食品工程原理1第一章流体流动和输送
第一章 流体流动和输送
总课时：18学时
第一节 流体的物理性质
【考核知识点和考核要求】
了解：流体的压缩性
理解：连续性假定、流体密度；流体的黏度
掌握：牛顿粘性定律
【本节课时分配】1节
【具体讲授内容】
一、连续介质假定（理解）
流体：可以自由流动，无固定形态的物体。（气体、液体、超临界液体）
超临界液（流）体(SCF)技术中的SCF 是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为SCF 。
流体是由大量的彼此间无间隙的流体质点组成，流体质点连续布满整个流体空间，从而流体的物理性质和运动参数在空间上也是连续分布的，这就是连续介质假定。
连续介质假定对绝大多数数流体都适用。
二、流体密度（理解）
流体的密度是单位体积流体所具有的质量。ρ的单位为kg/m 3。密度的倒数称为比体积或比容，单位为m 3/kg 。V
m =ρ 流体的密度是压强和温度的函数。但压强对液体的密度影响很小，通常可忽略不计，因此液体的密度可仅视为温度的函数。（不可压缩性）
气体的密度随压强和温度而改变，其值可用气体状态方程进行计算。在气体的温度不太低而压强也不太高的情况下，可用理想气体状态方程计算：
RT M m nRT pV ==→RT
PM =ρ 混合气体用加成法则： ∑=
=RT PM x m vi i m ρρ ∑=i i m y M M 三、流体的压缩性和温度膨胀性（了解）
将温度一定时，由压强变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的可压缩性；而压强一定时，由温度变化引起体积发生相对变化的性质称为流体的温度膨胀性。
液体和气体的区别
液体在受压时体积基本不变，称为不可压缩流体。受热时体积略膨胀。
气体的可压缩性很大，在受热时体积急剧膨胀。
（解释：气体的分子平均动能远远大于分子间相互作用势能，因此表现出易流动、可压
缩和易膨胀的宏观性质。液体的分子热运动动能与分子间相互作用势能基本势均力敌，分子间距离仅比固体稍大，分子排列类似于非晶体，但分子热振荡的振幅比固体大且平衡位置频繁改变，宏观上即表现为易流动但压强和温度对其体积影响小） 四、流体的粘性
（一）牛顿粘性定律（掌握）
流体流动时存在内摩擦力，流体流动时必须克服内摩擦做功。这种内摩擦力是一种平行于流体微元表面的表面力，通常把这种力称作剪切力或剪力。又称为流体的内摩擦力或粘性力，流体所具有的这一特性称为流体的粘性。
剪应力（切应力）：单位面积上所受的剪切力。——重要
设想两块平行平板，一块静止，另一块以均匀速度运动，两板间为流体，则流体内速度分布如下图：
（把流体假象为连续的薄层。由于各流体层速度不同，层与层之间发生了相对运动，运动较快的流体层拖动运动较慢的流体层，而运动较慢的流体层则制动运动较快的流体层。）
运动平板与第一层流体间的摩擦→外摩擦
相邻两层流体间的摩擦内摩擦
产生内摩擦的原因→流体之间有粘性
内摩擦的结果→机械能转化为热能
对大多数流体，任意两紧邻流体层之间作用的剪切力F 与法向速度梯度以及作用面积成正比，即：
d d u F A y μ=- 或d d F u y A
τμ==-（牛顿粘性定律） （剪切力和剪应力的关系，后面会多次接触，不要混淆）
τ—剪应力，Pa
y u
d d —法向速度梯度，1/s ；
A —剪切力的作用面积，m 2；
μ—比例系数，称为流体的动力粘度或简称粘度，Pa.s；
（1）理想流体；μ=0
（2）液体：温度上升，μ下降
（3）气体：温度上升，μ上升
负号可理解为流体所受的剪切力与其流速方向相反。服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体，所有的气体和大多数低分子量的液体为牛顿型流体，如空气、水、食用油等。而剪应力与法向速度梯度的关系不服从牛顿粘性定律的流体则统称为非牛顿型流体，如分子量很大的高分子溶液，以及蛋白质或多糖类的溶液或悬浮液等，都是非牛顿流体。
（二）流体的粘度（理解）
粘度的单位为Pa?s，表示流体在速度梯度为1单位时所产生的剪切力。
流体的粘度是压强和温度的函数。压强对流体影响很小，一般只考虑温度对黏度的影响。
气体的粘度随温度升高而增加，液体的粘度随温度升高而降低。（主要是由于其分子运动和分子引力的特点不同所致）
第二节流体静力学
【考核知识点和考核要求】
了解：体积力；表面力
理解：流体压强的度量
掌握：压强的静力学测量
※熟练掌握：流体静力学基本方程
【本节课时分配】1.5节
【具体讲授内容】
一、流体的受力
（一）体积力（了解）
体积力：即场力或质量力，其大小与质量成正比。
（二）表面力（了解）
与流体表面接触的物质（包括相邻流体）施加给流体的力，其大小与作用面积成正比。表面力可分为压力、剪应力和表面张力等。
作用于流体上的表面力可分为垂直于表面的力和平行于表面的力。压力是垂直作用于表面的力，作用在流体单位面积上的压力称为压强。剪切力是平行作用于表面的力，作用在流体单位面积上的剪切力称为剪应力。压强和剪应力的单位均为N/m2或Pa。在液体与不同流体的相邻界面上还存在着一种特殊的作用力，称为表面张力，其方向指向作用面的外法向，使液体表面具有收缩的趋势。
二、流体压强的度量（理解）
新版化工原理习题答案(01)第一章流体流动
第一章流体流动 流体的重要性质 1.某气柜的容积为 6 000 m3,若气柜内的表压力为kPa，温度为40 C。已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、N2 20%、CO 32% CQ 7%、CH 1%,大气压力为kPa，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 pV 101.3 5.5 1000.0 6000 , , n t mol 246245.4mol RT 8.314 313 各组分的质量： 40%246245.42kg197 kg m H 240% n t M H2 m N220% n t M N 220%246245.428 kg1378.97kg I^CO32% n t M CO32%246245.428 kg2206.36kg I^CO 27%m M CO 27%246245.444 kg758.44kg ITI CH 41%m M CH 41%246245.416kg39.4kg 2 ?若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解：m t m! m260 60 kg 120kg m260 60 3 V t V V21m 0.157m 8301710 12 m t 120kg m3764.33kg m3 m V t0.157 流体静力学 3 ?已知甲地区的平均大气压力为kPa，乙地区的平均大气压力为kPa，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能 维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解：（1）设备内绝对压力
1流体流动
第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强，U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R =120mm ，当地大气压p a 为101.3kPa ，试求：(1) A 点的绝对压强，Pa ；(2) A 点的表压，Pa 。 解：(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？ 答：80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为：4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ，槽底侧面有一直径为500mm 的人孔，其中心距槽底600mm ，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N 表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ？ 解：(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒置的U 形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s =500mm ，油的密度为780kg/m 3，水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U 形出口管顶部距分界面的垂直距离H 应为多少？ 因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。 解：gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h 1=1.20m ，h 2=0.3m ，h 3 =1.30m ，h 4 =0.25m ，试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解：()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ
(完整版)第一章流体流动答案
第一章流体流动 一、单项选择题（每小题1分） 1．在SI单位制中，通用气体常数R的单位为( )B A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2．系统处于稳态指的是( )C A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中，认为密度随压力变化的是( )A A．甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中，正确的是( )B A. 绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5．某系统的绝对压力为0.06MPa，若当地大气压为0.1MPa，则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6. 容器中装有某种液体，任取两点A，B，A点高度大于B点高度，则( )B A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7．在一水平变径管路中，在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计，当流体流过该管时，压差计读数R值反映( )。A A．A、B两截面间的压强差；B．A、B两截面间的流动阻力； C．A、B两截面间动压头变化；D．突然扩大或缩小的局部阻力。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时，为了准确读数，下列方法中正确的做法是（）C A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9．用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差，若两点间的压差较小，为了提高读数精度，你认为较好的指示剂为( )D A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10．所谓理想流体，指的是（）A A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11．牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈( )。C A．过渡型流动；B．湍流流动；C．层流流动；D．静止状态。12．有两种关于粘性的说法：( )A (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。
第一章流体流动习题
第一二章习题 一、选择题 1．如图示，某直管管路，阀门A、B全开时，截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀， 若关小A阀，h1___↓____； h2____↓____, h1-h2____↓____; 若A阀不变，关小B阀，h1__↑_____； h2____↑____, h1-h2____↓____. 2．管路上装一阀门，减小开度，则流量流速___↓___；液体流经总阻力损失_____不变__；直管阻力___↓__，局部阻力___↑____。 3．水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，水流量将___↓____；管道总阻力损失__不变______；摩擦系数______不变___（如在阻力平方区）。 4．有一并联管路，如图所示，两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ，及d1=2d2, L1=2L2,则 （1）hf1/ hf2=_____１___ (2)当两段管路中流动均为滞流时，V1/ V2=____８___； u1/ u2=___２____ (3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数，V1/V2=_４____； u1/ u2=___１___ 5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强 计读数为pA= kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___Ａ___流向__Ｂ_______. 6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱, (1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2= m水柱____ (2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______ 7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为 原来的________ A 如两种情况都为层流 16倍 B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. ３２倍 8. 某流体在直管中作层流流动,在流速不变的情况下,管长管径同时增加一倍,其阻力损失为原来的 ___１ ／２______. 9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____１ m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa.
01流体流动习题答案
第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算设备内的绝对压强和表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。 解：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3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 的圆孔，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32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉? 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644p p d N ππ =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为： 62332.23100.014 4.96104F N π=???=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附p C D
图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管和大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。试求 A 、 B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水和水 银的密度，因为g Hg ρρ，故由气柱高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认 为A C p p ≈，B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数 R=68 m 时，相界面和油层的吹气管出口距 离h 。 解：如图，设水层吹气管出口处为a ， 煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) 1b p gH ρ=油(表压) H 1 压缩空气 p
第一章流体流动.doc
第一章 流体流动 主要内容：流体静力学及其应用；流体流动中的守衡原理；流体流动的内部结构；阻力损失； 流体输送管路的计算；流速、流量测量；非牛顿流体的流动。 重点内容：流体静力学基本方程及其应用；连续性方程，柏努利方程及其应用；管内流体流动助力；管路计算。 难点内容：机械能衡算式——柏努利方程；复杂管路的计算。 基本要求：熟练掌握机械能衡算式——柏努利方程， 课时安排：24 第一节 流体的重要性质--流体静力学 基本概念： 1．流体：具有流动性的液体和气体统称为流体。 2．连续性介质假定：流体是由连续的流体质点组成的。 3．流体静力学—研究流体处于静止平衡状态下的规律及其应用； 4．流体动力学—研究流体在流动状态下的规律及其应用。 5．不可压缩流体和可压缩流体 一、流体的密度： 单位体积流体的质量 ρ=m/V [kg/m 3 ] 重度—工程单位制中，表示密度的单位，其数值与密度相同。3 -?m kgf 比重—物料密度与纯水（227K ）密度之比，其数值的一千倍等于密度的数值。 比容——密度的倒数ρ 1 =v 。 1.纯流体的密度 液体的密度随压强变化小，但随温度稍有变化；气体的密度随压强、温度变化大。理想气体ρ（t 不太低，p 不太高的气体，可用理想气体状态方程） PV=nRT RT PM V m = = ρ 或004.22TP P T M ?=ρ 对t 低，p 高的气体，可用真实气体状态方程计算 2.混合流体的密度 （1）液体混合物的m ρ（1kg 基准） ∑ =i i m w ρρ1 (假设为理想溶液) ρi 液体混合物中各纯组分的密度。W i ：液体混合物中各组分的质量分率。
流体流动与输送设备(习题及答案)
第一章 流体流动与输送设备 1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含％，％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力时的密度。 解：混合气体平均摩尔质量 mol kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度 3 3 3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ 2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。 解：乙醇水溶液的混合密度 7895 .02.9985.01 22 11+ = + = ρρρa a m 3 /36.881m kg m =∴ρ 相对误差： % 74.5%10093536.8811%100=???? ??-=?-实实m m m ρρρ 3．在大气压力为的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少 解：' '真真绝 p p p p p a a -=-= ∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真 4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测压口的距离。 解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=?+=10 m h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(3 0101=+??-=+-=-+=?∴ρρρ 5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。 （1）计算玻璃管内水柱的高度； （2）判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。 解：（1）容器底部压力 gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21 m h h h h h 16.16.07.01000800 2121=+?=+=+=∴水油水水油ρρρρρ 题4 附图 D h 1 h 2 A C 题5 附图
(01)第一章 流体流动1化工原理答案
第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32C O t C O =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722C O t C O =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144C H t C H =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的 密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大
第1章流体流动和输送
第一章流体流动和输送 1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。 解：M m=∑M i y i=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1 ρm=pM m/RT=101.3×103×30.1/(8.314×103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？ 解：成都p R=95-8=87kPa（真空度） 拉萨p R=62-8=54kPa（真空度） 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。 解：p B=R3ρH2O g+R2ρHg g=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa（表）p A=p B+R1ρHg g=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa（表） ?p=p A-p B=65766.2-12399.8=53366.4Pa 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ0，空气密度为ρ，试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角α为30o时，若要忽略贮液器内的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少？
流体流动
第一章．流体流动 1．计算空气在-40℃和310mmHg真空度下的密度和重度（用SI制和工程单位制表示）。 2．在大气压为760[毫米汞柱]的地区，某真空蒸馏塔塔顶真空表的读数为738[毫米汞柱]。若在大气压为655[毫米汞柱]的地区使塔内绝对压力维持相同的数值，则真空度读数应为多少。 3．敞口容器底部有一层深0.52m的水，（ρ=1000kg/m3），其上为深3.46m的油（ρ=916kg/m3）。求器底的压力，以Pa，atm及mH2O三种单位表示。这个压力是绝压还是表压？ 4．如附图所示，封闭的罐内存有密度为1000kg/m3的水， 水面上所装的压力表读数为42kPa。又在水面以下装一 压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58kPa。 求管内水面至下方测压口的距离。 5．图示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝 后冷凝液和水一道沿气压管流至地沟排出，现已知器内 真空度为0.85kgf/cm2，问其表压和绝压各为多少mmHg、 kgf/cm2和Pa？并估计气压管内的液柱高度H为多少米？（大气 压为752mmHg） 6．用一复式U管差压计测定水流管道A、B两点的压差，压差 计的指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m， h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m，问管道中A、B两点间的压差 ΔP AB为多少？（先推导关系式，再进行数学运算）。 7．用双液体U管差压计测定两点间空气的压差，读数为320 mm。由于侧壁上的两个小室不够大，致使小室内两液面产生 4mm的高差。求实际的压差为多少Pa。若计算时不考虑两小室 内液面有高差，会造成多大的误差？两液体的密度如附图所示。 8．硫酸流经由大小管组成的串联管路，硫酸相对密度为1.83， 体积流量为150 l/min，大小管尺寸分别为φ57x3.5mm和φ 76x4mm，试分别求硫酸在小管和大管中的（1）质量流量；（2） 平均流速；（3）质量流速。 9．如图在槽A中装有NaOH和NaCl的混合水溶液，现须将该溶液
第一章流体流动习题
第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强，U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R =120mm ，当地大气压p a 为101.3kPa ，试求：(1) A 点的绝对压强，Pa ；(2) A 点的表压，Pa 。 解：(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？ 答：80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为：4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ，槽底侧面有一直径为500mm 的人孔，其中心距槽底600mm ，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N 表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ？ 解：(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒置的U 形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s =500mm ，油的密度为780kg/m 3，水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U 形出口管顶部距分界面的垂直距离H 应为多少？ 因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。 解：gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h 1=1.20m ，h 2=0.3m ，h 3 =1.30m ，h 4 =0.25m ，试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解：()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ ()2112h h g gh P P i A --+=ρρ(1) ()()4342323h h g gh P h h g P P i B i -++=-+=ρρρ(2) (1)代入（2） ()()()43423211h h g gh P h h g h h g gh P i B i i A -++=-+--+ρρρρρ
第一章流体流动
一、填空题（每空1分，共20分） 1、牛顿粘性定律的数学表达式为 _____________，粘度在SI 制中的单位是 __________，服从此定律的流体称为 _______________________________________。 2、实际流体与理想流体的主要区别在于 ，实际流体柏努利方程与理想流体柏努利方程的主要区别在于 。 3、某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=________02mH ,__________Pa. 该地区的大气压为720mmHg 。 8.7m 02H ,pa 41053.8?. 4、常温下水的密度为10003m Kg ，粘度为1cp ，在mm d 100=内的管内以s m 3 速度流动，其流动类型为 ______________。 5310310.11000 .3.1.0?===-μρdu R e 。湍流。 5、在流动糸统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随__________而变，不随__________而变，称为稳定流动。若以上各量既随__________而变，又随__________而变，称为不稳定流动。 6、流体在粗糙管内作湍流流动时，摩擦系数λ与 和 有关；若其作完全湍流（阻力平方区），则λ仅与 有关。 7、因次分析的依据是____。 8、从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小，则 9、管内水流量将____，管路的局部阻力将____，直管阻力将____，管路总阻力将____。 等边三角形的边长为a ，其当量直径为____________________。 10、用阻力系数法来计算突然扩大和突然缩小的损失时，按_____管内的流速来计算动能项。 二．选择题（每小题2分，共30分） 1、通常流体的粘度随温度的变化规律为（ ）。 A. 温度升高，粘度减小 B. 温度升高，粘度增大 C. 对液体温度升高粘度减小，气体反之 D. 对液体温度升高粘度增大，气体反之 2、装在某设备进口处的真空表读数为50 kPa ，出口处压强表的读数为100 kPa ，
新版化工原理习题答案(01)第一章 流体流动资料讲解
新版化工原理习题答案(01)第一章流体 流动
第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 3 3122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+= +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地
第1章 流体流动
第1章流体流动 一、思考题 1、粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？ 2、定态流体与非定态流体有何区别？ 3、机械能包括哪几项？有何特性？ 4、牛顿流体与非牛顿流体有何区别？ 5、何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？ 6、边界层分离时为何有旋涡产生？ 7、气体、液体的粘度随温度如何变化？ 8、考察流体质点运动的方法有哪些？ 9、当量直径如何定义的？ 10、对牛顿型流体管中何处速度梯度最大，何处剪应力最小？ 11、λ随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增加？ 12、管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？ 13、流体在管内呈层流流动是，其λ与ε/d有何关系？λ与Re有何关系？关系如何？ 14、当流体处于阻力平方区时，λ与什么有关？ 15、流体进入管中作层流流动，经起始段长度后，速度分布呈什么形状，边界层厚度为何？ 16、局部阻力计算有几种方法？如何表示？ 17、那种流量计是恒压降、变截面的流量测量装置？ 18、那种流量计是变压降、恒截面的流量测量装置？ 19、流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？ 20、对一三支并联管路，主管中的流量与支管中的流量有何关系？ 21、在工程单位制中，质量的单位是什么？ 22、湍流粘度μ‘是不是流体的物性？它与什么有关？ 23、层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？ 24、水的经济流速是多少？一般气体的常用流速是多少？ 二、计算题 1.用习题1-1附图所示的U型压差计测量管路A点的压强，U型压差计与管 路的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a为101.3kPa。试求：（1）A点的绝对压强，Pa；（2）A点的表压，Pa。 [（1）p A（绝压）=1.28×105 Pa；（2）p A（表压）=2.66×104 Pa]
第一章流体流动答案
第一章 流体流动习题解答 1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg 真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为 p =4 61097.8)10082.0(10132576.00?=?--?N/m 2 （2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为4 1097.8?Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa 混合气体的摩尔质量 Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol 混合气体在该条件下的密度为： ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m3 3.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH 大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT 根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H 代入上式得 ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh 移项整理得 dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H 对以上等式两边积分， 101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H 所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15
即： lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 （2）已知地平面处的压力为101325 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=101325×330763=45431 Pa 将p 山顶代入上式 ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。 4.解：根据流体静力学基本方程可导出 p 容器-p 大气=Rgρ水-ρ煤油 所以容器的压力为 p 容器=p 大气+Rgρ水-ρ煤油=101.3+8.31×9.81×（995-848）1000=113.3 kPa 5.解：6030sin 120sin '=?== αR R mm 以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得 8.101106081.98501013253001=???+=+=-gR p p ρkPa 6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 pA=p1+ρgz1 同理，有 p1=p1'=P2+ρigR2 ，p2=p2'=P3-ρg （z2-z3） p3=p3'=p4+ρigR3 ，p4=p4'=pB-ρgz4 以上各式相加，得 PA-PB=ρigR2+R3-ρgz2-z1+z4-z3 因为 z2-z1=R2，z4-z3=R3 PA-PB=ρi -ρgR2+R3=13.6-1×9.81×0.37+0.28=80.34kPa 同理，有 PA-PB=ρi -ρgR1=ρi -ρgR2+R3 故单U 形压差的读数为 R1=R2+R3=0.37+0.28=0.65 m
第一章流体流动习题
第一章流体的流动与输送 一、选择题 1. 流体在圆形直管内做稳定层流流动时，其平均速度与管内最大流动速度的比值为。 A．约0.8/1 ； B．0.5 /1 ； C．2.0/1 ； D 1/0.8 2.容器中装有某种液体，任取两点A，B，A点高度小于B点高度，则 ( ) A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D.当液面上方的压强改变时，液体内部压强不发生改变 3．流体流过两个并联管路管1和2，两管内均呈滞流。两管的管长L1＝L2、管内径d1＝2d2，则体积流量Q2/Q1为( )。 A．1/2；B．1/4；C．1/8；D．1/16。 4．牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈( )。 A．层流流动；B．湍流流动；C．过渡型流动；D．静止状态。5．流体在圆直管内流动，充分湍流(阻力平方区)时，摩擦系数λ正比于( )。(G为质量流速) A．G2；B．G；C．G0；D．G-1。 6．有两种关于粘性的说法：( ) (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。 A．这两种说法都对B．第一种说法对，第二种说法不对 C．这两种说法都不对D．第二种说法对，第一种说法不对 7．水以2 m·s-1的流速在?35 mm×2.5 mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3 Pa·s，密度为1000 kg·m-3，其流动类型为( )。 A．层流；B．湍流；C．过渡流；D．无法确定。 8．离心泵原来输送水时的流量为q V，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量( )。 A．增大；B．减小；C．不变；D．无法确定。 9．装在某设备进口处的真空表读数为50 kPa，出口压力表的读数为100 kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa。 A．150；B．50；C．75；D．25。 10．用某孔板流量计测量一流通管道中水的流量时，U形管液柱压差计的读数为100 mm(指示液为水银)，此时测得管中水的流量为72 m3·hr-1，当其它条件不变时，使管道中的流量减半，则此时U形管液柱压差计的读数为( )mm。 A．75；B．50；C．25；D．12.5。 11．在不同条件下测定直管湍流和完全湍流区的λ－Re关系数据，必须在( )时，数据点才会落在同一曲线上。 A．实验物料的物性ρ、μ完全相同；B．管壁相对粗糙度相等； C．管子的直径相等；D．管子的长度相等。 13．各种型号的离心泵特性曲线( )。
第一章 流体流动与输送设备(习题及答案)
第一章流体流动与输送设备(习题及答案) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第一章 流体流动与输送设备 1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含％，％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力时的密度。 解：混合气体平均摩尔质量 mol kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度 3 3 3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ 2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。 解：乙醇水溶液的混合密度 7895.02.9985.012211+ =+=ρρρa a m 3/36.881m kg m =∴ρ 相对误差： %74.5%10093536.8811%100=???? ??-=?-实实m m m ρρρ 3．在大气压力为的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少 解：''真真绝p p p p p a a -=-= ∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真 4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ， 又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上 0.55m ，其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测 压口的距离。 解：液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=?+=10 m h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(3 0101=+??-=+-=-+=?∴ρρρ 5. 如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别 为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。 题4 附图 D h 1 h 2 A C 题5 附图
01流体流动习题答案
第一章 流体流动习题解答 1、 某设备上真空表的读数为13、3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98、7×103 Pa 。 解:真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压＝－真空度＝-13、3310Pa ? 2、 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3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 的圆孔,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32、23×106 Pa,问至少需要几个螺钉? 解:设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ,则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的就是大气压a p ,故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644p p d N ππ =?=??=?410 p
每个螺钉能承受的最大力为: 62332.23100.014 4.96104F N π=???=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 所需的螺钉数量最少为8个 3、 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R 1=400 mm,R 2=50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R 3=50mm 。试求A 、B 两处的表压强。 解:U 管压差计连接管中就是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度,因为g Hg ρρ,故由气柱 高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为 A C p p ≈, B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4、 本题附图为远距离制量控制装置,用以测定分相槽内煤油与水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m,U 管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时,相界面与油层的吹气管出口距离h 。 解:如图,设水层吹气管出口处为a ,煤 C D 压缩空气