第一章_习题课_流体流动
柴诚敬化工原理课后答案(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 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==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 mkg 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 m2．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 m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t 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。
第一章流体流动习题
第一章流体流动习题1. 引言本习题集旨在帮助读者巩固并深入理解流体力学中的流体流动相关知识。
通过解答各式作业题和习题，读者将能够提高对流体流动的理论知识的掌握，并能运用所学知识解决实际问题。
2. 流体等压流动2.1 定常流动1.习题1：在一水力发电站，重力因子为9.8 m/s²，一台水轮机的进口直径为10 m，出口直径为4 m，水流的速度在进口和出口处分别为12 m/s和48 m/s。
求水轮机的功率。
2.习题2：一根水平管道中水流的速度为2 m/s。
管道的截面面积为1.0 m²，密度为1000 kg/m³。
若管道上安装了一过滤器，则过滤器前后水流速度分别为2.5 m/s和1.5 m/s。
求过滤器对水流影响的大小。
2.2 无粘流动1.习题3：一个圆柱体在某无粘流体中运动，其直径为1 m，流体的密度为1 kg/m³，流速为10 m/s。
若圆柱体沿流速方向行进距离为100 m，在这一过程中流体对圆柱体所做的阻力是多少？2.习题4：一道湍流水流通过一个圆柱体。
圆柱体的直径为2 m，流速为5 m/s，流体密度为1.2 kg/m³。
若圆柱体所受到的阻力为1000 N，求流过圆柱体的湍流水流的体积流量。
3. 流体定常流动3.1 流管与元素流量1.习题5：一条河的宽度为10 m，平均流速为2 m/s。
设河水的密度为1000 kg/m³。
求河水的体积流量。
2.习题6：某水管直径为0.2 m，输送液体的流速为3 m/s。
求液体的质量流量。
3.2 动量定理与波动方程1.习题7：一个质量为1000 kg的船以速度10 m/s行驶，船上一个质量为10 kg的人以速度2 m/s从船头跳进水中。
求船在跳水后的速度。
2.习题8：一个质量为500 kg的小汽车以速度20 m/s驶入河流。
汽车下沉后速度降为8 m/s。
求汽车所受的阻力大小。
4. 流体非定常流动4.1 欧拉方程与伯努利方程1.习题9：一水管中水的流速为2 m/s。
化工原理上册课后习题及答案
第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。
每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。
已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。
压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。
已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。
试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。
HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。
m首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。
《化工原理》(修订版 夏清 陈常贵)上册课后答案
1. 某设备上真空表的读数为 13.3×10 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 98.7×10 Pa 。
设备内的绝对压强P 绝 = 98.7×10 Pa -13.3×10 Pa=8.54×10 Pa设备内的表压强 P 表 = -真空度 = - 13.3×10 Pa14mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为 39.23×10 Pa ，150.307×10 Nζ螺 = 39.03×10 ×3.14×0.014 ×n化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第一章 流体流动33解：由 绝对压强 = 大气压强 – 真空度得到：3 3332．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥ 的油品，油面高于罐底 6.9 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 6问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即P 油 ≤ ζ螺解：P 螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.7633 22P 油 ≤ ζ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要 7 个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U型管压差计，如本题附分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a –a 为等压面，对于左边的压差计， b –b 为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
a –a 处 P A + ρg gh 1 = ρ水gR 3 + ρ水银ɡR 2即：P A = 1.0 ×10 ×9.81×0.05 + 13.6×10 ×9.81×0.05= 7.16×10 Pab-b 处 P B + ρg gh 3 = P A + ρg gh 2 + ρ水银gR 1P B = 13.6×10 ×9.81×0.4 + 7.16×10=6.05×10 Pa图所示。
化工原理(祁存谦版本) 第一章流体流动
1-6 (1)设流量为 4L·s-1，水温为 20℃，管径为 φ57×3.5mm，试判断流动类型。(2)条件与
上相同，管中流过某种油类，油的运动黏度为 4.4cm2·s-1，试判断流动类型。
−3 解：流速 u = 4V 2 = 4 × 4 × 102 = 2.04m / s π ⋅d π × 0.05
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
说明：祁存谦版的化工原理第一版课后的习题解答。如有错的地方请给指正。 第一章流体流动 1-1 容器 A 中气体的表压力为 60kPa，容器 B 中气体的真空度为 1.2×104Pa。试分别求出
A、B 二容器气体中的绝对压力为多少（Pa）？该处环境大气压等于标准大气压。 解：设标准大气压为 100kPa 容器 A 中气体的绝对压力=表压+大气压=60+100=160(kPa) 容器 B 中气体的绝对压力=大气压-真空度=100×103－1.2×104=88×103(Pa) 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。求此设备
W=V·ρ=8.14×1800=4.07(kg·s-1) G=u·ρ=0.8×1800=1440(kg·m-2·s-1) 1-8
有一输水管路， 20℃ 的水从主管向两支管流动，如图所示，主管内水的流速为
1.06m·s-1 ， 支 管 1 与 支 管 2 的 水 流 量 分 别 为 20×103kg·h-1 与 10×103kg·h-1 ， 支 管 为
d
ε
h2
d2
V 4 × 2.5 × 10 −3 = = 1.27m / s A1 π × 0.052
h
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
天大化工原理第3版课后习题答案1-3章
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 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==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 mkg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．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 m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t 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。
化工原理课后习题答案第一章流体流动答案
第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm= 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 =461097.8)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41097.8⨯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××.3=10.858 kg/m33.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， pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp=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 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=×=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 。
化工原理（上）课后习题解答-天大柴诚敬主编
化⼯原理（上）课后习题解答-天⼤柴诚敬主编第⼀章流体流动10．有⼀装满⽔的储槽，直径1.2 m ，⾼3 m 。
现由槽底部的⼩孔向外排⽔。
⼩孔的直径为4 cm ，测得⽔流过⼩孔的平均流速u 0与槽内⽔⾯⾼度z 的关系为： zg u 262.00=试求算（1）放出1 m 3⽔所需的时间（设⽔的密度为1000 kg/m 3）；（2）⼜若槽中装满煤油，其它条件不变，放出1m 3煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m 3）？解：放出1m 3⽔后液⾯⾼度降⾄z 1，则 ()m 115.2m 8846.032.1785.01201=-=?-=z z由质量守恒，得21d 0d M w w θ-+=，01=w （⽆⽔补充）200000.622w u A A gzA ρρ==（为⼩孔截⾯积）AZ M ρ= (A 为储槽截⾯积) 故有 0262.00=+θρρd dz A gz A即θd AA gzdz 062.02-= 上式积分得 ))((262.022112100z z A A g -=θ ()m i n 1.2s 4.126s 115.2304.0181.9262.0221212==-??? ???=18．某液体以⼀定的质量流量在⽔平直圆管内作湍流流动。
若管长及液体物性不变，将管径减⾄原来的1/2，问因流动阻⼒⽽产⽣的能量损失为原来的多少倍？解：流体在⽔平光滑直圆管中作湍流流动时 f p ?=f h ρ∑ 或f h ∑=f p ?/ρ=λ2b 2u L d ρ∑∑f1f2hh =（2b1b22112))()(u u d d λλ式中 21d d =2 ，b2b1u u =（21d d）2 =4因此∑∑f1f2hh=221()(2)(4)λλ=3212λλ⼜由于 25.0Re316.0=λ12λλ=（25021.)Re Re =（0.251b12b2)d u d u =（2×25041.)=（0.5）0.25=0.841 故∑∑f1f2hh =32×0.84=26.919．⽤泵将2×104 kg/h 的溶液⾃反应器送⾄⾼位槽（见本题附图）。
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直管 h 阻力
计算： 局部
h
f
h f
f
l
d
le u 2 d2 u2
2
u2 层流： 64
2
湍流：
Re
f (Re,
( 入 0.5,出 0.5)
/
d
)
主要公式
虚拟压强： P p ρgz
P
静力学基本方程： ρ
p ρgz const ρ
非等径直管中稳态流动：
Rg ( 0
) P1
3、层流和湍流的本质区别是___D___ （A）湍流流速大于层流流速 （B） 流动阻力大的为湍流 （C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数 （D）层流无径向脉动，而湍流有径向脉动
于湍流的雷诺数； (D)层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
过一段4等、径如水图平所管子示，，在水A流、B过两一处段放等置相径同 ），其水读平数管分子别为，R在1、AR、2，B则两处放置相。 同 ) R1=的R2压差计（(C测) R压1<R点2 等高）(，D)其读 数分别为R1，R2，则_____B_
10. 水在圆形直管中作完全湍流时，当输送量、管长和
管子的相对粗糙度不变，仅将其管径缩小一半，则阻
力变为原来的（ B）倍。
A. 16
B. 32
C. 不变
11. 已知直圆管内流动阻力损失与流速的平方成正比，
则其流动形态为________C_________。
A.层流
B.湍流
C.完全湍流
12.相同管径的圆形管道中，分别流着粘油和清水，若 雷诺数Re相等，二者的密度相差不大，而粘度相差很 大，则油速（ A ）水速。 A 大于； B等于； C小于
h f
u2
2
R(0 )g
2. 流体在流动过程中，由于速度的大小和方向发生变化 而引起的阻力，称为_______形__体_____阻力
3. 流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损 失的是机械能中的__P_/_ 项。
4. 一般情况下，温度升高，气体的粘度_____升__高____， 液体的粘度____降__低_______。
ρ
P2 ρ
（ u22 2
u12 2
）
h
f
等径直管中稳态流动：
hf P1 P2 Rg（ρ0 ρ）
重要概念
连续介质模型、等压面、牛顿粘性定律、 粘度及其影响因素、雷诺数/ 层流与湍流的本质区别、因次分析法、 边界层概念（普兰特边界层理论）、 边界层厚度、边界层的形成和发展、 边界层分离、 脉动 、层流底层 压差计、流量计等结构及测量原理。
13. 流体流动时产生内摩擦力的根本原因是 ______C________。 A.流动速度大于零 B.管边不够光滑 C.流体具有粘性
14. 流体在管内作湍流流动时，层流内层的厚度随Re 数的增大而_____B______。 A.增厚 B.减薄 C.不变
15. U形管压差计测得_______A________。
C. 恒流速、变压差
D. 变流速、变压差
18. 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V(1)、u(1)、d(1)、 L(1)、h(f1)及V(2)、u(2)、d(2)、L(2)、h(f2)。若 d(1)=2d(2)，L(1)=2L(2)，则
（1）h(f1)/h(f2)＝（Ｅ） Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、1/2;
1、当不可压缩理想流体在水平放置的变径管中作稳 定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 ___C___ （A）不变 （B） 增大 （C）减小 （D）不确定
2、水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流 量保持恒定，当水温升高时，Re值将___B___ （A）不变 （B） 增大 （C）减小 （D）不确定
Ｄ、1/4;
Ｅ、1
（2）当管路中流体均作层流流动时，V (1)/V (2)=（ C）
Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8;
Ｄ、1/2; Ｅ、1
（3）当两段管路中流体均 作湍流流动时，并取λ(1)＝ λ(2)，则V (1)/ V(2)=（ B） Ａ、2； Ｂ、4; Ｃ、8; Ｄ、1/2; Ｅ、1/4
1. 如图1所示，液体在等径倾斜管中稳定流动，则阀的 局部阻力系数ξ与压差计读数Ｒ的关系式为_______。
8．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V2/V1 为D 。 A．1/2； B．1/4； C．1/8； D．1/16
9. 管路设计的正确思路应是______C_____。
A. 尽量选用低流速，以减少动力消耗费用（操作费用） B. 尽量选用高流速，以减少管道费用（设备费用）C. 应选择适宜的流速，使设备费和操作费之和为最少
h f ) A1B ( h f ) A2B ；
6、流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流动，则
h流f ) A动1阻B 力( 损失h f 为) A原2B来。的___2___倍。
7．滞流内层越薄,则以下结论是正确的 D 。
A．近壁面处速度梯度越小 B．流体湍动程度越低
C．流动阻力越小 D．流动阻力越大
联管路（，A各）支R管1>及R其2 （总B管）阻R力1间=R的2 关系应 （C） R1<R2 （D） R2= R1+2r1
h5f、) A在2皮B 托；管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表
该处的___C___，此时侧壁小孔所测压力代表该处的______。
h f（) AA1）B动压( ，静h f压) A；2BB）；动压，动压与静压之和； （C）动压与静压之和，静压（D）静压，动压与静压之和；
第一章
本章总体框架图
总复习
管路计算
要求能够 对管路进 行计算和 分析。
主要公式
静力学方程式：
p1
gz1
p2Leabharlann gz2连续性方程： u1A1 u2 A2 （不可压缩流体）
u1d12
u
2
d
2 2
（圆管内）
机械能衡算方程：
简单管路
gz1
u12 2
p1
We
gz2
u22 2
p2
h f 12
复杂管路 设计型 计算
A.AB间的阻力损失
B.A、B间的压强差
C.A、B间的位头差和阻力损失 D.A、B间的位差
16. 随着流量的增大，流体通过哪种流量计时，其压 降变化幅度最小？ C A.孔板流量计 B.文丘里流量计 C.转子流量计
17. 转子流量计的主要特点是______B________。
A. 恒截面、恒压差
B. 恒流速、恒压差