第一章_流体流动与输送机械复习 化工原理解析
化工原理(少学时)思考题答案
因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 5. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一 U 形压差计，读数分别为 R1、R2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器 A 连同 U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数 R1 与 R2有何 变化？(说明理由)
答 5．容器 A 的液体势能下降，使它与容器 B 的液体势能差减小，从而 R2 减小。R1 不变，因 为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题 6. 伯努利方程的应用条件有哪些?
问题 13. 图示的管路系统中，原 1, 2 ,3 阀全部全开，现关小 1 阀开度，则总流量 V 和各支管
流量 V1, V2, V3 将如何变化？ 答 13．qV、qV1 下降，qV2、qV3 上升。 问题 14. 什么是液体输送机械的压头或扬程?
答 14．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。
答 24．通风机施给每立方米气体的能量称为全压，其中动能部分称为动风压。离心泵 的丫头单位是 J/N（米液柱），全风压的单位是为 N/m2，两者单位不同，若按ΔP=ρｇｈ表 示，可知高度ｈ与密度ρ无关时，压差ΔP 与密度ρ成正比。
第二章 传热
问题 1. 传热过程有哪三种基本方式? 答 1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题 2. 传热按机理分为哪几种? 答 2．传导、对流、热辐射。 问题 3. 物体的导热系数与哪些主要因素有关? 答 3．与物质聚集状态、温度有关。
化工原理（少学时）思考题答案
第一章 流体流动与输送机械
问题 1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答 1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得 多。 问题 2 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答 2．分子间的引力和分子的热运动。
化工原理—第一章流体流动
化工原理—第一章流体流动流体流动是化工工程中的重要内容之一，是指在一定的条件下，流体沿特定的路径进行移动的现象。
流体流动在化工工程中有着广泛的应用，例如在管道输送、搅拌、混合、分离等过程中都会涉及到流体的流动。
流体流动的研究内容主要包括流体的运动规律、流体的运动特性以及流体流动对设备和工艺的影响等方面。
在化工原理中，主要关注的是流体的运动规律和运动特性，以便更好地了解流体的性质和行为。
在理解流体流动性质前，首先需要了解流体分子的间隙结构。
一般来说，液体的分子之间距离较小，存在着较强的分子间吸引力，因此液体的分子有较强的凝聚力，可以形成一定的表面张力。
而气体的分子之间距离较大，分子间的相互作用力比较弱，因此气体的分子呈现无规则的运动状态。
流体流动有两种基本形式，即连续流动和非连续流动。
连续流动是指流体在管道或通道内以连续的形式流动，比较常见的有层流和湍流两种形式。
层流是指流体在管道中以层层相叠的方式流动，流速和流向都比较均匀，流线呈现平行或近似平行的形式。
层流特点是流动稳定，流速变化不大，并且流体分子之间相互滑动。
而湍流是指流体在管道中以旋转、交换和混合的方式流动，流速和流向变化较大，流线呈现随机分布的形式。
湍流特点是流动动荡，能量损失较大，并且流体分子之间会发生相互的碰撞。
流体流动的运动规律受到多种因素的影响，其中包括流体的黏度、密度、流速、管道尺寸、摩擦力等。
黏度是流体流动中的一个重要参数，它反映了流体内部分子之间相互作用的强度。
密度是流体流动中的另一个重要参数，它反映了单位体积内流体分子的数量。
流速是指流体单位时间内通过其中一横截面的体积。
流体流动对设备和工艺的影响也十分重要。
例如在管道输送过程中，流体的流速和流体动能的传递与损失会影响到输送效果和能耗；在搅拌过程中，流体的流动对传质和传热起着重要作用；在分离过程中，流体的流动会影响到分离设备的设计和操作。
因此，对流体流动的研究和掌握对于化工工程的设计和操作都具有重要意义。
化工原理思考题答案解析
化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同（P7、P9）答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。
2、试说明黏度的单位、物理意义及影响因素（P9）答:单位是N∙s∕∏f即Pa∙s,也用CP（厘泊），1CP=ImPa∙s,物理意义：黏度为流体流动时在与流动方向相垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力（分子间的引力和分子的运动和碰撞）。
影响因素：流体的种类、温度和压力。
3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？（P12T3例1-3）答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。
4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？（P25）答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re<2000时，流动为层流；Re⅛4000时，为湍流，2000WReW4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？（P25）答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动程度。
6、层流与湍流的本质区别是什么？（P24、P27）答：层流与湍流的本质区别是层流没有质点的脉动，湍流有质点的脉动。
7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？（P28）答：层流内层、过渡层和湍流主体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P31、32、33）答：层流时Wfxu,管径一定流量U增大一倍，Wf增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf8/,管径一定流量U增大一倍，Wf增大流量增大四倍，能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？（P32、32、33）答：层流时Wf8u,流量一定管径d增加一倍，d2增大四倍，Wf减小为原来的1/4,能量损失是原来的1/4倍，完全湍流时Wf8tl2,流量一定管径d增加一倍，cP增大四倍，管径增加一倍能量损失是原来的1/4倍。
化工原理考研 流体流动、流体输送机械计算题及解题思路
化工原理考研流体流动、流体输送机械计算题及解题思路第一章流体、泵1.已知输水管内径均为100mm，管内为常温水，流量为30m3/h，U形管中指示液密度为1260kg/m3，R1=872mm，R2=243mm。
求90°弯头的阻力系数ζ和当量长度。
2.槽内水位恒定。
槽的底部与内径为100mm的水平管连接，当A阀关闭时，测得R=600mm，h=1500mm，U形压差计为等直径玻璃管，试求：(1) 当A阀部分开启时，测得R=400mm，此时水管中的流量为多少(m3/h)？已知λ=0.02，管子入口处ζ=0.5。
(2) 当A阀全开时，A阀的当量长度l e=15d，λ=0.02，则水管中流量为多少(m3/h)？B点压强应为多少Pa(表)？读数R为多少？3.用离心泵将密闭贮槽A中的常温水送往密闭高位槽B中，两槽液面维持恒定。
输送管路为Φ108mm×4mm的钢管，全部能量损失为40×u2/2(J/kg)。
A槽上方的压力表读数为0.013MPa，B槽处U形压差计读数为30mm。
垂直管段上C、D两点间连接一空气倒U形压差计，其示数为170mm。
取摩擦系数为0.025，空气的密度为1.2 kg/m3，试求：(1) 泵的输送量；(2) 单位重量的水经泵后获得的能量；(3) 若不用泵而是利用A，B槽的压力差输送水，为完成相同的输水量，A槽中压力表读数应为多少？4.输水管路系统，AO管长l AO=100m、管内径为75mm，两支管管长分别为l OB=l OC=75m，管内径均为50mm，支管OC上阀门全开时的局部阻力系数ζ=15。
所有管路均取摩擦系数λ=0.03。
支管OB中流量为18m3/h，方向如图所示。
除阀门外其他局部阻力的当量长度均已包括在上述管长中。
试求：(1) 支管OC的流量(m3/h)；(2) A槽上方压强表的读数p A(kPa)。
5.用Φ89mm×4.5mm，长80m的水平钢管输送柴油，测得该管段的压降为5000Pa，已知柴油密度为800kg/m3，黏度为25mPa·s，试求：(1) 柴油在管内的流速(m/s)；(2) 该管段所消耗的功率(W)。
化工原理思考题答案
化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。
2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素答:单位是N·S/m2即Pa·s，也用cp，1cp=1mPa·s，物理意义为：分子间的引力和分子的运动和碰撞，与流体的种类、温度及压力有关3、采用U型压差计测某阀门前后的压力差,压差计的读数与U型压差计放置的位置有关吗？答：无关，对于均匀管路，无论如何放置，在流量及管路其他条件一定时，流体流动阻力均相同，因此U型压差计的读数相同，但两截面的压力差却不相同。
4、流体流动有几种类型？判断依据是什么？答：流型有两种，层流和湍流，依据是：Re≤2000时，流动为层流；Re≥4000时，为湍流，2000≤Re≤4000时，可能为层流，也可能为湍流5、雷诺数的物理意义是什么？答：雷诺数表示流体流动中惯性力与黏性力的对比关系，反映流体流动的湍动状态6、层流与湍流的本质区别是什么？答：层流与湍流的本质区别是层流没有径向脉动，湍流有径向脉动7、流体在圆管内湍流流动时，在径向上从管壁到管中心可分为哪几个区域？答：层流内层、过渡层和湍流气体三个区域。
8、流体在圆形直管中流动，若管径一定而流量增大一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2 ，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。
9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？答：孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录绪 论0.1 复习笔记0.2 名校考研真题详解第1章 流体流动1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第2章 流体输送机械2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第3章 液体的搅拌3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第4章 流体通过颗粒层的流动4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第5章 颗粒的沉降和流态化5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第6章 传 热6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第7章 蒸 发7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第8章 气体吸收8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第9章 液体精馏9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第10章 气液传质设备10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第11章 液液萃取11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第12章 其他传质分离方法12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第13章 热、质同时传递的过程13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解第14章 固体干燥14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 名校考研真题详解绪 论0.1 复习笔记一、化工生产过程1．化学工业的定义化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的工业，核心是化学反应过程及其设备——反应器。
2．化工生产的要求为使反应器内保持适宜的压力、温度和物料的组成等条件，原料需经过前处理。
前处理是指原料经过的一系列预处理以除去杂质，达到必要的纯度、温度和压力的过程。
反应产物同样需要经过各种后处理过程加以精制。
二、单元操作1．单元操作的分类按操作的目的可分为：（1）物料的增压、减压和输送；（2）物料的混合或分散；（3）物料的加热或冷却；（4）非均相混合物的分离；（5）均相混合物的分离。
化工原理(少学时)和辅导教程、考试重点例题复习题及课后答案1.1概述课件
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10
流量：单位时间内流体在管路中流过的数量 ➢ 体积流量
以体积表示 qv——m3/s或m3/h ➢ 质量流量
以质量表示 qm——kg/s或kg/h。
二者关系： qm qv
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11
流速 （平均流速）
单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。
u qv
m/s
A
质量流速
单位时间内流经管道单位截面积的流体质量。
尺寸、远大于分子自由程。 工程意义：利用连续函数的数学工具，从宏观研究
流体。
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4
自由程 (free path)
在热动平衡态下，一个气 体分子在任意连续两次碰 撞之间所经过的直线路程。 由于分子运动的无序性， 分子各段自由程长度不同。
平均自由程（mean free path）
在一定的条件下，一个气 体分子在连续两次碰撞之 间可能通过的各段自由程 的平均值。
dy
μ——比例系数，称为流体的粘度，Pa·s 。
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牛顿型流体：剪应力与速度梯度的关系符合牛顿 粘性定律的流体；
非牛顿型流体：不符合牛顿粘性定律的流体。 粘度的物理意义 :
流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单
位速度梯度所需的剪应力。μ又称为动力粘度。
运动粘度
粘度μ与密度ρ的之比。 m2/s
流体压力与作用面垂直，并指向该作用面； 任意界面两侧所受压力，大小相等、方向相反； 作用于任意点不同方向上的压力在数值上均相同。 压力的单位
SI制：N/m2或Pa；
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7
或以流体柱高度表示 ： p gh
注意：用液柱高度表示压力时，必须指明流体的种类， 如600mmHg，10mH2O等。
化工原理课后习题解析(第一章)
第1章 流体流动1-1．容器A 中气体的表压力为60kPa ，容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14⨯。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。
该处环境大气压等于标准大气压。
（答：A,160kPa ；B,88kPa ）解：取标准大气压为kPa 100，所以得到：kPa 16010060=+=A P ；kPa 8812100=-=B P 。
1-2．某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ，当地大气压为101.3kPa ，试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。
(答：169kPa -) 解：kPa 16915712-=--=-=∆出进P P P 。
1-3．为了排除煤气管中的少量积水，用如图示水封设备，水由煤气管道上的垂直支管排出，已知煤气压力为10kPa （表压）。
问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干？ （答：m 02.1）解：m 02.18.910101033=⨯⨯=∆=g P H ρ习题1-3 附图1-4．某一套管换热器，其内管为mm,25.3mm 5.33⨯φ外管为mm 5.3mm 60⨯φ。
内管流过密度为3m 1150kg -⋅，流量为1h 5000kg -⋅的冷冻盐水。
管隙间流着压力（绝压）为MPa 5.0，平均温度为C 00，流量为1h 160kg -⋅的气体。
标准状态下气体密度为3m 1.2kg -⋅，试求气体和液体的流速分别为若干1s m -⋅？（ 答：1L s m 11.2U -⋅=；1g s 5.69m U -⋅= ）习题1-4 附图解：mm 27225.35.33=⨯-=内d ，m m 5325.360=⨯-=外d ；对液体：122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ； 对气体：0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ，()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π，13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
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u22 2g
H
f
解题要求：
（1）作图并在图上标出有关物理量 ；
（2）取截面并确定基准水平面 ；
截面要求： ➢与流体的流动方向相垂直； ➢两截面间流体应是定态连续流动； ➢截面宜选在已知量多、计算方便处。
位能基准水平面必须与地面平行。为计算方便，宜于选取两截面 中位置较低的截面为基准水平面。若截面不是水平面，而是垂直于地 面，则基准面应选管中心线的水平面。
z1g
p1
u12 2
We
z2g
p2
u22 2
Wf
－－式中各项单位为J/kg。
柏努利方程
z1
p1
g
u12 2g
He
z
－－式中各项单位为J/N，m。
柏努利方程
柏努利方程式的应用
z1g
p1
u12 2
We
z2 g
p2
u22 2
Wf
z1
p1
g
u12 2g
He
z2
p2
g
连续性方程是质量守恒定律的一种表现形式，本节通过物料衡
算进行推导。 设流体在如图所示的管道中:
1
2
作连续定态流动;
从截面1-1流入，从截面2-2流出；
1
2
对于连续稳态的一维流动，如果没有流体的泄漏或补充，由物 料衡算的基本关系：
输入质量流量=输出质量流量
qm1= qm2
上式可写成:
u1A1ρ1= u2A2ρ2
如果将液柱的上底面取在液面上，设液面上方的压力为p0，液柱Z1-Z2
＝h，则上式可改写为
p2 p0 gh
上两式即为液体静力学基本方程式。
讨论:
p2 p0 gh
当P0一定时，h↑→ P2↑，即：静止流体中任一点的压力与流体密度ρ 和所处高度h有关，与容器形状无关；
P0变化时，会以同样大小传递到液体内部 ─ 帕斯卡原理； 应用：水压机、液压传动装置
A
指示液密度ρ0，被测流体密度为ρ，图中A、 A’两点的压力是相等的，因为这两点都在同一种 静止液体（指示液）的同一水平面上。通过这个
关系，便可求出（p1－p2）的值。
p2
m R A’
根据流体静力学基本方程式则有：
U型管右侧 U型管左侧
pA p1 g(m R)
pA' p2 gm 0 gR
u1A1= u2A2 u1A1= u2A2=…= uA= 常数
❖对于在圆管内作稳态流动的不可压缩流体：
u1
4
d12
u2
4
d22
( ) u1
d2 2
u2
d1
式中d1及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内径。 上式说明不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方成反比。
4 定态流动系统的机械能守恒—柏努利方程
体积流速
单位时间内通过单位流道有效截面的流体的体积量称为体积流速， 习惯上简称为流速，以u表示，单位m/s
质量流速
u qv A
单位时间内通过单位流道有效截面的流体的质量称为质量流速，以G 表示，单位kg/(m2 •s)
G qm qv u
AA
两者关系：
qm qv uA GA
2 定态流动及非定态流动
p1 p2 Rg( A C )
1.3 流体动力学 1 流量与流速
体积流量
单位时间内通过流道有效截面的流体的体积量，以qv表示，单位m3/s 或m3/h 。生产中常说的流量就指体积流量。
质量流量
单位时间内通过流道有效截面的流体的质量，用qm表示，单位kg/s 或kg/h。
两者关系：
qm qv
等压面: 静止流体中，同一水平面各点压强相等，称此水平面 为等压面
等压面条件：静止、连续、同一流体、同一液面（缺一不可）
例如：如图所示a-b、b-c、c-d不是等压面,只有a-c是等压面。
二、静力学基本方程的应用
（一）测压
1、U形管压差计
p1
结构： •U形玻璃管
•标尺
注意其选
•指示液
择
测压原理：
（３）选用柏努利方程式 （４）并列出已知条件
计算中要注意各物理量的单位保持一致，尤其在计算截
面上的静压能时，p1、p2不仅单位要一致，同时表示方法也
应一致，即同为绝压或同为表压。 截面很大时（如储槽，高位槽），流速可认为是0。
（５）代入方程式求解 （６）结果讨论
第一章 流体流动与输送机械
1.1 流体基本性质
压力
定义：垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简称压强。 流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强称之为压力。
表达式
p gh
单位：
表压、绝压、真空度
绝对压强 以绝对零压为基准测得的压强，是流体的真实压强。 表压强 以大气压强为基准测得的压强
表压强＝绝对压强－大气压强 真空度 以大气压强为基准测得的负压
真空度＝大气压强－绝对压强
注意:
1)由于各地大气压不同，故会有总压相同，但
表压却不同 2)有时用mmHg表示真空度
3)如用表压，真空度表示压强，必须要说 明；如不特别说明一般认为是绝对压强。
1.2 流体静力学平衡方程
p2 p1 g(z1 z2 )
（1）定态流动（稳态流动） 流场中的物理量，仅和空间位置有关，而和时间无关。
F f (x, y, z)
u 0 t
（2）非定态流动（非稳态流动） 流场中的某物理量，不仅和空间位置有关，而且和时间有关。
随着过程的进行，h减低,u 降低。
F f (x, y, z,t)
u 0 t
3 定态流动系统的质量守恒—连续性方程 一、连续性方程式
pA pA'
p1 p2 (0 )gR
p1 A
p2
m R A’
测量气体时，由于气体的ρ密度比指示液的密度ρ0小得多，故ρ0－
ρ≈ρ0，上式可简化为
p1 p2 0 gR
2、双液体U管压差计（微差压 差计）
密度接近但不互溶的两种指示 液A和C ( A C ) ；
扩大室内径与U管内径之比应 大于10 。
推广到管路上任何一个截面，即:
u1A1ρ1= u2A2ρ2=…= uAρ= 常数
以上两式都称为管内稳定流动的连续性方程式。它反映了在 稳定流动系统中，流体流经各截面的质量流量不变时，管路各截 面上流速的变化规律。此规律与管路的安排以及管路上是否装有 管件、阀门或输送设备等无关。
❖对于不可压缩的流体，即:ρ＝常数，可得到
（1）、机械能衡算式——柏努利方程式
qe
由能量守恒定律： 输入能量＝ 输出能量 we
总能量衡算式：
U1
z1g
p1
u12 2
Q
We
U2
z2 g
p2
u22 2
Wf
柏努利方程
当流动系统不涉及与环境的热量交换及温度变化时，此时Ｑe=0，U1=U2。
流体为不可压缩流体，
ρ 1 =，ρ则2=柏ρ努利方程可化为：