例1-1 静力学方程应用
如图所示，三个容器A 、B 、C 内均装有水，容器C 敞口。密闭容器A 、B 间的液面高度差为z 1=1m ，容器B 、C 间的液面高度差为z 2=2m ，两U 形管下部液体均为水银，其密度?0=13600kg/m 3，高度差分别为R =，H =，试求容器A 、B 上方压力表读数p A 、p B 的大小。
解 如图所示，选取面1-1?、2-2?，显然面1-1?、
2-2?均为等压面，即2211p p p p '='=，。 再根据静力学原理，得：
于是
()
()1.0281.910001.081.91360020+?-??=+-=-H z g gH p p a B ρρ =–7259Pa
由此可知，容器B 上方真空表读数为7259Pa 。
同理，根据p 1=p 1?及静力学原理，得：
所以 gR R z g p p B A 01)(()()ρρ+-+=表表 =?104Pa
例1-2 当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误差，也常采用倾斜式压差计，其结构如图所示。试求若被测流体压力p 1=?105Pa
（绝压），p 2端通大气，大气压为?105
Pa ，管的倾斜角?=10?，指示液为酒精溶液，其密度?0=810kg/m 3，则读数R ?为多少cm ？
若将右管垂直放置，读数又为多少cm ？ 解 （1）由静力学原理可知：
将p 1=?105Pa ， p 2=?105Pa ，?0=810kg/m 3，?=10?代入得： 0
5502110sin 81.981010013.110014.1sin ???-?=
-='αρg p p R ==
（2）若管垂直放置，则读数
05
502190sin 81.981010013.110014.1sin ???-?=
-='αρg p p R ==
可见，倾斜角为10?时，读数放大了=倍。
例1-3 一车间要求将20?C 水以32kg/s 的流量送入某设备中，若选取平均流速为s ，试计算所需管子的尺寸。
若在原水管上再接出一根?159?的支管，如图所示，以便将水流量的一半改送至
另一车间，求当总水流量不变时，此支管内水流速度。
解 质量流量 2
d u uA m πρρ?==
式中u =s ，m =32kg/s ，查得20?C 水的密度?=998kg/m 3，
例1-1附图
p 2
例1-2图 倾斜式压差计
例1-3附图
代入上式，得：
=
???=
14.31.199832
4d =193mm
对照附录，可选取?219?6mm 的无缝钢管，其中219mm 代表管外径，6mm 代表管壁厚度。于是管内实际平均流速为：
()95.010********
3244622=??-??==
-ππρd m u m/s
若在原水管上再接出一根?159?的支管，使支管内质量流量m 1=m /2，则： 将d 1=159-2?=150mm=，d =219-2?6=207mm=，u =s 代入得：
9.015.0207.095.021212
2
11=???
????=???? ??=d d u u m/s
例1-4 20℃水以s 的平均速度流过内径d =的圆管，试求1m 长的管子壁上所受到的流体摩擦力大小。 解 首先确定流型。
查附录得20℃水的物性为：?=m 3，?==×10-3Pa?s ，于是
20002.99310005.12
.9981.001.0Re 3
<=???=
=
-μ
ρ
du
可见属层流流动。由式1-88得：
0804
.001.01.010005.18843-=???-=-=-=-d u R u w μμτN/m 2
1m 长管子所受的总的摩擦力
0025.0101.00804.0=???=-=ππτdL F w N
例1-5 关于能头转化
如附图1所示，一高位槽中液面高度为H ，高位槽下接一管路。在管路上2、3、4处各接两个垂直细管，一个是直的，用来测静压；一个有弯头，用来测动压头与静压头之和，因为流体流到弯头前时，速度变为零，动能全部转化为静压能，使得静压头增大为（p/?g +u 2/2g ）。假设流体是理想的，高位槽液面高度一直保持不变，2点处直的细管内液柱高度如图所示；2、3处为等径管。试定性画出其余各细管内的液柱高度。
解 如图1-25所示，选取控制面1-1面、2-2面、3-3面和4-4面。对1-1面和2-2面间的控制体而言，根据理想流体的柏努利方程得：
式中u 1=0，p 1=0(表压)，z 2=0(取为基准面)，于是，上式变为：
例1-5附图1
g p g u H ρ2
222+= (1)
这就是2点处有弯头的细管中的液柱高度，见附图2，其中比左边垂直管高出的部分代表动压头大小。
同理，对1-1面和3-3面间的控制体有：
g
p
g u z H ρ3
2
332++= (2) 可见，3点处有弯头的细管中的液柱高度也与槽中液面等高，又因为2、3处等径，故u 2= u 3，而z 3>z 2=0，故由式1、式2对比可知，p 3/?g < p 2/?g ，静压头高度见图1-26。
在1-1面和4-4面间列柏努利方程有：
g p
g u z H ρ4
2442++= (3)
可见，4点处有弯头的细管中的液柱高度也与槽中液面等高。又z 3= z 4，u 4> u 3，
对比式3、式2可见： g
p g p ρρ34
<
例1-6 轴功的计算 如图所示，用泵将河水打入洗涤塔中经喷
嘴喷出，喷淋下来后流入废水池。已知管道尺
寸为?114?4mm ，流量为85m 3/h ，水在管路中流
动时的总摩擦损失为10J/kg （不包括出口阻力
损失），喷头处压力较塔内压力高20kPa ，水从
塔中流入下水道的摩擦损失可忽略不计。求泵的有效轴功率。
解 取河面为1-1面，喷嘴上方管截面为2-2面，洗涤塔底部水面为3-3面，废水池水面为4-4截面。 河水经整个输送系统流至废水池的过程中
并不是都连续的，在2-2面和3-3面之间是间
断的，因此，机械能衡算方程只能在1-2、3-4之间成立。 在1-1面和2-2面间列机械能衡算方程：
例1-6附图
2
例1-5附图2
取河面为基准面，则z 1=0，z 2=7m ，又u 1?0（河面较管道截面大得多，可近似认
为其流速为零），
42
2d V
u π=
()68.24104211436008562=??-=-πm/s ，p 1=0(表)，w f =10J/kg 。将
以上各值代入上式，得：
式中p 2由3-3面与4-4面间的机械能衡算求取。因流体在3、4面间的流动损失不计，故有： ρ
ρ)(2)(24
2443233表表p u gz p u gz ++=++
取4-4面为基准面，则z 3=，z 4=0，又u 3?u 4? 0，p 4(表)=0代入上式解之得：
77
.1181.92.133
-=?-=-=g z p ρ
（表）J/kg
而
23
.81000102077.111020)
()
(3
3
32=?+-=?+
=
ρ
ρ
ρ
表表p p J/kg
于是
49.9023.826.82=+=e w J/kg
故泵的有效轴功率为：49.90851000??==e e Vw mw ρ=2137W?
例1-7 如图所示，将敞口高位槽中密度870kg/m 3、粘度?10-3Pa?s 的溶液送入某一设备B 中。设B 中压力为10kPa （表压），输送管道为?38?无缝钢管，其直管段部分总长为10m ，管路上有一个90?标准弯头、一个球心阀（全开）。为使溶液能以4m 3/h 的流量流入设备中，问高位槽应高出设备多少米即z 为多少米？
解 选取高位槽液面为1-1面、管出口内侧截面为2-2面，并取2-2面为位能基
准面。在1-1面与2-2面间列机械能衡算式：
式中：4
21100.1)(0)(?==表，表p p Pa ，?=870kg/m 3，
30
.14033.0360044222=?==
ππd V
u m/s
4
3
10665.4108.0870
30.1033.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
du ，可见属湍流
流动，查表1-1并取管壁绝对粗糙度?=，则?/d =，
查图1-30得?=（或按式1-117计算得）。 查表1-2得有关的各管件局部阻力系数分别为：
突然缩小 ：?1=；
90?标准弯头 ：?2=；
球心阀（全开）：?3=。 于是 65.74.675.05.0=++=∑ζ
将以上各数据代入机械能衡算式中，得：
91
.281.919
.1681.9230.181.9870100.12)(242
22=+?+??=++=g w g u g p z f ρ表m
本题也可将2-2面取在管出口外侧，此时，u 2=0，而w f 中则要多一项突然扩大局部损失项，其值恰好为u 22/2，故管出口截面的两种取法，其计算结果完全相同。 例1-8 设计型问题
已知一自来水总管内水压为2?105Pa （表压），现需从该处引出一支管将自来水以3m 3/h 的流量送至1000m 远的用户（常压），管路上有90?标准弯头10个，球心
例1-7附图
阀（半开）2个，试计算该支管的直径。已知水温20?C ，由于输送距离较长，位差可忽略不计。
解 从支管引出处至用户之间列机械能衡算方程，得：
2
2
2
1u
d l w p p f ?
?? ??∑+==-ζλρ (1)
式中 ，p 1=2?105Pa ，p 2=0，?=1000kg/m 3，?=?10-3
Pa?s ，l =1000m ，查表1-2得，90?标准弯头10个：?1=?10=；球心阀（半开）2个：?2=?2=19 所以 ??=?1+?2=
代入式（1）得： 5410547.310265.0?=??? ??+d d λ
(2) 因?与d 有复杂的函数关系，故由式（2）求d 需用试差法。?变化较小，试差时可选用?作为试差变量。试差过程如下：
首先假设流动处在完全湍流区，取?=，则：0077
.003876.0103.03
=?=-d ε
查图1-30，得?=，由式（2）得：04.0=d m
属湍流。再由?/d =及Re 查图1-30或由式1-117计算得：037.0=λ
与?初值相差不大，试差结束。最后结果为：40=d mm 。根据管子标准规格（见附录）圆整，可选用?48?的镀锌水管。此时管内流速为：
63
.0041.036003442
2=??==
ππd V
u m/s 可见，u 处在经济流速范围内。
例1-9 操作型问题分析
如图所示，通过一高位槽将液体沿等径管输送至某一车间，高位槽内液面保持恒定。现将阀门开
度减小，试定性分析以下各流动参数：管内流量、
阀门前后压力表读数p A 、p B 如何变化？
解 (1) 管内流量变化分析
取管出口截面2-2面为位能基准面，在高位槽
液面1-1面和2-2面间列机械能衡算方程：
而
22
2
u d l w f ?
?? ??∑+=ζλ
于是 2
12
22
11u d l p p gz ??? ??+∑+=-+
ζλρ
将阀门开度减小后，上式等号左边各项均不变，而右边括号内各项除??增大外其余量均不变（?一般变化很小，可近似认为是常数），故由此可推断，u 2必减小，即管内流量减小。
(2) 阀门前后压力表读数p A 、p B 变化分析
取压力表p A 所在管截面为A-A 面，由1-1面、A-A 面间的机械能衡算可得： 当阀门关小时，上式等号右边各项除u A 减小外，其余量均不变，故p A 必增大。 p B 的变化可由B-B 面、2-2面间的机械能衡算分析得到：
当阀门关小时，上式等号右边各项除u 2减小外，其余量均不变，故p B 必减小。 讨论：由本题可引出如下结论：简单管路中局部阻力系数的变大，如阀门关小，
2
2
例1-9附图
将导致管内流量减小，阀门上游压力上升，下游压力下降。这个规律具有普遍性。
例1-10 操作型问题计算
用水塔给水槽供水，如图所示，水塔和水槽
均为敞口。已知水塔水面高出管出口12m ，输水
管为?114?4mm ，管路总长100m （包括所有局部损
失的当量长度在内），管的绝对粗糙度?=，水温
20?C 。试求管路的输水量V 。
解 因管出口局部摩擦损失已计入总损失中，
故管出口截面取外侧，为面2-2，此时u 2=0。在水塔水面1-1面与2-2面间列机械能衡算方程，得：
将z 1=12m ，l +?l e =100m ，d =114-2?4=106mm=代入并化简得： 由此式求u 需试差。
假设流动进入阻力平方区，由?/d =106=查图得?=，代入上式得：
1.3=u m/s
从附录查得20?C 水?=1000kg/m 3，?=1?10-3Pa?s ，于是
由Re 数和?/d =重新查图得：?=，与假设值相同，试差结束。
流量 0273
.01.3106.04422=??=
=
π
π
u d V m 3/s = h
例1-11 设计型问题
某一贮罐内贮有40?C 、密度为710kg/m 3的某液体，液面维持恒定。现要求用泵将液体分别送到设备一及设备二中，有关部位的高度和压力见图。送往设备一的最大流量为10800kg/h ，送往设备二的最大流量为6400kg/h 。已知1、2间管段长l 12=8m ，管子尺寸为?108?4mm ；通向设备一的支管段长l 23=50m ，管子尺寸为?76?3mm ；通向设备二的支管段长l 24=40m ，管子尺寸为?76?3mm 。以上管长均包括了局部损失的当量长度在内，且阀门均处在全开状态。流体流动的摩擦因数?均可取为。求所需泵的有效功率N e 。
解 这是一个分支管路设计型问题。将贮罐内液体以不同流量分别送至不同的两设备，所需的外加功率不一定相等，设计时应按所需功率最大的支路进行计算，为此，先不计动能项（长距离输送时动能项常可忽略不计），并以地面作为位能基准面，则3、4点的机械能为：
4
.433710100.53781.9)
(4
333=?+?=+
=ρ
表p gz Et J/kg
9
.392710100.73081.9)
(4
444=?+?=+
=ρ表p gz Et J/kg
可见，Et 3>Et 4，又通向设备一的支路比通向设备二的支路长，所以有可能设备一所需的外加功率大。故下面先按支路23进行设计。
在2、3间列机械能衡算方程： 22
23
232333
232u d l Et w Et Et f λ
+=+=-
将Et 3=kg ，?=，l 23=50m ，d 23=，()
2
223
232307.071036001080044???=
=
ππρ
d m u
1.1=m/s 代入得：
例1-10附图
8
.44921.107.050038.04.4332
2=??+=Et J/kg
再在2、4间列机械能衡算方程：
22
24
242442u d l Et Et λ
+= 将
有关数据代入得：29.224=u m/s ，
25
.64
242
2424==
u d m ρπ
kg/s=22514kg/h?6400kg/h
可见，当通向设备一的支路满足流量要求时，另一支路的流量便比要求的大，这个问题可通过将该支路上的阀门关小来解决。所以，按支路23进行设计的设想是正确的。
下面求所需外加有效功率。在1、2间列机械能衡算方程：
将 z 1=5m ，p 1=?104Pa ，Et 2=kg ，?=，l 12=8m ，d 12=，
4
21212d m u πρ=
()()86
.04
1.071036006400108002=??+=
πm/s 代入得：
5.331710100.5581.928
6.01.08038.08.4494
2=????
???+?-??+=e w J/kg
泵的有效功率 ： ()15845.331640010800=?+==e e
mw N W?
例1-12 操作型问题分析
如图1-41所示为配有并联支路的管路输送系统，假设总管直径均相同，现将支路1上的阀门k 1关小，则下列流动参数将如何变化？ （1）总管流量V 及支管1、2、3的流量V 1、V 2、V 3； （2）压力表读数p A 、p B 。 解 （1）总管及各支管流量分析
取管出口外侧截面为2-2面，沿支路1在1-1面与2-2面间列机械能衡算方程（参见式1-133）：
21121fB B fA A f w w w Et Et +++=
(1)
式中
2
1215
22
1182V B V d l l u d l l w A A e A e A
f =??? ??∑+=??? ??∑+=λπλ
B 1A 、B 1、B B2分别代表总管段1A 、支路1、总管段B2的阻力特性，由其表达式可见，其值与摩擦因数、管长、局部阻力当量长度及管径大小有关，也就是说，与管路状况有关。 于是，式(1)可改写成：2
22
112
121V B V B V B Et Et B A +++= (2)
同理，分别沿支路2、3在1-1面与2-2面间列机械能衡算方程得：
222222121V B V B V B Et Et B A +++= (3) 222332121V B V B V B Et Et B A +++=
(4)
2
2
3
例1-12附图
式中 ，B 1A 、B B2表达式同上，
B A e B A e
d l l B d l l B 3523252288????
?
?∑+=????
??∑+=
λπλπ，
再由并联管路的特点可知： 321V V V V ++= (5) 由式（2）、（3）、（4）分别导出V 1、V 2、V 3的表达式，然后代入式（5），得： 即 (
)
()2
212
3
2121111
V B B B B B Et Et B A ?????
?++++=--
(6)
当阀门k 1关小时，1支路的局部阻力系数增大，使B 1增大，而式(6)中Et 1、Et 2、B 2、B 3、B 1A 、B B2均不变（?变化很小，可视为常数），故由式（6）可判断出总管流量V 减小。
根据V 减小及式（3）、式（4）可推知，支路2、3的流量V 2、V 3均增大，而由式（5）可知V 1减小。
（2）压力表读数p A 、p B 的变化分析
由1-1面与A 之间的机械能衡算Et 1= Et A +w f 1A 可知，当阀门k 1关小时，u 减小，w f 1A 减小，故Et A 增大，而Et A 中位能不变、动能减小，故压力能必增大，即p A 增大。
而由B 与2-2面间的机械能衡算，得：
()22
2
2u
d l p g z z p B B ?
?? ??++-=λρρ （7）
当阀门k 1关小时，式中z 2、z B 、p 2、?、l 和d 均不变，而u 减小，故p B 减小。
讨论：本例表明，并联管路上的任一支管局部阻力系数变大，必然导致该支管和总管内流量减小，该支管上游压力增大，下游压力减小，而其它并联支管流量增大。这一规律与简单管路在同样变化条件下所遵循的规律一致（见例1-9）。
注意：以上规律适用于并联支路摩擦损失与总管摩擦损失相当的情形，若总管摩擦损失很小可忽略，则任一支管的局部阻力的变化对其它支管就几乎没有影响。 例1-13 操作型问题计算
高位槽中水经总管流入两支管1、2，然后排入大气，测得当阀门k 、k 1处在全开状态而k 2处在1/4开度状态时，支管1内流量为h ，求支管2中流量。 若将阀门k 2全开，则支管1中是否有水流出？
已知管内径均为30mm ，支管1比支管2高10m ， MN 段直管长为70m ，N1段直管长为16m ，N2段直管长为5m ，当管路上所有阀门均处在全开状态时，总管、支管1、2的局部阻力当量长度分别为?l e =11m ，?l e 1=12m ，?l e 2=10m 。管内摩擦因数?可取为。 解 (1)支管2中流量
在0-0面与1-1面间列机械能衡算方程：
将z 0?z 1=20 ?10=10m ，?=，l +?l e =70+11=81m ，
d =，l 1+?l e1 =16+12=28m ，
2.040
3.03600
5.042211=?==
ππd V u m/s
代入得：
u =s 总管流量
0012
.07.103.04
4
22=??=
=
π
π
u d V m 3/s=h
例1-13附图
故 8.35.03.412=-=-=V V V m 3
/h (2) 阀门k 2全开时
支管2上的阀门k 2全开后，管路系统总阻力下降，因而总管内流量V 将增大。在0-0截面与N 处应用机械能衡算式不难得知N 处的压力下降，所以支管1内流量V 1将减小，甚至有可能导致V 1=0。
假设支管1中无水流出，于是，由0-0与2-2间的机械能衡算可知： u =s
再由N 处与2-2截面间的机械能衡算可知：
5
.30221.203.0105025.0202
2222
2=?+?=∑++=+=u d l l w Et Et e fN N λJ/kg
而 1.981081.911=?==gz Et J/kg
可见，Et N < Et 1，支管1中无水流出的假设是正确的。若Et N ? Et 1，则支管1中有水流出，原假设错误，此时需按分支管路重新进行计算
【例1-1】 已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m 3与998kg/m 3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4
=（+）10-4=×10-4
ρm =1372kg/m 3
【例1-2】 已知干空气的组成为：O 221%、N 278%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在压力为×104Pa 及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文
100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m 3
根据式1-3a 气体的平均密度为：
【例1-3 】 本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h 1=、密度ρ
1=800kg/m 3，水层高度h 2=、密度ρ2=1000kg/m 3
。
（1）判断下列两关系是否成立，即 p A =p'A p B =p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h 。 解：（1）判断题给两关系式是否成立 p A =p'A 的关系成立。因A 与A '两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。
p B =p'B 的关系不能成立。因B 及B '两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B '不是等压面。
（2）计算玻璃管内水的高度h 由上面讨论知，p A =p'A ，而p A =p'A 都可以用流体静力学基本方程式计算，即
p A =p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2 p A '=p a +ρ2gh
于是 p a +ρ1gh 1+ρ2gh 2=p a +ρ2gh
简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得 h =
【例1-4】 如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U 管压差计，压差计读数R =200mm 。试求两截面间的压强差。
解：因为倒置U 管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg 与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则
p a =p a '
又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1－ρgM
p a '=p 2－ρg （M －R ）－ρg gR 联立上三式，并整理得 p 1－p 2=（ρ－ρg ）gR 由于ρg 《ρ，上式可简化为 p 1－p 2≈ρgR
所以p 1－p 2≈1000××=1962Pa
【例1-5】 如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U 形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为z 0=， z 2=， z 4=，z 6=， z 7=。 试求锅炉内水面上的蒸汽压强。 解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有
p 1=p 2，p 3=p 4，p 5=p 6
对水平面1-2而言，p 2=p 1，即 p 2=p a +ρi g （z 0－z 1） 对水平面3-4而言，
p 3=p 4= p 2－ρg （z 4－z 2） 对水平面5-6有
p 6=p 4+ρi g （z 4－z 5） 锅炉蒸汽压强 p =p 6－ρg （z 7－z 6）
p =p a +ρi g （z 0－z 1）+ρi g （z 4－z 5）－ρg （z 4－z 2）－ρg （z 7－z 6） 则蒸汽的表压为
p －p a =ρi g （z 0－z 1+ z 4－z 5）－ρg （z 4－z 2+z 7－z 6） =13600××－+－－1000×× －+－
=×105Pa=305kPa
【例1-6】 某厂要求安装一根输水量为30m 3/h 的管路，试选择合适的管径。 解：根据式1-20计算管径 d =
u
V s 4
式中 V s =3600
30m 3/s
参考表1-1选取水的流速u=s
查附录二十二中管子规格，确定选用φ89×4（外径89mm ，壁厚4mm ）的管子，其内径为：
d =89－（4×2）=81mm=
因此，水在输送管内的实际流速为：
【例1-7】 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d 1=10cm ，细管内径d 2=5cm ，当流量为4×10－3m 3/s 时，求粗管内和细管内水的流速？
解：根据式1-20
根据不可压缩流体的连续性方程 u 1A 1=u 2A 2 由此
u 2=4u 1=4×=s
【例1-8】 将高位槽内料液向塔内加料。高位槽和塔内的压力均为大气压。要求料液在管内以s 的速度流动。设料液在管内压头损失为（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？
解：取管出口高度的0－0为基准面，高位槽的液面为1－1截面，因要求计算高位槽的液面比塔入口处高出多少米，所以把1－1截面选在此就可以直接算出所求的高度x ，同时在此液面处的u 1及p 1均为已知值。2－2截面选在管出口处。在1－1及2－2截面间列柏努利方程：
式中p 1=0（表压）高位槽截面与管截面相差很大，故高位槽截面的流速与管内流速相比，其值很小，即u 1≈0，Z 1=x ，p 2=0（表压），u 2=s ，Z 2=0，f h ∑/g =
将上述各项数值代入，则
=()2
5.02
+×
x =
计算结果表明，动能项数值很小，流体位能的降低主要用于克服管路阻力。 【例1-9】20℃的空气在直径为80mm 的水平管流过。现于管路中接一文丘里管，如本题附图所示。文丘里管的上游接一水银U 管压差计，在直径为20mm 的喉颈处接一细管，其下部插入水槽中。空气流过文丘里管的能量损失可忽略不计。当U 管压差计读数R =25mm 、h =时，试求此时空气的流量为若干m 3/h 。当地大气压强为×103Pa 。 解：文丘里管上游测压口处的压强为
p 1=ρHg gR =13600×× =3335Pa(表压) 喉颈处的压强为
p 2=－ρgh =－1000××=－4905Pa （表压） 空气流经截面1-1'与2-2'的压强变化为 故可按不可压缩流体来处理。 两截面间的空气平均密度为
在截面1-1'与2-2'之间列柏努利方程式，以管道中心线作基准水平面。两截面间无外功加入，即W e =0；能量损失可忽略，即f h ∑=0。据此，柏努利方程式可写为 式中 Z 1=Z 2=0
所以 2
.149052
2
.133352
2
22
1-=+u u
简化得 137332122=-u u （a ） 据连续性方程 u 1A 1=u 2A 2
得 2
12
211211202.008.0??? ??=???
? ??==u d d u A A u u
u 2=16u 1 （b ）
以式（b ）代入式（a ），即（16u 1）2－21u =13733 解得 u 1=s 空气的流量为
【例1-10】水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽略不计，试计算管内截面2-2'、3-3'、4-4'和5-5'处的压强。大气压强为×105Pa 。图中所标注的尺寸均以mm 计。
解：为计算管内各截面的压强，应首先计算管内水的流速。先在贮槽水面1-1'及管子出口内侧截面6-6'间列柏努利方程式，并以截面6-6'为基准水平面。由于管路的能量损失忽略不计，
即f h ∑=0，故柏努利方程式可写为
式中 Z 1=1m Z 6=0 p 1=0（表压） p 6=0（表压） u 1≈0
将上列数值代入上式，并简化得 解得 u 6=s
由于管路直径无变化，则管路各截面积相等。根据连续性方程式知V s =Au =常数，故管内各截面的流速不变，即
u 2=u 3=u 4=u 5=u 6=s
则 J/kg 81.92
2222262524
2322=====u u u u u
因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体，则系统内
各截面上流体的总机械能E 相等，即
总机械能可以用系统内任何截面去计算，但根据本题条件，以贮槽水面1-1'处的总机械能计算较为简便。现取截面2-2'为基准水平面，则上式中Z =2m ，p =101330Pa ，u ≈0，所以总机械能为
计算各截面的压强时，亦应以截面2-2'为基准水平面，则Z 2=0，Z 3=3m ，Z 4=，Z 5=3m 。
（1）截面2-2'的压强
（2）截面3-3'的压强 （3）截面4-4'的压强 （4）截面5-5'的压强
从以上结果可以看出，压强不断变化，这是位能与静压强反复转换的结果。
【例1-11】 用泵将贮槽中密度为1200kg/m 3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为×103Pa ，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa （真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m ，进料量为20m 3/h ，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg ，求泵的有效功率。管路直径为60mm 。
解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。
式中 Z 1=0 Z 2=15m p 1=0（表压） p 2=－26670Pa （表压） u 1=0 f h ∑=120J/kg 将上述各项数值代入，则
泵的有效功率N e 为： N e =W e ·w s 式中
N e=×=1647W=
实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为
设本题泵的效率为，则泵的轴功率为：
【例1-12】试推导下面两种形状截面的当量直径的计算式。
（1）管道截面为长方形，长和宽分别为a、b；
（2）套管换热器的环形截面，外管内径为d1，内管外径为d2。
解：（1）长方形截面的当量直径
式中A=ab =2（a+b）
故
（2）套管换热器的环隙形截面的当量直径
故
【例1-13】料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为×104Pa （表压），输送管道为φ36×2mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90°标准弯头两个，180°回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液以3m3/h 的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度ρ=861kg/m3；粘度μ=×10－3Pa·s。
解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面1－1与管出口截面2－2间列柏努利方程
式中Z1=Z Z2=0 p1=0（表压）
u1≈0 p2=×104Pa
阻力损失
取管壁绝对粗糙度ε=，则：
由图1-23查得λ=
局部阻力系数由表1-4查得为
进口突然缩小（入管口）ζ=
90°标准弯头ζ=
180°回弯头ζ=
球心阀(全开) ζ=
故
=kg
所求位差
截面2－2也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失ζ=1，故两种计算方
法结果相同。
【例1-14】 通过一个不包含u 的数群来解决管路操作型的计算问题。
已知输出管径为Φ89×，管长为138m ，管子相对粗糙度ε/d =，管路
总阻力损失为50J/kg ，求水的流量为若干。水的密度为1000kg/m 3
，粘度
为1×10－3
Pa ·s 。
解：由式1-47可得
又 2
2
???
? ??=μρdu Re
将上两式相乘得到与u 无关的无因次数群 2
232
2μ
ρλl h d Re f
=
（1-53）
因λ是Re 及ε/d 的函数，故λRe 2也是ε/d 及Re 的函数。图1-29上
的曲线即为不同相对粗糙度下Re 与λRe 2的关系曲线。计算u 时，可先将已知数据代入式1-53，算出λRe 2，再根据λRe 2、ε/d 从图1-29中确定相应的Re ，再反算出u 及V s 。
将题中数据代入式1-53，得
根据λRe 2及ε/d 值，由图1-29a 查得Re =×105 水的流量为：
【例1-15】 计算并联管路的流量
在图1-30所示的输水管路中，已知水的总流量为3m 3
/s ，水温为20℃，各支管总长度分别为l 1=1200m ，l 2=1500m ，l 3=800m ；管径d 1=600mm ，d 2=500mm ，d 3=800mm ；求AB 间的阻力损失及各管的流量。已知输水管为铸铁管，ε=。
解：各支管的流量可由式1-58和式1-54联立求解得出。但因λ1、λ2、λ3均未知，须用试差法求解。
设各支管的流动皆进入阻力平方区，由 从图1-23分别查得摩擦系数为： λ1=；λ2=；λ3= 由式1-58
=∶∶ 又
V s 1+ V s 2 +V s 3 =3m 3/s 故
校核λ值：
已知 μ=1×10－3Pa ·s ρ=1000kg/m 3 故
由Re 1、Re 2、Re 3从图1-23可以看出，各支管进入或十分接近阻力平方区，故假设成立，以上计算正确。
A 、
B 间的阻力损失h f 可由式1-56求出
【例1-16】 用泵输送密度为710kg/m 3
的油品，如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：一路送到A 塔顶部，最大流量为10800kg/h ，塔内表
压强为×104
Pa 。另一路送到B 塔中部，最大流量为6400kg/h ，塔内表压强为118×104Pa 。贮槽C 内液面维持恒定，
液面上方的表压强为49×103
Pa 。
现已估算出当管路上的阀门全开，且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面1―1至2―2为201J/kg ；由截面2―2至3－3为60J/kg ；由截面2－2至4―4为50J/kg 。油品在管内流动时的动能很小，可以忽略。各截面离地面的垂直距离见本题附图。
已知泵的效率为60%，求此情况下泵的轴功率。
解：在1―1与2―2截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面。 式中 Z 1=5m p 1=49×103Pa u 1≈0
Z 2、p 2、u 2均未知，Σh f 1－2=20J/kg
设E 为任一截面上三项机械能之和，则截面2―2上的E 2=gZ 2+p 2/ρ+u 2
2/2代入柏努利方程得
06.98710
104981.952023
2-=?-?-+=E E W e
(a )
由上式可知，需找出分支2―2处的E 2，才能求出W e 。根据分支管路的流动规律E 2可由E 3或E 4算出。但每千克油品从截面2―2到截面3－3与自截面2－2到截面4－4所需的能量不一定相等。为了保证同时完成两支管的输送任务，泵所提供的能量应同时满足两支管所需的能量。因此，应分别计算出两支管所需能量，选取能量要求较大的支管来决定E 2的值。
仍以地面为基准水平面，各截面的压强均以表压计，且忽略动能，列截面2－2与3－3的柏努利方程，求E 2。 =1804J/kg
列截面2－2与4－4之间的柏努利方程求E 2 =2006J/kg
比较结果，当E 2=2006 J/kg 时才能保证输送任务。将E 2值代入式（a ），得
W
=2006－=1908 J/kg
e
通过泵的质量流量为
泵的有效功率为
N e=W e w s=1908×=9120W=
泵的轴功率为
最后须指出，由于泵的轴功率是按所需能量较大的支管来计算的，当油品从截面2―2到4―4的流量正好达到6400kg/h的要求时，油品从截面2―2到3―3的流量在管路阀全开时便大于10800kg/h。所以操作时要把泵到3－3截面的支管的调节阀关小到某一程度，以提高这一支管的能量损失，使流量降到所要求的数值。
化工07、06级C考 一．填空与选择（29分） 1．精馏过程是利用______________________________________的原理而进行的；最小回流比是指______________________ 的回流比。 2．精馏时，进料状态有_________种；若进料时气液摩尔流量比相等，则q＝_________; q 值最大的进料是_________进料。 3．某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于______；塔顶产品量等于________。 4．精馏塔顶部某理论板上液相泡点温度为t1，汽相露点温度为t2;塔底部某理论板上液相泡点温度为t3，汽相露点温度为t4。试比较下述每组温度的关系。 t1 t2 ，t2 t3 ，t3 t4 ，t1 t4 （＞、＝、＜） 5．恒沸精馏与萃取精馏都需加入添加剂（第三组分），其目的是__________ ____________________。 6．筛板塔，泡罩塔，浮阀塔相比较，造价最便宜的是_________;操作弹性最大的是_________; 单板压力降最大的是_________。 7. 一般而言，两组分Ａ、Ｂ的等摩尔相互扩散体现在__________单元操作中,而Ａ在Ｂ中单向扩散体现在__________单元操作中。 8.气体吸收计算中表示填料设备（填料）效能高低的一个量是________，而表示传质任务难易程度的一个量是________。 9．解吸时，溶质由_________向_________传递，若要有利于该过程进行，压力应________，温度应________。 10．在气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。 11．对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的传质单元高度H OG将 _________，传质单元数N OG将_________（增加、减少、不变） 12．流量按双膜理论，用清水吸收氨气时，传质阻力主要集中在________。（两相界面、气膜、液膜、液相主体区） 13．萃取时，分配系数Ka＞1表示：__________ __________ 。二．计算题（8分） 在总压为101.3kpa时，95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为155.7kpa与63.3kpa，试求： （1）平衡时，苯的汽相组成及苯的液相组成（均以摩尔分率表示）； （2）苯与甲苯的相对挥发度。 三、计算题（22分） 有一逆流填料吸收塔，塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质，入塔混合气体量为100kmol/h，其溶质浓度为0.01（摩尔分率）,回收率要求达到90%，塔内液气比为1.4，气液平衡关系Y=X。又测得气相总体积传质系数为0.15kmol/m3·s，试求：
1、在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数 数值。 A.与光滑管一样 B.只取决于Re C.取决于相对粗糙度 D.与粗糙度无关 2、某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应。 A.停泵，向泵内灌液 B.降低泵的安装高度 C.检查进口管路是否有泄漏现象 D.检查出口管路阻力是否过大 3、液体在两截面间的管道内流动时, 其流动方向是。 A.从位能大的截面流向位能小的截面； B.从静压能大的截面流向静压能小的截面； C.从动能大的截面流向动能小的截面； D.从总能量大的截面流向总能量小的截面; 4、冷热两流体的对流给热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施是。 A.提高小的值； B.提高大的值； C.两个都同等程度提高； D.提高大的值，同时降低小的值。 5、在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用方法来提高传热速率最合理。 A.提高蒸汽速度； B.采用过热蒸汽以提高蒸汽温度； C.提高空气流速； D.将蒸汽流速和空气流速都提高。 6、沉降室的生产能力与有关。 A.颗粒沉降速度和沉降室高度； B.沉降面积； C.沉降面积和颗粒沉降速度； D.沉降面积、沉降室高度和颗粒沉降速度。 7、离心泵的扬程是指泵给予（）液体的有效能量。 A. 1kg B. 1N C. 1m 8、雷诺数的物理意义表示。 A.粘滞力与重力之比； B.重力与惯性力之比； C.惯性力与粘滞力之比； D.压力与粘滞力之比。 9、为了减少室外设备的热损失，保温层外的一层隔热材料的表面应该是。 A.表面光滑，色泽较浅 B.表面粗糙，色泽较深
C.表面粗糙，色泽较浅 10、蒸汽冷凝传热时不凝气体的存在，对冷凝给热系数α的影响是。 A.使α增加 B.使α降低 C.无影响 1、C 2、C 3、D 4、A 5、C 6、B 7、B 8、C 9、A 10、B 1、离心泵效率最高的点称为： A 工作点 B 操作点 C 设计点 D 计算点 2、某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应。 A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度 C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大 3、离心泵停车时要： A 先关出口阀后断电 B 先断电后关出口阀 C 先关出口阀先断电均可 D 单级式的先断电，多级式的先关出口阀 4、冷热两流体的对流给热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施 是。 A 提高小的值； B 提高大的值； C 两个都同等程度提高； D 提高大的值，同时降低小的值。 5、在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用方法来提高传热速率最合理。 A 提高蒸汽速度； B 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度； C 提高空气流速； D 将蒸汽流速和空气流速都提高。 6、沉降室的生产能力与有关。 A 颗粒沉降速度和沉降室高度； B 沉降面积； C 沉降面积和颗粒沉降速度； D 沉降面积、沉降室高度和颗粒沉降速度。 7、在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指： A 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径 B 旋风分离器允许的最小直径 C 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径 D 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 8、判断下面的说法中哪一种是错误的： A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大 B 在同一温度下,物体的吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A和ε的物理 意义相同 C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强 D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度 9、真空蒸发时，冷凝器操作压强的最低极限取决于： A 冷凝水的温度 B 真空泵的能力 C 当地大气压力 D 蒸发器的蒸发水量 10、下述几条措施，哪一条不能提高加热蒸汽的济程度？ A 采用多效蒸发流程 B 引出额外蒸汽 C 使用热泵蒸发器 D 增大传热面积 1、C 2、C 3、A 4、A 5、C
化工原理期末考试试卷（下）A 2004.6 一、概念题（30分）（填空题每空1分，选择题每题1分） 1．已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm，E2=0.011atm，E3=0.00652atm，则__________。 (A) t1 化工原理试题库 试题一 一：填空题（18分） 1、 某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=________02mH =__________Pa. 该地区的大气压为 720mmHg 。 2、 常温下水的密度为1000 3m Kg ，粘度为1cp ，在mm d 100=内的管内以s m 3 速度流动，其流动类 型为 ______________。 3、 流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以__________.___________._ _________________. 4、 气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。 5、 水在管路中流动时，常用流速范围为_______________s m ,低压气体在管路中流动时，常用流速范 围为_______________________s m 。 6、 离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_________________. __________________.往复泵___________________.__________________. 7、在非均相物糸中，处于____________状态的物质，称为分散物质，处于 __________状态的物质，称为分散介质。 8、 间竭过滤操作包括______._______.________._________.__________。 9、 传热的基本方式为___________.______________.__________________。 10、工业上的换热方法有_________.__________.__________.____________。 11、α称为_______________，其物理意义为____________________________. __________________________，提高管内α值的有效方法____________. 提高管外α值的有效方法______________________________________。 12、 蒸汽冷凝有二种方式，即_____________和________________ 。其中， 由于_________________________________________，其传热效果好。 K Kg Kj C C .187.4==冷水热水 试题一答案： 一、 填充题 1、8.7m 02H ,pa 41053.8?. 2、53 10310.11000.3.1.0?== = -μ ρ du R e 湍流。 1、 层流、过渡流和湍流。 2、 增加、降低。 3、 3-8s m 、8-15s m 。 4、 启动前应灌满液体，关出口阀门、用调节阀调节流量；往复泵启动前不需灌液，开旁路阀、用旁 路阀来调节流量的。 5、 分散、连续。 6、 过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布、重整。 7、 热传导、对流传热、热辐射。 10、间壁式、混合式、蓄热式、热管。 11、称为对流传热膜糸数。当流体与壁面温度差为1K 时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。增加流程、加拆流挡板。 12、滴状冷凝和膜状冷凝。滴状冷凝成小液滴沿壁面直接落下。 试题二 1. 某精馏塔的设计任务为：原料为F，x f，要求塔顶为x D，塔底为x w。设计时若选定的回流比R不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数N T减小，提馏段上升蒸汽量V' 增加，提馏段下降液体量L' 增加，精馏段上升蒸汽量V不变，精馏段下降液体量L不变。（增加，不变，减少） 2. 某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为x A=0.96(摩尔分率) .精馏段操作线方程为y=0.75x+0.24.该物系平均相对挥发度α=2.2,此时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成为y2=_______. 3. 某精馏塔操作时，F，x f，q，V保持不变，增加回流比R，则此时x D增加，x w减小，D减小，L/V增加。（增加，不变，减少） 6.静止、连续、_同种_的流体中，处在_同一水平面_上各点的压力均相等。 7.水在内径为φ105mm×2.5mm的直管内流动，已知水的黏度为1.005mPa·s，密度为1000kg·m3流速为1m/s,则R e＝_______________,流动类型为_______湍流_______。 8. 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__4__倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的__1/4___倍。 9. 两个系统的流体力学相似时，雷诺数必相等。所以雷诺数又称作相似准数。 10. 求取对流传热系数常常用_____量纲________分析法,将众多影响因素组合 成若干____无因次数群______数群，再通过实验确定各___无因次数群________之间的关系，即得到各种条件下的_____关联______式。 11. 化工生产中加热和冷却的换热方法有_____传导_____、 ___对流______和 ____辐射___。 12. 在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近___饱和蒸 汽一侧_____流体的温度,总传热系数K接近___空气侧___流体的对流给热系数. 最新2019—最新2019—2020(1)化工原理试卷B 及答案 2014 ～ 2015 学年第一学期期末考试试卷 主考教师： 陆杰、刘锡建、王远强 学院 化学化工学院 班级 姓名 __________ 学号 ___________ 《化工原理（二）》课程试卷B 参考答案 （本卷考试时间 120 分钟） 一、 填空题（每空1分，共20分） 1、蒸馏是利用各组分挥发度不同 将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作，两组分蒸馏中，相对挥发度差异越___大____，分离越易；相对挥发度___等于1_____时不能用普通精馏方法分离. 2、在精馏塔中当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板 ，精馏塔的塔顶温度总是低于 塔底温度. 3、总压为99.7kPa ，100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是179.18kPa 和74.53kPa ，平衡时苯的液相组成为___0.241_____（以摩尔分数表示），苯与甲苯的相对挥发度为_____2.40________. 值最大，此时分离所需的理 q 进料的 过冷液体 当分离要求和回流比一定时，、4. 最少 论板数 5、对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小 ，加压 和降温 对吸收操作有利. 6、根据双膜理论，水吸收空气中氨的过程属_____气膜______ 控制过程；水吸收空气中CO 2的过程属_____液膜_____ 控制过程；上述两种气体中， CO 2吸收可以采用化学吸收 ，可显著提高吸收速率. 7、在吸收操作中，气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则操作线将_____靠近______平衡线，传质推动力将___减小_______. 8、当不饱和湿空气温度升高时，湿球温度 升高 ，相对湿度降低 ，露点不变 . 《化工原理》试题库答案 一、选择题 1．当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（A）。 A.质量流量 B.体积流量 C.流速 D.静压能 2. 孔板流量计是( C )。 A. 变压差流量计，垂直安装。 B. 变截面流量计，垂直安装。 C. 变压差流量计，水平安装。 D. 变截面流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采用改变出口阀门的开度调节流量的是（C）。 A．齿轮泵 B. 旋涡泵 C. 离心泵 D. 往复泵 4．下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（B）。 A．增加离心泵的排液高度。 B. 增加离心泵的吸液高度。 C. 启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D. 启动前，没有关闭出口阀门。 5．水在规格为Ф38×2.5mm的圆管中以0.1m/s的流速流动，已知水的粘度为1mPa·s则其流动的型态为（C）。 A.层流 B. 湍流 C. 可能是层流也可能是湍流 D. 既不是层流也不是湍流 6．下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（D）。 A. 位能 B. 动能 C. 静压能 D. 热能 7．在相同进、出口温度条件下，换热器采用（A）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B. 并流 C. 错流 D. 折流 8．当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（C）也增大。 A．流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9．下列换热器中，需要热补偿装置的是（A）。 A．固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（D）。 A. 热传导 B. 对流 C. 热辐射 D.对流传热 11.流体在管内呈湍流流动时B。 A.Re≥2000 B. Re>4000 C. 2000 化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM 1下列哪些因素可能是造成筛板塔严重漏液的原因（ADE） A气量过小B气量过大 C 板上液层厚度过小 D 液量过大E严重漏液 2 造成板式塔液泛，可能是因为（CDF） A 板上也留分布不均匀 B 板上气液分布不均匀C气量过大 D 液量过大E严重漏液F板间距过小 3下列命题正确的是（AC） A板间距过小，雾沫夹带线下移B板间距过大，雾沫夹带线上移C降液管面积上升，液相上线右移D降液管面积下降，液相上线左移4以下湿空气中，_______参数是相互独立的。（B） A:H P W B:t t w C:H, t d D:l, t w 5某一定状态下的湿空气，以一定速度流过水盘液面，则平衡时水温等于_______。（A） A 湿球温度t w B干球温度t C露点温度t d D 绝热饱和温度t as 6某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半时，假定管内的相对粗糙度不变，则_______。(C) A 4倍 B 8倍 C 16倍 D 32倍 完全湍流（阻力平方区）时，流动阻力变为原来的_______。(D) A 4倍 B 8倍 C 16倍 D 32倍 7流体在管内作完全湍流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的___C___倍；若为层流流动，其他不变，当速度提高到原来的2倍时，阻力损失是原来的___B___倍。 A 1倍 B 2倍 C 4倍 D 8倍 8 流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的_______。（C） A动能 B 位能C静压能D总机械能 9层流与湍流的区别，下列说法不正确的是：_______。（AB） A 湍流流速大于层流流速。 B 流道截面积大的为湍流，截面积小的为层流。 C 层流的雷诺数小于湍流的雷诺数。 D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 10 离心泵停车时要（A）。 A 先关出口阀后断电 B 先断电后关出口阀 C 先关出口阀先断电均可 D 单级式的先断电，多级式的先关出口阀 11 离心泵最常用的调节方法是（B）。 A 改变吸入管路中阀门开度 B 改变压出管路中阀门的开度 C 安置回流支路，改变循环量的大小 D 车削离心泵的叶轮 12 流体通过离心泵所获得的能量主要表现为（B）。 A 动能增加 B 静压能增加C位能增加D流量增大 13离心泵工作时，通过改变出口阀的开度调节流量，其实质是（B） A 改变泵的工作特性曲线B改变管路的特性曲线 C 改变泵的扬程D调节泵的功率 14 离心沉降速度是_______。（B） A 颗粒运动的绝对速度B径向速度C切向速度D气流速度 天津工业大学2011~2012第1学期 09级(化工、制药、材料)化工原理(下)期末试卷A 班级＿＿＿＿姓名＿＿＿＿学号＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿ 题号一二三四五总分 满分2020242016 得分 阅卷人 一、填空题(每空1分)总分[20]得分[] 1.在精馏塔的设计中，回流比越（____），所需要的理论板数量越多，其操作的能耗越（____）。 2.A、B组成的理想溶液，A组分的摩尔分率x A=0.3，两组分的饱和蒸气压分别为poA=150kPa，poB=60kPa，则其相对挥发度 的值为（____），A组分在气相的分压为（__ __）。 3.精馏操作过程中，如果采用全回流，则回流比R=（____），此时精馏段和提馏段操作线方程均为（____）。 4.二组分连续精馏，精馏段操作线方程为y=0.75x+0.245，提馏段操作线方程为y=1.25x-0.02，当q=1时，x F=（____），x W=（____）。 5.同一种气体溶解于同一种溶剂中，当操作温度降低时，Henry定律中的溶解度系数H的变化趋势为（）。 6.在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为y*=0.94x,若含氨0.094摩尔分 =0.05的氨水接触，则发生（）过程。 数的混合气和组成x A 7.在吸收操作中，吸收塔某一截面气相中溶质的浓度为Y i，与液相浓度X i相平衡的浓度为Y i*,则总推动力为（）。 8.用纯溶剂吸收某溶质气体,并且Y＝2X，要求回收率φ＝80%,若操作液气比是最小液气比的1.2倍，则操作液气比为（）。 9.在逆流吸收塔中，进、出塔的气相摩尔比分别为Y1＝0.09和Y2＝0.01，进塔液体为纯溶剂，若吸收的操作线与平衡线平行，则塔的平均推动力为ΔY m＝（），传质单元数的N OG=（）。 一流体流动 流体密度计算 1.1在讨论流体物性时，工程制中常使用重度这个物理量，而在SI制中却常用密度这个物理量,如水的重度为1000[kgf/m3],则其密度为多少[kg/m3]? 1.2燃烧重油所得的燃烧气，经分析测知，其中含8.5％CO2,7.5％O2,76％N2,8％水蒸气（体积％），试求温度为500℃,压强为1atm时该混合气的密度。 1.3已知汽油、轻油、柴油的密度分别为700[kg/m3]、760[kg/m3]和900[kg/m3] 。试根据以下条件分别计算此三种油类混合物的密度（假设在混合过程中，总体积等于各组分体积之和）。 (1)汽油、轻油、柴油的质量百分数分别是20％、30％和50％； (2)汽油、轻油、柴油的体积百分数分别是20％、30％和50％。 绝压、表压、真空度的计算 1.4在大气压力为760[mmHg]的地区,某设备真空度为738[mmHg],若在大气压为655[mmHg]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值, 则真空表读数应为多少？ 静力学方程的应用 1.5如图为垂直相距1.5m的两个容器，两容器中所盛液体为水，连接两容器的U型压差计读数R为500[mmHg],试求两容器的压差为多少？ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 1.6容器A.B分别盛有水和密度为900[kg/m3]的酒精,水银压差计读数R为15mm,若将指示液换成四氯化碳（体积与水银相同），压差计读数为若干？ ρ水银＝13.6×103[kg/m3] 四氯化碳密度ρccl4＝1.594×103 [kg/m3] 习题 5 附图习题 6 附图 1.7用复式U管压差计测定容器中的压强,U管指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知图中h1= 2.3m，h2=1.2m，h3=2.5m，h4=1.4m，h5=3m。大气压强Ｐ0=745[mmHg]，试求容器中液面上方压强P C=? 1.8如图所示,水从倾斜管中流过，在断面A和B间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离 a=0.3m，试求A,B两点的压差等于多少？ 流量、流速计算 1.9密度ρ=892Kg/m3的原油流过图示的管线,进入管段1的流量为V=1.4×10-3 [m3/s]。计算： (1)管段1和3中的质量流量； (2)管段1和3中的平均流速； (3)管段1中的质量流速。 1.10某厂用Φ125×4mm的钢管输送压强P=20at(绝压)、温度t=20℃的空气，已知流量为6300[Nm3/h] (标准状况下体积流量)。试求此空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。 (注：at为工程大气压，atm为物理大气压)。 1.11压强为1atm的某气体在Φ76×3mm的管内流动，当气体压强变为5atm时，若要求气体以同样的温度、流速、质量流量在管内流动，问此时管内径应为若干？ 化工原理试题库（上册） 第一章流体流动 一、选择题 1. 连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量GA为（ A ）。 A.零 B.正数 C.负数 D.任意值 2. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ A ）的焓为零。 A.0℃液体 B.0℃气体 C.100℃液体 D.100℃气体 3. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ D ）。 A.阻力越大，静压强下降就越大 B.流体的粘度越大，阻力越大 C.流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在 4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示是（ C ）。 A.atm B.mmHg C.Kg/m.s2 D.N/m2 5. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ B ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 6. 对可压缩流体，满足( C )条件时，才能应用柏努力方程求解。 A. )%(20ppp121式中压强采用表压表示 B. )%(01ppp12 1式中压强采用表压表示 C. )%(20ppp121式中压强采用绝压表示 D. )%(01ppp1 2 1式中压强采用绝压表示 7. 判断流体的流动类型用（ C ）准数。 A.欧拉 B.施伍德 C.雷诺 D.努塞尔特 8. 流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为( B )。 A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.椭圆线 9. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ A ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.无法判断 10. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ B ）有关。 A.雷诺准数和绝对粗糙度 B. 雷诺准数和相对粗糙度 C.欧拉准数和绝对粗糙度 D. 欧拉准数和相对粗糙度 11. 测速管测量得到的速度是流体（ C ）速度。 A.在管壁处 B.在管中心 C.瞬时 D.平均 12. 在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ C ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 13. 流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ C ）。 A. 1.2m； B. 0.6m； C. 2.4m； D. 4.8m 2 14. 流体在长为2m、高为1m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（ A ）。 A. 1.33m； B. 2.66m； C. 0.33m； D. 0.66m。 15. 流体在内管外径为25mm，外管内径为70mm的环隙流道内流动，则该环隙流道的当量直径为（ D ）。 A. 25mm； B. 70mm； C. 95mm； D. 45mm。 16. 当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( C ) A. u ＝3/2.umax B. u ＝0.8 umax C. u ＝1/2. umax D u =0.75 umax 17. 判断流体流动类型的准数为（ A ） A . Re数 B. Nu 数 C . Pr数 D . Fr数 18. 流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数Re 的n 次方成正比，其中的n 值为（ B ） A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 19. 牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈（ A ） A．层流流动 B 湍流流动 C 过渡型流动 D 静止状态 20. 计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ C ） A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 21. 用离心泵在两个敞口容器间输送液体。若维持两容器的液面高度不变，则当输送管道上的阀门关小后，管路总阻力将（ A ）。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 22. 流体的压强有多种表示方式，1标准大气压为 ( C ) A.780mm汞柱 B.1Kgf/cm2 D.10130Pa 23. 流体在圆管中层流流动，若只将管内流体流速提高一倍，管内流体流动型态仍为层流，则阻力损失为原来的（ B ）倍。 A.4 B.2 C.2 D.不能确定 24. 阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 ( A ) A.1.0 B.0.5 25. 在柏努利方程式中，P/ρg被称为 ( A ) A.静压头 B.动压头 C.位压头 D.无法确定 26. 流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re ( D ) A.<4000 B.<2000 C.>2000 D.>4000 27. 不可压缩性流在管道内稳定流动的连续性方程式为（ A ）可压缩性流体在管道内稳定流动的连续性方程式为（ D ） 3 A.u1Ａ1=u2Ａ2 B.u1Ａ2=u2Ａ1 1.在层流流动中，若流体的总流率不变，则规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的（ C ）倍。 A. 2； B. 6； C. 4； D. 1。 2.流体在圆形直管内作强制湍流时，其对流传热系数α与雷诺准数的n 次方成正比，其中的n 值为（ B ） A . 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 0.2 3.计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（ C ） A. 上游截面处流速 B 下游截面处流速 C 小管中流速 D 大管中流速 4.阻力系数法将局部阻力表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为( A ) A.1.0 B.0.5 C.0.35 D.0.75 5.有两种关于粘性的说法：( A ) 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表现出来。 A.这两种说法都对； B.这两种说法都不对； C.第一种说法对，第二种说法不对； D.第二种说法对，第一种说法不对。 第二章流体输送机械 1.往复泵在操作中( A ) 。 A.不开旁路阀时，流量与出口阀的开度无关 B.允许的安装高度与流量无关 C.流量与转速无关 D.开启旁路阀后，输入的液体流量与出口阀的开度无关 2.一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出 口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( D ) A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 3.离心泵吸入管路底阀的作用是（ B ）。 A.阻拦液体中的固体颗粒 B.防止启动前充入的液体从泵内漏出 C.避免出现气蚀现象 D.维持最低的允许吸上高度 4.为了安全起见，离心泵的实际安装高度应比理论安装高度（ B ）。 A.高 B.低 C.相等 C.不确定 5.齿轮泵的流量调节采用（ C ）。 A.出口阀 B.进口阀 C.回流装置 D.以上三种均可 6.离心泵启动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致超 负荷工作，这是因为（ A ）。 0≈0 B. >0>0 C. <0<0 7.离心泵的调节阀开大时，则（ B ）。 A.吸入管路的阻力损失不变 B.泵出口的压力减小 三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452× 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 （勤奋、求是、创新、奉献） 2014 ～2015 学年第一学期期末考试试卷 主考教师：陆杰、刘锡建、王远强 学院化学化工学院班级姓名 __________ 学号 ___________ 《化工原理（二）》课程试卷B参考答案 （本卷考试时间 120 分钟） 题号一二三四五六七八九十总得 分 题 分 2020107101815100 得 分 一、填空题（每空1分，共20分） 1、蒸馏是利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作，两组分蒸馏中，相对挥发度差异越___大____，分离越易；相对挥发度___等于1_____时不能用普通精馏方法分离。 2、在精馏塔中当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板，精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度。 3、总压为99.7kPa，100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是179.18kPa和74.53kPa，平衡时苯的液相组成为___0.241_____（以摩尔分数表示）,苯与甲苯的相对挥发度为_____2.40________。 4、当分离要求和回流比一定时，过冷液体进料的q值最大，此时分离所需的理论板数最少。 5、对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利。 6、根据双膜理论，水吸收空气中氨的过程属_____气膜______ 控制过程；水吸收空气中CO 2的过程属_____液膜_____ 控制过程；上述两种气体中， CO 2吸收可以采用化学吸收 ，可显著提高吸收速率。 7、在吸收操作中，气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则操作线将_____靠近______平衡线，传质推动力将___减小_______。 8、当不饱和湿空气温度升高时，湿球温度 升高 ，相对湿度降低 ，露点不变 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、下述说法中错误的是（ B ）。 (A)板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触 (B) 吸收过程可以用等分子反向扩散说明 (C)精馏既可以用板式塔，又可以用填料塔 (D) 吸收既可以用板式塔，又可以用填料塔 2、 二元溶液连续精馏计算中，进料热状况的变化将引起以下线的变化（ A ）。 (A)提馏段操作线与q 线 (B)平衡线 (C)平衡线与精馏段操作线 (D) 精馏段操作线与q 线 3、操作中连续精馏塔，F 、q 、x F 、D 、W 不变，回流比小于原回流比，则（ B ）。 (A) D x 、W x 均增加 (B) D x 减小，W x 增加 (C) D x 、W x 均不变 (D)不能正常操作 4、为防止液泛的发生应采取的措施是( C )。 (A) 增加气速 (B)增加液体流量 (C) 增大板间距 (D)增加塔板开孔率 5、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG 将( C )。 (A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D) 不能判断 6、低浓度逆流吸收操作，当气液进塔组成不变，而改变操作条件使脱吸因数s 增大，则气体出塔浓度2Y 将（ A ）。 (A) 增大 (B)减小 (C) 不变 (D)不确定化工原理试题库(含答案)
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