化工原理题库
第一章 流体流动
一、名词解释（每小题2分）
1、法定计量单位
由国家以命令形式规定允许使用的计量单位。 2、稳定流动
流动系统中各截面上的流速、压强、密度等各有关物理量仅随位置变化不随时间变化。 3、不稳定流动
流动系统中各截面上的流速、密度、压强等随位置及时间而变。 4、流动边界层
流体流过壁面时，如果流体润湿壁面，则必然形成速度梯度很大的流体层叫流动边界层。 5、边界层分离
流体在一定条件下脱离壁面的现象叫边界层的分离。 6、速度梯度
du速度梯度，即在与流动方向垂直的y方向上流体速度的变化率。 dy7、牛顿黏性定律
???du dy8、当量长度le
把流体流过某一管件或阀门的局部阻力折算成相当于流过一段与它直径相同、长度为
le的直管阻力。所折算的直管长度称为该管件或阀门的当量长度。
9、因次分析法
用维数不多的无因次数群代替较多的变量，对一个复杂的物理现象可简化实验工作，该方法称为因次分析法。
10、相对粗糙度 ε /d—相对粗糙度。 11、黏性与黏度
运动流体内部产生的阻碍流体向前运动的特性。
F???uS，?—比例系数，流体的黏性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或动力?y黏度，简称黏度。 12、点速度
1
流通截面上某一点的速度，可直接测量m/S。 13、绝压
以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。 14、表压
表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。 15、真空度
真空度等于大气压强减去绝对压强。
二、单选择题（每小题2分）
1、某物体的质量为1000kg，则其重量为______。B
A 1000 N B 9810 N C 9810 kgf D 1000/9.81 kgf
2、4℃水在SI制中密度为______；重度为______；在工程单位制中密度为______；重度为______。 B D C A
A 1000kgf/m3 B 1000kg/m3 C 102kgf·s2/m4 D 9810N/m3
3、如图所示，若液面恒定，忽略流动阻力损失，则放水管的出口速度U与______有关 A
A H B H、d C d D Pa E H、d 、Pa
4、用标准孔板流量计测量管中的流量，采用如图所示三种装置，两测压孔距离h相等，d1＝d2＝d3，各管流速相等。其读数分别为R1，R2，R3。则______。（流体皆为水，指示液皆为汞）。 D
A R2＜R1＜R3 B R1＜R2＝R3 C R1＜R2＜R3 D R1＝R2＝R3 E R1＞R2＝R3
2
5、图示所表示的R值大小反映______。 A
A Ａ、Ｂ两截面间压差值 B Ａ－Ｂ截面间流动压降损失 C Ａ、Ｂ两截面间动压头变化 D 突然扩大或缩小流动损失
6、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压 p2=______水柱。 C A 1.5m B 1.0m C 0.75m D 0.5m
7、如图所示，用U形压差计与管道A、B两点相连。已知各图中管径、A、B间的管长L及管道中流体流量均相同，管内流体均为20℃水，指示液均为汞，则______。 B A R1≠R2，R1 = R2 = R4 B R1 = R2 = R3 = R4 C R1 = R2 ? R3 ? R4 D R1≠R2≠R3≠R4
8、如图表明，管中的水处于______。C
3
A 静止 B 向上流动 C 向下流动 D 不一定
9、层流与湍流的本质区别是：______。 D
A 湍流流速>层流流速 流道截面大的为湍流，截面小的为层流 C 流的雷诺数<湍流的雷诺数 D 流无径向脉动，而湍流有径向脉动
10、如图，若水槽液位不变，在阀门打开后，①、②、③点的流体总机械能的关系为______。B
A ①=②=③ B ①=②>③ C ①>②=③ D 不能肯定
11、一个工程大气压等于______Pa； ______Kgf/cm2。 B G A 1.013×105 B 9.81×104 C 760
D 35.6 E 0.33 F 0 G
12、如图所示，连接A、B两截面间的压差计的读数R表示了______的大小。C A A、B间的压头损失HFab B A、B间的压强差△P
C A、B间的压头损失及动压头差之和 D A、B间的动压头差(uA2－uB2)/2g
13、转子流量计的主要特点是______。（从流道截面与压差改变考虑）。C
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 14、下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则：(1)U形压差计读数______。 B
A R1?R2 B R1=R2 C R1?R2 D 不定
4
(2)液体通过ab与cd段能量损失______。B A hfab ? hfcd B hfab = hfcd
15、有一并联管路，如图所示，两段管路的流量，流速、管径、管长及流动阻力损失分别为v1，u1，d1，L1，Σhf1及 v2，u2，d2，L2，Σhf2。若d1＝2d2 ，L1＝2L2，则： （1）Σhf1/Σhf2＝______ E
A 2 B 4 C 1/2 D 1/4 E 1
（2）若两段管路中流体均作滞流流时，u1/u2＝______ A
A 2 B 4 C 1/2 D 1/4 E 1
16、一敞口容器,底部有一进水管(如图示)。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。 水由水管进入容器,则2点的表压p2=______水柱。 B A 2.0m B 1.5m C 1.0m D 0.75m
17、孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值_______。B
A 总在增大 B 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 C 总是减小 D 不定
18、在完全湍流(阻力平方区)时，粗糙管的摩擦系数λ数值_______。C
A 与光滑管一样 B 只取决于Re C 只取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关 19、如图，U形压差计测得______。A
A A、B间的阻力损失 B A、B间的压强差 C A、B间的位头差加阻力损失 D A、B间位头差
20、下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则：
5
（1）ab与cd两段静压差______。 C
A ?Pab ? ?Pcd B ?Pab = ?Pcd C ?Pab ? ?Pcd D 不定 （2）R1值表示_______。 C
A ab段的压差值 B ab段位能变化
C ab段流动能量损失 D ab段压差值及流动能量损失
21、气体是_______的流体。 B
A 可移动 B 可压缩 C 可流动 D 可测量
22、在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的_______。 C A 绝对压强 B 表压强 C 静压强 D 真空度 23、以绝对零压作起点计算的压强，称为_______。 A A 绝对压强 B 表压强 C 静压强 D 真空度
24、真空表上的读数表示被测流体的绝对压强_______大气压强的读数。 A A 低于；B 等于；C 高于；D 近似于 25、绝对压强等于_______与表压强之和。 A
A 大气压强 B 表压强 C 相对压强 D 绝对压强 26、单位时间内流过管道任意截面的流体量称为_______。 C A 流速 B 流线 C 流量 D 流函数
27、_______内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。 B A 无限时间 B 单位时间 C 长时间 D 短时间
28、柏努利方程式中的_______项表示单位质量流体所具有的位能。 A A gz B
C
D we
29、柏努利方程式中的 项表示单位质量流体因克服流动阻力而_______的能量。 A 增加 B 扩大 C 需求 D 损失
30、流体在直管中流动，当_______≤2000时，流体的流动类型属于层流。 A A Re B Pr C Nu D Gr
31、流体在管内作_______流动时，其质点作不规则的杂乱运动。 B A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 漩涡流
32、流体在圆管内_______流动时，最大速度是平均速度的二倍。 A A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 漩涡流
33、对于_______，当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。 B A 圆形管 B 非圆形管 C 矩形管 D 直管
6
D 3 三、填空题（每小题2分）
1、当计算流体由粗管进入细管的流动局部阻力时，其公式中的流速应该用_______管中的速
度。流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区）其摩擦系数λ随Re和_________而变。 细管 e/d 3
2、牛顿黏性定律的数学表达式为____________，牛顿黏性定律适用于_______型流体。
τ=μdu/dy 牛顿
3、在毕托管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表_______________________，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表_____________。 动静压头之和 静压头
4、稳定流动中，点流速只与_________有关，而不稳定流动中，点流速除与位置有关外，还与________有关。 位置 时间 5、列伯努利方程时选取的截面，期中的两个必须具备的条件是______，__________________。
连续、垂直流动方向或流体流线平行
6、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的_____倍；如果只将管径增加一倍，流速不变，则阻力损失为原来的______倍。 2； 1/4
7、下图表示流体在圆形直管进口段内流动时边界层发展的情况，图中ab截面管中心a点的流速为us ，b点的流速为u，图示中所表示的符号意义是?1为 ，?2为 ______，?3为 ， us 表示 。
滞流边界层厚度 湍流边界层厚度 滞流内层 主流区流速
8、在SI制中压强的因次为_____________，功率的因次为____________速度梯度。
MT-2L-1 MT-3L2
9、实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是____________。 流体具有黏性
10、如图示并联管路，流体由高位槽经A、B两路流出。当开大阀门A后，管路A中流速 UA ，O点压强P0 。 增大 降低
11、流体流动的连续性方程是：___________________________；适用于园形直管内不可压缩流体流动的连续性方程是：____________________________。
u1A1ρ1 = u2A2ρ2= 常数 u1d12 = u2d22= 常数
12、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，压强降为10Pa，Re为1000，问管中心处点速度为_________m/s，若平均流速增加为1m/s，则压强降为________Pa。
1m/s 20Pa
7
13、LZB-40转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25 ~ 2.5m3/h，若用此转子流量计来测量酒精（比重：0.8），则酒精的实际流量值要比刻度值______，测量酒精时，此流量计的最大流量值为_____________。 大 2.84 m3/h 14、如图所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ζ与压差计读数R 的关系式为____________________。 ??2Rg??2??1? 2?1u15、如附图所示，容器中盛有油(ρ=800kg/m3)。油上界面a2以上是空气。U形管中指示液为水(ρ=1000kg/m3)，a1 ，a2 ，a3在同一水平面上，b1 ，b2 ，b3 点也在同一高度上，h1=100mm，h2=200mm，则各点的表压Pa1＝____________，Pa2＝____________，Pb1＝____________，Pb3＝____________。(表压值以mm水柱表示)
Pa1＝0 Pa2＝ 100mmH2O Pb1＝300mmH2O Pb3=340mmH2O
16、流体动力黏度(简称为黏度)μ的SI单位为_____________。运动黏度ν的SI单位为____________。 Pa?s或N?s/m2、 m2/s
17、边长为0.4m的正方形通风管道，其润湿周边长为_________，当量直径为_________。
1.6m 0.4m
18、米糠油在管中作层流流动，若流量不变，μ、L不变，管径增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的_______。 1/16 19、流体机械能衡算式如衡算基准以J/kg表示，则该方程可表示为 ， 若用N/m2(N?m/m3)表示则可表示为 。（无外加机械能）
uPugz1??1?gz2?2?2??hf?2?2P122
?Z1g?P1??u122??Z2g?P2??u222??hf?
20、如图所示，液体在等径管中稳定流动，则阀的局部阻力系数ζ与压差计读数R的关系式为 。
2R(?i??)g???u28
21、层流时,管内平均流速是最大流速的________；湍流时，管内平均流速约是最大流速的________。 0．5 0．8 22、如图所示系统，其大管内径d1 = 45mm，液体在管内流速为0.5m/s，小管内径d2 =19mm，
从1-1到2-2断面的阻力损失为15J/kg，则2-2断面处的流速为______m/s，是根据 方程而得。 2.8m/s 连续性
23、空气在内径一定的圆管中稳定流动，若气体质量流量一定，当气体温度升高时，Re值将________。 下降
24、 ____________的流体称为理想流体。 无黏性
-0.5
25、某种油漆服从幂率方程τ=10（du/dy），Pa。在剪切速率du/dy=1 1/s时的黏度为_______ Pa.s；当du/dy=100 1/s时其黏度为 Pa.s。 10 1
26、并联管路的特点是：A)并联各管段压强降__________；B)主管流量等于并联的各管段___________。 相等 流量之和
27、LZB-40转子流量计其转子为不锈钢（比重：7.92），刻度标值以水为基准，量程范围为0.25 ~ 2.5m3/h，若上述转子流量计改用形状完全相同的铅转子（比重：10.67）代替原不锈钢转子，测量的流体仍为水，则实际流量值要比刻度值________，实际量程范围为_____________m3/h.。 大 0.295～2.95
28、测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将_________，若改用转子流量计测量，当流量增大时，转子两端压差值将_________。 增加 不变 29、已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即
P=f(D，N，ρ，μ)，利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有 个准数。2 30、压强表上的读数表示被测流体的_____________比大气压强高出的数值，称为表压强。
绝对压强
四、问答题 （每小题2分）
1、如何判断一流体的流动类型?
Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动 2、层流与湍流是如何定义的？
9
Re≤2000的流动称为层流流动，Re＞4000的流动称为湍流流动 3、简述层流与湍流的区别。
流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。
4、什么是“当量直径”? 对非圆形截面的通道，可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替，此直径即称为：“当量直径”。
5、当量直径是如何计算的?
当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边长。
6、某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的流速是否相等？
三种情况中，下游截面2-2’的流速相等
7、某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1’的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2’的压强是否相等？如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况的数值最小？其理由何在？
三种情况中，下游截面2-2’的压强不相等，其中（a）的压强最大，（c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低
8、活塞在汽缸中以0.2m/s速度移动，见附图。活塞与汽缸之间的油膜厚度为0.1mm，求油膜的速度梯度是多少？
duu0.2???2000 dyy0.1?10?3 10
9、漆刷以0.8m/s速度在平板表面移动，漆膜厚度为0.2mm，见附图。 问漆膜中形成的速度梯度为多少？
duu0.8???4000dy?0.2?10?3
10、如图，有一敞口高位槽，由管线与密闭的低位水槽相连接，在什么条件下，水由高位槽向低位槽流动？为什么？
Pa??zg?P2?时，水向低位槽流动
五、判断题 （每小题1分）
1、已知搅拌器功率P是搅拌桨直径D、转速N、流体密度ρ及黏度μ的函数，即 P=f（D，N，ρ，μ），利用因次分析法处理，最终所得准数关系式中共有3个准数。（ ）
×
2、某物体的质量为1000kg，则其重量为9810N 。（ ） √ 3、一敞口容器，底部有一出水管（如图示）。容器内水面保持恒定，管内水流动的速度头为0.5m水柱。水由容器流入管内，则2点的表压p2=0.75m 水柱。（ ） √
11
4、层流与湍流的本质区别是湍流流速>层流流速。（ ） × 5、一个工程大气压等于1.013×105Pa。（ ） ×
6、孔板流量计的孔流系数Co，当Re数增大时，其值 先减小，当Re数增大到一定值时，Co保持为某定值 。（ ） √ 7、流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的2倍。（ ）
√
8、流体在一段圆形水平直管中流动，测得平均流速为0.5m/s，Re为1000，问管中心处点速度为1m/s。（ ）√
9、边长为0.4m的正方形通风管道，当量直径为0.6。（ ） ×
10、测流体流量时，随着流体流量增加，孔板流量计两侧压差值将增加。（ ） √
六、计算题
1、某牛顿型流体在圆、直、等径管内流动，在管截面上的速度分布可表达为：v=20y-200y2，式中：y—截面上任一点至管壁的径向距离，m；v—该点的点流速，m/s。试求：⑴管半径中点处的流速；⑵管壁处的剪应力。该流体的黏度为0.05 Pa?s 。 5分 (1)已知 v=20y－200y2，则
dv?20?400y dy 令
dvR?0，解得y=0.05m，即管半径R=0.05m当y?=0.05/2=0.025m， dy2 V =20y－200y2=20?0.025－200?(0.025)2=0.375 m/s 3分 (2) ??dv??dv?2
=20(m/s)/m 则 ?=?w??=0.05×20=1.0N/m 2分 ??dy?y?0?dy?y?02、水在水平管内流动，截面1处管内径d1为0.2m，截面2处管内径d2为0.1m。现测得水
在某流量下截面1、2处产生的水柱高度差ｈ为0.20m，若忽略水由1至2处的阻力损失，试求水的流量m3/h。 10分
12
u12Pu22P21Z1g???Z2g?? 4分
2?2? zi、pi均按管中心线取值，因z1=z2，u2=4u1 得
p1??p2?u??222224u?u?u12?????11???15u1
222p1?p215u12 ∴h= =0.20 ∴ u1=0.511m/s 4分 ??g2gm3m3 2分 v?d?u1?0.2?0.511?0.0161?57.844ss?21?23、水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。设在大气中流束截面保持圆形。已知喷嘴内直径d1=25mm,现要求在高于喷嘴出口5m处水流的直径d2为d1的1.2倍，试计算出喷嘴口的水流速u1。忽略阻力。 5分
令高于喷嘴出口5m处水流截面为2－2截面 1－2 截面间：p1=p2 ∵d2=1.2d1， u1d12= u2d22
?d?u1?1?u? ?u2=?1?u1?? 3分 ?1d1.21.44???2?22u12u22u12u121??zg 即???9.81?5 ? u1=13.76 m/s 2分 由 2221.4422 13
4、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
液管规格为φ38×2.5mm,已知料液在管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 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? 10分
u2∵u1≈0≈u2 p1=p2 于是gZ1=gZ2+Σhf g(Z1-Z2)=Σhf =20.6 4分
2?2g?z1?z2??u= ??20.6??0.5?2?9.81?6?????20.6?0.5
=2.39m/s 2分
20.6?1.3?2.39?u`2?5?Z1′=Z2+20.6=15.14m 2分 2g2?9.82 增高为：Z1′-Z1=15.14-11=4.14m 2分
5、用泵自贮油池向高位槽输送矿物油，流量为 38.4T/h。池及槽皆敞口。高位槽中液面比池中液面高20m,管路总长(包括局部阻力)430m，进出口阻力不计。管径为φ108?4mm，油的黏度为3430cP，密度为960kg/m3, 泵的效率为50%，求泵的实际功率。 10分
2u?38.4?103?41.415?0.12?960?3600du?m 2分 s Re???640.1?1.415?960=1.62 2分 ?39.6 层流 ??Re3.43列两截面柏方
we??zg??hf??hf?20?9.81 ?u?0,8 ?p?0lu24301.4252Jhf???1.62??6957.2 ?d20.12kg?we?6957.2?20?9.81?7153J 4分 kg14
WsWe7153?38.4?103N???153KW 2分
??0.5?3600Ne6、用离心泵经φ57×3.5mm的钢管,将敞口贮槽内的有机溶液(密度为800kg/m3, 黏度为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/cm2(表压)，有机溶液输送量为6m3/h，泵的效率为60%，试确定泵的轴功率。 10分
Re?du???0.05?800?0.84964层流 2分 ?1698???320?101698u?6?40.8490.052?3600m 2分 s列两截面柏方
25u2 2分 We?Z2g???hf ?hf???0.052P24?9.807?10364250.8492JWe?16?9.81????654.3 4分
80016980.052kgWsWe654.3?6?80038.4?103N???1.454KW 2分
??0.6?3600Ne
7、40℃水由高位槽经异径收缩管向下流动，40℃水的密度为992kg/m3，饱和蒸汽压
15
pv=7.38kPa，当地大气压为97kPa。现拟d0取135mm，试问：当不计阻力损失，水在流经收缩管时会不会汽化？ 10分 6 管子出口流速u=2gh=2?9.81?10 =14.0 m/s 2分 ∵14.0?(0.15) 2 =u0?(0.135) 2 ∴u0=17.28m/s 2分
由水槽液面至收缩管处排伯努利方程：
P017.28297?103 9.81?7???9929922 ∴p0=17.0?103Pa 4分
∵p0?pv，故收缩管处不会发生水汽化。 2分
8、如图所示，水从槽底部沿内径为100mm的管子流出，槽中水位稳定。阀门关闭时测得R=50cm，h=1.8m。
求：⑴阀门全开时的流量
⑵阀门全开时B处的表压(阀全开时Le/d=15，入管口及出管口的阻力系数分别为0.5及1.0，设摩擦系数λ=0.018 15分
阀关时：(ZA+1.8)×1000=0.5×13600 ZA=5m 2分 ⑴阀全开：对A-A和C-C截面外侧列伯努利方程：
uC2uA2pApCgZA????gZC???hf 取Zc=0(基准面),
2??2uC2puA2p?0,?0,A?C?0 4分 22???50?u9.81?5?0.018??1?0.5?15?C 解出：u=3.02m/s
?0.1?22m3V??0.1?3.02?3600?85.4 3分
4h?2 16
⑵对A-A到B-B截面列伯努利方程：
u2pBgZA????hf
2?2pB?3.02250?3.02 4分 9.81?5????0.018?0.5?21000?0.12?解出pB=1.76×10
4
N/m2（表） 2分
9、在图示装置中，水管直径为Φ57×3.5 mm。当阀门全闭时，压力表读数为0.3大气压, 而在阀门开启后，压力表读数降至0.2大气压。设管路入口至压力表处的压头损失为 0.5 mH2O，求水的流量为若干m3/h？ 10分
0.3?1.013?105解：阀门全闭时，由 P2 =ρgH，H??3.1m 即水槽液面距阀门中心线的
1000?9.81高度为3.1 m。 2分 阀门开启时，以水槽液面为上游截面1-1'，压力表处为下游截面2-2'，管路中心线为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式
4分
Z1 = H = 3.1 m，Z2 = 0，P1 = 0，P2 = 0.2×1.013×105 Pa，u1≈0，Σhf/g = 0.5 mH2O 代入上式
u220.2?1.013?105??0.5. 解得 u2 = 3.24 m/s 2分 33.1?1000?9.812?9.81
m3 V?du?3600?22.9 2分
4h?210、如图示常温水由高位槽以1.5m/s流速流向低位槽，管路中装有孔板流量计和一个截止
阀, 已知管道为φ57?3.5mm的钢管，直管与局部阻力的当量长度(不包括截止阀)总和为 60m,截止阀在某一开度时的局部阻力系数ζ为7.5。设系统为稳定湍流,管路摩擦系数?为0.026。 求：⑴管路中的质量流量及两槽液面的位差△Z； ⑵阀门前后的压强差及汞柱压差计的读数R2 。
若将阀门关小，使流速减为原来的0.8倍，设系统仍为稳定湍流，?近似不变。问: ⑶截止阀的阻力系数ζ变为多少?
17
⑷阀门前的压强Pa如何变化?为什么? 20分
(1) WS??4d2u???4?0.052?1.5?1000?2.945KgT?10.6 Sh1-1.2-2截面列伯努利方程 ?Zg??hf
4.m4 3 8 5分
1?60 ?Zg??0.026?g?0.052?1.57.?5?2?u21.52??7.51000?8.438?103Pa (2)阀前后：?P?7.522 ∵ ?p = (?i??)gR 即 8.438?103= (13.6?1) ?103?9.81R2
∴ R2 = 0.06826 m=6mm 5分 (3) 1-1.2-2截面列伯努利方程 当u?= 0.8u = 0.8 ?1.5 = 1.2 m/s
2l2g?4.438?l?u?Zg??hf?????? ???? 2du?d?2 ∴ ??29.81?4.43860?0.026?29.3 5分
1.220.05(4)因高位槽水位不变，流量减小，阀前管路阻力减小，必引起a点压强pa增大。 5分
11、水塔供水系统如附图所示。管路总长50m(不包括局部阻力当量长度)，水塔内水位高9.8m，管内径d=45mm，现测得流量V为12m3/h，摩擦系数λ可按0.02 计，试计算所有局
18
部阻力当量管长Le之值。 10分
1-1.2-2截面列伯努利方程
u2Z1g???hf 4分
2u?360012?4?2.10.0452m 2分 Sl?leu2l?leu2u2?hf??d2 Z1g?2??d2
50?le2.122.12 2分 9.81?9.8?0.02?0.04522?2?9.81?9.8?0.045le???1??50?45.85m 2分 22.1??0.0212、有一内径d＝50mm的管子，用孔板流量计测量水的流量，孔板内孔直径d0=25mm，U
形压差计的指示液为汞 ，孔流系数C0=0.62。当需测的最大水流量为18m3/h，问：U形压差计最大读数Ｒmax为多少？ 5分
Vs?A0u0?A0C02gR??i????期中u0?C02gR??i???? 3分
29.81R?13600i?1000?18??0.0252?0.62 36004100018?4?????2?9.81?12.6R 2???0.025?0.62?3600?
19
2R?1.092m 2分
13、密度为103kg/m3、黏度为1cP的水，以10m3/h的流量在φ51×3mm 的水平光滑管内流过。在管内某处p1=1.5at(表压)，若局部阻力不计，问距该处100m下游处p2为多少Pa? (Re=3000～1×105，?= 0.3164/Re0.25) 10分
u?103600?4?d2360010?4?1.750.0452m 2分 sRe?
du???0.045?1.75?1000?78750 2分 ?310??0.3164?0.019 1分 0.2518750
列两面的柏方
P1lu2???hf??? 3分 ???d2P2P2lu21001.7524P2?P??1.5?9.807?10?0.0191000?8.3?104Pa(表) 2分 1??d20.045214、内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol，平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气压强为101.33×103pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干？ 20分 9
解:烟囱底端为上游截面1—1’、顶端内侧为下游截面2—2’，并以截面1—1’为基准水平面。
2u1p1u2p2?gZ2????hf 在两截面间列柏式，即： gZ??2?2?式中 Z1=0，Z2=30m，u1≈u2 4分
由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按1.033×105pa及400℃计算，即：
pM1.033?105?303????0.543kg/m 2分 3RT8.314?10?273?400?以?'表示大气的密度，pa，1与pa，2分别表示烟囱底端与顶端大气压强，即：
P1= pa，1—49Pa
因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故p2= pa，2 = pa，1—?'gZ2 2分 标准状况下空气的密度为1.293kg/m3，所以1.0133×105Pa、20℃时的密度为
?'?1.293?273?1.2kg/m3 2分
273?20于是 p2= pa，1—1.2×9.81×30= pa，1—353 Pa
20
故生产能力为 0.16/（1+1）=0.08m3/h
8、某板框压滤机的过滤面积为0.4 m2，在恒压下过滤某悬浮液，4hr后得滤液80 m3，过滤介质阻力可略去不计。
试求：①若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？
②若其它情况不变，但操作时间缩短为2hr，可得多少滤液？
③若在原表压下过滤4hr后，再用5m3水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？设滤液与水性质相近。 解：（1） （3分）
V2?KA2?V22A22?22V1A1V0.8?800.42V2?160m3V222? 2804V?55.6m3
（3） （4分）
2222
（2） （3分）
802KA???1600m6/h?4KA2KA2?dv?????d?2V?V2V????Ee2V2
?w?VwVw??2h21??dv??1KA????4??d??E?42V
9、一小型板框过滤机，过滤面积为0．1m2 ，恒压过滤某一种悬浮液。得出下列过滤议程式：（q +10）2=250（θ+0．4）式中q以l/m2，θ以分钟计。
试求：（1）经过249．6分钟获得滤液量为多少？
（2）当操作压力加大1倍，设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量。
解：（1）(q?10)2?250(??0.4)
当??249.6分时
q=240L/M
V=240×0。1=24L
2 (5分)
（2）P??2P, K??2K
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(q?10)2?2?250(249.6?0.4)?2?2502 q?343.5l/m2
V?343.5?0.1?34.3L (5分)
47
第四章 传热 一、名词解释
1、导热
若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。 2、对流传热
热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 3、辐射传热
任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。 4、传热速率
单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2） 5、等温面
温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。等温面不相交。
二、单选择题
1、判断下面的说法哪一种是错误的（ ）。 B A 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；
B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同； C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强； D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。 C A 传导和对流 B 传导和辐射 C 对流和辐射
3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。 C A 增大 B 减小
C 只在某范围变大 D 沸腾传热系数与过热度无关
4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。 A A 0.85 B 0.03 C 1
5、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。 D A 大于 B 等于 C 不能确定是否大于 D 小于
6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。 A A 成正比 B 成反比 C 没关系
7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A 甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；
48
乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。 A 甲乙均对 B 甲乙均不对 C 甲对，乙不对 D 乙对，甲不对
8、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体_______，气体__________。 A C A 0.5 - 3 m/s B 3 - 15 m/s C 5 - 30 m/s
9、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数
10、碳钢的导热率为_______；不锈钢的导热率为_______；铜的导热率为_______，常压常温空气的导热率为_______；常温水的导热率为_______。 C, D, B, F, E A 151W/(m?℃) B 370W/(m?℃) C 45W/(m?℃) D 16W/(m?℃) E 0.62W/(m?℃) F 0.025W/(m?℃) 11、套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸气，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时 A B B ① 传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 ② 空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 ③ 壁温 A 增大 B 略有减小 C 基本不变 12、一定流量的液体在一?25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数?＝1000W/(m2·℃)。如流量与物性都不变，改用一?19×2mm的直管，则其?值将变为__________ W/(m2·℃)。 D A 1059 B 1496 C 1585 D 1678
13、穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示。试比较第一层的热阻 R1与第二、三层热阻R2、R3的大小____________。 C A C A R1> (R2+R3) B R1< (R2+R3) C R1= (R2+R3) D 无法比较
14、①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好____________放置；冷却水应走____________。 A C A 水平 B 垂直 C 管内 D 管外
②已知某平壁外两层不等厚(b1 15、稳定传热是指______。 B 49 A 传热系统中各点的温度不随位置和时间而变。 B 传热系统中各点的温度仅随位置变，而不随时间变。 C 传热系统中各点的温度不随位置变而随时间变。 D 传热系统中各点的温度随位置和时间而变。 16、棉花保温性能好，主要是因为______。 C A 棉纤维素导热率小； B 棉花中含有相当数量的油脂； C 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍； D 棉花白色，因而黑度小。 17、无相变强制对流?来自_______。 C A 纯经验方法 B 纯理论方法 C 因次分析与实验结合（半理论、半经验方法） D 数学模型法 E 因次分析法 18、在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对?的影响是______。 B A 使?值升高 B 使?值大大降低 C 使?值有一定影响 D 对?值无影响 19、红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的发射能力为________W/m2。 B A 6112.3 W/m2 B 5684 W/m2 C 916.8 W/m2 D 1000 W/m2 20、换热器中冷热流体进出口温度一定时，下面说法中正确的是 。 D A ?tm并?tm折 21、对在蒸汽与空气间壁换热过程中，为强化传热下列方案中的_____在工程上可行。 A A 提高空气流速 B 提高蒸汽流速 C 采用过热蒸汽以提高蒸汽温度 D 在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。 22、在间壁换热器中，当两流体均变温时，采用折流的目的是 。 A A 提高K B 提高?tm C 增加传热面积A D 使K和A均增加。 23、100℃时铜的导热率为_____，18℃时钢的导热率近似为_______，20℃时空气的导热率近似为______，20℃水的导热率近似为______。 C A B D A 45W/(m?K) B 0.026W/(m?K) C 377W/(m?K) D 0.6W/(m?K) 24、在相同温度下，实际物体的吸收率A与黑体的吸收率A0的关系是 。 C A A ? A0 B A ? A0 C A? A0 D 不一定 25、判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的_______。 C A 通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值； B 系统中任一点的温度维持恒定； C 总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和； D 系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。 26、一管壳式换热器，管内走液体，管间走蒸汽，由于液体入口温度下降，在流量不变情况下，仍要达到原来的出口温度t，此设备已不允许再提高蒸汽压力强度，采取简便有效措施______。 A A 管内加扰流内件 B 提高壳程数 27、有一列管换热器，由38根?25?2.5mm无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s，相应的Re=104及对流给热膜系数为?。当水流量减为一半时，对流 50
