第一章 流體流動(dòng)習(xí)題課

第一章流體流動(dòng)習(xí)題掌握以下內(nèi)容：流體的主要物性（密度、粘度）數(shù)據(jù)求取及換算；流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用；連續(xù)性方程、柏努利方程的物理意義、適用條件、解題要點(diǎn)；兩種流型的比較和工程處理方法；流動(dòng)阻力的計(jì)算；管路計(jì)算和流量測(cè)量。了解以下內(nèi)容：牛頓型和非牛頓型流體的流變特性以及邊界層的相關(guān)概念；管路的構(gòu)成管件及閥門的作用；因此分析的方法。1工程大氣壓(at)=98070Pa=1kgf/cm2=0.9807bar=10mH2O=735.6mmHg圖絕對(duì)壓力、表壓和真空度的關(guān)系（a）測(cè)定壓力>大氣壓（b）測(cè)定壓力<大氣壓絕對(duì)壓力測(cè)定壓力表壓大氣壓當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮海ū韷簽榱悖┙^對(duì)壓力為零真空度絕對(duì)壓力測(cè)定壓力（a）（b）1.牛頓粘性定律用內(nèi)摩擦力的表達(dá)式為_____________.用剪應(yīng)力的表達(dá)式為____________.答案：F=μAdu/dy;τ=μdu/dy2.當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?50mmHg時(shí),測(cè)得某體系的表壓為50mmHg,則該體系的絕對(duì)壓強(qiáng)為_________mmHg,真空度為_______mmHg.答案：800;-503.計(jì)算流體局部阻力損失的方法有:_______________,_________________,其相應(yīng)的阻力損失計(jì)算公式為_______________,____________________。答案：當(dāng)量長(zhǎng)度法;阻力系數(shù)法;hf=λ(le/d)(u2/2g);hf=ζ(u2/2g);4.理想流體是指________________________________；而實(shí)際流體是指___________________________。答案：沒有粘性、沒有摩擦阻力、液體不可壓縮；具有粘性、有摩擦力、液體可壓縮、受熱膨脹、消耗能量。5.牛頓粘性定律表達(dá)式為______________，其比例系數(shù)(粘度)的物理意義是_____________________。答案：τ＝F/A＝μdu/dy；在單位接觸面積上，速度梯度為1時(shí)，流體層間的內(nèi)摩擦力。6.流體流動(dòng)的型態(tài)用_____來(lái)判斷，當(dāng)________時(shí)為湍流，當(dāng)________時(shí)為滯流，當(dāng)______時(shí)為過渡流。答案：雷諾準(zhǔn)數(shù)，Re≥4000，Re≤2000，Re在2000-4000之間。7.化工生產(chǎn)中，物料衡算的理論依據(jù)是_________________，熱量衡算的理論基礎(chǔ)是________________。答案：質(zhì)量守恒定律，能量守恒定律。8.當(dāng)流體的體積流量一定時(shí),流動(dòng)截面擴(kuò)大,則流速__________,動(dòng)壓頭___________,靜壓頭___________。答案：減少，減少，增加。9.流體的粘度指______________________________________。粘度隨溫度變化而變化,液體的粘度隨溫度升高而________；氣體的粘度則隨溫度升高而________。答案：流體流動(dòng)時(shí),相鄰流體層間,在單位接觸面上,速度梯度為1時(shí),所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力減少增大10.液柱壓力計(jì)量是基于______________原理的測(cè)壓裝置,用U形管壓強(qiáng)計(jì)測(cè)壓時(shí),當(dāng)壓強(qiáng)計(jì)一端與大氣相通時(shí),讀數(shù)R表示的是_________或___________。答案：流體靜力學(xué)；表壓；真空度11.應(yīng)用柏努利方程所選取的截面所必須具備的條件是______________,______________，____________，__________________。答案：處于穩(wěn)定段，連續(xù)，垂直于流體流動(dòng)方向，流體平行流動(dòng)12.若Re值已知時(shí),則流體在圓形管內(nèi)呈層流時(shí)的摩擦系數(shù)λ=________,在管內(nèi)呈湍流時(shí),摩擦系數(shù)λ與_______、_______有關(guān)。答案：64/Re;Re;ε/d13.孔板流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的最主要區(qū)別在于：前者是恒______,變_____；后者是恒_________,變_________。答案：截面；壓差；壓差；截面14.液體的粘度隨溫度升高而________,氣體的粘度隨溫度的升高而_______。答案：減小；增大15.若流體在圓形直管中作滯流流動(dòng),其速度分布呈_______型曲線,其管中心最大流速是平均流速的____倍,摩擦系數(shù)λ與Re的關(guān)系為_________。答案：拋物線；2倍；λ＝64/Re16.牛頓粘性定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_________________,牛頓粘性定律適用于________型流體。答案：τ=μdu/dy；牛頓17.流體做層流流動(dòng)時(shí),管內(nèi)平均流速是最大流速的____倍,湍流時(shí),管內(nèi)平均流速是最大流速的______倍。答案：0.5；約0.818.流體在管路中作連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，任意兩截面流速與管徑的關(guān)系為______________，所以,流速隨著管徑的減小而________。答案：u1/u2=d22/d12增大19.流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是__________________.答案：.流體具有粘性20.按照化工單元操作所遵循的基本規(guī)律的不同,可將單元操作分為_________、__________、________。答案.動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞21.流體沿壁面流動(dòng)時(shí),有顯著速度梯度的區(qū)域稱為_____________。答案：.流動(dòng)邊界層22.液體在等直徑的管中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng),其流速沿管長(zhǎng)______,由于有摩擦阻力損失,靜壓強(qiáng)沿管長(zhǎng)_______。答案：不變；降低23.穩(wěn)態(tài)流動(dòng)是指流動(dòng)系統(tǒng)中,任一截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等物理量?jī)H隨_____________________。答案：.位置而變，而均不隨時(shí)間變。二、選擇題：1.流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),若為湍流時(shí),平均流速與管中心的最大流速的關(guān)系為（）A.Um＝1/2UmaxB.Um＝0.8UmaxC.Um＝3/2Umax答案：B2.從流體靜力學(xué)基本方程可得知，U型管壓力計(jì)測(cè)量的壓強(qiáng)差()A.與指示液密度、液面高度有關(guān),與U形管粗細(xì)無(wú)關(guān)B.與指示液密度、液面高度無(wú)關(guān),與U形管粗細(xì)有關(guān)C.與指示液密度、液面高度無(wú)關(guān),與U形管粗細(xì)無(wú)關(guān)答案：A3.流體的層流底層越薄，則()。A.近壁面速度梯度越小B.流動(dòng)阻力越小C.流動(dòng)阻力越大D.流體湍動(dòng)程度越小答案：C4.為提高微差壓強(qiáng)計(jì)的測(cè)量精度，要求指示液的密度差()。A.大B.中等C.越小越好D.越大越好答案：C5.一個(gè)工程大氣壓等于()Pa;()Kgf.cm-2。A.1.013×105B.9.8×104C.1D.1.5答案：BC6.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是()。A.恒截面、恒壓差；B.變截面、變壓差；C.恒流速、恒壓差；D.變流速、恒壓差。答案：C7.層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：()。A.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)<湍流的雷諾數(shù)；D.層流無(wú)徑向脈動(dòng)，而湍流有徑向脈動(dòng)答案：D8.圓管內(nèi)流動(dòng)流體湍流時(shí)的雷諾準(zhǔn)數(shù)值應(yīng)為（）A.Re<2000B.Re>4000C.Re=2000～4000答案：B9.流體在管路中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí),具有（）的特點(diǎn)。A.呈平緩的滯流B.呈勻速運(yùn)動(dòng)C.在任何截面處流速、流量、壓強(qiáng)等物理參數(shù)都相等；D.任一截面處的流速、流量、壓強(qiáng)等物理參數(shù)不隨時(shí)間而變化答案：D10.表壓與大氣壓、絕對(duì)壓間的關(guān)系是（）。A.表壓＝絕對(duì)壓-大氣壓B.表壓＝大氣壓-絕對(duì)壓C.表壓＝絕對(duì)壓+真空度答案：A11.流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力的根本原因是（）。A.流動(dòng)速度大于零B.管邊不夠光滑C.流體具有粘性答案：C12.流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí),滯流內(nèi)層的厚度隨流速的增加而（）。A.變小B.變大C.不變答案：A13.圓管的摩擦系數(shù)λ=64/Re的適用流型是（）。A.滯流B.過渡流C.湍流答案：A14.為使U形壓差計(jì)的靈敏度較高,應(yīng)使指示液和被測(cè)流體的密度差（）。A.偏大B.偏小C.越大越好答案：B15.設(shè)備內(nèi)的真空度愈高,即說明設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)（）。A.愈大B.愈小C.愈接近大氣壓、答案：B16.在靜止的、連續(xù)的、同一液體中,處于同一水平面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)（）A.均相等B.不相等C.不一定相等答案：A17.流體在圓管內(nèi)作滯流流動(dòng)時(shí),阻力與流速的（）成比例,作完全湍流時(shí),則阻力與流速的（）成比例。A.平方B.五次方C.一次方答案：CA18.流體在管內(nèi)作湍流流動(dòng)時(shí),滯流內(nèi)層的厚度隨雷諾數(shù)Re的增大而（）。A.增厚B.減薄C.不變答案：B19.將管路上的閥門關(guān)小時(shí),其阻力系數(shù)（）。A.變小B.變大C.不變答案：B20.u2/2的物理意義是表示流動(dòng)系統(tǒng)某截面處（）流體具有的動(dòng)能。A.1kgB.1NC.1m答案：A21.流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻力的根本原因是流體流動(dòng)（）。A.遇到了障礙物；B.與管壁產(chǎn)生摩擦C.產(chǎn)生了內(nèi)摩擦切向力答案：C22.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的設(shè)計(jì)原理是依據(jù)（）。A.流動(dòng)的速度B.液體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力C.流動(dòng)時(shí)在轉(zhuǎn)子的上、下端產(chǎn)生了壓強(qiáng)差。答案：C23.公式λ=64/Re僅適用于流體在（）管內(nèi)作（）時(shí)應(yīng)用。A.湍流B.滯流C.各種流動(dòng)型態(tài)D.圓形E.非圓形答案：DB24.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是（）A.恒截面、恒壓差B.變截面、變壓差C.變截面、恒壓差答案：C三、判斷題：

1.流體在園管內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),其流速與管徑的一次方成反比。（）×2.流體在園管內(nèi)的流動(dòng)阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（）√3.化工單元操作是一種物理操作,只改變物質(zhì)的物理性質(zhì)而不改變其化學(xué)性質(zhì)。√4.在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程中,流體流經(jīng)各截面處的體積流量相等。（）×5.當(dāng)輸送流體的管子的管徑一定時(shí)，增大流體的流量，則雷諾準(zhǔn)數(shù)減少。（）×6.流體在等徑的管中作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí),由于有摩擦阻力損失,因此流體的流速沿管長(zhǎng)而逐漸變小。（）×7.當(dāng)流體充滿圓管作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí),單位時(shí)間通過任一截面的體積流量相等?！?.流體作層流流動(dòng)時(shí),摩擦系數(shù)λ只是Re的函數(shù),而與管壁的粗糙度無(wú)關(guān)。（√）9.在相同的設(shè)備條件下,密度越大,粘度越小的流體越易形成湍流狀態(tài)。（）√10.牛頓粘性定律是：流體的粘度越大,其流動(dòng)性就越差。()×11.孔板流量計(jì)是文丘里流量計(jì)的改進(jìn),其壓頭損失比文氏流量計(jì)小得多?！?2.為了提高壓強(qiáng)計(jì)的靈敏度以測(cè)量微小的壓強(qiáng)差,可采用微差壓強(qiáng)計(jì)。當(dāng)其中的兩指示液密度相差越大時(shí),其靈敏度就越高。（）×13.經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得出,雷諾Re<2000時(shí),流型呈層流,這是采用國(guó)際單位制得出的值,采用其他單位制應(yīng)有另外數(shù)值。()×14.流體在管內(nèi)以湍流流動(dòng)時(shí),在近管壁處存在層流內(nèi)層,其厚度隨Re的增大而變薄。（）√15.表壓強(qiáng)就是流體的真實(shí)壓強(qiáng)。（）×16.設(shè)備內(nèi)的真空度愈高表明絕對(duì)壓強(qiáng)愈大。（）×17.一般情況下氣體的粘度隨溫度的升高而增大；液體的粘度隨溫度的升高而減小。（）√18.用U形管液柱壓差計(jì)測(cè)量流體壓強(qiáng)差時(shí),測(cè)壓管的管徑大小和長(zhǎng)短都會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。（）×19.流體在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí),管的中心處速度最大,而管壁處速度為零。（）√20.穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),流體的流速、壓強(qiáng)、密度等均不隨時(shí)間和位置而變。（）×21.流體在管內(nèi)作穩(wěn)定湍流時(shí),當(dāng)Re一定時(shí),摩擦系數(shù)λ隨管子的相對(duì)粗糙度的增加而增大。（）√22.柏努利方程中的P/（ρg）表示1N重的流體在某截面處具有的靜壓能,又為靜壓頭。（）√23.流體阻力產(chǎn)生的根本原因是由于流體與壁面之間的摩擦引起的。（）×24.液體在圓形管中作滯流流動(dòng)時(shí),其它條件不變,僅流速增加一倍,則阻力損失增加一倍（）√25.穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),液體流經(jīng)各截面的質(zhì)量流量相等；流經(jīng)各截面處的體積流量也相等（）√26.理想流體流動(dòng)時(shí),無(wú)流動(dòng)阻力產(chǎn)生。（）√27.流體在水平管內(nèi)作穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)時(shí),直徑小處,流速增大；其靜壓強(qiáng)也會(huì)升高。（）×28.在靜止的、處于同一水平面上的、各點(diǎn)液體的靜壓強(qiáng)都相等。（）×29.實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)達(dá)完全湍流時(shí),λ與雷諾數(shù)的大小無(wú)關(guān)。（）√用泵自敞口貯油池向敞口高位槽輸送礦物油，流量為38.4T/h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路總長(zhǎng)(包括閥門及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度)430m,進(jìn)出口阻力不計(jì)。管徑為φ108×4mm,若油在輸送溫度下的比重為0.96,粘度為3430cp,求泵所需的實(shí)際功率,設(shè)泵的效率η=50%?！窘狻繉?duì)貯油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=△Z+λ[(l+Σle)/d](u2/2g)△Z=20ml+Σle=430md=108-2×4=100mm=0.1mu=Vs/0.785d2=38400/3600×0.785×0.12×960=1.415m/sRe=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10-3=39.6<2000λ=64/Re=64/39.6=1.616He=20+1.616×(430/0.1)×(1.4152/2×9.81)=729.2mN=QHeρg/η=38400×729.2×9.81/(3600×0.5×1000)=152.6kw用離心泵經(jīng)φ57×3.5mm的鋼管,將敞口貯槽內(nèi)的有機(jī)溶劑(密度為800kg/m3,粘度為20cp)輸送到反應(yīng)器中。設(shè)貯槽內(nèi)的液面離反應(yīng)器內(nèi)的液面高度保持16m，見附圖。已知鋼管總長(zhǎng)度(包括局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度)為25m，反應(yīng)器內(nèi)的壓力恒定為4kgf/cm2(表壓),有機(jī)溶液輸送量為6m3/h,試確定泵提供的壓頭?！窘狻咳〕谫A槽液面為1-1截面，反應(yīng)器內(nèi)液面為2-2截面，在1-1與2-2截面間列柏努利方程，并以1-1截面為基準(zhǔn)面：gZ1+(u12/2)+(p1/ρ)+We=gZ2+(u22/2)(p2/