化工原理第一章题库与解答.doc

一、单选题 1.单位体积流体所具有得( )称为流体得密度。 A A 质量;B 粘度;C 位能;D 动能。 2.单位体积流体所具有得质量称为流体得( )。 A A 密度;B 粘度;C 位能;D 动能。 3.层流与湍流得本质区别就是( )。 D A 湍流流速层流流速; B 流道截面大得为湍流,截面小得为层流; C 层流得雷诺数湍流得雷诺数;D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。4.气体就是( )得流体。 B A 可移动;B 可压缩;C 可流动;D 可测量。 5.在静止得流体内,单位面积上所受得压力称为流体得( )。 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得压力,称为( )。 A A 绝对压力;B 表压力;C 静压力;D 真空度。 7.当被测流体得( )大于外界大气压力时,所用得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.当被测流体得绝对压力( )外界大气压力时,所用得测压仪表称为压力表。 A A 大于;B 小于;C 等于;D 近似于。 9.( )上得读数表示被测流体得绝对压力比大气压力高出得数值,称为表压力。 A A 压力表;B 真空表;C 高度表;D 速度表。 10.被测流体得( )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、 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心得最大流速得关系为( )。 BA、 Um1/2Umax; B、 Um0、8Umax; C、 Um3/2Umax。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就是( )。 AA、 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( )。 CA、 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得密度差( ) CA、 大; B、 中等; C、 小; D、 越大越好。15、转子流量计得主要特点就是( )。 CA、 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、层流与湍流得本质区别就是:( )。 DA、 湍流流速层流流速; B、 流道截面大得为湍流,截面小得为层流;C、 层流得雷诺数湍流得雷诺数;D、 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。17、圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数就是( )。 BA、 Re 2000; B、 Re 4000; C、 Re = 20004000。18、某离心泵入口处真空表得读数为 200mmHg , 当地大气压为101kPa, 则泵入口处得绝对压强为( )。 AA、 74、3kPa; B、 101kPa; C、 127、6kPa。19、在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径就是细管得2倍,则细管流速就是粗管得( )倍。 CA、 2; B、 8; C、 4。20、流体流动时产生摩擦阻力得根本原因就是( )。 CA、 流动速度大于零; B、 管边不够光滑; C、 流体具有粘性。21、在相同条件下,缩小管径,雷诺数( )。 AA、 增大; B、 减小; C、 不变。22、水在园形直管中作滞流流动,流速不变,若管子直径增大一倍,则阻力损失为原来得( )。 A A、 1/4; B、 1/2; C、 2倍。 23.单位时间内流过管道任意截面得流体量称为( )。 C A 流速;B 流线;C 流量;D 流函数。 24.单位时间内流体在流动方向上所流过得( )称为流速。 C A 宽度;B 高度;C 距离;D 直线。 25.柏努利方程式中得( )项表示单位质量流体所具有得位能。 A A gz;B ;C ;D we。 26.柏努利方程式中得 项表示单位质量流体所具有得( )。 B A 位能;B 动能;C 静压能;D 有效功。 27.柏努利方程式中得( )项表示单位质量流体所具有得静压能。 C A gz;B ;C ;D we。 28.柏努利方程式中得( )项表示单位质量流体通过泵(或其她输送设备)所获得得能量,称为有效功。 D A gz;B ;C ;D we。 29.柏努利方程式中得( )项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失得能量。 D A gz;B ;C ;D 。 30.流体在直管中流动,当( )2000时,流体得流动类型属于层流。 A A Re;B Pr;C Nu;D Gr。 31.流体在直管中流动,当Re( )4000时,流体得流动类型属于湍流。 B A ;B ;C ;D 。 32.流体在直管中流动,当2000( )4000时,流体得流动类型属于不稳定得过渡区。 A A Re;B Pr;C Nu;D Gr。 33.流体在管内作( )流动时,其质点沿管轴作有规则得平行运动。 A A 层流;B 湍流;C 过渡流;D 漩涡流。 34.流体在管内作( )流动时,其质点作不规则得杂乱运动。 B A 层流;B 湍流;C 过渡流;D 漩涡流。 35.流体在圆管内( )流动时,平均速度就是最大速度得一半。 A A 层流;B 湍流;C 过渡流;D 漩涡流。 36.对于( ),当量直径等于四倍得流通截面积除以润湿周边。 B A 圆形管;B 非圆形管;C 矩形管;D 直管。 二、填空题1、流体静力学基本方程式或 2、定态流动得柏努利方程式能量衡算式1kg流体: J/kg3.单位体积流体所具有得 质量 称为流体得密度。 4、 雷诺准数得表达式为_ Re=d/_。当密度1000kg、m,粘度=1厘泊得水,在内径为d=100mm,以流速为1m、s在管中流动时,其雷诺准数等于_10_,其流动类型为_湍流_。5、 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系得表压为100mmHg,则该体系得绝对压强为_ 850_mmHg, 真空度为_-100_mmHg。6、 当地大气压为750mmHg时, 测得某体系得表压为100mmHg,则该体系得绝对压强为_113404_Pa, 真空度为_ -133402_Pa。7、 某物得比重为0、879, 其密度为_879kg/m 3_, 其比容为_0、00114 m3/kg _。8、 圆管中有常温下得水流动, 管内径d=100mm, 测得其中得质量流量为15、7kg、/s, 其体积流量为_0、0157m3/s ,平均流速为_ 2、0m/s。 9、 当20得甘油(=1261kg/m3, =1499厘泊)在内径为100mm得管内流动时, 若流速为1、0m/s时, 其雷诺准数Re为_84、1_, 其摩擦阻力系数为_0、761_。10、某长方形截面得通风管道, 其截面尺寸为3020mm,其当量直径de为_24mm_。11、测量流体流量得流量计主要有如下四种:_ 转子流量计, 孔板流量计, _文丘里流量计,_ 湿式气体流量计_, 测量管内流体点得速度, 则用_皮托管_。12、管出口得局部阻力系数等于_1、0_, 管入口得局部阻力系数等于_0、5_。13、化工生产中,物料衡算得理论依据就是质量守恒定律,热量衡算得理论基础就是能量守恒定律。14、流体体积流量一定时,有效截面扩大,则流速 减少,动压头减少,静压头增加。15、理想流体在变径管路中作稳定得连续流动时,在管子直径缩小得地方,其静压力 _减少_。16、套管由572、5mm与252、5mm得钢管组成,则环隙得流通截面积等于_1633mm2 _,润湿周边等于_242mm _,当量直径等于_27mm _。17、流体在等径管中作稳定流动,流体由于流动而有摩擦阻力损失,流体得流速沿管长 _不变_。18、液柱压力计量就是基于_流体静力学_原理得测压装置,用U形管压差计测压时,当一端与大气相通时,读数R表示得就是_表压_或_真空度_。19、米糠油在管中作流动,若流量不变, 管径不变,管长增加一倍,则摩擦阻力损失为原来得_2_倍。20、米糠油在管中作层流流动,若流量不变,管长不变, 管径增加一倍,则摩擦阻力损失为原来得_1/16_倍。21、当Re 为已知时,流体在圆形管内呈层流时得摩擦系数=_64/Re _,在管内呈湍流时,摩擦系数与_ Re _、_/d_有关。22、液体得粘度随温度升高而_减小_,气体得粘度随温度得升高而_增大_。23、某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布就是_ 抛物线_型曲线,其管中心最大流速为平均流速得_2倍_倍,摩擦系数与Re得关系为_64/Re _。24、牛顿型流体与非牛顿型流体得主要得区别就是_牛顿型流体符合牛顿粘性定律_。25、稳定流动得定义就是_流动状况不随时间而变_。三、计算题 1.一套管换热器得内管外径为80 mm, 外管内径为150 mm, 其环隙得当量直径为多少? 解:de = 4 = 4 = 150 80 = 70 mm 2.某液体在一管路中稳定流过,若将管子直径减小一半,而流量不变,则液体得流速为原流速得多少倍? 解:V = uA, u1A1 = u2A2, A = , 当 d1 = 2d2 时 u1 = u2 , 有 , , 即 得 u2 = 4u1 3.一定量得液体在圆形直管内作滞流流动。若管长及液体物性不变,而管径减至原有得一半,问因流动阻力产生得能量损失为原来得多少倍？ 解: 流动阻力 ,设管径改变后 ,则根据u1A1 = u2A2 可得u2 = 4u1,滞流时 , = , , 4.某设备上真空表得读数为13、3103 Pa,计算设备内得绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98、7103 Pa。 解:绝对压强 = 大气压 真空度 = 98、7103 13、3103 = 85、4103 Pa 表压强 = 真空度 = 13、3103 Pa 5.甲乙两地得平均大气压强分别为85、3103 Pa与101、33103 Pa,在甲地操作得真空精馏塔塔顶得真空表读数为80103 Pa,在乙地操作时,若要求塔内维持相同得绝对压强,真空表读数应为多少? 解:在甲地 绝对压强 = 大气压 真空度 = 85、3103 80103 = 5、3103 Pa 在乙地 真空度 = 大气压 绝对压强 = 101、33103 5、3103 = 96、03103 Pa 6.在兰州操作得苯乙烯真空精馏塔顶得真空表读数为80103 Pa,在天津操作时,若要求塔内维持相同得绝对压强,真空表得读数应为多少？兰州地区得平均大气压强为85、3103 Pa,天津地区得平均大气压强为101、33103 Pa。 解:在兰州 绝对压强 = 大气压 真空度 = 85、3103 80103 = 5、3103 Pa 在天津 真空度 = 大气压 绝对压强 = 101、33103 5、3103 = 96、03103 Pa 7.某设备得进、出口压强分别为1200 mmH2O(真空度)与1、6 kgf/cm2(表压)。若当地大气压为760 mmHg, 求此设备进、出口得压强差。(用SI制表示) 解: 进口 P1(绝压)= P(大气压)- P(真空度) 出口 P2(绝压)= P(大气压)+ P(表压) P1(真空度)= 1200 mmH2O = 0、12 kgf/cm2 P1(绝压)- P2(绝压)= - P1(真空度)+P2(表压) = -(0、12+1、6)= -1、72 kgf/cm2 = -1、729、81104 = -1、687105 N/m2 11.有一内径为25 mm得水管,如管中水得流速为1、0 m/s,求: (1)管中水得流动类型; (2)管中水保持层流状态得最大流速(水得密度=1000 kg/m3, 粘度= 1 cp)。 解:(1)Re = du/= 0、02511000/0、001 = 250004000 流动类型为湍流。 (2)层流时,Re 2000,流速最大时,Re = 2000,即du/= 2000 u = 2000/d= 20000、001/(0、0251000)= 0、08 m/s 12.密度为850 kg/m3、粘度为810-3 Pas得液体在内径为14 mm得钢管内流动,液体得流速为1 m/s。计算:(1)雷诺准数,并指出属于何种流型;(2)若要使该流动达到湍流,液体得流速至少应为多少？ 解:(1)Re = du/= 0、0141850/810-3 = 1487、5 2000 流动类型为层流 (2)湍流时,Re 4000,流速最小时,Re = 4000,即du/= 4000 u = 4000/d= 40000、008/(0、014850)= 2、69 m/s 13.用 1084 mm 得钢管从水塔将水引至车间,管路长度150 m(包括管件得当量长度)。若此管路得全部能量损失为118 J/kg,此管路输水量为若干m3/h？(管路摩擦系数可取为0、02,水得密度取为1000 kg/m3) 解:能量损失 118 J/kg u = 2、8 m/s 流量 V = uA = 2、8 79、13 m3/h 14.用1689 mm得钢管输送原油。管线总长100 km, 油量为60000 kg/h,油管最大抗压能力为1、57107 Pa。已知50 时油得密度为890 kg/m3, 粘度为181 cp。假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计。问:为完成上述输油任务, 中途需设几个加压站? 解:u1 = u2,Z1 = Z2, u = V/A = (60000/890)/(36000、7850、152) = 1、06 m/s Re = du/= 0、151、06890/(18110-3) = 782 层流 = 64/Re = 64/782 = 0、0818 P =(l/d)(u2/2)= 0、0818(105/0、15)(1、062/2)890 = 2、72107 Pa n = 2、72107/(1、57107) = 1、73 中途应设一个加压站 15.在附图所示得储油罐中盛有密度为960 kg/m3 得油品。油面高于罐底9、6 m,油面上方为常压。在罐侧壁得下部有一直径为760 mm圆孔,其中心距罐底800 mm,孔盖用14 mm 得钢制螺钉紧固。若螺钉材料得工作应力取为39、23106 Pa,问:至少需要几个螺钉？ 解:设通过孔盖中心得水平面上液体得静压强为 p,则p就就是管内液体作用与孔盖上得平均 压强。由流体静力学基本方程式知 作用在孔盖外侧得就是大气压强 pa,故孔盖内外两侧所受压强差为 作用在孔盖上得静压力为 每个螺钉能承受得力为 螺钉得个数 = 3、76104/6、04103 = 6、23 个 即至少需要7个螺钉。 16.某流化床反应器上装有两个U管压差计,如本题附图所示。测得R1 = 400 mm,R2 = 50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,在右侧得U管与大气连通得玻璃管内灌入一段水,其高度R3 =50 mm。求A、B两处得表压强。 解:U管压差计连接管中就是气体,其密度远远小于水银及水得密度,由气柱高度所产生得压强差可以忽略。设R2下端为C点,R1下端为D点,因此可认为 PAPC,PBPD。 PAPC =H2OgR3 +HggR2 = 10009、810、05 + 136009、810、05 = 7161 N/m2(表压) PBPD = PA +HggR1 = 7161 + 136009、810、4 = 6、05104 N/m2(表压)17.根据本题附图所示得微差压差计得读数,计算管路中气体得表压强p。压差计中以油与水为指示液,其密度分别为920 kg/m3 及998 kg/m3,U管中油、水交界面高度差R = 300mm。两扩大室得内径D均为60 mm,U管内径d为6 mm。(当管路内气体压强等于大气压强时,两扩大室液面平齐。) 解:当管路内得气体压强等于大气压强时,两扩大室得液面平齐,则两扩大室液面差 h与微差压差计读数R得关系为 当压差计读数R = 300 mm时,两扩大室液面差为 m 则管路中气体得表压强为 p =(998 - 920)9、810、3 + 9209、810、003 = 257 N/m2(表压)18.用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m,管路全部能量损失为20 J/kg,流量为36 m3/h,高位槽与水池均为敞口。若泵得效率为60%,求泵得轴功率。(水得密度取为1000 kg/m3) 解:设水池液面为1-1截面,高位槽液面为2-2,以水池液面为基准水平面,在两截面间列柏努利方程式。 Z1 = 0,Z2 = 50 m,u10,u20,P1 = P2 = 0(表压),hf = 20 J/kg we = 9、8150 + 20 = 510、5 J/kg 水得质量流率 ws = 361000/3600 = 10 kg/s 有效功率 Ne = wews = 510、510 = 5105 W 轴功率 N = 5105/0、6 = 8508、3 W 19.水以2、5m/s得流速流经 382、5 mm得水平管,此管以锥形管与另一 383 mm得水平管相连。如附图所示,在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面得压强。若水流经A、B两截面间得能量损失为1、5 J/kg,求两玻璃管得水面差(以mm记),并在本题附图中画出两玻璃管中水面得相对位置。(水得密度取为1000 kg/m3) 解:上游截面A-A,下游截面B-B,通过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。 式中 ZA = ZB = 0,uA = 2、5 m/s,hfA,B = 1、5 J/kg 根据连续性方程式,对于不可压缩流体 有 m/s 两截面得压强差为 = = 868、55 N/m2 即 mmH2O 由于 pB pA20、 如图所示,常温得水在管道中流过,两个串联得U形管压差计中得指示液均为水银,密度为rHg,测压连接管内充满常温得水,密度为rw,两U形管得连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内得水银液面均为同一高度,测压后两U形管压差计得读数分别为R1、R2,试求a、b两点间得压力差。解: ,而 ,所以 21、在如图所示得测压差装置中,U形管压差计中得指示液为水银,其密度为rHg,其她管内均充满水,其密度为rw,U形管压差计得读数为R,两测压点间得位差为h,试求a、b两测压点间得压力差。解:由 所以 所以 22.用离心泵将水从储槽送至水洗塔得顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如本题附图所示。管路得直径均为 762、5 mm。在操作条件下,泵入口处真空表得读数为24、66103 Pa;水流经吸入管与排出管(不包括喷头)得能量损失可分别按 与 计算。由于管径不变,故式中u为吸入或排出管得流速m/s。排水管与喷头处得压强为98、07103 Pa(表压)。求泵得有效功率。(水得密度取为1000 kg/m3) 解:(1)水在管内得流速与流量 设储槽水面为上游截面1-1,真空表连接处为下游截面2-2,并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。 式中 Z1 = 0,Z2 = 1、5 m,p1 = 0(表压),p2 = -24、66103 Pa(表压) u1 0, 将上列数值代入柏努利方程式,解得水在管内得流速u2 m/s 水得流量 ws = uA= kg/s (2)泵得有效功率 设储槽水面为上游截面1-1,排水管与喷头连接处为下游截面2-2,仍以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程。 式中 Z1 = 0,Z2 = 14 m,u1 0,u2 = 2 m/s,p1 = 0(表压) p2 =98、07103 Pa(表压), 将上列数值代入柏努利方程式,解得 weJ/kg 泵得有效功率 Ne = wews = 285、417、92 = 2260 W 23.在本题附图所示得实验装置中,于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计,以测量两截面之间得压强差。当水得流量为10800 kg/h 时,U管压差计读数R为100 mm。粗、细管得直径分别为603、5 mm与423 mm。计算:(1)1kg水流经两截面间得能量损失;(2)与该能量损失相当得压强降为多少Pa？(水得密度取为1000 kg/m3) 解:(1)1kg水流经两截面间得能量损失 设导管在上游得连接处为截面1-1,下游得连接处为截面2-2,并通过管轴作基准水平面。在两截面间列柏努利方程 式中 Z1 = Z2 = 0,u = ws/A m/s m/s , J/kg 将以上各数值代入柏努利方程式,解得 J/kg (2)与该能量损失相当得压强降 N/m2 24. 在图示装置中,水管直径为573、5 mm。当阀门全闭时,压力表读数为0、3大气压, 而在阀门开启后,压力表读数降至0、2大气压。设管路入口至压力表处得压头损失为 0、5 mH2O,求水得流量为若干m3/h？ 解:阀门全闭时,由 P2 =gH,H = 0、31、013105/(10009、81)= 3、1 m 即水槽液面距阀门中心线得高度为3、1 m。 阀门开启时,以水槽液面为上游截面1-1,压力表处为下游截面2-2,管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式 Z1 = H = 3 m,Z2 = 0,P1 = 0,P2 = 0、21、013105 Pa,u10,hf/g = 0、5 mH2O 代入上式 3、1 = 0、21、013105/(10009、81)+ /(29、81)+ 0、5 解得 u2 = 3、24 m/s Vh =(/4)d2u3600 = 22、9 m3/h 25.如图所示,密度为850 kg/m3得料液从高位槽送入塔中,高位槽内得液面维持恒定。塔内表压强为9、81103 Pa,进料量为5 m3/h。连接管直径为 382、5 mm,料液在连接管内流动时得能量损失为30J/kg(不包括出口得能量损失)。求:高位槽内得液面应比塔得进料口高出多少？ 解:以高位槽液面为上游截面1-1,连接管出口内侧为下游截面2-2,并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。 式中 Z1 = 0,u10, m/s p1 = 0(表压),p2 = 9、81103 Pa(表压),hf = 30 J/kg 将上述数值代入柏努利方程,解得 m 高位槽内得液面应比塔得进料口高4、37 m。26.如图所示,用泵将储槽中密度为1200 kg/m3得溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定,其上方与大气相同。蒸发器内得操作压强为200mmHg(真空度),蒸发器进料口高于储槽内得液面15 m,输送管道得直径为 684 mm,送料量为20 m3/h,溶液流径全部管道得能量损失为120 J/kg,求泵得有效功率。 解:以储槽得液面为上游截面1-1,管路出口内侧为下游截面2-2,并以截面1-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。 式中 Z1 = 0,Z2 = 15 m, p1 = 0(表压), Pa(表压) u1 0, m/s,hf = 120 J/kg 将以上各项数值代入柏努利方程中 weJ/kg wskg/s Ne = wews =246、96、67 = 1647 W 27.附图中所示得高位槽液面维持恒定,管路中ab与cd两段得长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路,液体在流动中温度可视为不变。问:(1)液体通过ab与cd两管段得能量损失就是否相等？(2)此两管段得压强差就是否相等？写出它们得表达式。 解:(1)直管得能量损失 管段ab与cd中,长度、直径均相同;流量不变则流速相同;温度不变,密度相同,粘度相同,则雷诺数相同;又由于粗糙度相同,则摩擦系数相同,所以两管段得能量损失相等。 (2)两管段得压强差不相等。 在两管段上分别列柏努利方程式 ab管段 式中 ua = ub,则 cd管段 式中 uc = ud,Zc = Zd,则 28、有两个液面高度相差6m得贮槽,其底部彼此用管道连接(本题附图所示)。A槽底面出口连接一根直径为600mm、长为3000m得管道BC,在接点C管路分为两支管分别与下槽相通,支路CD与CE得长度皆为2500m、直径均为250mm,若已知摩擦系数值均为0、04,试求A槽向下槽得流量为多少？(忽略所有得局部阻力)解:在分支点C所在截面与F水槽液面之间分别列支路CD与CE得机械能衡算式可确定:由于dCD=dCE,故可判断出uCD=uCEVBC=2VCD即在两水槽液面之间列机械能衡算方程:(a)式中:pA=pF=0(表压),uA=uF0,zA-zF=6m,将以上数据代入(a)式中,并整理解得、29、如本题附图所示用泵将20水经总管分别打人容器A、B内,总管流量为176m3/h,总管直径为168x5mm,C点处压力为1、 97kgf/cm2 (表) ,求泵供给得压头及支管CA、CB得阻力(忽略总管内得阻力)。解:(1)总管流速 在图示得O-O与C-C截面之间列机械能衡算方程:式中:(2)求支路阻力在C-C与A-A截面之间列机械能衡算方程:式中:,故支路CA得阻力为液柱同理液柱