下面的出水管直径为.5735mm mm φ?。当出水阀全关闭时,压力表读数为30.4kPa 。而阀门开启后,压力表读数降至20.3kPa 。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m 水柱,试求水的流量为多少/3m h ?

解 出水阀全关闭时,压力表读数30. 4kPa (表压)能反映出水槽的水面距出水管的高度h

...p h m g ρ?===?3

3304103110981

阀门开启后,压力表读数 .2203=p kPa (表压)

从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速2u

2

22

1++2ρ=∑f p u Z H g g

.,.13105水柱==∑=f Z h m H m

(23)

232031031052981

10981?=++??u

./.2323005==u m s d m

水的流量

..././22333200532363410228 4

4

V q d u m s m h π

π

-=

=

??=?=

【1-18】若用压力表测得输送水、油(密度为/3880kg m )、98%硫酸(密度为/31830kg m )的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa 。试问三者的压头损失的数值是否相等?各为多少米液柱?

习题1-17附图

解 从伯努利方程得知,等直径水平管的压头损失f H 与压力降?p 的关系为ρ?=

f p H g

。 ..f p H m g ρ??==?3

水水4910=499 水柱1000981

..f p H m g ρ??==?3

油油4910=568 油柱880981

..f p

H m g ρ??==?3

硫酸硫酸4910=273 硫酸柱1830981

【1-19】如习题1-19附图所示,有一高位槽输水系统,管径为.mm mm φ?5735。已知水在管路中流动的机械能损失为2

452

∑=?f u h (u 为管内流速)。试求水的流量为多少/3m h 。欲

使水的流量增加20%,应将高位槽水面升高多少米?

解 管径.005=d m , 机械能损失2

452

∑=?f u h

(1) 以流出口截面处水平线为基准面,

,,,1212500?

Z m Z u u ==== 22

22

14522

=+?u u Z g

./u m s 2146 水的流量 ().../.V q d u m s m h

π

π

-=

=

??=?=2

2

3

3

3200514628710103 /4

4

(2) ()'..10212=+=V V V q q q '..../221212146175 ==?=u u m s '(')2

1223=Z g u (.)'..Z m ?==2

123175781 981

高位槽应升高 ..m -=7185218

【1-20】 如习题1-20附图所示,用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为.mm mm φ?3225,管的下端位于水面以下2m ,

并装有底阀与拦污网,该处的局部压头损失为2

82u g

?。若截面'

22-处的真空度为39.2kPa ,由'11-截面至'-22截面的压头损失为

2122?u g

。试求:(1)吸入管中水的流量,/3m h ;(2)吸入口'11-截面的表压。

解 管内径...00320002520027=-?=d mm ,水密度/31000ρ=kg m 截面'-22处的表压.2392=-p kPa ,水槽表面10=p (表压)

习题1-19附图

习题1-20附图

(1) 从'''---00至22, 00为基准面,

,,,?1202030====Z Z m u u

压头损失 222

222118+=822222?

?∑=??+ ???f u u u H g g g

22

0022

1222ρρ++=+++∑f p u p u Z Z H g g g g

(22)

3223921010381000981298122981

-??

?=++++ ?

?????u u ./2143=u m s

水的流量 ()..223

236000.0271433600295

/44

π

π

=

?=??

?=V q d u m h (2) 从'',,1211至2205--==Z Z

.......()

p p u Z g g g

p p Pa kPa ρρ=++-?=++?

???=?=2

122

232

1311223921011435100098110009812298110410104表压 流体的黏度

【1-21】当温度为20℃及60℃时,从附录查得水与空气的黏度各为多少?说明黏度与温度的关系。

解 20℃ 60℃ 水 .3100510-??Pa s .3046910-??Pa s

空气 .618110 -??Pa s .620110-??Pa s

水温度升高,黏度减小;空气温度升高,黏度增大。

雷诺数与流体流动类型

【1-22】 25℃的水在内径为50mm 的直管中流动,流速为2m/s 。试求雷诺数,并判断其流动类型。

解 25℃,水的黏度.30893710μ-=??Pa s ,密度/3997ρ=kg m ,管内径.005=d m ,流速

/2=u m s

.Re ..53

0052997

112104000 为湍流0893710

du ρ

μ

-??=

=

=?>? 【1-23】 (1)温度为20℃、流量为/4L s 的水,在.mm mm φ?5735的直管中流动,试判断流动类型;(2)在相同的条件下,水改为运动黏度为./244cm s 的油,试判断流动类型。

解 (1) .,/.,./V d m q m s Pa s kg m μρ--==?=??=3333005 410,1005109982

流速 ./(.)

V

q u m s d

π

π

-?=

=

=?3

2

2

4102038 0054

4

雷诺数 ...Re ..53

00520389982

101104000为湍流100510

ρ

μ

-??=

=

=?>?du (2) ././v cm s m s -==?242444410 雷诺数 ..Re .4

00520382322000为层流4410-?=

==

解 (1) 水,20℃,./.,.339982,1005100207ρμ-==??=kg m Pa s d m ..Re ./.3

02079982

4000 001945100510du u u m s ρ

μ

-??=

=

=?

体量流量 ()../2

2430207001945 6.54104

4

V q d u m s π

π

-=

=

??=?

(2) ././24201401410υ-==?cm s m s

Re du

υ

=

..4

0207

200001410-=

?u ./0135=u m s

管内流体流动的摩擦阻力损失

【1-25】如习题1-25附图所示,用U 形管液柱压差计测量等直径管路从截面A 到截面B 的摩擦损失∑f h 。若流体密度为ρ,指示液密度为0ρ,压差计读数为R 。试推导出用读数R 计算摩擦损失∑f h 的计算式。

解 从截面A 到截面B 列伯努利方程,截面A 为基准面,则得

() A

B

f A B f

p p Hg h p p p Hpg h ρρ

ρ

=+

+∑?=-=+∑ 1

液柱压差计1-1为等压面

() A B p R g p H g R g

ρρρ+=++0 2

()0ρρρ?=-=-+A B p p p R g H g

由式()()1与式2得 ()0ρρρ

-∑=

f R g

h

此式即为用U 形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。

【1-26】如习题1-26附图所示,有.5735mm mm φ?的水平管与垂直管,其中有温度为20℃的水流动,流速为/3m s 。在截面A 与截面B

处各安装一个弹簧压力表,两截面的距离为

习题1-25附图

6m ,管壁的相对粗糙度/.d ε=0004。试问这两个直管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同?如果不同,试说明其原因。

如果用液柱压差计测量压力差,则两个直管的液柱压力计的读数R 是否相同?指示液为汞,其密度为/313600kg m 。

解 已知管内径.005=d m ,水的温度t=20℃

密度./39982ρ=kg m ,黏度.3

100410μ-=??Pa s ,

流速/3=u m s

雷诺数..Re ..53

00539982

14910100410

ρ

μ

-??=

=

=??du 湍流 管壁相对粗糙度

.0004ε

=d

查得摩擦系数 .00293λ=

这两个直管的摩擦阻力损失相同,为

./.f l u h J kg d λ==??=22

630.0293158 20052

(1) 弹簧压力表读数之差值 ①水平管

在A 、B 两截面列伯努利方程

A

A

B B A B f p u p u gZ gZ h ρρ++=+++22

22

因,==A B A B Z Z u u ,故得

...9982158157701577ρ-==?==A B f p p h Pa kPa

②垂直管

在A 、B 两截面间列伯努利方程,以截面A 为基准面,

,,A B A B Z Z L m u u ====06

A

B

B f p p gZ h ρ

ρ

+

+=

.....998298169982158745307453 A B B f p p gZ h Pa kPa ρρ-=+=??+?==

上述计算结果表明,垂直管的-A B p p 大于水平管的-A B p p 。这是因为流体在垂直管中从下向上流动时,位能增大而静压能减小。

(2)U 形管液柱压差计的读数R

①水平管与前面相同,由伯努利方程得 () A B f

p p h a ρ-=

习题1-26附图

另从U 形管压差计等压面处力的平衡,求得

汞ρρ+=+A B p R g p R g

()()

A B p p R b g ρρ-=-汞

由式()a 与式()b ,求得

....().(.)

f h R m mm

g ρρρ?=

===-?-汞9982158

01276 汞柱1276 汞柱981136009982

②垂直管与前面相同,由伯努利方程得

()

A B f

p p gL h c ρρ-=+ 另从U 形管压差计等压面处力的平衡,求得

汞ρρρ+=++A B p R g p L g R g

()

()

A B p p L g R d g ρρρ--=

-汞

由式()()与式c d ,求得

()

汞ρρρ=-f

h R g

从上述推导可知,垂直管与水平管的液柱压差计的读数R 相同。有了读数R 值,就可以分别用式()() 及式b d 求得水平管及垂直管的()-A B p p 。

【1-27】有一输送水的等直径(内径为d )垂直管路,在相距H 高度的两截面间安装一U 形管液柱压差计。当管内水的流速为u 时,测得压差计中水银指示液读数为R 。当流速由

u 增大到'u 时,试求压差计中水银指示液读数'R 是R 的多少倍。设管内水的流动处于粗糙

管完全湍流区。

解 从习题2-25与习题2-28可知,U 形管液柱压差计的读数R 与两截面间流体流动的摩擦损失f h 成正比,即f R h ∝。

又知道,在粗糙管完全湍流区为阻力平方区,即摩擦损失f h 与流体流速u 的平方成正比,f h u ∝2。

由上述分析可知 R u ∝2 因此 ''''2

2

2

2=

=R u u R R R u u

【1-28】水的温度为10℃,流量为330/L h ,在直径.mm mm φ?5735、长为100m 的直管

中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失;(2)若流量增加到990/L h ,试计算其摩擦损失。

解 水在10℃时的密度.39997/ρ=kg m ,黏度.,.,Pa s d m l m

μ-=??==3

130610 005 100,光滑管。

(1) 体积流量 /.V q L h m h ==3330033/ 流速 ../.V

q u m s d

π

π

=

==?

?

?2

2

03300467 36003600005

4

4

雷诺数 . Re .3

0.050.04679997

1787层流130610ρ

μ

-??=

=

=?du

摩擦系数 Re 6464

0.03581787

λ=

== 摩擦损失 (.)/.f l u h J kg d λ==??22

100004670.0358=0.0781 20052

(2) 体积流量 /.3990099 /==V q L h m h

因流量是原来的3倍,故流速../u m s =?=004673014 雷诺数Re 178735360=?=湍流

对于光滑管,摩擦系数λ用Blasius 方程式计算

.....Re ()025025

031640316400375360λ=

== 也可以从摩擦系数λ与雷诺数Re 的关联图上光滑管曲线上查得,.0037λ=。

摩擦损失 (.)

/.22100014=0.037=0.725 20052

f l u h J k

g d λ=??

【1-29】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径:(1)如习题1-29附图(a)所示,套管式换热器外管为mm mm φ?2199,内管为mm mm φ?1144;(2)如习题1-29附图(b)所示,列管式换热器外壳内径为500mm ,列管为mm mm φ?252的管子174根。

习题1-29附图

解 (1)套管式换热器,内管外径.10114=d m ,外管内径.20201=d m 当量直径 ...21020101140087=-=-=e d d d m

(2) 列管式换热器,外壳内径.205=d m ,换热管外径.10025=d m ,根数174=n 根

当量直径 ()

(.)(.)

.()..2222

21210517400254400291051740025

π

π--?=?==++?e d nd d m d nd

习题1-31附图 习题1-32附图

【1-30】常压下35℃的空气,以12m/s 的流速流经120m 长的水平管。管路截面为长方形,高300mm ,宽200mm ,试求空气流动的摩擦损失,设

0.0005ε=e

d 。

解 空气,./.3635℃,1147,188510 ρμ-===??t kg m Pa s ,流速/12=u m s 。管路截面的高..a m b m ==03,宽 02。

当量直径 (220302)

0240302

??===++e ab d m a b 雷诺数 ..Re ..5

6

024121147

17510湍流188510

ρ

μ

-??=

=

=??e d u

.,,00005 查得=0.0192 120e

l m d ελ==

摩擦损失 ./.22120120019269120242

f e l u h J k

g d λ==??=

【1-31】把内径为20mm 、长度为2m 的塑料管(光滑管),弯成倒U 形,作为虹吸管使用。如习题1-31附图所示,当管内充满液体,一端插入液槽中,另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为/31000kg m ,黏度为1?mPa s 。为保持稳态流动,使槽内液面恒定。要想使输液量为./m h 317,虹吸管出口端距槽内液面的距离h 需要多少米?

解 已知,,/330.02210,=1d m l m kg m mPa s ρμ===?,体积流量./317=V q m h 流速 ././.2

2

173600

1504002

4

4

V

q u m s d π

π

=

=

=?

从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式,以虹吸管出口截面为基准面

22

22u l u h g d g

λξ??=++ ???∑

..Re .4

3

00215041000

30110湍流110

ρ

μ

-??=

=

=??du

光滑管,查得.00235λ=,管入口突然缩小.ξ=05 U 形管(回弯头).15ξ=

(2)

21504

100235051506170022981h m ??=+?++= ????

【1-32】如习题1-32附图所示,有黏度为.17?mPa s 、密度为/3765kg m 的液体,从高位槽经直径为mm mm φ?1144的钢管流入表压为0.16MPa 的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为m/1s ,钢管的相对粗糙度/0.002ε=d ,管路上的阀门当量长度50=e l d 。两液槽的液面保持不变,试求两槽液面的垂直距离H 。

解 在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H ,以低位槽液面为基准面。

,.p p Pa u u ==?==61212(0表压)01610,两槽流速 0, ,,/,.120管内流速1管径0106====Z H Z u m s d m

液体密度/.33765,黏度1710ρμ-==??kg m Pa s 雷诺数.Re ..4

3

0106176547710湍流1710

ρ

μ

-??=

=

=??du

/..0002,查得00267ελ==d 管长30160190=+=l m ,阀门50=e

l d

,高位槽的管入口0.

5ξ=,低位槽管出口=1ξ,90°弯头.075ξ=

2

22λξρ+??=++ ?

??∑e l l p u

H g d g

(62016101901002675005107523976598101062981)

?????=+?++++?= ?????????m

【1-33】如习题1-33附图所示,用离心泵从河边的吸水站将20℃的河水送至水塔。水塔进水口到河水水面的垂直高度为34.5m 。管路为1144mm mm φ?的钢管,管长1800m ,包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为/m h 330,试求水从泵获得的外加机械能为多少?钢管的相对粗糙度

.0002ε

=d

解 水在20℃时./39982ρ=kg m ,.3100410Pa s μ-=?? .,0106 1800e d m l l m =+=

流量 /330=V q m h 流速 / ./(.)22

303600

09448010644V

q u m s d ππ=

==? ...Re ..43

0106094489982

99610100410

ρ

μ

-??=

=

=??du 湍流 查得.00252λ=

摩擦阻力损失 ../.22

18000944800252191201062

e f l l u h J kg d λ+==??=∑

以河水水面为基准面,从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。

习题1-33附图

外加机械能 .../22

209448345981191530 22

f u W Z

g

h J kg =++∑=?++=

【1-34】如习题1-34附图所示,在水塔的输水管设计过程中,若输水管长度由最初方案缩短25%,水塔高度不变,试求水的流量将如何变化?变化了百分之几?水在管中的流动在阻力平方区,且输水管较长,可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。

解 在水塔高度H 不变的条件下,输水管长度缩短,输水管中的水流量应增大。 从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程,求得

2

2λ=∑=?f l u H H d g

因水塔高度H 不变,故管路的压头损失不变。 管长缩短后的长度'l 与原来长度l 的关系为 '0.75=l l 在流体阻力平方区,摩擦系数恒定不变,有

'''(')'.(')22

222207522λλλλλλ=∑=∑==f f H H l u l u d g d g l u l u d g d g

故流速的比值为

'.1155=u u 流量的比值为

'.1155=V

V

q q 流量增加了15.5% 管路计算

【1-35】用1689m m m m φ?的钢管输送流量为/60000kg h 的原油,管长为100km ,油管最大承受压力为.MPa 157。已知50℃时油的密度为/3890kg m ,黏度为181?mPa s 。假设输油管水平铺设,其局部摩擦阻力损失忽略不计,试问为完成输油任务,中途需设置几个加压站?

解 .,,/m d m l k m q k g h

==

=

015 100 60000 /,/./33890181600003600

=001873 890

ρμ==?=

V kg m mPa s

q m s

../.2

2

001873

106015

4

4

V

q u m s d

π

π

=

=

=?

..Re 3

015106890

782层流18110ρ

μ

-??=

=

=?du

.Re 646400818782

λ=

== 因为是等直径的水平管路,其流体的压力降为

习题1-34附图

....f l u p h Pa MPa d ρρλ??=∑=????=232

710010106=8900.0818=27310273 20152

油管最大承受压力为.MPa 157 加压站数 (273)

174

157

=

=n 需设置2级加压,每级管长为50km ,每级的./.27321365?==p MPa ,低于油管最大承受压力。

【1-36】如习题1-36附图所示,温度为20℃的水,从水塔用mm mm φ?1084钢管,输送到车间的低位槽中,低位槽与水塔的液面差为12m ,管路长度为150m (包括管件的当量长度)。试求管路的输水量为多少3m /h ,钢管的相对粗糙度./0002ε=d 。

解 水,./.3320℃,9982,=100410ρμ-==??t kg m Pa s 由伯努利方程,得管路的摩擦阻力损失为

./12981118 ∑==?=f h Hg J kg

管内水的流速u 未知,摩擦系数λ不能求出。本题属于已知.l m d m ==150、01、/./f d h J kg ε=∑=0002、 118,求与V u q 的问题。

/.37d u ε? =- ?

..000237?=- ?

./255 m s = 验算流动类型 ...Re ..5

3

012559982

25410湍流100410

du ρ

μ

-??==

=??

体积流量 () (2)

233600012553600721/4

4

V q d u m h π

π

=

?=

???=

习题1-36附图 习题1-37附图

【1-37】如习题1-37附图所示,温度为20℃的水,从高位槽A 输送到低位槽B ,两水槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动,阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa 与30kPa 。当管路上的阀门在一定的开度下,水的流量为./m h 317,试计算所需的管径。输水管的长度及管件的当量长度共为42m ,管子为光滑管。

本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算,但不方便。最好是用光滑管的摩擦系数计算式..Re 02503164λ=(适用于.Re 35

251010?<<)与22f

l u h d λ∑=及2

4π=V q u d ,推导一个与及∑f V h q d 之间的计算式。

解 水在./.3320℃时9982,100410ρμ-==??kg m Pa s 水的流量.317/m h ,管长及管件当量长度42=l m

阀门关闭时,压力表可测得水槽离压力表测压点的距离与A B H H 。

(3)

3

8010817998298130103069982981

ρρ?===??===?A A B B p H m

g p H m

g

两水槽液面的距离...817306511=-=-=A B H H H m

以低位槽的液面为基准面,从高位槽A 的液面到低位槽B 之间列伯努利方程,得管路的摩擦损失∑f h 与H 的关系式为

.../511981501 ∑==?=f h Hg J kg

对于水力光滑管,∑f h 与V q 及d 之间的计算式为

(025)

175

475

0241μρ??

= ?

??

∑V f q h l d (025)

175

475

0241μρ??

= ?

??

∑V f

q d

l h 代入已知数

....(./)..025

3175

475

1004101736000.241429982501

-??

?=?? ?

??

d

求得管内径为 .00205=d m 验证Re 范围

..Re ...V q du d ρρμπμ-??

====???317

49982436002900031410041000205

湍流 符合λ计算式中规定的Re 范围

【1-38】 如习题1-38附图所示,水槽中的水由管C 与D 放出,两根管的出水口位于同一水平面,阀门全开。各段管内径及管长(包括管件的当量长度)分别为

习题1-38附图

AB BC BD

d 502525mm mm mm 20711e

l l m m

m +

试求阀门全开时,管C 与管D 的流量之比值,摩擦系数均取0.03。

解 从水槽的水面至出水口之间列伯努利方程,以出水口的水平面为基准面,得

2222=+∑+∑=+∑+∑C D

fAB fBC fAB fBD u u H H H H H g g

(a )

BC 管的压头损失

()e BC C

fBC

BC l l u H

d g λ

+=∑22 (b ) BD 管的压头损失 ()22e BD D

fBD

BD l l u H d g

λ

+∑= (c ) 将式()()()与式代入式b c a ,得

()()e BC e BD C D BC BD l l l l u u d d λλ????+++=+????????

22

11

.C D

u u ==

=123 因=BC BC d d ,故流量之比值

.

= 123=VC C VD D

q u q u 【1-39】有一并联管路,输送20℃的水。若总管中水的流量为/m h 39000,两根并联管的管径与管长分别为,;,11225001400700800====d mm l m d mm l m 。试求两根并联管中的流量各为若干?管壁绝对粗糙度为.03mm 。

解 用试差法求解,设各支管的流体流动处于完全湍流粗糙管的阻力平方区。 两根支管的相对粗糙度分别为

...,.1

20303

000060000429500700

εε=

===d d 从教材的图1-28查得.,.120017700162λλ== 总流量/39000=V q m h 支管1的流量

1=

=

V q

././..m h m s ?=

==+33900000355

2137059003550114

支管2的流量

(完整版)化工原理流体流动题库..

第一章《流体力学》练习题 一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 A 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 A 3.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 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 D 4.气体是()的流体。 A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 B 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。

C 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 A 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 D 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。

A 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 A 10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 D 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若

为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。 A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 B 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 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。 A

化工原理流体流动

化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 、填空题 一个生产工艺是由若干个 各单元操作的操作原理及设备计算都是以 四个概念为依据的。 常见的单位制有 一个过程在一定条件下能否进行,以及进行到什么程度,只有通过 断。 单位时间过程的变化率称为 问答题 7. 什么是单元操作?主要包括哪些基本操作? 8. 提高过程速率的途径是什么? 第一章流体流动 填空题 流体垂直作用于单位面积上的力,称为 两种。 当管中流体形成稳定流动时,管中必定充满流体,即流体必定是 因。另外,管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力 流体在管道中的流动状态可分为 点运动方式上的区别是 判断液体处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是 流体若由低压头处流向高压头处时,所加入外加功的作用是 在测量流体的流量时,随流量的增加孔板流量计两侧的压差将 ________ ,若改用转 子流量计,随流量增加转子两侧压差值 ___________________ 。 选择题 构成的。 由于在计量各个物理量时采用了不同的 ,因而产生了不同的单位制。 来判 单位体积流体的质量称为 ,它与 互为倒数。 单位时间流经管道任一截面的流体量称为 ,其表示方法有 的。 产生流体阻力的根本原因是 ;而 是产生流体阻力的第二位原 .两种类型,二者在部质 10 . 液体的密度随温度的升高而

11 表压值是从压强表上读得的,它表示的是 D 大气压强 13 - 气体在等截面的管道中流动时,如质量流量不变则其质量流速 14 - 粘度愈大的流体其流动阻力 15 - 柏努利方程式既可说明流体流动时的基本规律也能说明流体静止时的基本规律, 响却越来越明显。 18 - 当液体部任一点的压强有变化时,将使液体部其它各点的压强 二' 判断题 19 - 气体的粘度随压力的升高而增大。 () 20 - 层流层的厚度随流体湍动程度的增加而增加。 21 -流体在管路中作稳定流动时,任一截面处流体的流速、密度与截面积的乘积均相等。 22 ■当液体部某点压强一定时,则液体的密度越大,此点距液面的高度也越大。 23 -流体阻力的主要表现之一是静压强下降。 24 ■ 真空度为定值时,大气压强越大,则绝对压强越大。 A 增大 B 减小 C 不变 不一定 A 比大气压强高出的部分 B 设备的真实压力 比大气压强低的部分 12 ■ 流体的流动类型可以用 的大小来判定。 A 流速 B 雷诺准数 C 流量 摩擦系数 A 随温度大小变化 B 随压力大小变化 C 不变 D 随流速大小变化 A 愈大 B 愈小 C 二者无关系 D 不会变化 表明静止流体任一点流体的 是常数。 A 总能量 B 静压能与动压能的和 C 压强 静压 台匕 冃匕 16 -流体的流动状态是由多方面因素决定的, 增大,都使流体向 向移动, 增大,使流体向 方向移动。 A 湍流 B 滞流 C 过渡流 D 稳流 17 ■ 湍流流动的流体随 Re 值的增大,摩擦系数与 关系不大,而 的影 A 雷诺准数 B 粘度 C 管壁粗糙度 D 流体阻力 A 发生变化 B 发生同样大小的变化 C 不变化 D 发生不同情况的变

化工原理选择题题库—流体流动解析

流体流动 【当前章节】流体流动内部结构【当前难度】1 1、如下各物理量中,与压强有关的有几个(B )①压强不太高时气体的黏度; ②压强不太高时气体的运动黏度③压强不太高时气体的流速;④压强不太 高时气体的质量流速 A.1 B.2 C.3 D.4 2、流体在管内流动时,如下有几项会使层流内层增厚?(B )* ①流体黏度变小;②流体流速减小;③如为液体,升高其温度;④如为气体,升高其温度 A.1 B.2 C.3 D.4 3、如下关于定态流动和非定态流动的说法,正确的是(B ) A.定态流动时,流体内各处的流动参数()均相同 B.定态流动时,流体内各处的流动参数()均不随时间而变化 C.非定态流动时,流体内各处的流动参数都不相同 D.非定态流动时,流体流量随时间的推移而减小 4、管内流体流动时,如下哪一项不利于形成湍流(B ) A.增大管径 B.减小流体密度 C.增加流体流量 D.减小流体粘度 5、 针对圆管内的流体流动,关于层流与湍流的区别,如下表述中正确的是 (C )* A.剪应力沿径向分布的数学规律不同 B.湍流时不存在由于分子热运动而造成的动量传递,而层流时存在 C.同种流体在同样的速度梯度下,湍流剪应力大于层流 D.湍流时流体所有的质点都在脉动,而层流时流体所有质点都不脉动 6、某黏度为50mPa.s的流体在内径为60mm的圆管内做定态流动,管截面上的速度分布服从u=20y-200y*y。式中y为管截面上某一点至管壁的距离,m;u为

该点处流速,m/s。则管内最大剪应力为(A)* A.1.0Pa B.0.4Pa C.0.021 D.条件不足,无法计算 7、某流体在内径为60mm的圆管内做定态流动,管截面上的速度分布服从u=20y-200y*y。式中y为管截面上某一点至管壁的距离,m;u为该点处流速,m/s。则管内最大速度为(C) A.0.5m/s B.0.48m/s C.0.42m/s D.1.0m/s 8、当圆管内流动充分发展时,其边界层的厚度(B ) A.等于管子的内直径 B.等于管子的内半径 C.大于管子的内半径 D.大于管子的内直径 9、 在研究流体流动问题时,最小的考察对象通常是( A) A.流体的质点 B.流体的分子 C.液滴或气泡 D.流体层 10、流体的连续介质假定是指(D ) A.流体分子之间没有间隙 B.液流之中没有气泡,气流之中没有液滴 C.流体层之间没有间隙 D.流体质点之间没有间隙 11、理想气体状态方程中的压强是指气体的(B ) A.表压强 B.绝对压强 C.真空度 D.以上压强都可用于气体状态方程 12、以下哪项为基准的压强称为真空度(A ) A.当地大气压 B.标准大气压 C.绝对0压强 D.其他三个都不是

化工原理实验

《化工原理实验》 讲稿 二0一四年二月

1.雷诺实验 一、实验目的 1.观察层流、湍流的流态及其转化特征; 2.测定临街雷诺准数,掌握圆管流动形态的判别准则; 3.观察紊流(或湍流)产生过程,理解紊流产生机理。 二、实验原理 1. 液体在运动时,存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时,惯性力较小,粘滞力对质点起控制作用,使各流层的液体质点互不混杂,液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大,质点惯性力也逐渐增大,粘滞力对质点的控制逐渐减弱,当流速达到一定程度时,各流层的液体形成涡体并能脱离原流层,液流质点即互相混杂,液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态,反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。 2.当初始状态流速较大时,从紊流到层流的过渡流速为下临界流速,对应的雷诺准数为下临界雷诺数,反之为上临界流速和上临界雷诺数。 μ ρu d = Re (1) 式中 d ——导管直径,m ; ρ——流体密度,kg ·m 3-; μ——流体粘度,Pa ·s ; u ——流体流速,m ·s 1-; 大量实验测得:当雷诺准数小于某一下临界值时,流体流动型态恒为层流;当雷诺数大于某一上临界值时,流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间,则为不稳定的过渡区域。对于圆形导管,下临界雷诺数为2000,上临界雷诺数为10000。一般情况下,上临界雷诺数为4000时,即可形成湍流。 应当指出,层流与湍流之间并非是突然的转变,而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域,因此,临界雷诺数测定值和流型的转变,在一定程度上受一些不稳定的其他因素的影响。 三、实验装置 (雷诺实验仪CEA —F01型) 雷诺试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成,如图1所示。自来水不断注入并稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计,最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水,也直接排入下水道。

化工原理习题第一部分流体流动答案

化工原理习题:第一部分 流体流动 一、填空 1.流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的 2 倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的 1/4 倍。 2.离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线,这些曲线表示在一定 转速 下,输送某种特定的液体时泵的性能。 3.处于同一水平面的液体,维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时,如要测取管截面上的流速分布,应选用 皮托 流量计测量。 4.牛顿粘性定律的表达式τ=μ,其应用条件是 牛顿型流体层(滞)流流体。 5.如果流体为理想流体且无外加功的情况下,写出: 单位质量流体的机械能衡算式为????常数=++=g p g u z E ρ22 ??????????????; 单位重量流体的机械能衡算式为????? 常数=++=p u gz E 22 ρρ????????????; 单位体积流体的机械能衡算式为?????? 常数=++=g p g u z E ρ22???????????; 6.有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+(u 12ρ/2)+p 1+W s ρ= z 2ρg+(u 22ρ/2)+p 2 +ρ∑h f ,各项单位为 Pa (N/m 2) 。 7.气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 8.流体在变径管中作稳定流动,在管径缩小的地方其静压能 减小 。 9.并联管路中各管段压强降 相等 ;管子长、直径小的管段通过的流量 小 。 10 在离心泵工作时,用于将动能转变为压能的部件是____泵壳__________。 11.测流体流量时,随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值将 不变 。 12. 离心泵的轴封装置主要有两种: 填料密封 和 机械密封 。 13.若被输送的流体粘度增高,则离心泵的压头 降低,流量减小,效率降低,轴

流体流动阻力的测定化工原理实验报告

北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称: 化工原理实验 实验日期: 2008.10.29 班 级: 化工0602 姓 名:许兵兵 学 号: 200611048 同 组 人 :汤全鑫 阮大江 阳笑天 流体流动阻力的测定 摘要 ● 测定层流状态下直管段的摩擦阻力系数(光滑管、粗糙管和层流管)。 ● 测定湍流状态不同(ε/d)条件下直管段的摩擦阻力系数(突然扩大管)。 ● 测定湍流状态下管道局部的阻力系数的局部阻力损失。 ● 本次实验数据的处理与图形的拟合利用Matlab 完成。 关键词 流体流动阻力 雷诺数 阻力系数 实验数据 Matlab 一、实验目的 1、掌握直管摩擦阻力系数的测量的一般方法; 2、测定直管的摩擦阻力系数λ以及突扩管的局部阻力系数ζ; 3、测定层流管的摩擦阻力 4、验证湍流区内λ、Re 和相对粗糙度的函数关系 5、将所得光滑管的Re -λ方程与Blasius 方程相比较。 二、实验原理 不可压缩流体(如水),在圆形直管中作稳定流动时,由于粘性和涡流的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大和弯头等管件时,由于流体运动的速度和方向突然发生变化,产生局部阻力。影响流体流动阻力的因素较多,在工程研究中,利用因次分析法简化实验,引入无因此数群 雷 诺 数: μρ du = Re 相对粗糙度: d ε 管路长径比: d l 可导出: 2)(Re,2u d d l p ??=?εφρ 这样,可通过实验方法直接测定直管摩擦阻力系数与压头损失之间的关系: 22u d l p H f ? ?=?=λρ

因此,通过改变流体的流速可测定出不同Re 下的摩擦阻力系数,即可得出一定相对粗糙度的管子的λ—Re 关系。 在湍流区内,λ = f(Re ,ε/ d ),对于光滑管大量实验证明,当Re 在3×103至105的范围内,λ与Re 的关系遵循Blasius 关系式,即: 25 .0Re 3163.0=λ 对于层流时的摩擦阻力系数,由哈根—泊谡叶公式和范宁公式,对比可得: Re 64=λ 局部阻力: f H =2 2 u ?ξ [J/kg] 三、装置和流程 四、操作步骤 1、启动水泵,打开光滑管路的开关阀及压降的切换阀,关闭其它管路的开关阀和切换阀; 2、排尽体系空气,使流体在管中连续流动。检验空气是否排尽的方法是看当流量为零时候U 形压差计的两液面是否水平; 3、调节倒U 型压差计阀门1、2、3、 4、5的开关,使引压管线内流体连续、液柱等高; 4、打开流量调节阀,由大到小改变10次流量(Re min >4000),记录光滑管压降、孔板压降数据; 5、完成10组数据测量后,验证其中两组数据,确保无误后,关闭该组阀门; 6、测量粗糙管(10组)、突然扩大管(6组)数据时,方法及操作同上; 7、测量层流管压降时,首先连通阀门6、7、8、9、10所在任意一条回流管线,其次打开进入高位水灌的上水阀门11,关闭出口流量调节阀16; 8、当高位水灌有溢流时,打开层流管的压降切换阀,对引压管线进行排气操作; 9、打开倒U 型压差计阀门5,使液柱上升到n 型压差计示数为0的位置附近,然后关闭该阀门,检 图1 流体阻力实验装置流程图 1. 水箱 2.离心泵 3.孔板流量计 4.管路切换阀 5.测量管路 6.稳流罐 7.流量调节阀

化工原理 流体流动

化工原理绪论、流体流动、流体输送机械 一、填空题 1.一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2.各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3.常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4.由于在计量各个物理量时采用了不同的__________,因而产生了不同的单位制。 5.一个过程在一定条件下能否进行,以及进行到什么程度,只有通过__________来判断。 6.单位时间内过程的变化率称为___________。 二问答题 7.什么是单元操作?主要包括哪些基本操作? 8.提高过程速率的途径是什么? 9.第一章流体流动 一填空题 1.单位体积流体的质量称为________,它与________互为倒数。 2.流体垂直作用于单位面积上的力,称为____________。 3.单位时间内流经管道任一截面的流体量称为________,其表示方法有________和________两种。 4.当管中流体形成稳定流动时,管中必定充满流体,即流体必定是_________的。 5.产生流体阻力的根本原因是________;而___________是产生流体阻力的第二位原因。另外,管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_______________。 6.流体在管道中的流动状态可分为______ 和__________两种类型,二者在内部质点运动方式上的区别是_____________________________________。 7.判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_________、___________、________________。 8.流体若由低压头处流向高压头处时,所加入外加功的作用是______________________________。 9.在测量流体的流量时,随流量的增加孔板流量计两侧的压差将_______,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值________。 一、选择题 10.液体的密度随温度的升高而_________。

化工原理实验答案

实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向,对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m,不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动,由 于蒸汽的温度不变,故△t m不变,而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响, 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中,若存在不冷凝气体,对传热有何影响、应采取什么 措施? 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻,降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口,以排除不冷凝气体。 3.实验过程中,冷凝水不及时排走,会产生什么影响?如何及时排走冷 凝水? 冷凝水不及时排走,附着在管外壁上,增加了一项热阻,降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口,及时排走冷凝水。 4.实验中,所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度?为什么?传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数,而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度,所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验,对α关联式有何影响? 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4,当蒸汽压强增加时,r 和△t 均增加,其它参数不变,故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大,所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。

实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象,判断属于何种流化? 2.实际流化时,p为什么会波动? 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合,为什么? 4流体分布板的作用是什么? 实验六精馏 1.精馏塔操作中,塔釜压力为什么是一个重要操作参数,塔釜压力与哪些因素有关? 答(1)因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起,因而塔板压力降与气体流量(即塔内蒸汽量)有很大关系。气体流量过大时,会造成过量液沫夹带以致产生液泛,这时塔板压力降会急剧加大,塔釜压力随之升高,因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。(2)塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2.板式塔气液两相的流动特点是什么? 答:液相为连续相,气相为分散相。 3.操作中增加回流比的方法是什么,能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答:(1)减少成品酒精的采出量或增大进料量,以增大回流比;(2)加大蒸气量,增加塔顶冷凝水量,以提高凝液量,增大回流比。 5.本实验中进料状态为冷态进料,当进料量太大时,为什么会出现精馏段干板,甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象,应如何调节?

化工原理第1章流体流动习题与答案

一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是()。 D 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 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。4.气体是()的流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体,单位面积上所受的压力称为流体的()。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。

10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的 最大流速的关系为()。 B A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A 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。 13.层流底层越薄( )。 C 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。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大; B. 中等; C. 小; D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差; B. 变截面、变压差; C. 恒流速、恒压差; D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是:( )。 D 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. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17.圆直管流动流体,湍流时雷诺准数是()。 B A. Re ≤ 2000; B. Re ≥ 4000; C. Re = 2000~4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ,当地大气压为101kPa, 则泵入

化工原理流体习题

1. 当地大气压为750mmHg,测得一容器内的绝对压力为360mmHg,则真空度为_________mH2O。测得另一容器内的表压强为980mmHg,则其绝对压强为________KPa。; 2.液体在圆形管道中流动,如果只将流量增加一倍后仍为层流流动,则阻力 损失为原来的________倍;如果保持流量不变只将管径增加一倍,则阻力损失为原来的__________倍。2;1/4 3.已知某油品在圆管中稳定流动,其雷诺数为1600。测得此时管中心处的点速度为1m/s,则此管截面上的平均速度为______m/s。1/2(或s) 4. 水在内径一定的圆形管中稳定流动,若质量流量一定,当温度降低时,Re 值将________。减小 5. 如图所示,用离心泵将密封储槽中的20°C的水通过φ100×2mm的管道送往敞口高位储槽。两储槽液面高度差为16m,密封槽液面上真空表p1读数为500mmHg(真空度),泵进口处真空表p2读数为290mmHg(真空度)。泵排出管路上装有一个孔板流量计,其孔口直径为70mm,流量系数为,所接U型水银压差计读数R为170mm。已知全部管路能量损失为36J/kg,试求: (1)* 3/h)。 (2)泵的输水量(m (3)泵出口处压力表p3的指示值(KPa)。(已知真空表与压力表相距 (4)包 括全部 局部阻 力的当 量长度 在内的 管路长 度。(已 知摩擦系数为)

' (1) /h 62.84m /s 0.0174m 03.4207.0785.07.0 1000 ) 100013600(17.081.9207.04 7.0 ) (233220==???=-???? ?? =-=πρρρgR A C V O O s ¥ (2) s m d V u /405.2096 .0785.00174 .04 2 2 =?= = π 选低槽液面1-1和高液面4-4之间列伯努利方程: kPa p kPa p H g u g p Z H g u g p Z f 66.3833.101760 29066.6633.101760500 22212 4 2421114 1=?==?=+++=+++-∑ρρ O mH H g p Z Z H f 23311446.2681 .936 81.9101066.6616)(41=+??+=+--=∑-ρ 选泵进出口为2-2和3-3截面列伯努利方程

化工原理流体流动章节习题

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1-9) U 型管压差计 (2)柏努利方程的应用(例1-14) (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,η-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,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:dy du ) e (+ν=τ 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。

化工原理实验思考题答案汇总

流体流动阻力的测定 1.在测量前为什么要将设备中的空气排尽?怎样才能迅速地排尽?为什么?如何检验管路中的空气已经被排除干净? 答:启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后,打开U 形管顶部的阀门,利用空气压强使U 形管两支管水往下降,当两支管液柱水平,证明系统中空气已被排除干净。 2.以水为介质所测得的?~Re关系能否适用于其他流体? 答:能用,因为雷诺准数是一个无因次数群,它允许d、u、、变化 3?在不同的设备上(包括不同管径),不同水温下测定的?~Re数据能否关联在同一条曲线上? 答:不能,因为Re二du p仏与管的直径有关 离心泵特性曲线的测定 1.试从所测实验数据分析,离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门?本实验中,为了得到较好的实验效果,实验流量范围下限应小到零,上限应到最大,为什么? 答:关闭阀门的原因从试验数据上分析:开阀门意味着扬程极小,这意味着电机功率极大,会烧坏电机 (2)启动离心泵之前为什么要引水灌泵?如果灌泵后依然启动不起来,你认为可能的原因是什么? 答:离心泵不灌水很难排掉泵内的空气,导致泵空转而不能排水;泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏,即使电机的三相电接反了,泵也会启动的。 (3)泵启动后,出口阀如果不开,压力表读数是否会逐渐上升?随着流量的增大,泵进、出口压力表分别有什么变化?为什么? 答:当泵不被损坏时,真空表和压力表读数会恒定不变,水泵不排水空转不受

外网特性曲线影响造成的 恒压过滤常数的测定 1.为什么过滤开始时,滤液常常有混浊,而过段时间后才变清? 答:开始过滤时,滤饼还未形成,空隙较大的滤布使较小的颗粒得以漏过,使滤液浑浊,但当形成较密的滤饼后,颗粒无法通过,滤液变清。? 2.实验数据中第一点有无偏低或偏高现象?怎样解释?如何对待第一点数据? 答:一般来说,第一组实验的第一点△ A A q会偏高。因为我们是从看到计量桶出现第一滴滤液时开始计时,在计量桶上升1cm 时停止计时,但是在有液体流出前管道里还会产生少量滤液,而试验中管道里的液体体积产生所需要的时间并没有进入计算,从而造成所得曲线第一点往往有较大偏差。 3?当操作压力增加一倍,其K值是否也增加一倍?要得到同样重量的过滤液,其过滤时间是否缩短了一半? 答:影响过滤速率的主要因素有过滤压差、过滤介质的性质、构成滤饼的 颗粒特性,滤饼的厚度。由公式K=2I A P1-s, T=qe/K可知,当过滤压强提高一倍时,K增大,T减小,qe是由介质决定,与压强无关。 传热膜系数的测定 1.将实验得到的半经验特征数关联式和公认式进行比较,分析造成偏差的原因。 答:答:壁温接近于蒸气的温度。 可推出此次实验中总的传热系数方程为 其中K是总的传热系数,a是空气的传热系数,02是水蒸气的传热系数,3是铜管的厚度,入是铜的导热系数,R1、R2为污垢热阻。因R1、R2和金属壁的热阻较小,可忽略不计,则Tw- tw,于是可推导出,显然,壁温Tw接近于给热系数较大一侧的流体温度,对于此实验,可知壁温接近于水蒸气的温度。

化工原理实验三单相流体阻力测定实验

实验三 单相流体阻力测定实验 一、实验目的 ⒈ 学习直管摩擦阻力△P f 、直管摩擦系数的测定方法。 ⒉ 掌握不同流量下摩擦系数 与雷诺数Re 之间关系及其变化规律。 ⒊ 学习压差传感器测量压差,流量计测量流量的方法。 ⒋ 掌握对数坐标系的使用方法。 二、实验内容 ⒈ 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数。 ⒉ 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re 之间关系曲线和关系式。 三、实验原理 流体在圆直管内流动时,由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关,它们之间存在如下关系。 h f = ρf P ?=2 2 u d l λ (3-1) λ= 22u P l d f ?? ?ρ (3-2) Re = μ ρ ??u d (3-3) 式中:-d 管径,m ; -?f P 直管阻力引起的压强降,Pa ; -l 管长,m ; -u 管内平均流速,m / s ; -ρ流体的密度,kg / m 3 ; -μ流体的粘度,N ·s / m 2 。 摩擦系数λ与雷诺数Re 之间有一定的关系,这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中,直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定,则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u (流量V )之间的关系。 根据实验数据和式3-2可以计算出不同流速(流量V )下的直管摩擦系数λ,用式3-3计算对应的Re ,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,绘出λ与Re 的关系曲线。

四、实验流程及主要设备参数: 1.实验流程图:见图1 水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。

化工原理流体流动部分模拟试题及答案

化工原理流体流动部分模拟试题及答案 一填空 (1)流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的 2 倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的 1/4 倍。 (2)离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线,这些曲线表示在一定 转速 下,输送某种特定的液体时泵的性能。 (3) 处于同一水平面的液体,维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时,如要测取管截面上的流速分布,应选用 皮托 流量计测量。 (4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下,写出: 单位质量流体的机械能衡算式为????常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???少乘一个g ???????????; 单位体积流体的机械能衡算式为????? 常数=++ =p u gz E 2 2 ρρ????????????; 单位重量流体的机械能衡算式为?????? 常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???????????; (5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+(u 12 ρ/2)+p 1+W s ρ= z 2ρg+(u 22ρ/2)+p 2 +ρ∑h f ,各项单位为 Pa (N/m 2) 。 (6)气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 (7) 流体在变径管中作稳定流动,在管径缩小的地方其静压能 减小 。 (8) 流体流动的连续性方程是 u 1A ρ1= u 2A ρ2=······= u A ρ ;适 用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u 1d 12 = u 2d 22 = ······= u d 2 。 (9) 当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ,则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg ,则其绝对压强为2105mmHg 。 (10) 并联管路中各管段压强降 相等 ;管子长、直径小的管段通过的流量 小 。 (11) 测流体流量时,随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ,若改用转子流量计,随流量增加转子两侧压差值将 不变 。 (12) 离心泵的轴封装置主要有两种: 填料密封 和 机械密封 。 (13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和,其单位为 Pa 。 (14) 若被输送的流体粘度增高,则离心泵的压头 降低,流量减小,效率降低,轴功率增加。 降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关,而与 高度 无关。 (15) 分离因素的定义式为 u t 2 /gR 。 (16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m ,气体的切向进口速度为20m/s ,则该分离器的分离因数为 800/9.8 。 (17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。 (18) 在层流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比,在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。 二选择

第一章流体流动东南大学化工考研复试化工原理考试题库

第一章流体流动 一、单项选择题(每小题1分) 1.在SI单位制中,通用气体常数R的单位为( ) A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是( ) A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中,认为密度随压力变化的是( ) A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中,正确的是( ) A. 绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5.某系统的绝对压力为0.06MPa,若当地大气压为0.1MPa,则该系统的真空度为( ) A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6. 容器中装有某种液体,任取两点A,B,A点高度大于B点高度,则( ) A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( )。 A.A、B两截面间的压强差;B.A、B两截面间的流动阻力; C.A、B两截面间动压头变化;D.突然扩大或缩小的局部阻力。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时,为了准确读数,下列方法中正确的做法是() A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差,若两点间的压差较小,为了提高读数精度,你认为较好的指示剂为( ) A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体,指的是() A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈( )。 A.过渡型流动;B.湍流流动;C.层流流动;D.静止状态。12.有两种关于粘性的说法:( ) (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。 A.这两种说法都对B.第一种说法对,第二种说法不对 C.这两种说法都不对D.第二种说法对,第一种说法不对

柴诚敬化工原理课后答案(01)第一章 流体流动

第一章 流体流动 流体的重要性质 1.某气柜的容积为6 000 m 3,若气柜内的表压力为5.5 kPa ,温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为:H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%,大气压力为 101.3 kPa ,试计算气柜满载时各组分的质量。 解:气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量: kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =??=?=M n m 2.若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起,试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解: ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-?

化工原理实验流体流动阻力系数的测定实验报告

化工原理实验-流体流动阻力系数的测定实验报告

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流体流动阻力系数的测定实验报告 一、实验目的: 1、掌握测定流体流动阻力实验的一般实验方法。 2、测定直管的摩擦阻力系数λ及突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ。 3、验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺系数Re和相对粗糙度的函数。 4、将所得光滑管的λ—Re方程与Blasius方程相比较。 二、实验器材: 流体阻力实验装置一套 三、实验原理: 1、直管摩擦阻力 不可压缩流体(如水),在圆形直管中做稳定流动时,由于黏性和涡流 的作用产生摩擦阻力;流体在流过突然扩大、弯头等管件时,由于流体运 动的速度和方向突然变化,产生局部阻力。影响流体阻力的因素较多,在 工程上通常采用量纲分析方法简化实验,得到在一定条件下具有普遍意 义的结果,其方法如下。 流体流动阻力与流体的性质,流体流经处的几何尺寸以及流动状态有关,可表示为 △P=f (d, l, u,ρ,μ,ε) 引入下列无量纲数群。 雷诺数Re=duρ/μ 相对粗糙度ε/ d 管子长径比l / d 从而得到 △P/(ρu2)=ψ(duρ/μ,ε/d, l / d) 令λ=φ(Re,ε/ d) △P/ρ=(l/ d)φ(Re,ε/ d)u2/2 可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系,这种关系可用试验方法 =△P/ρ=λ(l /d)u2/2 直接测定。h f ——直管阻力,J/kg 式中,h f l——被测管长,m d——被测管内径,m u——平均流速,m/s λ——摩擦阻力系数。 当流体在一管径为d的圆形管中流动时,选取两个截面,用U形压差 计测出这两个截面间的静压强差,即为流体流过两截面间的流动阻力。根 据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式,即可求出摩擦阻 力系数。改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数,这样就可得出某一 相对粗糙度下管子的λ—Re关系。 (1)、湍流区的摩擦阻力系数

化工原理实验课课后习题答案

流体流动阻力的测定 1.如何检验系统内的空气已经被排除干净答:可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数,在开机前若真空表和压力表的读数均为零,表明系统内的空气已排干净;若开机后真空表和压力表的读数为零,则表明,系统内的空气没排干净。 行压差计的零位应如何校正答:先打开平衡阀,关闭二个截止阀,即可U行压差计进行零点校验 3.进行测试系统的排气工作时,是否应关闭系统的出口阀门为什么答:在进行测试系统的排气时,不应关闭系统的出口阀门,因为出口阀门是排气的通道,若关闭,将无法排气,启动离心泵后会发生气缚现象,无法输送液体。 4.待测截止阀接近出水管口,即使在最大流量下,其引压管内的气体也不能完全排出。试分析原因,应该采取何种措施答:待截止阀接近进水口,截止阀对水有一个阻力,若流量越大,突然缩小直至流回截止阀,阻力就会最大,致使引压管内气体很难排出。改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。 5.测压孔的大小和位置,测压导管的粗细和长短对实验有无影响为什么答:由公式2p可知,在一定u下,突然扩大ξ,Δp增大,则压差计读数变大;2u反之,突然缩小ξ,例如:使ξ=,Δp 减小,则压差计读数变小。 6.试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象答:hf与很多值有关,Re是其中之一,而λ是为了研究hf而引入的一个常数,所以它也和很多量有关,不能单单取决于Re,而在Re在一定范围内的时候,其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置,可以认为λ与Re关系统一。 7.不同管径、不同水温下测定的~Re曲线数据能否关联到同一曲线答:hf与很多值有关,Re是其中之一,而λ是为了研究hf而引入的一个常数,所以它也和很多量有关,不能单单取决于Re,而在Re在一定范围内的时候,其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置,可以认为λ与Re关系统一。正如Re在3×103~105 范围内,λ与Re的关系遵循Blasius关系式,即λ= 8.在~Re曲线中,本实验装置所测Re在一定范围内变化,如何增大或减小Re的变化范围答:Redu,d为直管内径,m;u为流体平均速度,m/s;为流体的平均密度,kg/m3;s。为流体的平均黏度,Pa· 8.本实验以水作为介质,作出~Re曲线,对其他流体是否适用为什么答:可以使用,因为在湍流区内λ=f(Re,)。说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性,即说明用什么流体与-Re 无关,所以只要是牛顿型流体,在相同管路中以同样的速度流动,就满足同一个-Re关系。 9.影响值测量准确度的因素有哪些答:2dp,d为直管内径,m;为流体的平均密度,kg/m3;u为流体平均速2u度,m/s;p为两测压点之间的压强差,Pa。△p=p1-p2,p1为上游测压截面的压强,Pa;p2为下游测压截面的压强,Pa 离心泵特性曲线的测定 1.为什么启动离心泵前要先灌泵如果灌水排气后泵仍启动不起来,你认为可能是什么原因 答:离心泵若在启动前未充满液体,则泵壳内存在空气。由于空气密度很小,所产生的离心力也很小。此时,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵,但不能输送液体。泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏,即使电机的三相电接反了,泵也会启动的。 2.为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关启动离心泵后若出口阀不开,出口处压力表的读数是否会一直上升,为什么答:关闭阀门的原因从试验数据上分析:开阀门意味着扬程极小,这意味着电机功率极大,会烧坏电机。当泵不被损坏时,真空表和压力表读数会恒定不变,水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。 3.什么情况下会出现气蚀现象答:金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等,使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。 4.为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到是否还有其他方法来调节流量答:用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水,用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压,使叶轮氧化,腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置,很好用的。 5.正常工作的离心泵,在其进口管线上设阀门是否合理为什么答:合理,主要就是检修,否则可以不用阀门。 6.为什么在离心泵吸入管路上安装底阀 答:为便于使泵内充满液体,在吸入管底部安装带吸滤网的底阀,底阀为止逆阀,滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7.测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定答:离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的,当n改变时,泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体,在效率η不变的条件下,Q、H、P随n的变化关系如下式所示见课本81页当泵的转速变化小于20%时,效率基本不变。 8.为什么流量越大,入口真空表读数越大而出口压力表读数越小答:据离心泵的特征曲线,出口阀门开大后,泵的流速增加,扬程降低,故出口压力降低;进口管道的流速增加,进口管的阻力降增加,故真空度增加,真空计读数增加。 过滤实验 1.为什么过滤开始时,滤液常有些混浊,经过一段时间后滤液才转清答:因为刚开始的时候滤布没有固体附着,所以空隙较大,浑浊液会通过滤布,从而滤液是浑浊的。当一段时间后,待过滤

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