化工原理练习题-流体流动
流体流动
一、填空题：
1.牛顿粘性定律用内摩擦力的表达式为_____________. 用剪应力的表达式为____________.
答案：F=μAdu/dy; τ=μdu/dy
2.当地大气压为750mmHg时,测得某体系的表压为50mmHg,则该体系的绝对压强为_________mmHg, 真空度为_______mmHg.
答案： 800; -50
3.计算流体局部阻力损失的方法有:_______________,_________________,其相应的阻力损失计算公式为_______________,____________________。
答案：当量长度法; 阻力系数法;
-
h f =λ(le/d)(u2/2g); h f =ζ(u2/2g) ;
4.理想流体是指________________________________；而实际流体是指___________________________。
答案：没有粘性、没有摩擦阻力、液体不可压缩；具有粘性、有摩擦力、液体可压缩、受热膨胀、消耗能量。
5.牛顿粘性定律表达式为______________，其比例系数 (粘度) 的物理意义是_____________________。
答案：τ＝F/A＝μdu/dy；在单位接触面积上，速度梯度为1时，流体层间的内摩擦力。
6. 流体流动的型态用_____来判断，当________时为湍流，当________时为滞流，当______时为过渡流。
答案：雷诺准数，Re≥4000，Re≤2000，Re在2000-4000之间。
7.化工生产中，物料衡算的理论依据是_________________，热量衡算的理论基础是________________。
%
答案：质量守恒定律，能量守恒定律。
8.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动压头___________,静压头___________。
答案：减少，减少，增加。
9.流体的粘度指______________________________________。粘度随温度变化而变化,液体的粘度随温度升高而________；气体的粘度则随温度升高而________。
答案：流体流动时,相邻流体层间,在单位接触面上,速度梯度为1时,所产生的内摩擦力
减少增大
10.液柱压力计量是基于______________原理的测压装置,用U形管压强计测压时,当压强计一端与大气相通时,读数R表示的是_________或___________。答案：流体静力学；表压；真空度
-
11.应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是______________,______________，____________，__________________。
答案：处于稳定段，连续，垂直于流体流动方向，流体平行流动
12.若Re值已知时,则流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ=________,在管内呈湍流时,摩擦系数λ与_______、_______有关。
答案：64/Re; Re; ε/d
13.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______,变_____；后者是恒_________,变_________。
答案：截面；压差；压差；截面
14.液体的粘度随温度升高而________,气体的粘度随温度的升高而_______。答案：减小；增大
%
15.若流体在圆形直管中作滞流流动,其速度分布呈_______型曲线,其管中心最大流速是平均流速的____倍,摩擦系数λ与Re的关系为_________。
答案：抛物线； 2倍；λ＝64/Re
16.牛顿粘性定律的数学表达式为_________________,牛顿粘性定律适用于________型流体。
答案：τ=μdu/dy ；牛顿
17.流体做层流流动时,管内平均流速是最大流速的____倍,湍流时,管内平均流速是最大流速的______倍。
答案：；约
18.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关系为______________，所以,流速随着管径的减小而________。
答案：u1/u2=d22 /d12 增大
"
19.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是__________________.
答案：.流体具有粘性
20.按照化工单元操作所遵循的基本规律的不同,可将单元操作分为
_________、 __________、________。
答案.动量传递、热量传递、质量传递
21.流体沿壁面流动时,有显著速度梯度的区域称为_____________。
答案：.流动边界层
22.液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长______,由于有摩擦阻力损失,静压强沿管长_______。
答案：不变；降低
%
23.稳态流动是指流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度等物理量仅随_____________________。
答案：.位置而变，而均不随时间变。
24.离心泵的主要构件有以下三部分:______,_____,_______.
答案：泵壳; 叶轮; 泵轴
25.离心泵的主要参数有: __________,____________,____________,____________.
答案：流量; 扬程; 功率; 效率
26.离心泵的特性曲线有:_____________________,_________________,__________________.
答案：扬程～流量曲线；功率～流量曲线；效率～流量曲线
￥
27.离心泵的最大安装高度不会大于_______________.
答案：10m
28.离心泵的工作点是________________________和
______________________________两条曲线的交点.
答案：泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q
29.泵起动时应先关闭出口开关，原因是______________________________________________________。
答案：.降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤;同时也避免出口管线水力冲击。
30.流体输送设备按工作原理可分为四类：____________，______________，__________，__________。
答案：离心式，往复式，旋转式，流体作用式
》
31.当离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生____________现象。
答案：气蚀
32.离心泵的扬程含义是__________________________________________________________________ _。
答案：.离心泵给单位重量的液体所提供的能量
33.离心泵起动时，若泵内没有完全充满液体，离心泵就不能输送液体，这种现象称为__________。
答案：气缚
34.离心泵输送的液体粘度越大，其扬程__________，流量_________,轴功率__________，效率_________。
答案：.越小；越小；越大；越小
35.往复压缩机的实际工作循环，是由__________、__________、________、________四个阶级组成。
答案：吸气、压缩、排气、膨胀
36.采用多级压缩的优点是：_______________________________________________________________。答案：降低排气温度；减少功耗；提高气缸容积利用率；使压缩机的结构更为合理。
37.离心泵叶轮的作用是__________________________________，使液体的______________均得到提高。
答案：将原动机的机械能传给液体，静压能和动能。
38.往复式压缩机的工作原理和__________泵相似，是靠往复运动的活塞使气缸的工作容积__________，从而进行_____________。
答案：往复；增大或减少；吸气和排气，
…
二、选择题：
1.流体在圆管内流动时,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为（）
A. Um＝1/2Umax
B. Um＝
C. Um＝3/2Umax
答案：B
2.从流体静力学基本方程可得知，U型管压力计测量的压强差( )
A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关
B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关
C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关
答案：A
3.流体的层流底层越薄，则( )。
A. 近壁面速度梯度越小
B. 流动阻力越小
C. 流动阻力越大
D. 流体湍动程度越小
答案：B
4.为提高微差压强计的测量精度，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：C
5. 一个工程大气压等于( )Pa; ( )。
A. 1.013×105
B. ×104
C. 1
D.
答案：B C
6. 转子流量计的主要特点是( )。
A. 恒截面、恒压差；
B. 变截面、变压差；
C. 恒流速、恒压差；
D. 变流速、恒压差。
！
答案：C
7.层流与湍流的本质区别是：( )。
A. 湍流流速>层流流速；
B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；
C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数；
D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动答案：D
8.圆管内流动流体湍流时的雷诺准数值应为（）
A. Re<2000
B. Re>4000
C. Re=2000～4000
答案：B
/
9.流体在管路中作稳态流动时,具有（）的特点。
A. 呈平缓的滞流
B. 呈匀速运动
C. 在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等；
D. 任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化答案：D
10.表压与大气压、绝对压间的关系是（）。
A. 表压＝绝对压-大气压
B. 表压＝大气压-绝对压
C. 表压＝绝对压+真空度
`
答案：A
11.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。
A. 流动速度大于零
B. 管边不够光滑
C. 流体具有粘性
答案：C
12.流体在管内流动时,滞流内层的厚度随流速的增加而（）。
A. 变小
B. 变大
C. 不变
答案：A
13.圆管的摩擦系数λ=64/Re的适用流型是（）。
]
A. 滞流
B. 过渡流
C. 湍流
答案：A
14.为使U形压差计的灵敏度较高,应使指示液和被测流体的密度差（）。
A. 偏大
B. 偏小
C. 越大越好
答案：B
15.设备内的真空度愈高,即说明设备内的绝对压强（）。
A. 愈大
B. 愈小
C. 愈接近大气压、
答案：B
$
16.在静止的、连续的、同一液体中,处于同一水平面上各点的压强（）
A. 均相等
B. 不相等
C. 不一定相等
答案：A
17.流体在圆管内作滞流流动时,阻力与流速的（）成比例,作完全湍流时,则阻力与流速的（）成比例。
A. 平方
B. 五次方
C. 一次方
答案：C A
18.流体在管内作湍流流动时,滞流内层的厚度随雷诺数Re的增大而（）。
A. 增厚
B. 减薄
C. 不变
？
答案：B
19.将管路上的阀门关小时,其阻力系数（）。
A. 变小
B. 变大
C. 不变
答案：B
20. u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（）流体具有的动能。
A. 1kg
B. 1N
C. 1m
答案：A
21.流体流动时产生阻力的根本原因是流体流动（）。
@
A. 遇到了障碍物；
B. 与管壁产生摩擦
C. 产生了内摩擦切向力
答案：C
22.转子流量计的设计原理是依据（）。
A. 流动的速度
B. 液体对转子的浮力
C. 流动时在转子的上、下端产生了压强差。
答案：C
23.公式λ=64/Re仅适用于流体在（）管内作（）时应用。
\
A. 湍流
B. 滞流
C. 各种流动型态
D. 圆形
E. 非圆形
答案：D B
24.转子流量计的主要特点是（）
A. 恒截面、恒压差
B. 变截面、变压差
C.变截面、恒压差答案：C
25.离心泵的性能曲线中的H－Q线是在( )情况下测定的。
A. 效率一定；
B. 功率一定；
、
C. 转速一定；
D. 管路（ｌ＋∑ｌe）一定。
答案：C
26.离心泵最常用的调节方法是 ( )
A. 改变吸入管路中阀门开度
B. 改变压出管路中阀门的开度
C. 安置回流支路，改变循环量的大小
D. 车削离心泵的叶轮
答案：B
27.离心泵的扬程是 ( )
A. 实际的升扬高度
B. 泵的吸液高度
#
C. 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度
D. 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值
答案：D
28.用离心泵将液体由低处送到高处的垂直距离，称为（）
A. 扬程
B. 升扬高度
C. 吸液高度
答案：B
29.往复压缩机每一工作循环所耗的功以（）压缩为最小
A. 等温
B. 绝热
C. 多变
。
答案：A
30.往复泵在启动前（）液体。
A. 一定要充满
B. 无须充满
C. 充以适量的
答案：B
31.离心泵并联操作的目的是（）.
A. 增大位能
B. 增大扬程
C. 增大流量
答案：C
?
三、判断题：
1.流体在园管内作稳定流动时,其流速与管径的一次方成反比。（）×
2.流体在园管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（）√
3.化工单元操作是一种物理操作,只改变物质的物理性质而不改变其化学性质。（）√
4.在稳态流动过程中,流体流经各截面处的体积流量相等。（）×
5.当输送流体的管子的管径一定时，增大流体的流量，则雷诺准数减少。（）×
6.流体在等径的管中作稳态流动时,由于有摩擦阻力损失,因此流体的流速沿管长而逐渐变小。（）×
7.当流体充满圆管作稳态流动时,单位时间通过任一截面的体积流量相等。（）×
}
8.流体作层流流动时,摩擦系数λ只是Re的函数,而与管壁的粗糙度无关。（）
9.在相同的设备条件下,密度越大,粘度越小的流体越易形成湍流状态。（）√
10.牛顿粘性定律是：流体的粘度越大,其流动性就越差。( ) ×
11.孔板流量计是文丘里流量计的改进,其压头损失比文氏流量计小得多。（）×
12.实际流体在导管内作稳态流动时,各种形式的压头可以互相转，但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常数。（）×
13.为了提高压强计的灵敏度以测量微小的压强差,可采用微差压强计。当其
中的两指示液密度相差越大时,其灵敏度就越高。（）×
14.经过大量实验得出,雷诺Re<2000时,流型呈层流,这是采用国际单位制得出的值,采用其他单位制应有另外数值。( ) ×
15.流体在管内以湍流流动时,在近管壁处存在层流内层,其厚度随Re的增大而变薄。（）√
）
16.表压强就是流体的真实压强。（）×
17.设备内的真空度愈高表明绝对压强愈大。（）×
18.一般情况下气体的粘度随温度的升高而增大；液体的粘度随温度的升高而减小。（）√
19.用U形管液柱压差计测量流体压强差时,测压管的管径大小和长短都会影响测量的准确性。（）×
20.流体在圆管内流动时,管的中心处速度最大,而管壁处速度为零。（）√
21.稳定流动时,流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而变。（）×
22.流体在管内作稳定湍流时,当Re一定时,摩擦系数λ随管子的相对粗糙度的增加而增大。（）√
23.柏努利方程中的P/（ρg）表示1N重的流体在某截面处具有的静压能,又为静压头。（）√
|
24.流体阻力产生的根本原因是由于流体与壁面之间的摩擦引起的。（）×
25.液体在圆形管中作滞流流动时,其它条件不变,仅流速增加一倍,则阻力损
失增加一倍（）√
26.稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面处的体积流量也相等（）√
27.理想流体流动时,无流动阻力产生。（）√
28.流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其静压强也会升高。（）×
29.滞流内层的厚度随雷诺数的增大而增厚。（）×
30.在静止的、处于同一水平面上的、各点液体的静压强都相等。（）×
31.实验证明,当流体在管内流动达完全湍流时,λ与雷诺数的大小无关。（）√
【
32.离心泵启动时,为减小启动功率，应将出口阀门关闭，这是因为随流量的增加，功率增大。（）√
33.离心泵扬程随着流体流量的增大而下降。（）√
34.离心泵的扬程随其送液能力（流量）的改变而变化，当流量达到最大时，其扬程也最大；而流量为零时，其扬程亦等于零。（）×
35.采用多级压缩机可解决压缩比过高的问题，但功耗增大了。（）√
36.多级往复式压缩机的压缩级数越多，则功耗越少 ( )。×
37.离心泵的“气缚”与“气蚀”现象，在本质是相同的。( ) √
四、问答题：
【
1.什么是流体连续稳定流动
答案：流体连续稳定流动是指流体在流动时，流体质点连续的充满其所在空间，流体在任一截面上的流动的流速、压强和密度等物理量不随时间而变化。
2.流体粘度的意义是什么流体粘度对流体流动有什么影响
答案：流体的粘度是衡量流体粘性大小的物理量，它的意义是相邻流体层在单位接触面积上，速度梯度为1时，内摩擦力大小。
流体的粘度愈大，所产生粘性也愈大，液体阻力也愈大。
3.何谓层流流动何谓湍流流动用什么量来区分它们
答案：层流：流体质点沿管轴作平行直线运动，无返混，在管中的流速分布为抛物线，平均流速是最大流速的倍。
湍流：流体质点有返混和径向流动，平均流速约为最大流速的倍。
?
以Re来区分，Re<2000为层流、Re>4000为湍流。
4.什么是连续性假定
答案：假定流体是由许多质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占有空间的连续的介质。，这一假定称为连续性假定。
5流体流动的连续性方程的意义如何
答案：流体流动的连续性方程是流体流动过程的基本规律，它是根据质量守恒定律建立起的，连续性方程可以解决流体的流速、管径的计算选择，及其控制。
6.流体静力学基本方程的意义是什么
答案：静止流体内部任一水平面上的压强与其位置及流体的密度有关，位置越低，压强越大；
静止液体内部压强随界面上的压强而变，表明液面上所受的压强能以
同样大小传递到液体内部。
~
7.流速与管路建设投资费及运行操作费的关系。
答案：当流量一定时，流速大，管径小，投资费用小；但流速大，管内流体流动阻力增大，
输送流体所消耗的动力增加，操作费用则随之增大。反之，在相同条件选择小流速，动力消耗固然可以降低，但管径增大后建设投资增加。
8.离心泵的工作原理。
答案：离心泵先灌泵后启动，当叶轮高速旋转时，液体获得了动能并甩向叶轮外缘。由于叶
片间的流体通道截面和泵壳的蜗形流道截面都是逐渐扩大的，使流体在泵内的流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，而使流体压强逐渐增高，最后从压出口压出，与此同时，由于离心力作用，叶轮中心的流体被甩向叶轮外缘，叶轮中心形成负压，使得流体不断被吸入。
9.什么是气缚现象
答案：如果离心泵启动前未灌满液体，泵内有空气，由于空气的密度小，叶轮旋转产生的离
'
心力小，致使液体难以被吸入，此时叶轮虽在旋转，却不能输送液体并产生噪声。该现象为气缚。
10.什么是气蚀现象
答案：当泵入口压强低于被输送液体的饱和蒸汽压时，被吸入的流体在泵的入口处汽化，形成气泡混杂在液体中，由泵中心的低压区进入泵外缘高压区，
由于气泡受压而迅速凝结，使流体内部出现局部真空，周围的液体则以极大的速度填补气泡凝结后出现的空间，可产生很大的冲击力，损害泵壳和叶轮，该现象是气蚀。
11.离心泵的特性曲线有哪几条是在何条件下测定的
答案：离心泵的特性曲线有扬程曲线，功率曲线，效率曲线。是在常温，常压下用水作实验测定的，如果用于输送其他流体则需要换算。
12.离心泵起动时，为什么要把出口阀门关闭
答案：离心泵工作时，其轴功率Ne随着流量增大而增大，所以泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致于超负荷而受到损失，同时也避免出口管线的水力冲击。
13.采用多级压缩对生产工艺有何好处
。
答案：好处：（1）降低了排气温度；（2）减少了功耗；
（3）提高气缸容积利用率；（4）使压缩机的结构更为合理。
14.为什么单缸往复压缩机的压缩比太大，将会使压缩机不能正常工作
答案：当余隙系数一定时、压缩比愈高，余隙内的残余气体膨胀所占气缸的容积就愈多，使每次循环的吸气量减少，而当压缩比太大时（即容积系数为零时），残余气体膨胀已占满整个气缸，使压缩机根本无法吸入新鲜气体，也就无法正常正作了。
15.离心泵的主要部件有哪些各有什么作用
答案：离心泵的主要部件有叶轮、泵壳、轴封装置。
叶轮的作用是将原动机的机械能传给液体、使液体的动能和静压能均得到提高。
泵壳具有汇集液体和将部分动能转为静压能的作用，轴封装置的作用是防止泵内高压液体外漏及外界大气漏入泵内。
;
16.离心泵的扬程和升扬高度有什么不同
答案：离心泵的扬程是指泵给以单位重量液体的有效能量、液体获得能量后，可将液体升扬到一定高度△Z，而且还要用于静压头的增量△P/ρg和动压头的增量△u2/2g及克服输送管路的损失压头，而升扬高度是指将液体从低处送到高处的垂直距离，可见，升扬高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升扬高度。
五、计算题：
1.水在管内流动，截面1处管内径为0.2m，流速为0.5m.s-1，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
【解】列1-1′、2-2′间列柏努利方程式:
Z1+u12/2g+p1/ρg =Z2+u22/2g+p2/ρg+hf ①
p1-p2=ρg(u22/2g-u12/2g)=ρ(u22/2-u12/2)
:
u2/u1=d12/d22 u2=×2=2m.s-1
u2代入① p1-p2=ρ2)=1876N/m2
∵p1-p2=ρgh
∴h=( p1-p2)/ρg
=1875/(1000×=0.191m
2.一输油管，原输送ρ1=900kg/m3，μ1=135cp的油品，现改输送ρ2=880kg./m3，μ2=125cp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,流型为层流，则输送的油量有何变化【解】64/Re1（l/d）(u12/2)=64/Re2(l/d)(u22/2)
#
u1/(dρ1u1)u12=u2/(dρ2u2)u22
u1μ1/ρ1=u2μ2/ρ2
∴ u2/u1=μ1ρ2/μ2ρ1=×880/×900)=
输油量比原来增加%
3.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
【解】根据伯氏方程：-△p=32uμl/d2以及：
(π/4)d12u1=(π/4)d22u2=Vs
；
已知：d2=2d1
则：u1/u2=d22/d12=(2d1)2/d12=4 即：u2=u1/4
原工况：-△p1=32u1μ1l1/d12
现工况：-△p2=32u2μ2l2/d22
∵μ2=μ1 l2=l1 u2=u1/4 d2=2d1
将上述各项代入并比较：
现/原:△p2/△p1=[32×(1/4)u1×μ2×l2/(2d1)2 ]/
[32×u1×μ1×l1/d12]=1/16
：
因摩擦而引起的压降只有原来的1/16
4.用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油，流量为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, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵的效率η=50%。
【解】对贮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=20m l+Σle =430m d=108-2×4=100mm=0.1m
u=Vs/
=38400/3600×××960
]
=1.415m/s
Re=duρ/μ=××960/3430×10-3=<2000
λ=64/Re=64/=
He=20+×(430/× 2×=729.2m
N=Q·He·ρg/η=38400××(3600××1000)=
5.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u m/s,系统的Σh f=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