第一章化工原理补充习题

1第一章流体流动问答题（1）下图为一典型的简单管路。设各段管径相同，液体做稳态流动。现将阀门由全开转为半开，试分析下述参数如何变化？（1）u；(2)pA；(3)pB答：（1）阀门关小，其阻力系数增大，BAfh,增大，又Z1不变，即截面1流体的总机械能一定，故u减小。（2）考察1、A两个截面间的能量转换关系：由u减小知Afh1,必减小，又Z1不变，故PA增大。（3）在管段B、2之间做能量衡算：u减小，2,Bfh减小，又P2不变，故PB将减小。分析：对上述简单管路可以引发如下的结论：a.任何局部阻力系数的增加都会导致管路各处的流速下降；b.上游阻力增大将使下游压强下降；c.下游阻力增大将使上游压强上升。其中第c条应予以特殊注意，说明管路是一个整体，下游的变化同样影响着上游，任一局部变化都会使原有的能量平衡遭到破坏，随后再依新的条件建立起新的能量平衡。（2）离心泵的特性曲线H－Q与管路的特性曲线He－Qe有何不同？二者的交点意味着什么？答：将离心泵的基本性能参数之间的关系描绘成图线称为离心泵的特性曲线。这里讨论的是其中的一条H－Q曲线。它表明转速一定时，离心泵的流量和该流量下泵的能提供的压头即做功本领之间的对应关系。该曲线由生产厂家测定并提供，是泵本身固有的特性，它只与泵自身的结构（如叶片弯曲情况、叶轮直径等）、转速有关，而与其所在的管路及其他外界条件无关。所以离心泵的特性曲线图只须注明型号、转速即可。二者的交点称为泵在该管路上的工作点。意味Z11’2’2AB2着它所对应的流量和压头，既能满足管路系统的要求，又能为离心泵所提供，即。换言之，交点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时的运转情况。离心泵只能在这一点工作。填空题（1）边界层的形成是液体具有的结果。答案：粘性分析：由于流体具有粘性，使壁面粘附一层停滞不动的流体层；同样还是因为流体具有粘性，使得静止层流体与其相邻的流体层间产生内磨擦力，导致相邻流体层速度减慢。这种减速作用由壁面附近的流体层依次向流体内部传递，而流速受到壁面影响的这一区域就的我们通常所说的边界层。如果流体没有粘性，就不会润湿壁面，也没有内磨擦力的存在，亦无边界了。（2）用离心泵在两个敞口容器间输液。若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将____。答案：不变分析：在两个液面间列柏努力方程式，因位能、静压能和动能均不变化，所以管道总损失不变；阀门开度减小后，导致局部阻力增大，水量减小，直管阻力减小，总阻力不变化。（3）粘性流体流体绕过固体表面的阻力为和之和，称局部阻力。答案：摩擦阻力；形体阻力（4）经内径为158mm的钢管输送运动粘度为902mm/s的燃料油。若保持油品作滞流流动，最大流速不能超过。答案：1.14sm/分析：令临界雷诺数等于2000，即可求得大速度。20001090158.0Re6uvdu解之smu/14.1（5）在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍。答案：4分析：由哈根-泊谡叶方程知：1,2,ffpp=4221212uull（6）流体在阻力平方区流动，若其他条件不变，其压降随着管子的相对粗糙度增加而_____，随着流体的密度增大而_____。答案：增加：增大分析：在阻力区，只与相对粗糙度有关，且随其增大而增大。由范宁公式22udlhpff3可以看出：增加时，pf增加；增大时，pf增大（7）流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的_____，即使_____很小，_______仍然很大，不容忽视。答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力（8）流体通过转子流量计的压强差是恒定的并与流量大小无关，截面随流量而变化。因此，转子流量计又称______。答案：恒压差变截面流量计分析：转子上、下两端流体的压强差fffAgVpp)(21对于某一固定的转子流量计，Vf、f、Af都是一定的，故)(21pp也是恒定的。（9）每千克水经过泵后其机械能增加了490J，则该泵的扬程为_______。答案：50mH2O选择题（1）滞流与湍流的本质区别是（）A．流速不同；C.雷诺数不同；B．流通截面积不同D滞流无径向运动，湍流有径向运动；答案：D（2）离心泵铭牌上标明的是泵在()时的主要性能参数。A流量最大；C.效率最高；B.压头最大；D.轴功率最小。答案：C（3）完成下面各类泵的比较：(1)离心泵()；(2)往复泵()；(3)旋转泵()。A．流量可变，压头不很高，适用于粘性大的流体；B．流量不均匀，压头根据系统需要而定，用旁路阀调节流量；C．流量恒定，压头随流量变化，往复运动振动很大；D．流量较小，压头可达很高，适于输送油类及粘稠性液体；E．流量均匀，压头随流量而变，操作方便。答案：(1)E；(2)B；(3)D计算题（1）某输油管道按输送密度为820kg/m3、粘度为122mPa.s的油品设计。现因工况变动决定仍用原来的管道改输密度为880kg/m3、运动粘度为140mm2/s的另一种油品，问其输油量较原设计有何变化？假定两种油品在管内均作滞流流动，输油管两端的压强降维持不变。4由于油品在管内作滞流流动且输油管两端的压强降不变，由哈根-泊谡叶方程：2221221113232duldulpf知2211uu又mquA∴121212mmqqAA即2112mmqq现在需要将第一种油品的(动力)粘度换算成运动粘度。smmv/14982012221∴21121491.06140mmqq输油量较原设计增加了6％。（2）原油在圆形直管中流动。已知原油的密度为800kg/m3，运动粘度为50mm2/s，流速为0.9m/s，管长为1000m，管内径为100mm。现将流量和管内径都扩大1倍，则管路阻力为原来的多少倍？解：先判定流型：180010509.01.0Re6vdu＜2000所以流动类型为滞流。由滞流时的直管阻力计算式哈根―泊谡叶方程计算原阻力：kPakpdluvpdlupaf1151015.11.09.01000800105032)(323252622设流量和管径都改变后的管路阻力为fp'。管内径增大１倍mmdd20021002'流量增大１倍22'''''''/()112/()22mmmmmmqAqquAduqAqAqd∴smuu/45.0219.021'5aafkppp1441044.12.045.01000800105032426'管路变动后阻力为原来的倍数：125.0811154.14'ffpp即阻力减小，为原来的12.5%。验算雷诺数：流量和管径都改变后，dd2'，uu21'∴1800Re212'''duududRe雷诺数没变，仍为1800，说明用哈根―泊谡叶方程是可以的。需要强调的是，泊谡叶方程仅适用于滞流。不管采取什么样的计算方法，都有应在流量和管径改变前、后均为滞流这样一个大前提下进行。如果工况改变后原油流动已不在滞流区，那就失去了哈根―泊谡叶方程使用的前提条件。有人可能会想：流量增大１倍，uu2'；管径增大1倍，dd2'。所以eeRduudR4422'。请分析一下这种想法错在哪里？（3）用离心泵将贮槽内的溶液送到敞口的高位槽A和B中。已知泵下游的三通处到A槽的管子规格为Ф76mm3mm，管长20m，管件及阀门的当量长度为5m；从三通处到B槽的管子尺寸为Ф57mm3mm,，管长47m，管件及阀门的当量长度为4.2m。A槽液面比B槽液面高1.5m。贮槽及两高位槽液面维持恒定。总管流量为60m3/h。试求两分支管路中的体积流量（取0.02）。解：欲求AV、BV必先求Au、Bu。而Au、Au须由柏努利方程式及溶液的体积衡算得。以0-0'面为基准面，以表压计。AA’1.5mBB’BA00’6ZAg+Ap+22Au+Afh0,=ZBg+Bp+22Bu+Bfh0,式中0BApp，0Au0BumZZBA5.1又2220,57.3207.052002.02AAAAeAfuuudllh及2220,1.102051.02.44702.02BBBBeBfuuudllh将以上二式及已知条件代入柏努利方程式，得221.105.181.957.3BAuu12.483.222BAuua两个未知数，只有一个关联式是不够的。另一关联式可通过溶液的体积衡算求得。即3600/60051.0785.007.0785.022BAuu或BAuu53.033.4b将（a）、（b）两式联立，解得：smuA/15.3smuB/23.2∴hmVA/6.4315.307.0785.032hmVB/4.166.43603分析：这是一个典型的分支管路的问题，必然遵循分支管路的规律：①单位质量流体在两支管流动终了时的总机械能与能量损失之和必然相等；②主管流量等于支管流量之和。