化工原理習題集

1、第一章 流體的流動一、計算題 1. 等壓面的判斷 如附圖所示，A與B兩設(shè)備內(nèi)充滿水，兩設(shè)備之間的U形壓差計內(nèi)的指示液為水銀。試說明： （1）1、2、3、4各點壓強是否都相等？ （2）5、6、7、8各點壓強是否都相等？ （3）9、10、11、12各點壓強是否都相等？ （4）兩U形壓差計讀數(shù)R與H是否相同？為什么？ 答：略。2. 液封高度的確定 精餾塔底部用蛇管加熱，液體的飽和蒸汽壓為1.093×105N/m2，液體密度為950 kg/m3。采用形管出料，形管頂部與塔內(nèi)蒸汽空間有一細管AB連通（見附圖）。試求：（1） 為保證塔底液面高度不低于1m，形管高度H應(yīng)為多少？（2） 為防止塔內(nèi)蒸

2、汽由連通管逸出，形管出口液封高度H至少應(yīng)為多少？答：（1）略；（2）0.86m。3. 復(fù)式壓差計的測量用一復(fù)式U形壓差計測量某種流體流過管路中A、B兩點的壓力差。已知流體的密度為，指示液的密度為0，且兩U形管之間的流體與管內(nèi)流體相同。已知兩個U形壓差計的讀數(shù)分別為R1、R2，試推導A、B兩點壓力差的計算式，并分析由此可得出什么結(jié)論？ 答：略。4. 分層器中分界面的確定附圖所示是一個油水分離器。油水的界面依靠倒U形管調(diào)節(jié)。已知油=780 kg/m3，u水=0.5m/s，。求： （1）閥1關(guān)、閥2、3開時，H=？（界面位置） （2）閥1開、閥2、3開時，H=？ （3）閥1關(guān)、閥2開、閥3關(guān)時，倒U

3、形管中液面的高度為多少？（設(shè)容器中油水界面H為（1）計算值） （4）閥1關(guān)、閥2關(guān)、閥3開時，分離器內(nèi)界面能維持嗎？答：（1）3.81m；（2）1.09m；（3）0.15m；（4）略5遠距離液位測量為測定貯罐中油品的貯存量，采用附圖所示的遠距離液位測量裝置。已知貯罐為圓柱形，其直徑為1.6m，吹氣管底部與貯罐底的距離為0.3m，油品的密度為850 kg/m3。 若測得U形壓差計讀數(shù)R為150mmHg，試確定貯罐中油品的貯存量，分別以體積及質(zhì)量表示。答：5.426m3；4612kg。 6流向的判斷兩貯罐中均裝有密度為800kg/m3的油品，用一根管路連通。兩貯罐的直徑分別為1m和0.4m，貯罐1

4、中的真空度為1.33×104Pa且維持恒定，貯罐2與大氣相通。當閥門F關(guān)閉時，貯罐1、2內(nèi)的液面高度分別為2.5m，1.5m。試判斷閥門開啟后油品的流向，并計算平衡后兩貯罐新的液位高度。答：貯罐1：2.55m；貯罐2：1.19m。7. 水平管路與傾斜管路中倒U形壓差計測量的比較水從傾斜直管中流過，在截面A與B處接一空氣壓差計，其讀數(shù)R=10mm，兩測壓點垂直距離a=0.3m，見附圖。試求： （1）A、B兩點的壓差等于多少？（2）管路水平放置而流量不變，壓差計讀數(shù)及兩點的壓差有何變化？答：（1）3041.1kPa；（2）R不變，98.1 kPa。 8是否需要外加能量的判斷附圖所示為丙烯

5、精餾塔回流系統(tǒng)。精餾塔內(nèi)操作壓力為13.3（表壓），槽內(nèi)液面上方壓力為20.5（表壓），塔內(nèi)丙烯入口距離槽內(nèi)液面的高度差為30m，管子規(guī)格為，輸送量為40×103kg/h，丙烯密度為600 kg/m3，管路全部阻力（不包括出口阻力）為150J/kg，試問完成此輸送任務(wù)是否需要裝泵？ 答：不需要。 9位差對外加壓頭的影響用泵揚送河水經(jīng)噴頭噴出，如附圖所示。水的流量為40 ，噴頭入口壓力需維持0.5（表壓），進水管直徑為，出水管徑為，設(shè)全部管路壓頭損失為，試求泵的外加壓頭為多少？其它數(shù)據(jù)見附圖。又問： （1）夏季水位上漲2m，外加壓頭有何變化？ （2）冬季水位下降1m，外加壓頭有何變化？

6、 （3）旱季水位降至泵入口處以下10m，外加壓頭有何變化（設(shè)當?shù)卮髿鈮簽?atm）答：17.1m；（1）15.1m；（2）18.1m；（3）不能吸水。 10容器高度的計算如附圖所示，20水由高位水槽經(jīng)管道從噴嘴流入大氣，水槽中水位恒定。已知d1=125mm ，d2=100mm ，噴嘴內(nèi)徑d3=75mm，U形壓差計的讀數(shù)R80mmHg。若忽略摩擦損失，求水槽的高度H及噴嘴前壓力表讀數(shù)。答：5.4m；36.1kPa（表壓）。11管路中流體流量的計算如附圖所示，水從液位恒定的敞口高位槽中流出并排入大氣。高位槽中水面距地面8m，出水管為89×4mm，管出口距地面為2m。閥門全開時，管路的全部

7、壓頭損失為5.7m（不包括出口壓頭損失）。（1） 試求管路的輸水量，m3/h； （2）分析閥門從關(guān)閉到全開，管路中任意截面A-A處壓力的變化。答：（1）45.1m3/h；（2）略。12管內(nèi)流體壓力的計算如附圖所示，某廠利用噴射泵輸送氨。管中稀氨水的質(zhì)量流量為1×104kg/h，密度為1000kg/m3，入口處的表壓為147kPa。導管的內(nèi)徑為53mm，噴嘴出口處內(nèi)徑為13mm，噴嘴能量損失可忽略不計，試求噴嘴出口處的壓力。 答：71.45kPa（真空度） 13利用壓差測量流量 密度為kg/m3的流體在附圖所示 的管路中流動，已知粗管的內(nèi)徑為d1，細管的內(nèi)徑為在d2?，F(xiàn)測得截面1、截面

8、2處的壓力分別為p1、p2，若忽略兩截面間的能量損失，試計算流體在管內(nèi)的流量。 答：略。 14管路中流體流量的計算如附圖所示，用高位槽向一密閉容器送水，容器中的表壓為80kPa。已知輸送管路為mm的鋼管，管路系統(tǒng)的能量損失與流速的關(guān)系為（J/kg）（不包括出口能量損失），試求：（1） 水的流量；（2） 若需將流量增加20，可采取哪些措施？計算出調(diào)整后參數(shù)的具體數(shù)值。答： （1）7.46m3/h；（2）略。15粘度的測量欲測定液體的粘度，通?？刹捎脺y量其通過毛細管的流速與壓降的方法。已知待測液體的密度為912 kg/m3，毛細管的內(nèi)徑為2.222mm，長度為0.1585m。測得液體的流量為5.3

9、3×107m3/s時，壓降為131mmH2O（水的密度為996 kg/m3）。忽略端效應(yīng)，試計算該液體的粘度。答：9.06cP16小流量的測量某氣體以一定流量穩(wěn)定流過附圖所示流量測量裝置。已知氣體密度為0.5 kg/m3，粘度為0.02cP，管內(nèi)徑（ab段管子）為10mm，ab段管有一銳孔，其局部阻力之當量長度為10m，其它阻力忽略不計。假定通過此裝置的氣體密度不變。試問： （1）當H=40mm時，氣體的流量為多少？ （2）若維持氣體的質(zhì)量流量不變，而壓強變?yōu)樵瓉淼?.8倍，H將變?yōu)槎嗌?？答：?）1.73m 3/h；（2）50mm。17容器間相對位置的計算水以1m/s的流速從敝口的

10、高位槽通過管路流向某壓力為0.6（表壓）的設(shè)備中，如附圖所示。已知輸送管總長為10m，管內(nèi)徑為50mm，管路上有一孔板流量計（其當量長度為5m），一個半開的截止閥（其阻力系數(shù)來4.5），兩個90o彎頭（每個阻力系數(shù)為0.75），摩擦系數(shù)，并設(shè)高位槽液面保持不變。求：（1） 管路總能量損失（包括管進、出口）；（2） 高位槽液面與設(shè)備進口管間的垂直距離x（3）若孔板流量計的孔徑為30mm，流量系數(shù)，求流量計上U形壓差計的讀數(shù)（指示液為水銀）。答：（1）7.5J/kg；（2）6.76m；（3）81.3mm。18局部阻力系數(shù)的測定在附圖所示的實驗裝置上采用四點法測量突然擴大的局部阻力系數(shù)。細管與粗管的

11、尺寸分別為 mm、 mm 。當水的流量為 12 m3/h時，兩U形壓差計中讀數(shù)分別為 R1260mmHg、 R2=554mmHg。設(shè)，試求突然擴大的局部阻力系數(shù)。答：0.567。19. 容器內(nèi)壓力的確定 用壓縮空氣將密度為1100 kg/m3的某腐蝕性液體自低位槽送至高位槽，兩槽的液面維持恒定。管子規(guī)格為60×3.5mm，其它尺寸如附圖所示。各管段的能量損失分別為，（J/kg）（u為液體在管內(nèi)流速）。兩U形壓差計中的指示液均為水銀，R1=45mm, h=200mm。試求（1）壓縮空氣的壓力p1；（2）U形壓差計讀數(shù)R2。答：（1）1.23×105Pa；(2) 0.609m。

12、20煙囪高度的計算某廠一有蒸汽鍋爐，每小時產(chǎn)生煙道氣360000m3，煙氣需要通過煙囪排入大氣中。煙囪底部氣體壓強較地面上的大氣壓強低25mmH2O。設(shè)煙囪是由鋼板鉚接而成的圓筒，內(nèi)徑為3.5m，煙囪中氣體的平均溫度為260，在此溫度下氣體的平均密度為0.6 kg/m3，平均粘度為0.028cP。大氣的溫度為20，在此溫度下，在煙囪高度范圍內(nèi)，大氣的平均密度為1.15 kg/m3。問此煙囪需多少米高？（設(shè)相對粗糙度） 答：46.76m。 21管路直徑的計算油在水平管中作定態(tài)層流流動。已知粘度為60 cP，密度為800 kg/m3，管長l為80m，局部阻力之當量長度為40m，管段兩端的壓強分別為

13、，（均為表壓）。若測得離管中心距離r處的點速度為0.8m/s，且r=0.5R（R為管子的內(nèi)半徑），求管子內(nèi)徑d。答：50mm。22非定態(tài)流動過程的計算水從一直徑5m的直立圓罐底部的鋼管排出，管出口與罐底在同一水平面上，管長90m，直徑230mm，試求罐內(nèi)水面從離底3m高降到1m高所需時間。水的粘度為，設(shè)流動在完全湍流區(qū)。 答：497s。 23循環(huán)管路的計算 如附圖所示的循環(huán)系統(tǒng)，液體由密閉容器A進入離心泵，又由泵送回容器A。循環(huán)量為1.8m3/h，輸送管路為內(nèi)徑等于25mm的碳鋼管，容器內(nèi)液面至泵入口的壓頭損失為0.55m，離心泵出口至容器A液面的壓頭損失為1.6m，泵入口處靜壓頭比容器液面靜

14、壓頭高出2m。試求： （1）管路系統(tǒng)需要離心泵提供的壓頭； （2）容器液面至泵入口的垂直距離z。 答：（1）2.15m；（2）2.60m。 24管內(nèi)流量的確定如附圖所示，將密度為920 kg/m3，粘度為 0.015Pas的液體利用位差從儲槽A送入儲槽B。管路為mm的鋼管，其長度（包括所有局部阻力的當量長度）為25m。求：（1） 管內(nèi)液體流量；（2）若液體的密度及粘度均增大20%，定性分析管內(nèi)流量將如何變化？答：（1）0.827m3/h；（2）略。 25管內(nèi)流量的確定 kg/m3、cP的冷卻水由常壓高位槽送往常壓冷卻塔噴淋（見附圖），輸送管尺寸為mm，直管及全部局部阻力當量長度之和為120m，

15、試求冷卻水流量。（層流時，；湍流時，） 答： 52.81m3/h。26分支管路的分析如附圖所示，槽內(nèi)水面維持不變，水從D、C兩支管排出。各管段的直徑、粗糙度相同，槽內(nèi)水面與兩支管出口垂直距離相等。水在管內(nèi)達完全湍流狀態(tài)。試分析： （1）兩閥門全開時，兩支管的流量是否相等？ （2）若關(guān)D閥，C支管內(nèi)水的流量有何變化？ （3）當D閥關(guān)閉時，主管B處的壓強比兩閥全開時的壓強增加還是減少？答：略。 27提高流量的措施如附圖所示，水從水塔引至車間，水塔的水位視為不變，送水管的內(nèi)徑為50mm，管路總長為l，且，流量為，水塔水面與送水管出口間的距離為h，今用水量增加50%，需對送水管進行改裝。（1） 有人建

16、議將管路換成內(nèi)徑為75mm的管子；（2） 有人建議將管路并聯(lián)一根長為l/2、內(nèi)徑為50mm的管子，兩管子在l/2高度匯合。（3） 有人建議將管路并聯(lián)一根長度為l、內(nèi)徑為25mm的管子。試分析這些建議的效果，假設(shè)在各種情況下摩擦系數(shù)變化不大，水在管內(nèi)的動能可忽略。答：略。28并聯(lián)管路的流量分配 如圖所示，在兩個相同的塔中，各填充高度為1m和0.7m的填料，并用相同鋼管并聯(lián)組合，兩支路管長均為5m，管徑均為0.2m，摩擦系數(shù)均為0.02，每支管均安裝一個閘閥。塔1、塔2的局部阻力系數(shù)分別為10和8。已知管路總流量始終保持為0.3m3/s。試求：（1） 當閥門全開()時，兩支管的流量比和并聯(lián)管路能量

17、損失；（2） 閥門D關(guān)小至兩支路流量相等時，并聯(lián)管路能量損失；（3） 當將兩閥門均關(guān)小至時，兩支路的流量比及并聯(lián)管路能量損失。答：（1）0.9，109.2J/kg；（2）121.74 J/kg；（3）0.965；335.4 J/kg；。 29流量的測量在mm的管道上裝一標準孔板流量計，孔徑為25mm。管內(nèi)液體的密度為1080kg/m3，粘度為0.7cP。已知U形壓差計的讀數(shù)為240mmHg，試計算液體的流量。答：8.16m3/h。30流量的測量以水標定的轉(zhuǎn)子流量計用來測量酒精的流量。已知轉(zhuǎn)子的密度為7700 kg/m3，酒精的密度為790 kg/m3，當轉(zhuǎn)子的高度相同時，酒精的流量比水的流量大

18、還是?。吭囉嬎憧潭刃Ｕ禂?shù)。答：1.143。二、討論題 1虹吸管用一虹吸管將80熱水從高位槽中抽出，兩容器中水面恒定。已知AB長7m，BC 長15m（均包括局部阻力的當量長度），管路內(nèi)徑為20mm，摩擦系數(shù)可取為0.023。試求：（1） 當z13m時，水在管內(nèi)的流量；（2） 在管子總長不變的情況下，欲使流量增加20，則H1應(yīng)為多少? （3） 當H13m時，管路頂點B可提升的最大高度。解：（1）如圖所示，在1-1與2-2間列柏努利方程 其中： z1=3m； u1u20； p1= p2=0（表壓）； z2=0 簡化 流速 流量 （2） 欲提高流量，需增大兩容器中水位的垂直距離。此時 所以 （3）H

19、1一定時，B點的位置愈高，其壓力愈低。當pB降至同溫度下水的飽和蒸汽壓時，水將汽化，流體不再連續(xù)，以此確定管路頂點提升的最大高度。 查得80水的飽和蒸汽壓為47.38kPa，密度為977.8kg/m3。在1-1與B-B間列柏努利方程 簡化 討論：虹吸管是實際中經(jīng)常遇到的管路，由以上計算可知：（1） 輸送量與兩容器間的距離有關(guān)，距離越大，流量越大；（2） 虹吸管的頂點不宜過高，以避免液體在管路中汽化，尤其是輸送溫度較高、易揮發(fā)的液體時更需注意。2 用離心泵將常溫水從蓄水池送至常壓高位槽（如附圖所示）。管路為mm的光滑管，直管長度與所有局部阻力（包括孔板）的當量長度之和為250m。輸水量用孔板流量

20、計測量，孔板孔徑mm，流量系數(shù)為0.61，從水池面到A點的管長（含所有局部阻力當量長度）為80m，兩U形壓差計的指示液均為汞。摩擦系數(shù)用計算。若水流量為7.42 m3/h，試求： （1）每kg水從泵所獲得的凈功； （2）A截面處U形壓差計讀數(shù)； （3）孔板處壓差計讀數(shù)解：（1）求有效功：在1-1與2-2間列柏努利方程，且以1-1截面為基準，有 式中，（表壓）， 代入，得 （2）A截面U形管壓差計讀數(shù)：在A-A與2-2間列柏努利方程，并簡化式中， ， 所以 （表壓）對于U形壓差計 （3）孔板流量計的U形壓差計讀數(shù)：由 得 討論：本題是有關(guān)流體力學的綜合計算題，其中包括柏努利方程（求）、靜力學基本

21、方程（求），能量損失計算（求），孔板流量計應(yīng)用（求）等。3 水由敞口高位槽通過內(nèi)徑為25mm的管子輸送到容器C中，如附圖所示。已知管路全部能量損失為（不包括管路進、出口能量損失）。設(shè)兩槽液面保持不變，摩擦系數(shù)為0.025。已知、分別為80mm、50mm、32mm，、分別為1000 kg/m3、1590 kg/m3、13600 kg/m3。求： （1）A、B、C各點的壓強； （2）管內(nèi)流體的流速；（3）欲使流量增加10%，高位槽液面應(yīng)比原來升高多少？（4）若變?yōu)?0mm時，則B點的壓強變?yōu)槎嗌?？解?（1）由等壓面的概念： 而 ， 所以 即 （表壓）由等壓面概念：，所以 而 ，所以 即 （表壓）

22、由等壓面的概念：而 ， 所以 （表壓） （2）AB間U形壓差計實際測得的是流體流過AB段的能量損失，即其中 解得： （3）設(shè)高位槽液面為1-1截面，容器C液面為2-2截面，且為基準水平面。在1-12-2之間列柏努利方程：式中，原工況，（表）， ，,，代入上式， 新工況，僅發(fā)生變化，改為，則 所以， （4）變?yōu)?0mm，則U形管右臂液面距B點距離為原理同（1），可得 （表壓） 討論：（1） 利用U形壓差計可測量流體的表壓（B點）、真空度（C）以及兩點間的壓力差(AB間)；（2） 對于等徑的管路，兩點間的U形壓差計反映了流體流經(jīng)該段阻力的大小。 4有一液位恒定的高位槽通過管路向水池供水（見附圖），

23、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，總長度100m（包括所有局部阻力的當量長度），。試求：（1） 供水量為多少？（2） 若此時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)不會從小孔向外流水，而還有人認為水將從小孔流出。試推導證明哪種正確。 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： 其中：，將阻力公式代入，整理得： 所以 供水量 （2）仍取高位槽上液面為截面1，再取垂直管處任意一點為截面3，在1-1和3-3間列柏努利方程，可得：將阻力公式代入，整理得： = =顯然，此式為單

24、調(diào)增函數(shù)，且在處時，所以在9m時（即垂直管段任意高度處），即，表示管內(nèi)靜壓高于大氣壓力，故不會出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，水將從小孔流出。 討論：判斷水是否流出的依據(jù)是孔處壓力的大小，若該處壓力大于大氣壓力，則水從小孔流出；否則，水不會流出。 5如圖所示，從自來水總管接一管段AB向?qū)嶒灅枪┧?，在B處分成兩路各通向一樓和二樓。兩支路各安裝一球形閥，出口分別為C和D。已知管段AB、BC和BD的長度分別為100m、10m和20m（僅包括管件的當量長度），管內(nèi)徑皆為30mm。假定總管在A處的表壓為0.343MPa，不考慮分支點B處的動能交換和能量損失，且可認為各管段內(nèi)的流動均進入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)皆為0.03，試

25、求：（1） D閥關(guān)閉，C閥全開（時，BC管的流量為多少？（2） D閥全開，C閥關(guān)小至流量減半時，BD管的流量為多少？總管流量又為多少？解：（1）在AC截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程 =2.41m/s=(2) D閥全開，C閥關(guān)小至流量減半時：在AD截面（出口內(nèi)側(cè)）列柏努利方程（不計分支點B處能量損失） 其中： 化簡得 解得： 總管流量 討論：對于分支管路，調(diào)節(jié)支路中的閥門（阻力），不僅改變了各支路的流量分配，同時也改變了總流量。但對于總管阻力為主的分支管路，改變支路的阻力，總流量變化不大。6一敞口高位槽A中水流經(jīng)一喉徑為14mm的文丘里管，將濃堿液槽B中密度為1400 kg/m3的堿液抽吸入管內(nèi)混

26、合成稀 堿液送入C槽，各部分標高如附圖所示。輸水管的規(guī)格為57×3mm，從A至文丘里喉部M處管路總長為20m（包括所有局部阻力的當量長度），摩擦系數(shù)可取為0.025。試確定：（1） 當水量為8m3/h時，文丘里喉部M處的真空度為多少？（2） 分析判斷B槽的濃堿液能否被抽吸入文丘里管內(nèi)。如果能被吸入，吸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面： 其中： ；（表壓）；喉部流速 管內(nèi)流速 阻力 代入柏努利方程，并簡化： 解得 （2）文丘里喉管處的位能與靜壓能之和： 堿液槽B截面處的位能與靜壓能之和：所以 也即堿液能被抽吸入文丘里管內(nèi)。在B-

27、B與M-M截面間列柏努利方程 簡化 解得 由此可知，堿液的吸入量與文丘里喉管處壓力pM、堿液槽的相對位置zM、堿液槽中的壓力pB、吸入管的直徑dBM、總管長（）BM、堿液的密度M等有關(guān)。 討論：（1）流體能否流動或流向判斷實質(zhì)上是靜力學問題，應(yīng)根據(jù)位能與靜壓能總和的大小進行比較；（2）流體一旦流動，其能量轉(zhuǎn)化關(guān)系服從柏努利方程，此時pM將發(fā)生變化，應(yīng)按匯合管路重新計算；（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。三、思考題1 靜力學基本方程應(yīng)用條件是什么？等壓面應(yīng)如何選擇？2 如何原則選擇U形壓差計中的指示劑?3 采用U形壓差計測某閥門前后的壓力差

28、，問壓差計的讀數(shù)與U形壓差計安裝的位置有關(guān)嗎？4有密度為800kg/m3的液體在水平管道中流動，其壓力差為100Pa。若用U形壓差計（指示劑密度為920 kg/m3）、倒U形壓差計和雙液體U管壓差計（指示劑密度分別為920 kg/m3和900 kg/m3）測量，則讀數(shù)R分別為多少？若壓力差為10Pa，應(yīng)選用哪一種壓差計？5試說明粘度的單位及物理意義，并分析溫度與壓力對流體粘度的影響。6試說明牛頓粘性定律的內(nèi)容及適用條件。7壓強與剪應(yīng)力的方向及作用面有何不同？8連續(xù)性方程及柏努利方程的依據(jù)及應(yīng)用條件是什么？應(yīng)用柏努利方程時，如何選擇計算截面及基準面？9柏努利方程有幾種表達方式？式中每項的單位及物

29、理意義是什么？ 10流體流動有幾種類型？判斷依據(jù)是什么？ 11雷諾準數(shù)的物理意義是什么？ 12層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是什么?13流體處于層流及湍流流動時，其速度分布曲線呈何形狀？最大速度與平均速度之間的關(guān)系如何？ 14流體在園管內(nèi)湍流流動時，在徑向上從管壁到管中心可分為幾個區(qū)域？ 15何為層流內(nèi)層？其厚度與哪些因素有關(guān)？ 16簡述因次分析法的基礎(chǔ)與依據(jù)，并說明應(yīng)用因次分析法的目的與局限性。17粘性流體在流動過程中產(chǎn)生直管阻力的原因是什么？產(chǎn)生局部阻力原因又是什么？18Re曲線可分為幾個區(qū)域？在每個區(qū)域值的大小與哪些因素有關(guān)？在各區(qū)域中，能量損失與流速u的關(guān)系是什么？19湍流時，若一定，為什么隨著

30、Re的增加摩擦系數(shù)減小，而流體的阻力反而增加？20流體在圓形直管中流動，若管徑一定而將流量增大一倍，則層流時能量損失是原來的多少倍？完全湍流時能量損失又是原來的多少倍？21圓形直管中，流量一定，設(shè)計時若將管徑增加一倍，則層流時能量損失是原來的多少倍？完全湍流時能量損失又是原來的多少倍？(忽略變化)22如圖所示，水槽液面恒定。管路中ab及cd兩段的管徑、長度及粗糙度均相同。試比較以下各量的大小：ua ud (pa-pb) (pc-pd) Wf，a-b Wf，c-d 23 試判斷閥門開啟后p1與p2的大小關(guān)系。 若閥門開度增大，p1及p2將如何變化？ 24如附圖所示，若l、d、u均相同，試討論：

31、（1）（a）與（b）中壓差計讀數(shù)相同否？那邊高？ （2）（c）與（d）中壓差計讀數(shù)相同否？那邊高？ （3）如果管路中有直徑變， 與有無變化？25若要減小流動阻力，可采取哪些措施？26并聯(lián)管路與分支管路各有何特點？27并聯(lián)管路中各支路流量是如何分配的？28試比較孔板流量計與轉(zhuǎn)子流量計。29測速管是根據(jù)什么原理測量的？測的是什么速度？如何換算成管道的平均流速？30用孔板流量計測量流體流量時，隨流量的增加，孔板前后的壓差值將如何變化？若改用轉(zhuǎn)子流量計，轉(zhuǎn)子上下壓差值又將如何變化？31某管路中裝一孔板流量計用來測量管內(nèi)流體流量。已知流量變化范圍為10倍，若在孔板前后連接一長度為1m的U形壓差計，問該壓

32、差計是否適用？32當喉徑與孔徑相同時，比較文丘里流量計與孔板流量計的流量系數(shù)及能量損失。33將某轉(zhuǎn)子流量計鋼制轉(zhuǎn)子改為形狀及尺寸相同的塑膠轉(zhuǎn)子, 在同一刻度下的實際流量是增加還是減少?第二章 流體輸送機械一、計算題1. 某離心泵在輸液量為280L/min時的揚程為18m。問該泵是否能將密度為1060kg/m3、流量為15m3/h的液體從敞口貯槽輸送到8.5m、表壓為0.03MPa的設(shè)備中。已知管路尺寸為f70´3.5、管長為124m（包括所有局部阻力的當量長度），摩擦系數(shù)取為0.03。（答：管路在流量為15m3/h時所需壓頭為14.7m；該泵能滿足要求。）2. 用泵從江中取水送入一貯

33、水池內(nèi)。池中水面高出江面30m；管路長度（包括所有局部阻力的當量長度在內(nèi)）為94m。要求水的流量為2040m3/h。若水溫為20°C，管的相對粗糙度取為0.001。（1）選擇適當?shù)墓軓剑?）有一離心泵銘牌上標著流量為45m3/h，揚程為42m，效率為60%，電動機功率7kW，問該泵是否合用。（答：可選3”有縫鋼管，尺寸為f88.5´4；輸送量為40 m3/h時管路所需壓頭為35.94,消耗軸功率為6.53kW。故泵可用；但為保險計，應(yīng)采用功率更大些的電機。）3. 用離心泵將20°C的水從敞口貯槽送至表壓為1.5´105Pa的密閉容器中，兩容器水位恒定，各

34、部分相對位置如本題附圖所示。管道均為f108´4的無縫鋼管，吸入管長20m，排出管長為100m（各段管長均包括所有局部阻力的當量長度）。當閥門為3/4開度時，真空表讀數(shù)為42700Pa，兩測壓口的垂直距離為0.5m，忽略兩測壓口之間的阻力，摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：（1）閥門為3/4開度時管路的流量及壓力表讀數(shù)各為多少；（2）現(xiàn)欲將閥門開大，使流量變?yōu)樵瓉砹髁康?.3倍，已知吸入管長不變，摩擦系數(shù)不變，由性能表查得該流量下泵的允許汽蝕余量為4.0m，當大氣壓為8.5´104Pa，問在安裝高度不變的情況下該泵能否正常工作？（答：（1）65m3/h；3.23´10

35、5Pa。（2）最大允許安裝高度Hgmax=2.6m，不能正常工作）4. 有一臺雙動往復(fù)泵，其沖程為300mm，活塞直徑為180mm，活塞桿每分鐘往復(fù)45次，其理論流量為若干？又實驗測得此泵在26.5分鐘內(nèi)能使一直徑為3m的圓形貯槽水位上升2.6m,試求此泵的容積效率。（答：85.9%）5. 對一離心通風機進行性能測定的實驗數(shù)據(jù)中，某組數(shù)據(jù)為：空氣溫度20°C，風機出口處的表壓為23mmH2O；兩測壓截面的垂直距離為0.2m；入口處的真空度為15 mmH2O，相應(yīng)的送風量為3900m3/h；吸入管和排出管的內(nèi)徑分別為300mm和250mm；通風機轉(zhuǎn)速為1450r/min，所需要的軸功率

36、為0.81kW。試求所需要的全風壓和和風機效率。（答：527.4Pa；70.5%）二、討論題1. 用一離心泵將敞口低位槽中的水送到高位水槽中，兩水槽的垂直距離為8m，且已知高位槽內(nèi)的壓力為200kPa（表壓）。當管路內(nèi)供水量為40m3/h時，管內(nèi)流動已進入完全湍流區(qū)。已知該泵的特性方程為（H單位為m,Q單位為m3/h）.現(xiàn)該管路系統(tǒng)改送密度為1200kg/m3的堿液，閥門開度和其它管路條件都不變，問此時泵的流量和有效功率是多少？解：輸送水時，管路特性曲線方程為，于是得管路特性方程為：該泵在水流量為40m3/h時的工作壓頭可由離心泵的特性方程求出：代入管路特性方程可得B值：B=0.0035改為輸

37、送堿液時，B值不變，于是管路特性方程變?yōu)椋?泵的特性方程不變，此時它與管路特性方程求解可得輸送堿液時的工作點：Q=44.6m3/h, H=32m有效功率：2. 用離心泵向水洗塔送水。在額定轉(zhuǎn)速下，從泵特性曲線查得：當輸水量為0.013m3/s時，泵提供的揚程為45m。閥門全開時管路特性曲線可用（單位為m3/s）表示。為了將管路流量調(diào)節(jié)到0.013m3/s，需關(guān)小閥門至一定位置。問：（1） 因關(guān)小閥門而損失的壓頭；（2） 關(guān)小閥門后管路特性曲線方程如何表示？解：（1）該泵在流量為0.013m3/s時可為流體提供的壓頭是45m。泵安裝于管路時且當閥門全開時，流量達到0.013m3/s管路所需要的壓

38、頭為：；采用關(guān)小閥門，這樣泵的揚程上升至H=45m時流量會達到要求；（45-38.59）=6.41 m即為關(guān)小閥門而引起的壓頭損失。(2)關(guān)小閥門后，管路特性將與原來有所不同，在中，不變，B將發(fā)生變化。此時壓頭達到45，流量達到0.013，將這些數(shù)據(jù)代入方程中可得因此新的管路特性方程為：3. 離心泵工作點的變化與流量調(diào)節(jié)。用離心泵將20的水從水池送入高壓高位槽（見圖2-15）。泵的進、出口處分別裝有真空表及壓力表。在一定轉(zhuǎn)速下測得離心泵的流量、揚程、泵出口壓力p表、泵入口真空度p真以及泵的軸功率?，F(xiàn)改變以下各條件之一而其它條件不變，問上述離心泵各參數(shù)將如何變化？（1） 出口閥門開度增

39、大；（2） 液體密度改為1500 kg/m3；（3） 泵葉輪直徑減小5%；（4） 轉(zhuǎn)速提高5%。解：（1）出口閥門開度增大，則管路阻力變小，管路特性曲線變平緩；但其起點不變；泵的特性不會發(fā)生變化。因此，出口閥門開度增大將使工作點向右下方移動(圖中由D到E)，結(jié)果是流量Q增大、揚程He下降、軸功率N上升。以低位槽液面為上游截面（1-1）、以壓力表所在處為下游截面（4-4），寫柏努利方程：（1）當出口閥門開大時，上式右端各變量中，He下降、u4上升；其余量都不變。因此，壓力表讀數(shù)下降。以低位槽液面為上游截面（1-1）、以壓力表所在處為下游截面（3-3），寫柏努利方程：（2）當出口閥門開大時，上式右

40、端各變量中，u3上升、上升，其余量不變。因此，真空表讀數(shù)上升。（2）高位槽為密閉容器，故管路特性曲線在H軸上截距中的為正。當被輸送液體密度增大時，A下降，管路特性曲線向下平移，如圖所示。工作點由A點移到B點。結(jié)果是流量Q增大、揚程He下降、軸功率N上升(泵的HQ曲線不隨被輸送液體密度的變化而變化)。 當流量增加時，管內(nèi)流速和能量損失都增大，由式（2）可知，真空表讀數(shù)增大。以壓力表所在處（4-4）為上游截面，以管路出口處（2-2）為下游截面，寫柏努利方程：（3）其中。由式（3）可以看出，流量增加時，管路能量損失增大，在流體密度上升的情況下，壓力表讀數(shù)是增加的。（3）葉輪直徑減小5%時泵的特性曲線

41、變化情況如圖所示，特性曲線由1變?yōu)?，工作點由C變?yōu)镈，結(jié)果是流量Q減小、揚程He下降、軸功率N下降。（用切割定律也可得到相同的結(jié)論） 流量減小時，管路能量損失減小，由式（2）可知，真空表讀數(shù)下降。流量減小時，管路能量損失減小，由式（3）可以看出，壓力表讀數(shù)要減小。（4）轉(zhuǎn)速提高5%時泵的特性曲線變化如圖所示，特性曲線由1變?yōu)?，工作點由C變?yōu)镋，結(jié)果是流量Q增加、揚程He上升、軸功率N上升。由式（3）可知，壓力表讀數(shù)增加；由式（2）可知，真空表讀數(shù)增加。點評：離心泵的工作狀態(tài)與其工作點對應(yīng)，而工作點由泵的特性和管路的特性共同決定。改變這兩種特性都可以使工作點發(fā)生變化，對應(yīng)的流量、壓力、軸功率

42、、壓力表和真空表都會發(fā)生變化。工程上，離心泵所在管路的流量調(diào)節(jié)也正是基于這一原理而實現(xiàn)的。4 離心泵安裝高度的影響因素用某種型號的離心泵從敞口容器中輸送液體，離心泵的吸入管長度為12m，直徑為62mm。假定吸入管內(nèi)流體流動已進入阻力平方區(qū)，直管摩擦阻力系數(shù)為0.028，總局部阻力系數(shù).1，當?shù)氐拇髿鈮簽?.013´105Pa。試求此泵在以下各種情況下允許安裝高度為多少？（1） 輸送流量為25m3/h、溫度為20°C的水；（2） 輸送流量為25m3/h、溫度為60°C的水；（3） 輸送流量為25m3/h、溫度為20°C的油；（飽和蒸汽壓2.67´

43、104Pa，密度740kg/m3）（4） 輸送流量為30 m3/h、溫度為20°C的水（5） 輸送流量為25m3/h的沸騰水。解：（1）從泵的樣本查得，該泵在流量為25m3/h，允許汽蝕余量為2.0m。吸入管內(nèi)流速：吸入管路阻力損失：20°C水的飽和蒸汽壓2.33kPa。此時泵的允許安裝高度為：（2）60°C水的飽和蒸汽壓19.93kPa，代入上式解得：（3）20°C油飽和蒸汽壓2.67´104Pa，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得：（4）流量變化，則吸入管路阻力也要變化。此時，最大允許安裝高度：（5）液體沸騰時，此時，點評：影響離心泵最大允許安裝高度的因

44、素可以概括為以下幾個方面：j流體的種類，一般來說，蒸汽壓越大，最大允許安裝高度越低；k流體的溫度，溫度越高，最大允許安裝高度越低；l流體流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允許安裝高度越低；m儲槽壓力和吸入管路配置情況；n當被輸送液體沸騰時，最大允許安裝高度與流體的種類無關(guān)，主要取決于流體的流量和吸入管路的阻力?？梢?，生產(chǎn)中流體溫度和流量的上浮都可能導致原本正常工作的泵發(fā)生汽蝕。因此，計算泵的最大允許安裝高度時，應(yīng)以可能的最高操作溫度和流量來計算。三、思考題 1簡述離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理。2離心泵的銘牌上有哪些性能參數(shù)？在該參數(shù)范圍內(nèi)反映了泵怎樣的工作狀態(tài)？3什么是泵的揚程？升舉高度與揚程相

45、同嗎？4離心泵在運行中有哪些能量損失？損失與效率有什么關(guān)系？5什么是離心泵的特性曲線？它與泵的轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系？6什么是泵的汽蝕現(xiàn)象和汽蝕余量？7什么是泵的氣縛現(xiàn)象？它是怎樣產(chǎn)生的？如何避免？8汽蝕余量在離心泵的安裝與使用中起什么作用？9什么是離心泵的運行工作點？10離心運行工作點調(diào)節(jié)常用哪些方法？11往復(fù)泵的流量和壓頭是如何確定的？12往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)常用哪些方法？13往復(fù)壓縮機，當壓縮比大于8時，為什么采用多級壓縮？14離心泵在運行中，當出口閥門關(guān)小，此時在管路系統(tǒng)中，全管路流動阻力損失、泵的揚程、功率、泵入口真空度及出口壓力如何變化？15在一定管路系統(tǒng)中工作的離心泵，如被輸送液體的密度增大

46、，其它條件不變，則離心泵的工作揚程將發(fā)生什么變化？（設(shè)流動在完全湍流區(qū)）16如果發(fā)現(xiàn)某臺離心泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，在不變儲罐與泵相對高度的條件下，在安裝及工藝上還可以采取哪些措施避免汽蝕產(chǎn)生？17復(fù)泵有無汽蝕現(xiàn)象？為什么？18離心通風機的全風壓、動風壓各有什么含義？為什么離心泵的壓頭與密度無關(guān)，而通風機的全風壓卻與密度有關(guān)？第三章 機械分離一、計算題 1密度為1030kg/m3、直徑為400mm的球形顆粒在150的熱空氣中降落，求其沉降速度。（答：1.79m/s）2密度為2500 kg/m3的玻璃球在20的水中和空氣中以相同的速度沉降。試求在兩種介質(zhì)中沉降的顆粒直徑的比值（假設(shè)沉降處于Stokes區(qū)

47、）。 （答：9.59）3有一重力降塵室，長4m、寬2.0m、高2.5m，內(nèi)部用隔板分成25層。爐氣進入降塵室時的密度為0.5 kg/m3，粘度為0.035cP。爐氣所含塵粒密度為45000 kg/m3?，F(xiàn)要用此除塵室分離100mm以上的顆粒，試求可處理的爐氣流量。 （答：5.04´105m3/h）4溫度為200、壓力為0.101MPa的含塵氣體，用旋風分離器分離除塵。塵粒密度為2000 kg/m3。若旋風分離器直徑為0.65m ，進口氣速為21m/s。試求：（1）氣體處理量，以Nm3/s計；（2）塵粒的臨界直徑 （答：（1）0.615 m3/s；（2）6.79mm）5懸浮液

48、中固體顆粒濃度為0.025kg固體/kg懸浮液，濾液密度為1120kg/m3。將該懸浮液用板框壓濾機在過濾面積為100cm2、過濾壓力為400mmHg(表壓)條件下進行過濾，所測數(shù)據(jù)為過濾時間(s)8.43884145濾液量(ml)100300500700已知濾液的粘度為3.4mPas。求過濾常數(shù)K、qe以及濾餅比阻r。(答：圖解法求得K=4.97´10-5m2/s、qe=1.64´10-2m3/m2；r=2.1´1010m/kg)6對上題中所述的懸浮液，用板框壓濾機在相同的壓力下進行過濾。共有20個厚度為60mm的濾框，每個濾框的兩側(cè)有效過濾面積為0.85m2。

49、試求濾框全部充滿濾渣所需要的時間。已知固體顆粒的密度為2900kg/m3。 (答：2.09小時)7若轉(zhuǎn)筒真空過濾機的浸入分數(shù)為f=1/3，轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分，每小時得濾液量為15m3，試求所需要的過濾面積。已知過濾常數(shù)K=2.7´10-4m2/s，qe=0.08m3/m2 (答：8.12m2)二、討論題 1采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為10，高1.6m。操作條件下氣體密度為0.5kg/m3，粘度為，顆粒密度為3000 kg/m3。氣體體積流量為5m3/s。試求：（1）可完全回收的最小顆粒直徑；（2）如將降塵室改為多層以完全回收20的顆粒，求多層降塵室的層數(shù)及板間

50、距。解：（1）設(shè)沉降運動處在層流區(qū)，則能完全回收的最小顆粒直徑：校核：最小顆粒的沉降速度：，近似認為沉降運動處于層流區(qū)。（2）20的顆粒也要能全部回收，所需要的降塵面積可按下式計算（既然直徑為的顆粒尚能處于層流區(qū)，則20的顆粒沉降也一定處在層流區(qū)）：需要降塵面積為153，所以降塵室應(yīng)改為16層（15塊隔板），實際降塵面積為160。層間距為0.16m。 點評：就設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)而言，降塵室的處理量主要取決于其底面積而與高度無關(guān)；由本題可以看出，當處理量一定時，完全分離出更小的的粒徑就必須擴大降塵室的底面積，這是通過多層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。2用一板框壓濾機在300kPa的壓強差下過濾某懸浮液。已知過濾常數(shù)，

51、。要求每一操作周期得8m3的濾液，過濾時間為0.5小時。設(shè)濾餅不可壓縮，且濾餅與濾液的體積之比為0.025。試求（1）過濾面積；（2）若操作壓強差提高至600kPa。現(xiàn)有一板框過濾機，每框的尺寸為mm，若要求每個周期仍得到8m3濾液，則至少需要多少個框才能滿足要求？又過濾時間為多少？解：（1）恒壓過濾方程 ，其中，于是：（2）恒壓過濾方程反映的是濾液體積、過濾時間和過濾面積之間的關(guān)系。在這一問，過濾面積和過濾時間均為所求。因此用該方程不能解決這一問題。事實上，濾液體積已知且濾渣與濾液體積比也已知，則濾餅體積可求，由濾餅體積及每框的容積可求框數(shù)（因為每個操作周期中濾餅充滿框后才停止過濾）。濾餅體

52、積=?？驍?shù)=，取操作壓強提高至600kPa，由于濾餅不可壓縮，過濾常數(shù)與壓差成正比，于是。不變。實際過濾面積為：由恒壓過濾方程可計算過濾時間：點評：過濾面積的求取屬設(shè)計型計算，可通過過濾方程式直接解決；設(shè)計條件和操作條件的差異應(yīng)在過濾常數(shù)上加以體現(xiàn)。當過濾壓差增大時，用較小的過濾面積在基本相同的時間內(nèi)就能得到相同的濾液量。3用板框過濾機在恒壓下過濾懸浮液。若濾餅不可壓縮，且過濾介質(zhì)阻力可忽略不計。（1）當其它條件不變，過濾面積加倍，則獲得的濾液量為原來的多少倍？（2）當其它條件不變，過濾時間減半，則獲得的濾液量為原來的多少倍？（3）當其它條件不變，過濾壓強差加倍，則獲得的濾液量為原來的多少倍？

53、解：（1）過濾介質(zhì)阻力忽略不計，則恒壓過濾方程可變?yōu)椋?，于?（2） （3）由于濾餅不可壓縮，壓縮性指數(shù)，因此壓強增加濾餅比阻不變，由過濾常的定義可知，。于是4在200kPa表壓下用一小型板框壓濾機進行某懸浮液的過濾實驗，測得過濾常數(shù)，。今要用一轉(zhuǎn)筒過濾機過濾同一懸浮液，濾布與實驗時相同。已知濾餅不可壓縮，操作真空度為80kPa。轉(zhuǎn)速為0.5r/min，轉(zhuǎn)筒在濾漿中的浸入分數(shù)為1/3，轉(zhuǎn)筒直徑為1.5m，長為1m。試求：（1）轉(zhuǎn)筒真空過濾機的生產(chǎn)能力為若干m3濾液/小時。（2）如濾餅體積與濾液體積之比為0.2，轉(zhuǎn)筒表面的濾餅最終厚度為多少毫米。解：（1）由題意可知，濾布阻力不能忽略。轉(zhuǎn)筒過濾的壓差，板框過濾的壓差為，又由于濾餅不可壓縮，壓縮性指數(shù)等于零，于是；也是由于濾餅不可壓縮，。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)筒面積：