化工原理--流體力學(xué)習(xí)題及答案

1、、單選題1層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是（）。 DA 湍流流速層流流速； B 流道截面大的為湍流，截面小的為層流；C 層流的雷諾數(shù) 層流流速；C. 層流的雷諾數(shù) 槽內(nèi)水面與兩支管出口的距離均相等，水在管內(nèi)已達(dá)完全湍流狀態(tài)。試分析： （1） 兩閥門全開時(shí)，兩 支管的流量是否相等？（ 2）若把 C支管的閥門關(guān)閉，這時(shí) B 支管內(nèi)水的流量有何改變？（ 3）當(dāng) C支管的閥門 關(guān)閉時(shí)，主管路 A 處的壓強(qiáng)比兩閥全開時(shí)是增加還是降低？答：（ 1）C 支管流動(dòng)阻力大，管內(nèi)流速及流量均小于B 支管。（ 2）B支管內(nèi)水的流量增大（但小于兩支管均全開時(shí)的流量和）。（ 3）增加（主管能量損失及管內(nèi)動(dòng)能比原來(lái)減小）。2. 2

2、0的清水以一定流速?gòu)募?xì)管流入粗管（如本題附圖所示），測(cè)得U 形管壓差計(jì)讀數(shù)為 R。保持管內(nèi)流動(dòng)狀況不變，將管路從水平放置改為垂直放置，U形管壓差計(jì)的讀數(shù)將如何變化？并判斷從1- 1截面到 2- 2截面間的能量損失和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能哪項(xiàng)數(shù)值大？3. 某液體分別在本題附圖所示的三根管道中穩(wěn)定流過，各管絕對(duì)粗糙度、管徑均相同，上游截面 流速也相等。問：（1）在三種情況中，下游截面 2- 2的流速是否相等？（2）在三種情況中，下游截面 2- 2的壓強(qiáng)是否相等？ 如果不等，指出哪一種情況的數(shù)值最大，哪一種情況中的數(shù)值最?。科淅碛珊卧?？1- 1的壓強(qiáng)、4. 水由高位槽流入貯水池，若水管總長(zhǎng)（包括局部阻力的

3、當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）縮短25%，而高位槽水面與貯水池水面（ 即流動(dòng)在阻力平方區(qū) ） 不變，則水的流量變?yōu)樵瓉?lái)的 A 。A 1.155 倍 B 1.165 倍C 1.175 倍 D 1.185 倍22解：由p1 u1gz1gz2p2u2hhf122f的位差保持不變，假定流體完全湍流流動(dòng)得h f1hf 2所以l le 1 u12l le 2 u22又由完全湍流流動(dòng)d所以l le 1 u12l le 22u2而V uA ud24所以V2 u2lle 111.1547V1 u1lle 20.755.如圖表明，管中的水處于靜止向上流動(dòng)向下流動(dòng)不一定2P1=0.12Kgf/m2P2=0.12Kgf/m2三、計(jì)算

4、題1 在圖示裝置中，水管直徑為 57 3.5 mm。當(dāng)閥門全閉時(shí)，壓力表讀數(shù)為 0.3 大氣壓 , 而在閥門開啟后， 壓力表讀數(shù)降至 0.2 大氣壓。設(shè)管路入口至壓力表處的壓頭損失為0.5 mH 2O，求水的流量為若干 m3/h ？解：閥門全閉時(shí)，由 P2 = gH，H = 0.3 1.013 105/ (1000 9.81 )= 3.1 m即水槽液面距閥門中心線的高度為3.1 m 。閥門開啟時(shí)，以水槽液面為上游截面 1-1 ，壓力表處為下游截面 2-2 ，管路中心線為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏努利方程式5，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2 1.013 105 Pa，u10，hf/

5、g = 0.5 mH 2O代入上式53.1 = 0.21.013 105/ （ 1000 9.81 ）+/ （29.81 ）+ 0.5解得 u 2 = 3.24 m/s23Vh=（/4 ）d2 u 3600 = 22.9 m 3/h2. 一敞口高位水槽 A 中水流經(jīng)一喉徑為 14mm的文丘里管，將濃堿液槽 管內(nèi)混合成稀堿液送入 C 槽，各部分標(biāo)高如附圖所示；輸水管規(guī)格為 長(zhǎng)（包括所有局部阻力損失的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為20m，摩擦系數(shù)可取3（ 1） 當(dāng)水流量為 8m3/h 時(shí)，試計(jì)算文丘里喉部 M處的真空度為多少B 中的堿液（密度為 1400 kg/ m3 ）抽吸入 57 3mm，自 A 至文丘里喉

6、部 M處管路總 0.025 。mmH；g2） 判斷槽的濃堿液能否被抽吸入文丘里內(nèi) （說明判斷依據(jù)） 。如果能被吸入， 吸入量的大小與哪些因素有關(guān)？解：（ 1）在 A-A 與 M-M截面間列柏努利方程，并以喉管中心線為基準(zhǔn)面：zA g1 2pAuA2A12 zM g 2uMpMWf ,A M1其中： zA8m ； pA喉部流速管內(nèi)流速VS8 / 360020.785dM220.785 0.014 2VS8/ 36000 （表壓）14.44m / suMuA 0； zM20.785d 220.785 0.05121.09m / s阻力Wf ,A M(ldle)0.025 200.051 21.09

7、 5.82J /kg代入柏努利方程，并簡(jiǎn)化：zA g122uMpMWf ,A M8 9.81214.4422pM10005.82解得pM3.16 104 Pa(表壓)3.16 104 Pa（真空度）2）文丘里喉管處的位能與靜壓能之和：pM zM g2101.3 103 3.16 10 414001.59.81 64.5 J/kg堿液槽 B 截面處的位能與靜壓能之和：pBzBg101.3 103 72.36 J/kg1400所以pBzBg pM zM g2也即堿液能被抽吸入文丘里管內(nèi)。在 B-B 與 M-M截面間列柏努利方程簡(jiǎn)化解得12 zB g2uBpBpBzM guMzM gpMWf ,B

8、M1 uM2MpM(l2 le )BM uMdBM2(pB21pM )(lle )BM12 zM g 2dBM由此可知，堿液的吸入量與文丘里喉管處壓力pM 、堿液槽的相對(duì)位置 zM 、堿液槽中的壓力 pB、吸入管的直徑 dBM 、總管長(zhǎng)（ lle ）BM 、堿液的密度 M 等有關(guān)。討論：1）流體能否流動(dòng)或流向判斷實(shí)質(zhì)上是靜力學(xué)問題，應(yīng)根據(jù)位能與靜壓能總和的大小進(jìn)行比較；2）流體一旦流動(dòng)，其能量轉(zhuǎn)化關(guān)系服從柏努利方程，此時(shí)pM 將發(fā)生變化，應(yīng)按匯合管路重新計(jì)算；3）利用水在文丘里喉管處的節(jié)流作用而形成低壓可將其它流體抽吸并輸送，此為噴射泵工作原理。3. 水從傾斜直管中流過，在截面A與 B處接一空

9、氣壓差計(jì)，其讀數(shù)R=10mm，兩測(cè)壓點(diǎn)垂直距離 a=0.3m，見附圖。試求：（ 1）A、B 兩點(diǎn)的壓差等于多少？（ 2）管路水平放置而流量不變，壓差計(jì)讀數(shù)及兩點(diǎn)的壓差有何變化？答：（1）3041.1kPa；（2）R不變， 98.1 kPa 。4. 有一液位恒定的高位槽通過管路向水池供水（見附圖），高位槽內(nèi)液面高度 h1 為 1m，供水總高度 h2為 10m，輸水管內(nèi)徑 50mm，總長(zhǎng)度 100m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度） ，0.025 。試求：1） 供水量為多少 m3 / h ？2） 若此時(shí)在管垂直部分某處出現(xiàn)一直徑為1mm的小孔，有人說因虹吸現(xiàn)象，在某一高度范圍內(nèi)不會(huì)從小孔向外流水，而還

10、有人則認(rèn)為水將從小孔流出。試推導(dǎo)證明哪一種說法正確。解：（1）取高位槽上液面為截面1，輸水管出口外側(cè)為截面 2，在 1- 1和 2- 2間列柏努利方程，可得：2p1 u12Z1g2p2 u12Z2gWf 1 2其中： p1p20（表壓 ） ，u1u20將阻力公式代入Wf 1 2 ，整理得：h2gl d2 u2所以u(píng)h2g2d0.5109.8072 0.050.51.98m / sl0.025100供水量V2d 2u 3.140.052 1.983.88773 3 310 m / s 14.0m / h442）仍取高位槽上液面為截面1，再取垂直管處任意一點(diǎn)為截面3，在 1-1和 3- 3間列柏努

11、利方程，可得：2p1 u12Z1gp32u32Z3gWf1將阻力公式代入，整理得：p3p1(Z1Z3)g2 u3 2Z1 Z3 1u3d2u30.5 3 )2p3pa(Z1Z3)(g2 u32)2u3 (1.52d)=(Z1Z3)(9.80720.025 1.9822 0.05 )1.98 (1.5 0.025 )2 (1.5 0.05(Z1Z3 )8.82691.9602顯然，此式為單調(diào)增函數(shù)，且在 (Z1Z3) 1m 處時(shí)，p3 pa 6.8667 0所以在 (Z1 Z3) 1 9m時(shí)(即垂直管段任意高度處)， p3 pa 0 ，即 p3 pa ，表示管內(nèi)靜壓高于大氣壓力，故不會(huì)出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，水將從小孔流出。5. 如本題附圖所示，用泵 2 將儲(chǔ)罐 1中的有機(jī)混合液送至精餾塔3的中部進(jìn)行分離。已知儲(chǔ)罐內(nèi)液面維持恒定，其上方壓力為 1.0133 105 Pa。流體密度為 800 kg/m 3。精餾塔進(jìn)口處的塔內(nèi)壓力為 1.21 105 Pa，進(jìn)料口高于儲(chǔ) 罐內(nèi)的液面 8 m，輸送管道直徑為 68 mm 4 mm，進(jìn)料量為 20 m3/h 。料液流經(jīng)全部管道的能量損失為70 J/kg ，求泵的有效功率。得8.0m；u1u20；VAhf 70J kgV 20 3600ms 2 3.14 2d20.068 2 0.004 2441.966m s解：在截面 A-A 和截面 B-B 之間