化工原理 流体力学与输送课堂习题

流体流动与输送KeyPointsandExercises学习提纲和重点OutlineandEmphases第一章流体传递现象了解固体、液体和气体外在宏观性质的特点及连续介质假定的意义，理解流体所受各力的基本特征，掌握流动体系的共性与分类，能熟练应用雷诺准数判断流体流动类型，了解流动边界层的结构及在化工过程中的意义。认识扩散现象，理解现象方程的普遍性意义，掌握牛顿粘性定律、傅立叶定律、费克定律所表述的实质及应用的条件，了解“三传”类比的研究方法。了解流场的基本概念，掌握流体的速度场、温度场、浓度场的一般性表达方式，熟悉随体导数与梯度的数学表达式。第一章流体传递现象流体受力：表面力和体积力流动体系的分类：单相流和多相流；稳态流和非稳态流流型判断：层流和湍流；Re（2000，4000）三大定律：牛顿黏性定律；傅立叶定律；费克定律流场概念：场和流场；矢量场和标量场；梯度第二章传递基本方程理解衡算体系控制体与控制面的概念，能运用质量守恒定律推导连续性方程，理解由动量守恒定律推导其流体运动微分方程的步骤及过程，掌握流体运动微分方程的典型应用，能熟练运用流体静力学基本方程、圆管内的流速分布以及柏努利方程解决流体流动体系的相关的实际应用问题，熟练掌握直管阻力损失的计算公式，了解流体动力学相似准则及运动方程无因次化的意义。第二章传递基本方程流体静力学基本方程：等压面的选择（静止、均匀、连通的同一水平面）。不同单位的流体静力学方程（单位质量，单位体积，单位重量）。U型管压差计计算：120ppRgpgzconst第二章传递基本方程流体在管内流动的连续性方程与柏努利方程宏观连续性方程：微观连续性方程：柏努利方程：1122...mquAuAuAconst222121121222efppuugghhzzyxzxyzuuuuuutxyzxyzDDtu柏努利方程应用条件：不可压缩、连续稳态流体流体计算单位的选择；衡算截面的选择第二章传递基本方程圆管内的流速分布以及阻力损失的计算22422LLuufλddP224002d1d28RRzRRrVrrrruLRLPP464fRe层流时的摩擦系数(,)Red湍流时的摩擦系数局部阻力计算22eifilluhd22ifiulhd第三章流体输送与机械掌握管路计算的一般原则，熟练运用流体流动的连续性方程与柏努利方程解决简单管路、并联管路及分支管路的计算问题，掌握直管阻力损失局部阻力损失的计算要点及方法。了解可压缩流体的管路计算的特点及方法，了解非牛顿流体的主要类型及相关的阻力计算式。理解管路特性曲线所表达的管路的特征意义，并能对其进行推导。理解测速管、孔板流量计、文丘里流量计及转子流量计的测量原理及选用要点。掌握离心泵的工作原理及操作要点，熟悉离心泵的特性曲线与选用计算，了解汽蚀现象的危害，掌握泵的安装高度计算方法，理解离心泵工作点的定义，掌握离心泵的调节以及离心泵的组合计算的特点。了解往复泵的工作原理与往复泵流量调节的特点。了解其它化工用泵的用途及选用的一般原则。了解气体输送机械与液体输送机械的共性与差异，掌握通风机、鼓风机、压缩机及真空泵的工作原理，掌握通风机的选型计算。第三章流体输送与机械简单管路、并联管路及分支管路的计算质量流量和阻力损失管路特性曲线流量计的测量原理及应用测速管：孔板流量计：转子流量计：2LpzKVHg012gRu0002gRuC02ffRfgVuCA第三章流体输送与机械离心泵的工作原理及操作要点、离心泵的特性曲线与选型计算，离心泵的调节及安装高度计算H—qv曲线，N—qv曲线，—qv曲线；离心泵的比例定律：安装高度计算：vvqnqn2HnHn3NnNn/VVqDqD//2()HDHD//3()NDND及0,01fgpphHHg允第三章流体输送与机械通风机的选型计算。实际气体计算22212TpkuHHHpp1.2TTTHHH思考题Questions1：静力学基本方程的应用条件？2：体积力和表面力的区别？3：什么是唯象方程？4：三大扩散定律是什么？5：牛顿与非牛顿流体的区别？6：什么是分子传递相似性？7：黏性的物理意义是什么？什么是理想流体？8：雷诺数的物理意义是什么？层流和湍流的Re范围？9：不可压缩理想流体在水平变径管中作稳定连续流动时，管子直径缩小地方，静压力如何变化？10：水在内径一定圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，水温度升高时，Re值将如何变化？思考题1：什么是连续性假定？2：质点的含义是什么？特点是什么？3：描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点？4：什么是流线？什么是迹线？与拉格朗日法和欧拉法有什么关系？5：N-S方程的适用条件是什么？6：偏导数、全导数和随体导数的区别？思考题思考题1：柏努利方程的适用范围？2：不同计量单位下柏努利方程的形式？3：阻力的分类？各自的机理和计算方式。4：层流、湍流情况下摩擦系数的计算方式？5：串联、并联和分支管路的特点？6：流体流动阻力的计算流程？1：测速管测定的原理？2：孔板流量计测定的原理？3：转子流量计测定的原理？4：测速管测定的是什么速度？孔板流量计测定的是什么速度？5：如何消除离心泵的气缚现象？6：如何消除离心泵的气蚀现象？7：往复泵如何调节流量？8：离心泵的工作点如何确定？如何调节离心泵流量？思考题课堂练习Exercises01）牛顿黏性定律的数学表达式是，服从此定律的流体称为__________。02）实际流体与理想流体主要区别在于，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于。03）液体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是。A.从位能大的截面流向位能小的截面；B.从静压能大的截面流向静压能小的截面；C.从动能大的截面流向动能小的截面；D.从总能量大的截面流向总能量小的截面。04）离心泵在启动前应，否则会发生现象；离心泵的安装高度应允许安装高度,否则会发生现象。05）研究化工流体时所取的最小研究对象是；研究流体的两种不同考察方法分别是和。06）改善测量精度，减小U形管压差计测量误差方法有：A.减少被测液和指示液之间的密度差；B.使用多根U形管串接的复式U形压差计；C.将U形管倾斜放置；D.采用双液杯式微压差计；E.加大被测液与指示液之间的密度差。07）如右图所示，U形管和复式压差计内指示液密度相同，复式压差计中间液与待测液密度相同，则R1、R2和R3之间关系为。08）如右图所示，在断面A-B处连接一空气压差计，其读数为R，两测压点间垂直距离为a，则AB两点间压差为。09）雷诺数的表达式为Re=；层流Re，湍流Re。10）圆管内流体流动阻力损失，层流时与流速成正比；湍流时与流速成正比，其比例系数是雷诺数和管内壁粗糙度的函数；在，该系数则只和粗糙度相关；对于光滑管，雷诺数越大，则该系数越。11）有一由直径分为d1和d2的两个管段组成的串联管道，d1d2，某流体稳定流过该管。今确知d1管道内流体为滞流，则流体在d2管道内流型为：A.湍流；B.过渡流；C.滞流；D.计算后确定12）对于等长的并联管路，下列两个分析：甲：并联管路中，管径越大流速越大；乙：并联管路中，管径越大雷诺数越大；其中成立的是：A.甲；B.乙；C.甲乙均成立；D.甲乙均不成立13）为扩大转子流量计的量程，甲稍稍切削转子直径，乙则更换密度较大的转子，可行的方法是：A.甲；B.乙；C.甲乙均可行；D.甲乙均不可行14）经过标定的孔板流量计运行一段时间后孔板孔径会增大，甲认为此时孔板流量计测得流量值比实际流量值低；乙认为此时孔板流量计量程会扩大，甲乙看法有道理的是：A.甲；B.乙；C.甲乙均有理；D.甲乙均无理15）将理想流体柏努利方程推广到实际黏性流体在管道中的流动时，需要考虑。A.不做任何改变；B.用截面平均动能代替柏努利方程中动能项；C.黏性流体流动因摩擦而导致的机械能损耗；D.外界对流体补充机械能；E.流体衡算单位从单位质量改为单位重量或单位体积。F：非稳态流动取瞬时计算G:可压缩流体取平均值计算16）启动下列化工泵时需打开阀门的有：A.离心泵；B.漩涡泵；C.往复泵；D.齿轮泵17）离心泵铭牌上标明的扬程m可理解为：A.该泵在规定转速下可将20ºC的水升扬的高度B.该泵在规定转速及最高效率下将20ºC的水升扬的高度；C.该泵在规定转速下对20ºC的水提供的压头；D.该泵在规定转速及最高效率下对20ºC的水提供的压头；18）如右图管路系统由水泵，加热器（ξH=10）和散热器（ξR=10）及四段输入管路组成，各管直径40mm，总长10m，λ=0.02，管内流速3m/s。为避免管内负压，A点接一水面高度H的水箱，则泵压头和理论功率。19）用离心泵输送某种油品，所选泵的汽蚀余量为2.6m，该油品在输送温度下的饱和蒸汽压为200mmHg，ρ=900kg/m3。吸入管路压头损失为1m，则该泵安装高度为。20）有关往复泵论断正确的有：A.往复泵是一种容积泵；B.往复泵在启动前无需灌泵，它有自吸作用；C.往复泵流量调节采用旁路调节方式；D.往复泵适用于小流量、高压强场合；21）如右图，水以3m/s的流速从1-1面流入直径为0.2m水平放置的U形弯头，1-1面表压为0.5atm，弯头局部阻力系数为1.5，水流在水平方向对弯头作用力为kN。22）如右图所示，在A、B两容器上下各接一压差计，两压差计指示液相同，其密度均为ρ0，容器及测压导管中均充满水，密度为ρ。则R和H关系满足。A、B点静压强pA和pB满足。23）用常温下水为介质测试一定转速下离心泵性能。若测得泵流量为10m3/h,真空表读数为160mmHg，压强计读数为1.7×105Pa，轴功率为1.07kW，已知入口管和出口管管径相同，两表测压口垂直距离0.5m，忽略管路阻力损失，则该泵在此实测点下压头为m；效率为。