第一章传能习题要点.pdf

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1、- 1 - 第一章 填空题： 1、某设备的真空表读数为500mmHg，设备外环境大气压强为640mmHg，则它 的绝对压强为 _Pa 。 2、流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_形曲线， 中心最大速度为平均速度的_倍。此时摩擦系数 与_无 关，只随 _ 加大而 _ 。 3、 牛 顿 粘 性 定 律 表 达 式 为 _ ， 它 只 适 用 于 _ 型流体。 4、内摩擦力是流体_ 的表现，所以又称为_力或者 _ 力。 5、流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数与_及_有 关。在完全湍流区则 与雷诺系数的关系线趋近于_ 线。 6、粘度的物理意义是 _ 。 7、边长为 a的正方形管

2、道，其当量直径de为_ 。 8、在定态流动系统中， 水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2 倍。 则细管内水的流速为粗管内流速的_ 倍。 9、 流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为_ 和_ 两种。局部阻力的计算方法有_法和_法。 10、在静止的同一种连续流体的内部，各截面上_ 能与_ 能 之和为常数。 11、法定单位制中，粘度的单位为_, 在 cgs制中粘度的单位为 _ ，他们之间的关系是 _ 。 12、开口 U 型管压差计是基于 _ 原理的测压装置，它可以测量 管路中 _ 上的_ 或_ 。 13、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_, 邻近管壁 处 存 在 _层 ， 且Re值 越

3、大 ， 则 该 层 厚 度 越 _ 。 14、实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_ 守恒。因实际 流体流动时有 _ 。 15、流 体在 一段 装 有 若干 个管 件的 直 管l中流过 的总 能 量 损 失 的 通 式为 _，它的单位为 _ 。 16、定态流动时，不可压缩理想流体在管道中流过时各截面上_相等。 它们是 _ 之和，每一种能量 _ ，但可以 _ 。 17、柏努利方程是以1Kg 不可压缩流体为基准推导出的，若用于可压缩流体时 必须符合 _ 的条件。 选择题： 1、判断流体流动类型的是（） （A）Eu 准数 （B）Re 准数 （C）/d - 2 - （D） f P 2、流体在圆形

4、直管内作定态流动，雷诺准数Re1500，则其摩擦系数应为 （） （A）0.032 （B）0.0427 （C）0.0267 （D）无法确定 3、在法定单位制中，粘度的单位为（） （A）cp （B）p （C）g/( cm. s ) （D）Pa. s 4、在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（） （A） 同一种流体内部（B）连通着的两种流体 （C） 同一种连续流体（D）同一水平面上，同一种连续的流体 5、在一水平变径管道上，细管截面A 及粗管截面 B 与 U 管压差计相连，当流 体流过时， U 管压差计测量的是（） （A）A、B 两截面间的总能量损失（B）A、B 两截面间的动能差 （C）A、B

5、 两截面间的压强差（D）A、B 两截面间的局部阻力 6、管路由直径为 573.5mm 的细管，逐渐扩大到 1084mm 的粗管，若流 体在细管内的流速为4m/s。则在粗管内的流速为（） （A） 2m/s （B）1m/s （C） 0.5m/s （D） 0.25m/s 7、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（） （A）速度相等（B） 体积流量相等 （C）速度逐渐减小（D） 质量流速相等 8、湍流与滞流的本质区别是（） （A）湍流的流速大于滞流的 （B） 湍流的 Re值大于滞流的 （C） 滞流无径向脉动，湍流有径向脉动 （D） 湍流时边界层较薄 9、在阻力平方区内，摩擦系数（）

6、（A）为常数，与 Re，/d 均无关 （B）随 Re值加大而减小 （C）与 Re值无关，是 /d 的函数 （D）是 Re值与/d 的函数 10、流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失与流速u 的关系为（） （A） 与 u 2 成正比 （B） 与 u 成正比 （C） 与 u 1.75 成正比 （D） 与 u0.55成正比 判断题： 1、在计算突然扩大及突然缩小的局部阻力时，公式中的流速应该用小管中的流 速。 （） 2、气体在圆管内作定态流动时，其流速与管内径的平方成反比。（） 3、不可压缩的理想流体在管道内作定态流动，若无外功加入时，则流体在任一 截面上的总压头为一常数。 （） 4、流体在

7、管道任意截面径向上各点的速度都是相同的，我们把它称为平均流速。 （） 5、在同一种连续流体内，处于同一水平面上各点的压强都相等。（） - 3 - 6、某定态流动系统中，若管路上安装有若干个管件、阀门和若干台泵，则此管 路就不能运用连续性方程式进行计算（） 7、用 U 管压力计测量管路中两点的压强差，其压差值只与读数R 和两流体的密 度差有关，而与 U 管的粗细、长短无关（） 。 计算题 : 1、水在附图所示的水平管内流动，在管壁A 处连接一 U 形管压差计，指示液为 汞，密度为13600kg/m3，U 形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水 的压强可忽略不计），当地大气压 Pa为 101

8、.33Pa ，水的密度取 1000kg/m3，其它 数据见附图，求 A 处的绝对压强为多少Pa？ 2、试题： 本题附图所示，流动条件下平均密度为1.1kg/m 3 的某种气体在水平管中流 过， 1-1 截面处测压口与右臂开口的U 管压差计相连，指示液为水，图中， R=0.17m，h=0.3m。求 1-1 截面处绝对压强 P1（当地大气压 Pa为 101.33kP） 3、温度为 27的氮气流过内径为150mm 的管道，入口处压强为150kPa；出口 处压强为 120kPa，其流速为 20m/s。求质量流速 G kg/（m2s）和入口处流速u 入。 （氮气在管道内的流动可按等温流动处理） 4、实验

9、室为了控制流动为定态流动，采用带溢流装置的高位槽。（如本题附图） 槽内水经 893.5mm 的管子送至密闭设备内。 在水平管路上装有压强表， 读数 为 6104Pa。已知由高位槽至压强表安装的截面间总能量损失105/kg。 每小时需要水 2.8510 4kg。求高位槽液面至压强表安装处的垂直距离 h。 - 4 - 5、某车间的输水系统如右图中（1）所示，已知出口处管径为442mm，图中 所示管段部分的压头损失为3.2 u出 2/2g，其它尺寸见图。（1）求水的体积流量 vh； （2）欲使水的体积流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？（假设管路 总阻力仍不变）已知管出口处及液面上方均为大气压

10、，且假设液面保持恒定。 6、附图所示，密度与水相同的稀溶液在水平管中作定态流动，管子由38 2.5mm 逐渐扩至 543.5mm。细管与粗管上各有一测压口与U 型管压差计相 连，已知两测压口间的能量损失为2J/kg。溶液在细管的流速为2.5m/s，压差计 指示液密度为 1594kg/m 3。求（ 1）U 管两侧的指示液面哪侧较高？（ 2）压差计 读数 R。 7、用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置 如图所示。输水管为763mm 钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为 6.15 10 4Pa （表压） ，送水量为 34.5m3/h，水流经全部管道（不包括喷头）的能量

11、损失为 160J/kg。水的密度取 1000kg/m3。 - 5 - 求： （1）水在管内的流速（ 2）泵的有效功率（ kw） 8、质量浓度为 16200kg/h 的 25%氯化钠（NaCl）水溶液在 503mm 的钢管中流 过。已知水溶液的密度为1186kg/m 3，粘度为 2.3 10-3Pa s。求（ 1）判断该水溶 液的流动类型。（2）计算在滞流时的最大流速 滞max u。 9、粘度为0.075Pa s，密度为900kg/m 3 的某种油品，以36000kg/h 的流量在 1144.5mm的钢管中作等稳定态流动。求（1）该油品流过 15m 管长时因摩擦 阻力而引起的压强降Pf为多少？（

12、 2）若流量加大为原来的3 倍，其它条件不 变，在求直管阻力hf，并与（ 1）的结果进行比较。取钢管壁面绝对粗糙度为 0.15mm。 10、用内径为 200mm 的管子输送液体，其Re准数为 1750，流动类型属滞流。 若流体及其流量不变，改用内径为50mm 的管子，求： （1）Re （2）判断流动类 型。 11、用离心泵将贮水池中的水送到高位槽中水池液面与高位槽液面间的垂直距离 为 35m，定态流动。输水管直径为1654.5mm，管路中直管总长为1300m，所 有局部阻力的当量长度为50m。若泵的流量为 100m3/h，泵的效率为 65%，摩擦 系数 可取为 0.02，水的密度取 1000k

13、g/m3。求：泵的轴功率 N（kw） 。 12、将密度为 850kg/m 3 的油品，从贮槽A 放至 B 槽，两槽液面均与大气相通。 两槽间联接管长为1000m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），管子直 径为 0.20m，两贮槽液面位差为6m，油的粘度为 0.1Pas。求此管路系统的输油 量为多少 m3/h？假设为定态流动，流程见附图。 - 6 - 13、某车间丙烯精馏塔的回流系统如附图所示，塔内操作压强为 1304kPa （表压） ， 丙烯贮槽内液面上方的压强为2011kPa（表压） ，塔内丙烯出口管距贮槽的高度 差为 30m，管内径为 145mm，送液量为 40t/h。丙烯的密度为

14、600kg/m3，设管路 全部能量损失为150J/kg。问：将丙烯从贮槽送到塔内是否需要用泵？计算后简 要说明。 14、右附图所示的侧压分别与三个设备A、B、C 相连通。连通管下部是泵，上 部都是水，三个设备内液面在同一水平面上。 问： （1）在同一水平面上的1、2、3 三处压强是否相同，为什么？ （2）在同一水平面上的4、5、6 三处压强是否相等，为什么？ （3）若 h1=100mm，h2=200mm，且知设备A 直接通大气（大气压强Pa 为 101.33KPa） ，求 B、C 两设备内水面上方的压强，以表压或真空度来表示。 答案： 填空题： 1、该设备的绝对压强 =640-500=140m

15、mHg140133.321.86610 4Pa 2、抛物线， 2，/d，Re，减小。 3、 y 或 dy d 牛顿 4、（ 粘性，粘滞，粘性摩擦） 5、（Re，/d，水平） - 7 - 6、（促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。） 7、（4 e d H r=4 a a 4 2 a） 8、（据 2 1 u u ( 1 2 d d ) 2（ 1 1 2 d d ）2(2)2=4） 9、（直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。） 10、（位，静压。） 11、（PaS，p 或 cp；1cp110 2 p1103PaS） 12、（流体静力学，任意截面，表压强，真空度） 13、（零，滞流（或层流）内，

16、薄（或小） 14、（不，摩擦阻力） 15、（ f h d ll e . 2 2 u ，J/Kg） 16、（总机械能，位能、动能和静压能，不一定相等，互相转换） 17、（ 1 21 p pp 10020%. 要求式中分母 1 p用绝压） 选择题： 1、B 2、 B 3、 D 4、 D 5 、 C 6、 B 7、 D 8、 C 9、 C 10、B 判断题： 1、 2、 3、4、 5 、6、 7 、 计算题： 1、解： （1）取 U 形管中处于同一水平面上的B、C、D 三点，根据等压点的判定条件 可得到 PB=PC，PC=PD，于是可得 PB=PC=PD（2 分） （2）根据静力学基本方程式可得：

17、PD=Pa+RHgg=Pa+0.25 Hgg=PB（2 分） PA=PB+hH2Og=PD+ hH2Og = Pa+0.25Hgg+0.20H2Og（2 分） 于是 A 处的绝对压强： PA=101330+0.25 13600 9.81+0.20 1000 9.81 =136646Pa=136.646kPa （2 分）（共 8 分） 2、解：取图中等压面A-A 则有： PA=PA（1 分） 而 PA=P1+（h+R）气g （1 分） PA=Pa+R水g （1 分） 联立两式并整理可得： - 8 - P1= Pa +R（水-气）g -h气 g （1 分） 因 气 P1说明压差计左侧的指示液面高于

18、右侧（如图所示）（2 分） （2）求 R RgPP)( 12示 （1 分） ，代入已知值可得： R81.9)10001594(6.368 求得mmmR3.630633.0，即两侧的指示液面相差63.3mm （2 分） 7、解： （1）求 u：49. 2 )070.0( 4 3600 5.34 4 22 d v u s m/s（1 分） （2）求 Ne。 取水池液面为1-1 截面，且定为基准水平面，取排水管出口与喷头连接处为 2-2 截面，如图所示。（3 分） 在两截面间列出柏努利方程： 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 fe h Pu gzw Pu gz（2 分） 各量确定如下： z

19、1=0，z2=26m，u10 ，u2=u=2.49m/s，P1表=0，P2表=6.15 10 4Pa， hf1-2=160J/kg （1 分） 将已知量代入柏式，可求出we 66.479160 1000 1015.6 2 )49.2( 81.926 2 42 21 2 2 2 2fe h Pu gzw 表 J/kg （2 分） 求 Ne。 583.91000 3600 5.34 ss vkg/s （1 分） 而7.4596583.966.479 see wNw 597.4kw （2 分）（共 12 分） 8、解： （1）算出 Re准数后即可判断流动类型 5 .2497.2 1186)044.0

20、( 4 3600 16200 2A s um/s（1 分） - 11 - 56722 103.2 11865 .2044.0 3 du Re(2 分) 流型为滞流(1 分) （2）求 滞max u 滞流时， Re准数最大值为 2000，相应的流速即为 滞max u（1 分） 滞max du Re（1 分）代入已知值后 2000 103.2 1186044.0 3 max滞 u ，解得088.0 max滞 um/s （1 分） （共 7 分） 9、解： （1）求Pf。必须先求 Re，确定流型后才能选用计算公式。 求 u 及 Re。 284. 1 )105.0( 4 9003600 36000 2

21、A v u s m/s （1 分） 20008 .1617 075.0 900284.1105.0du Re属滞流 （2 分） 求， f h 及求 f P 。 03956.0 8.1617 6464 e R （1 分） 659.4 2 )284.1( 105.0 15 03956.0 2 22 u d l hfJ/kg （2 分） 1.4193659. 4900 ff hPPa （1 分） （2）题给流量为原来的3 倍而其它条件不变，则u=3 1.284=3.852m/s（1 分） Re=3 1617.8=4853.44000 属湍流（1 分） 应据 Re值及 /d 值查莫狄图求 （上册 P4

22、4图 1-24） 相对粗糙度 /d=0.15 10 -3/0.105=1.43 10 -3 及 Re=4853.4 查出 =0.0215 （1 分） 79.22 2 )852.3( 105.0 15 0215.0 2 22 u d l hfJ/kg （1 分） （2）题阻力与（ 1）的结果比值为：892.4 659.4 79.22 说明对粘度大的流体，不应 选大的流速。（2 分）（共 13分） 10、解：求：（1）Re - 12 - 当 液 体 不 变 时 ， 、 也 不 变 ； 流 量 不 变 但 内 径 变 化 ， 则 此 时 有 ： 常数 2 4 dvs，所以 2 1 d u，引起 u、

23、Re均发生变化。 （2 分）若原来的量 用下标 1，改变内径后的量用下标2 4 1 200 50 1 2 2 1 2 2 2 1 22 11 22 11 2 1 d d d d d d ud ud ud ud R R e e （4 分） 所以， Re2=4Re1=4 1750=7000 （1 分） （2）70004000，流型属湍流。（1 分）（8 分） 11、解： （1）取水池液面为 1-1 截面，且定为基准水平面。取高位槽液面为2-2 截面，如图所示。（3 分） （2）在两截面间列出柏努利方程： 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 fe h Pu gzw Pu gz（2分） 各量确

24、定： z1=0，z2=35m，u10 ，u20 ，P1=P2=0（表压） ，we待求，必须先求 出 hf1-2及 u。（2 分） （3）求 u 及 hf1-2 sm A v u s /453.1 )156.0( 4 3600 100 2 （1 分） 7.182 2 )453.1( 156.0 501300 02.0 2 22 21 u d ll h e f J/kg （2 分） （4）求 we、s及 N。 把各有关量代入柏式可求出we we=z2g+hf1-2=35 9.81+182.7=526.05J/kg （1 分） s=vs =100/3600 1000=27.78kg/s （1 分）

25、5.2222483 65.0 78.2705.526 see wN Nkw （1 分）（共 13 分） 12、解： （1）取 A 槽液面为 1-1 截面， B 槽液面为 2-2 截面，且定为基准水平 面，如图示。（3 分） （2）在两截面间列出柏努利方程： 222 2 2 2 2 2 1 2 1 1 u d llPu gzw Pu gz e e （2 分） 各量确定： z1=6m，z2=0，u10 ，u20 ， P1=P2 =0（表压） ，we=0，=998kg/m 3， L+Le=100m，d=0.20，=850kg/m 3 上式可见化为： 22.0 1000 81.96 2 u 式（3 分

26、） - 13 - （3）以上式中有两个未知数，无法直接求解。考虑油品的粘度很大，在管内 流速必然很小，流型很可能是滞流。先设油品为滞流，而后验算。（2 分） 所以有： u udu Re 03765.0 1.0 8502 .0 646464 式 （1 分） 将式代入式中，可得： 22.0 100003765.0 81.96 2 u u 解得：smu/625.0（1 分） 上述计算有效。 （5）求 vh：可按 u=0.625m/s来计算 vh。 hmudvh/7.703600625.0)2 .0( 4 3600 4 322 （1 分） （共 14 分） 13、解： （1）将丙烯从贮槽送到塔内是否用

27、泵，必须用柏努利方程式求出we值 后才能判断。（1 分） （2）取贮槽液面为1-1 截面，且定为基准水平面，取塔内丙烯出口管的管口为 2-2 截面，如图示。（3 分） （3）在两截面间列出柏努利方程： 21 2 2 2 2 1 2 1 1 22 fe h Pu gzw Pu gz(2 分) 各量确定：z1=0， z2=30m， u10 ， u2可求出， P1=2011kPa ， =600kg/m 3， P 2 =1304kPa， 21f h=150kJ/kg。（1 分） （4）求 u2及 we。 sm A u s /12.1 600)145.0( 4 3600 1040 2 3 2 (1 分)

28、 kgJ h PPuu gzzw fe /4.733150 600 10)011.2304.1( 2 )12.1( 81.930 2 )( 6 2 21 12 2 1 2 2 12 (2 分) （5）说明： we的涵义是外加功，计算结果we为负值，说明系统不需要用泵， 而依靠贮槽与塔两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求。（2 分） 14、解： （1）1、2、3 三处压强不等，因为它们虽是静止，且在同一水平面上，但这三 处都不是连通着的同一种流体。 （2 分） （2）4、5、6 三处压强相等，因为这三处是静止的，连通着的同一种流体，并 在同一水平面上。（2 分） （3）求 PB及 Pc - 1

29、4 - 求 PB。据静力学基本方程式有：已知PA=Pa=101.33KPa， P4=PA+（h2+h3） H2Og （A）（1 分） P5=PB+（h1+h3）H2Og +（h2-h1）Hgg （B）（1 分） P6=Pc+h3H2O +h2Hgg（C） （1 分） 因 P4=P5，联立（ A） 、 （B）两式可得： PA-PB=（h2-h1）Hgg- （h2-h1）H2Og=（h2-h1） （Hg-H2O）g=（0.2-0.1） （13600-1000） 9.81=12361 Pa （2 分） PB=101330-12361=88969 Pa ，即 PB=12361Pa （真空度）（1 分） 求 PC，联立（ A） 、 （C）两式得：因 P4=P6。 PA-PC=h2（Hg-H2O）g=0.2 （13600-1000） 9.81=24721 Pa （1.5 分） PC=101330-24721=76609 Pa （绝压） ，即 PC =24721 Pa （真空度）（1 分）