化工原理-题库--流体计算题

题库2流体流动计算题及答案一.计算题1.(10分)题号:1262第1章知识点:420难度:容易水平串联的两直管1、2，管径d=d/2，管道1长为100m，已知流体在管道1中的雷诺数(Re)=1800，今测得某流体流经管道1的压强降为0.64(m液柱)，流经管道2的压强降为64(m液柱)，试计算管道2的长度(设局部阻力可略去)。*****答案*****d=d/2u=4uRe/Re=（duρ/μ）·μ/（duρ）=1/2∴Re=900λ=64/Re=0.0356∴λ2=0.071△p/△p=λ2(l/d)(u/2)ρ/[λ1(l/d)(u/2)ρ]=2(l/2d)(u/4)/(100/d)u=l/(16×100)∴l=16×100×0.064/0.64=160m2.(10分)题号:1263第1章知识点:100难度:较难以复式水银压差计测量某密闭容器内的压力P。已知各液面标高分别为h=2.6m，h=0.3m，h=1.5m，h=0.5m,h=3.0m。求此密闭容器水面上方的压强P(kN.m)(表压)*****答案*****按表压计算，Pa=0P=ρg(h1-h2),P=PP=P+ρg(h-h)=ρg(h-h+h-h)P=P-ρg(h-h)=13.6×9.81(2.6-0.3+1.5-0.5)-1×9.81(3-0.5)=415.7kN.m本题目有题图titu0193.(10分)题号:1264第1章知识点:230难度:中等水在管内流动，截面1处管内径为0.2m，流速为0.5m.s，由于水的压强产生水柱高1m;截面2处管内径为0.1m。若忽略水由1至2处的阻力损失，试计算截面1、2处产生的水柱高度差h为多少m?*****答案*****1-1′、2-2′间列柏努利方程式:Z+u/2g+p/ρg=Z+u/2g+p/ρg+hf①p-p=ρg(u/2g-u/2g)=ρ(u/2-u/2)u/u=d/du=0.5×(0.2/0.1)=2m.su代入①p-p=ρ(2-0.5/2)=1876N.m∵p-p=ρgh∴h=(p-p)/ρg=1875/(1000×9.81)=0.191m本题目有题图titu0204.(12分)题号:1265第1章知识点:340难度:中等水塔供水系统，管路总长Lm(包括局部阻力在内当量长度),1-1'到2-2'的高度Hm,规定供水量Vm.h。当忽略局部阻力损失和动压头时，试导出管道最小直径dmin的计算式。若L=150m，H=10m,V=10m.h,λ=0.023，求d*****答案*****在1-1′与2-2′间列柏努利方程，以通过水平管的中心线为水平基准面(Z-Z)+(p-p)/ρg=hf=λ(L/d)u/2g由p-p=0Z-Z=H∴H=λ(L/d)u/2g而u=Vh/[3600(πd/4)]代入上式H=λ(8VhL/3600πgd)=d=λ(8LVh/3600πgH)∴d=[λ(8LVh/3600πgH)]代入数据：d=[0.023×(8×150×10/3600×π×9.81×10)]=0.0466m=46.6mm本题目有题图titu0215.(10分)题号:1266第1章知识点:430难度:中等一输油管，原输送ρ=900kg.m，μ=1.35泊的油品，现改输送ρ=880kg.m，μ=1.25泊的另一油品。若两种油品在管内均为层流流动，且维持输油管两端由流动阻力所引起的压强降-△pf不变,则输送的油量(质量流量m)有何变化?(用百分数表示)*****答案*****64/R（l/d).(u/2)=64/R(l/d).(u/2)u/(dρu).u=u/(dρu).uuu/ρ=uu/ρ∴u/u=μρ/μρ=1.35×880/1.25×900=1.056输油量比原来增加5.6%6.(10分)题号:1267第1章知识点:340难度:中等密度为1000kg.m，粘度为1cp的水，以10m.h(表压)，若管路的局部阻力可略去不计，问距该处100m下游处流体静压强为多少Pa?(Re=3×10-1×10时,λ=0.3164/Re)*****答案*****u=V/(πd/4)=10/(3600×π×0.045/4)=1.75m.sRe=duρ/μ=0.045×1.75×1000/(1×10)=78750λ=0.3164/Re=0.3164/78750=0.0189由柏式：Z=Zu=u∴p/ρ=p/ρ+λ(l/d)(u/2)p=p-λ(l/d)(ρu/2)=1.5×9.81×10-0.0189×(100/0.045)×(1.75/2)×1000=8.3×10N.m(表压)7.(10分)题号:1268第1章知识点:420难度:中等某流体在管内作层流流动，若体积流量不变，而输送管路的管径增加一倍，求因摩擦损失而引起的压力降有何变化？*****答案*****根据泊氏方程：-△p=32uμl/d以及：(π/4)du=(π/4)du=Vs已知：d=2d则：u/u=d/d=(2d)/d=4即：u=u/4原工况：-△p=32uμl/d现工况：-△p=32uμl/d∵μ=μl=lu=u/4d=2d将上述各项代入并比较：现/原:△p/△p=[32×u×μ×l/d]=1/16答：因摩擦而引起的压降只有原来的1/168.(12分)题号:1269第1章知识点:340难度:中等用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为38.4吨.h,高位槽中液面比油池中液面高20m,管路总长(包括阀门及管件的当量长度)430m,进出口阻力不计。管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的比重为0.96,粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。*****答案*****对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：He=△Z+λ[(l+Σle)/d](u/2g)△Z=20ml+Σle=430md=108-2×4=100mm=0.1mu=Vs/0.785d=38400/3600×0.785×0.1×960=1.415m.sRe=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10=39.62000λ=64/Re=64/39.6=1.616He=20+1.616×(430/0.1)×(1.415/2×9.81)=729.13mN=Q·He·ρg/η=38400×729.13×9.81/(3600×0.5×1000)=152.6kw9.(12分)题号:1270第1章知识点:300难度:中等某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在管中的流速为um.s,系统的Σhf=20.6(u/2)J.kg,因扩大生产，须再建一套同样的系统,所用输液管直径不变，而要求的输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统增高多少?*****答案*****∵u≈0≈up=p于是gZ=gZ+Σhfg(Z-Z)=Σhf=20.6u/2u=[2g(Z-Z)/20.6]=(2×9.81×6/20.6)=2.39m.sZ′=Z+20.6u′/2g=5+20.6(1.3×2.39)/(2×9.81)=15.136m增高为：Z′-Z=15.136-11=4.136m本题目有题图titu02210.(12分)题号:1271第1章知识点:340难度:容易用离心泵将水由水槽送至水洗塔中,水洗塔内的表压为9.807×10N.m，管内摩擦系数为0.018，吸入和压出管路总长为110m(包括管件及入口的当量长度,但不包括出口的当量长度)输送管尺寸为φ108×4mm,水的密度为1000kg.m。求输水量为多少m.h。*****答案*****Zg+(p/ρ)+(u/2)+W=Zg+(p/ρ)+(u/2)+Σhf已知数据：Z=0；P(表)=0；u≈0；W=317.7[J.kg]；Z=20[m]；p=9.807×10[N.m](表)；ρ=1000[kg.m]简化上式：W=Zg+(p/ρ)+(u/2)+Σhf又Σhf=λ(l/d)(u/2)=9.9u∴317.7=9.81×20+9.807×10/1000+u/2+9.9u10.4u=23.43∴u=1.5[m.s],V=(π/4)D×u×3600=0.785×(0.1)×1.5×3600=42.41[m.h]本题目有题图titu02311.(10分)题号:1272第1章知识点:100难度:中等有一敞口储油罐，为测定其油面高度，在罐下部装一U形管压差计(如图示)，油的密度为ρ，指示液密度为ρ，(U形管压差计B侧指示液面上充以高度为h的同一种油),当储油罐充满时，U形管指示液面差为R，试导出：当储油罐油量减少后，储油罐内油面下降高度H与U形管B侧液面下降高度h之间的关系。*****答案*****由静力学方程式：H′ρ=Rρ+hρ(a)当罐内液面下降H时，B侧下降h，A侧上升h∴R′=R-2h(H′-H-h)ρ=(R-2h)ρ+hρ(b)将式(a)代入式(b)并整理可得：H=h[(2ρ/ρ)-1]或h=Hρ/(2ρ-ρ）本题目有题图titu02412.(12分)题号:1273第1章知识点:320难度:中等如图所示，D=100mm,d=50mm,H=150mm,ρ气体=1.2kg.m。当R=25mm时,将水从水池中吸入水平管中间,问此时V气体=?m.s(阻力可忽略)*****答案*****选1-1、2-2截面与基准面0-0，如图所示。在两截面之间列柏方程并简化得到：(p/ρ)+(u/2)=(p/ρ)+(u/2)(1)由已知数据：p=0.025×13600×9.81=3335N.mp=-0.15×1000×9.81=-1472N.mu=(100/50)u=4u代入(1)可得：15u=2(p-p)/ρ=8012u=23.11m.sVs=(π/4)Du=0.1814m.s或V=653m.h本题目有题图titu02513.(15分)题号:1274第1章知识点:354难度:较难如图所示的管路系统中，有一直径为φ38×2.5mm、长为30m的水平直管段AB,并装有孔径为16.4mm的标准孔板流量计来测量流量,流量系数Co=0.63。流体流经孔板永久压强降为3.5×10N.m，AB段的摩擦系数可取为0.024。试计算:⑴液体流经AB管段的压强差；⑵若泵的轴功率为500w，效率为60%，则AB管段所消耗的功率为泵的有效功率的百分率。*****答案*****⑴在A-B之间列柏方程(管中心线为基准面)：gZA+(uA/2)+(pA/ρ)=gZB+(uB/2)+(pB/ρ)+ΣhfpA-pB=ρΣhf=ρ·(λl/d)·(uA/2)+△ρ孔uo=Co[2gR(ρA-ρ)/ρ]=0.63[2×9.81×0.6(13600-867)/867]0.5=8.284m.su=(16.4/33)×8.284=2.046m.s∴pA-pB=0.024×(30/0.033)×(2.046/2)×867+3.5×10=74590N.m⑵Ne=W.W=(74590/867)[(π/4)duρ]=86(0.785×0.033×2.046×867)=130w有效功率百分数=130/(500×0.6)×100%=43.3%本题目有题图titu02614.(12分)题号:1275第1章知识点:340难度:容易用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶剂(密度为800kg.m,粘度为20cp)输送到反应器中。设贮槽内的液面离反应器内的液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度(包括局部阻力当量长度)为25m，反应器内的压力恒定为4kgf.cm(表压)，有机溶液输送量为6m.h，试确定泵提供的压头。*****答案*****取敞口贮槽液面为1-1截面，反应器内液面为2-2截面，在1-1与2-2截面间列柏努利方程，并以1-1截面为基准面：gZ+(u/2)+(p/ρ)+W=gZ+(u/2)(p/ρ)+ΣhfW=(Z-Z)g+[(u-u)/2]+[(p-p)/ρ]+ΣhfΣhf=λ[(l+le)/d](u/2)u=(6/3600)/