化工原理流体流动题库

22pCuCpAuA??zC???zA??hfCA?g2g?g2g

式中：

pC?PA?193257Pa,uC?2.49m/s,uA?0,zC?zA??16m，

故支路CA的阻力为

hf?

CA1932572.492???16?4.0m1000?9.812?9.81液柱

同理

?hfCB22pC?pBuC?uB???(zC?zB)?g2g

(1.97?1)?981002.492?0???8?2.0m1000?9.812?9.81 液柱

11．有一内径为25 mm的水管，如管中水的流速为1.0 m/s，求： （1）管中水的流动类型；

（2）管中水保持层流状态的最大流速（水的密度ρ=1000 kg/m3, 粘度μ= 1 cp）。 解：（1）Re = duρ/μ= 0.025×1×1000/0.001 = 25000＞4000 流动类型为湍流。

（2）层流时，Re ≤ 2000，流速最大时，Re = 2000，即duρ/μ= 2000

∴u = 2000μ/dρ= 2000×0.001/（0.025×1000）= 0.08 m/s

12．密度为850 kg/m3、粘度为8×10-3 Pa·s的液体在内径为14 mm的钢管内流动，液体

的流速为1 m/s。计算：

（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；

（2）若要使该流动达到湍流，液体的流速至少应为多少？ 解：（1）Re = duρ/μ= 0.014×1×850/8×10-3 = 1487.5 ≤ 2000 流动类型为层流

（2）湍流时，Re ≥ 4000，流速最小时，Re = 4000，即duρ/μ= 4000

∴u = 4000μ/dρ= 4000×0.008/（0.014×850）= 2.69 m/s

13．用

108×4 mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150 m（包括管件的当量长度）。

若此管路的全部能量损失为118 J/kg，此管路输水量为若干m3/h？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000 kg/m3）

解：能量损失

118 J/kg

∴ u = 2.8 m/s

79.13 m3/h

流量 V = uA = 2.8×

14．用Φ168×9 mm的钢管输送原油。管线总长100 km, 油量为60000 kg/h，油管最大抗压能力为1.57×107 Pa。已知50 ℃时油的密度为890 kg/m3, 粘度为181 cp。假定输油管水平放置，其局部阻力忽略不计。问：为完成上述输油任务, 中途需设几个加压站? 解：u1 = u2，Z1 = Z2，

u = V/A = (60000/890)/(3600×0.785×0.152) = 1.06 m/s Re = duρ/μ= 0.15×1.06×890/(181×10-3) = 782 层流 λ= 64/Re = 64/782 = 0.0818

ΔP =λ(l/d)(u2/2)ρ= 0.0818×(105/0.15)×(1.062/2)×890 = 2.72×107 Pa n = 2.72×107/(1.57×107) = 1.73 中途应设一个加压站

15．在附图所示的储油罐中盛有密度为960 kg/m3 的油品。

油面高于罐底9.6 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm圆孔，其中心距罐底800 mm，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa，问：至少需要几个螺钉？

解：设通过孔盖中心的水平面上液体的静压强为p，则p就是管内液体作用与孔盖上的平

均压强。由流体静力学基本方程式知

作用在孔盖外侧的是大气压强 pa，故孔盖内外两侧所受压强差为

作用在孔盖上的静压力为

每个螺钉能承受的力为

螺钉的个数 = 3.76×104/6.04×103 = 6.23 个 即至少需要7个螺钉。

16．某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50 mm。求A、B两处的表压强。

解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密度，由气柱高度所产生的压强差可以忽略。设R2下端为C点，R1下端为D点，故可认为 PA≈PC,PB≈PD。 PA≈PC =ρ

H2O

gR3 +ρHggR2

= 1000×9.81×0.05 + 13600×9.81×0.05

= 7161 N/m（表压） PB≈PD = PA +ρHggR1

= 7161 + 13600×9.81×0.4 = 6.05×104 N/m2（表压）

17．根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强p。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3 及998 kg/m3，U管中油、水交界面高度差R = 300mm。两扩大室的内径D均为60 mm，U管内径d为6 mm。(当管路内气体压强等于大气压强时，两扩大室液面平齐。）

解：当管路内的气体压强等于大气压强时，两扩大室的液面平齐，则两扩大室液面差Δh

与微差压差计读数R的关系为

2

当压差计读数R = 300 mm时，两扩大室液面差为

则管路中气体的表压强为

m

p =（998 - 920）×9.81×0.3 + 920×9.81×0.003 = 257 N/m2（表压）

18．用泵将水从水池送至高位槽。高位槽液面高于水池液面50m，管路全部能量损失为20 J/kg，流量为36 m3/h，高位槽与水池均为敞口。若泵的效率为60%，求泵的轴功率。（水的密度取为1000 kg/m）

解：设水池液面为1-1＇截面，高位槽液面为2-2＇，以水池液面为基准水平面，在两截

面间列柏努利方程式。

2u12p1u2pgz1???we?gz2??2??hf2?2?

3

Z1 = 0，Z2 = 50 m，u1≈0，u2≈0，P1 = P2 = 0（表压），Σhf = 20 J/kg ∴ we = 9.81×50 + 20 = 510.5 J/kg 水的质量流率 ws = 36×1000/3600 = 10 kg/s 有效功率 Ne = we·ws = 510.5×10 = 5105 W

轴功率 N = 5105/0.6 = 8508.3 W 19．水以2.5m/s的流速流经锥形管与另一

38×2.5 mm的水平管，此管以

38×3 mm的水平管相连。如附图所示，在

锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。（水的密度取为1000 kg/m3）

解：上游截面A-A＇，下游截面B-B＇，通过管子中心线作基准水平面。在两截面间列柏

努利方程式。

式中 ZA = ZB = 0，uA = 2.5 m/s，ΣhfA,B = 1.5 J/kg 根据连续性方程式，对于不可压缩流体

有

两截面的压强差为

m/s

=

即

由于 ∴ pB ＞ pA

mmH2O

= 868.55 N/m2

20．如图所示，常温的水在管道中流过，两个串联的U形管压差计中的指示液均为水银，密度为?Hg，测压连接管内充满常温的水，密度为?w，两U形管的连通管内充满空气。若测压前两U形管压差计内的水银液面均为同一高度，测压后两U形管压差计的读数分别为R1、R2，试求a、b两点间的压力差pa?pb。 解： p1?pa??wgh1，pa?p1??wgh1

ab空气h?w?HgR1123?w5?HgR24p1?p2，p2?p3??HggR1，p3?p4，p4?p5??HggR2，p5?pb??wgh5

pb?p5??wgh5?p4??HggR2??wgh5

pa?pb?p3??HggR1??wgh1??p4??HggR2??wgh5? 而

??Hgg?R1?R2???wgh1??wgh5

h1?h?R1Rh5?h?22，2

?R??R?pa?pb??Hgg?R1?R2???wgh??wg?1???wgh??wg?2??2??2? 所以

??Hgg?R1?R2??11???wg?R1?R2????Hg??w??R1?R2?g22??