流体流动测验题及答案

流体流动
一选择与填空（4×15 共 60分）
1.①孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______，
变_______；后者是恒_______，变______。

②边长为0.5m的正方形通风管道,其当量直径为_________。

答：①截面，压差，压差，截面；② 0.5 。

2.当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ =_______，在粗糙管内呈
湍流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。

答： 64/Re ， Re ，ε/d
3.对如图所示的测压装置，分别写出ΔＰ＝Ｐ1－Ｐ2的计算式。

（ａ）图ΔＰ_____________，（ｂ）图ΔＰ________________，
（ａ）ΔＰ＝Ｒｇ（ρm－ρ）
（ｂ）ΔＰ＝Ｒｇρ
4．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：
①ΔＰab__＜____ΔＰcd，②ｈf ab____＝_____ｈf cd ，③R1__＝_____R2
(填＝、＞、＜ )
5．层流与湍流的本质区别是：________。

Ａ．湍流流速>层流流速Ｂ．流道截面大的为湍流，截面小的为层流
Ｃ．层流的雷诺数<湍流的雷诺数Ｄ．层流无径向脉动，而湍流有径向脉动
6．水从大管流入小管，管材相同，d大＝2d小,管内流动为层流，则小管每米直管中因流动阻力产生的压降是大管中的____________________倍？
A、8
B、16
C、32
D、＞32
二计算题
1．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R1 = 400 mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50 mm。

求A、B两处的表压强。

解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密度，由气柱高度所
产生的压强差可以忽略。

设R2下端为C点，R1下端为D点，因此可认为 P A≈P C,P B≈P D。

P A≈P C =ρH2O gR3 +ρHg gR2
= 1000×9.81×0.05 + 13600×9.81×0.05
= 7161 N/m2（表压）
P B≈P D = P A +ρHg gR1
= 7161 + 13600×9.81×0.4
= 6.05×104 N/m2（表压）
2．水以2.5m/s的流速流经Φ38×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一Φ38×3 mm
的水平管相连。

如附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的
压强。

若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。

（水的密度取为1000 kg/m3）
解：上游截面A-A ’，下游截面B-B ’，通过管子中心线作基准水平面。

在两截面间列柏努利方程式。

B ,A B 2B B A 2A A hf p 2u gZ p 2u gZ ∑+ρ
++=ρ++ 式中 Z A = Z B = 0，u A = 2.5 m/s ，Σhf A,B = 1.5 J/kg
根据连续性方程式，对于不可压缩流体 2B B 2A A
d 4
u d 4u π=π 有 23.147335.2d d u u 22B A A B =⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m/s 两截面的压强差为 ρ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∑--=-B ,A 2B 2A A B hf 2u u p p =10005.1223.15.222⨯⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--= 868.55 N/m 2 即 6.88102.055.868p p A B =⨯=-mmH 2O
由于 A B p 6.88p += ∴ p B ＞ p A
3. 用离心泵将水从储槽送至水洗塔的顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。

管路的直径均为Φ76×2.5 mm 。

在操作条件下，泵入口处真空表的读数为2
4.66×103
Pa ；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按 21u 2hf =∑与 22u 10hf =∑计算。

由于管径不变，故式中u 为吸入或排出管的流速m/s 。

排水管与喷头处的压强为98.07×103 Pa （表压）。

求泵的有效功率。

（水的密度取为1000 kg/m 3
）
解：（1）水在管内的流速与流量
设储槽水面为上游截面1-1’，真空表连接处为下游截面2-2’，并以截面1-1’为基准
水平面。

在两截面间列柏努利方程。

122221211hf p 2u gZ p 2u gZ ∑+ρ
++=ρ++ 式中 Z 1 = 0，Z 2 = 1.5 m ，p 1 = 0（表压），p 2 = -24.66×103 Pa （表压）
u 1 ≈0，21u 2hf =∑
将上列数值代入柏努利方程式，解得水在管内的流速u 2 25.2/5.181.9100024660u 2=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯-=m/s 水的流量 w s = uA ρ=92.71000071.0422=⨯⨯π
⨯kg/s
（2）泵的有效功率
设储槽水面为上游截面1-1’，排水管与喷头连接处为下游截面2-2’，仍以截面1-1’为基准水平面。

在两截面间列柏努利方程。

212222e 1211hf hf p 2u gZ w p 2u gZ ∑+∑+ρ
++=+ρ++ 式中 Z 1 = 0，Z 2 = 14 m ，u 1 ≈0，u 2 = 2 m/s ，p 1 = 0（表压）
p 2 =98.07×103
Pa （表压），22221u 12u 10u 2hf hf =+=∑+∑
将上列数值代入柏努利方程式，解得 41.28525.121000*********.9w 2e =⨯++⨯=J/kg 泵的有效功率 N e = w e ·w s = 285.41×7.92 = 2260 W
4. 如下图所示的输水系统, 用泵将水池中的水输送到敞口高位槽, 管道直径均为φ83×
3.5mm, 泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为
4.8m, 压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m 。

当输水量为36m 3
/h 时，进水管道的全部阻力损失为 1.96J/kg ，出水管道的全部阻力损失为 4.9J/kg ，压力表的读数为
2.5kgf/cm 2，泵的效率为70%，试求：
⑴两液面的高度差H 为多少m? ⑵泵所需的实际功率为多少KW?
⑶真空表的读数多少kgf/cm 2?
解：⑴取截面0-0, 1-1, 2-2, 3-3如图, 在截面2-2和3-3间列柏努利方程以2-2为基准面(目的求H3)
H2g+(p2/ρ)+(u22/2)=H3g +(p3/ρ)+(u32/2)+hf2-3
∵1[at]=9.807×104N/m2=1[kg/cm2]
u=Q/A=(36/3600)[(π/4)0.0762]=2.21m/s
(2.5×9.807×104/103)+(2.212/2)=H3×9.81+4.9
245.2+2.44=9.81H3 +4.9
H3 =242.74/9.81=24.74[m]
∴H=H3+5=24.74+5=29.74[m]
⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面(求We)
H0g+(p0/ρ)+(u02/2)+We=Hg +(p3/ρ)+(u32/2)+hf 0-3
We=Hg +h f0-3=29.74×9.81+(1.96+4.9)=298.62[J/kg]
Ms=Vsρ=(36/3600)×103=10[kJ/s]
Ne=Ms·We= 10×298.62[W]
N实=Ne/η=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW]
⑶在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面
H0g +(p0/ ρ)+(u02/2)=H1g+(p1/ρ)+(u12/2)+h f0-1
(pa –p1)/ρ=4.8×9.81+(2.212/2)+1.96=51.49m2/s2
=51.49×103/(9.807×104)[at]=0.525[kg/cm2]。