化工原理第一章习题库

化⼯原理第⼀章习题库
第⼀章习题库
⼀、选择题
1、流体静⼒学基本⽅程式的使⽤条件是④。

①重⼒场中静⽌流体②重⼒场中不可压缩静⽌流体③重⼒场中不可压缩连续静⽌流体
④重⼒场中不可压缩静⽌、连通着的同⼀连续流体
2、如图1-1所⽰的开⼝容器内盛有油⾼度为（h1-h2），⽔的⾼度为h2,B 与B ’点处于同⼀⽔平⾯，B 与B ’之间压强⼤⼩的关系为①。

①P B >P B ’② P B
3、下⾯不能减少U 形压差计测量误差的⽅法有④。

①减少被测流体与指⽰液之间的密度差②采⽤倾斜式微压计③双指⽰液微压计④加⼤被测流体与指⽰液之间的密度差 4、不可压缩流体在均匀直管内作定态流动时，平均速度沿流动⽅向的变化为③
①增⼤②减⼩③不变④⽆法确定 5、如图所⽰，若甲管路总长（包括阀门当量长度）为⼄管路的4倍，甲管内径为⼄管内径的2倍。

流体在两管中均呈层流，那么甲管内平均流速是⼄管的①倍
①u 甲=u ⼄②u 甲=2u ⼄③u 甲=1/2u ⼄④u 甲=1/4u ⼄ 6、如图所⽰，已知流体在管道A 、B 中呈层流状态，两管长度相等，可确定AB 管道的流量之⽐q vA /q vB 为③①2 ② 4 ③8 ④16
7、在⼀个⼤⽓压下，40℃的空⽓流经Ф159×6mm 的钢管，⽤⽪托测速计测定空⽓的流量，测速计管压强计的读数为
13mmH2O ，则管道内空⽓的体积流量为③ m 3/h
①130 ② 620 ③733 ④633
8、⽤Ф159×4.5mm 的钢管，输送20℃的苯，在
管路上装有⼀个孔径为78mm 的孔板流量计，⽤来测量管中苯的流量，孔板前后连接的U 型管液柱压强计的指⽰液为⽔银。

当压强计的读数R 为80mm 时，则到管中苯的流量为① m 3/h
()21121p p g z z p gh =+ρ-=
+ρ
①51.2 ② 47.5 ③82 ④180
9、⽔以⼀定流速流经如图所⽰⽂丘⾥管，在喉颈处接⼀⽀管与下部⽔槽相通。

已知起始时p 2=60.8×103 N/m 2（绝压）若忽略⽂丘⾥管的阻⼒损失，则垂直直管中⽔流的流向为①。

①向上②向下③不动④⽆法判断
10、如图⽰供⽔管线。

管长L ，流量V ，今因检修管⼦，⽤若⼲根直径为1/2d ，管长相同于L 的管⼦并联代替原管，保证输⽔量V 不变，设λ为常数，ε/d 相同。

局部阻⼒均忽略，则并联管数⾄少③根。

① 2根②4根③6根④8根设⽤n 根管⼦
2
)5.0785.0//(2/12)785.0/(2
222d n V d L d V d L ?=λ
λ 6.525.2==n
⼆、填空题
1、流体在直管内流动造成的阻⼒损失的根本原因是。

答：流体具有粘性
2、属于正位移泵型式，除往复泵外还有，，等型式。

答：计量泵、螺杆泵、齿轮泵
3、产⽣离⼼泵⽓缚现象的原因是，避免产⽣⽓缚的⽅法有。

答：泵内灌⼊空⽓，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空⽓
4、造成离⼼泵⽓蚀的原因是，增加离⼼泵允许安装⾼度Hg 的措施是和。

答：叶轮附近某处的最低压强⼩于等于被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压增⼤的管径，减少吸⼊管路不必要的管件和阀门。

5、⽤同⼀离⼼泵分别输送密度为ρ1及ρ2=1.2ρ1的两种液体，已知两者的体积V 相等，则 He 2 He 1，Ne 2 Ne 1。

答：
1
222.1,1Ne Ne H He e ==
6、离⼼通风机输送ρ=1.2kg/m 3空⽓时，流量为6000m 3/h ，全风压为240mmH 2O ，若⽤来输送ρ＇=1.4kg/m 3的⽓体，流量仍为6000m 3/h ，全风压为 mmH 2O 。

解：O m mH H H a
t
t 22802
.14
.12402
.1=?
=='ρ 7、离⼼泵的流量调节阀安装在离⼼泵管路上，关⼩出⼝阀门后，真空表读数，压⼒表读数。

解：出⼝，下降，上升。

在贮槽液⾯1-1与泵的真空表所在截⾯2-2间列伯努利⽅程
2
2222
2122221211u d l p u gZ p u gZ -+++=++λ
ρρ 2
)
1(2
222
1u d l
gZ p p ++=-λρ
关⼩出⼝阀门，2u 下降，
ρ
2
1p p -下降，即真空表读数下降。

同理，在压⼒表所在截⾯3-3与贮槽液⾯1-1间列伯努利⽅程。

2
222
0302003233u d l p u gZ p u gZ -+++=++λ
ρρ
2
)1(2230
3u d l
gZ p p -+=-λρ
关⼩出⼝阀门，λ增⼤，
ρ
3p p -上升，即压⼒表读数上升。

8、若离⼼泵⼊⼝处真空表读数为700mmHg 。

当地⼤⽓压为101.33kPa 。

则输送42℃⽔时（饱和蒸汽压为8.2kPa ）泵内发⽣汽蚀现象。

答：会
9、⽤离⼼泵向⾼压容器输送液体，现将⾼压容器的压强降低，其它条件不变，则该泵输送液体的流量，轴功率。

答：加⼤，加⼤
管路的特性⽅程为：22
BQ g
p
Z BQ K H e +?+
=+=ρ⾼压容器的压强降低，p ?下降，K 降低，所以改变前后的操作点如图：
所以流量加⼤。

⼜根据泵的特性曲线知，当流量加⼤时，泵的轴功率增加。

10．⽤离⼼泵将⽔池中⽔送⾄常压⽔塔，若在离⼼泵正常操作范围内，将出⼝阀开⼤，则流量V q ，扬程He ，管路总阻⼒损失∑f H ，轴功率P （变⼤、变⼩、不变、不确定）。

答：变⼤，变⼩，不变（变⼩），变⼤
11、流体在圆形直管中滞流流动时，平均流速增⼤1倍，其能量损失为原来损失的2 倍；如果为完全湍流流动时，流速增⼤1倍，其能量损失为原来损失的4 倍。

12、流体流动时，管径和管长都不变，⽽流体的流量增加⼀倍（摩擦阻⼒系数可以认为不变，流动为湍流），则阻⼒增加的倍数为 3 倍；若λ是变化的（可按λ=0.3164/Re 0.25m 考虑）,则阻⼒增加的倍数为 2.26倍；若流动为层流，则阻⼒增加的倍数为 1倍。

13、⼀转⼦流量计，当流量为10 m 3/h 时，测定流量计进出⼝压差为150N/m 2，现流量变为12 m 3/h ，问进出⼝压差为 50 N/m 2。

三、简答题
下⾯两种情况，可不可以⽤泊谡叶⽅程（2
32d f lu
p µ=
）直接计算管路两端的压强差？
（1）⽔平管，管内径为50mm ，流体的密度为996kg/m 3
，粘度为0.894mPa.s,流速为２m/s 。

（2）垂直管，管内径为100mm ，流体的相对密度为0.85，粘度为20mPa.s,流速为0.4m/s 。

分析：此题核⼼在于：上述两种情况下，⽤泊谡叶⽅程算出的压强降f p ?与管路两截⾯的压强差p ?在数值上是否相同。

由柏努利⽅程式 ∑-=?+?+?Z f e h W p u g ρ
22
得 ∑-?-?-=-=?f e h u Z g W p p p ρρρρ2
2
12 其中∑f
h
ρ
即为f p ?。

上式说明，在⼀般情况下，p ?与f p ?在数值上是不等的，只有流体在⼀段⽆外功
加⼊（0=e W ）,直径相同（02
2
=?u ）的⽔平管（)0=?Z 内流动时，p ?与f p ?才在绝对数值上相等。

还需注意：由于泊谡叶⽅程在推导过程中引⼊了⽜顿粘性定居律，⽽只有在滞流时内摩擦应⼒才服从⽜顿粘性定律，所以它仅适⽤于滞流时的流动阻⼒计算。

答：（１）5
3
31011.110
894.099621050?===--µρ
du R e ＞4000 流体流动类型属湍流，此时泊谡叶⽅程不适⽤，所以不能⽤其计算管路两截⾯间的压
差。

（２）对于垂直管，尽管流动类型可能为滞流，但由泊谡叶⽅程算出的仅是摩擦阻⼒损失项，⽽垂直管路两截⾯的压差还要受位能的影响，所以也不能⽤泊谡叶⽅程直接计算两截⾯的压差。

四、计算及推导题
1. 如图所⽰，常温的⽔在管道中流过，两个串联的U 形管压差计中的指⽰液均为⽔银，密度为ρHg ，测压连
接管内充满常温的⽔，密度为ρw ，两U 形管的连通管内充满空⽓。

若测压前两U 形管压差计内的⽔银液⾯均为同⼀⾼度，测压后两U 形管压差计的读数分别为R 1、R 2，试求a 、b 两点间的压⼒差b a p p -。

解： 11gh p p w a ρ+=，11gh p p w a ρ-=
21p p =，132gR p p H g ρ+=，43p p =，254gR p p H g ρ+=
55gh p p w b ρ+=
52455gh gR p gh p p w H g w b ρρρ--=-=
()524113gh gR p gh gR p p p w H g w H g b a ρρρρ----+=-
()5121gh gh R R g w w H g ρρρ+-+=
⽽ 211R h h +
=，2
25R
h h -= 所以 ()??
-+?
--+=
-222121R g gh R g gh R R g p p w w w w Hg b a ρρρρρ ()()()g R R R R g R R g w Hg w Hg 2121212121+
-=+-
+=ρρρρ 2、某流体在⽔平串联的两直管1、2中稳定流动，已知2/21d d =，m l 1001=，1800Re 1=。

今测得该流体流径管道1的压⼒降为0.64m 液柱，流径管道2的压⼒降为0.064m 液柱，试计算管道2的长度2l 。

解：由 221d d =，得 41212
2
2112=
=?
=d d u u 所以
2
1412Re Re 1212112212=?=?==u u d d u d u d µ
ρµ
ρ
所以 900Re 2
1
Re 12== 所以
0356.0180064Re 6411===
λ，071.0900
64
Re 6422===λ
⼜ 22u d l h p
f ??==?λρ，g
u d l H g p f 22
==λρ所以 122
11112
2
22222f f H H g
u d l g u d l =?
λλ，1221212
2
1212f f H H d d u u l l =
λλ所以 m H H d d u u l l f f 16064
.0064
.024211002121222212112===λλ
3、密度为1000kg/m 3，粘度为1cP 的⽔，以10m 3/h 的流量在内径为45mm 的⽔平光滑管内流动，在管路某处流体的静压⼒为1.5?105Pa(表压)，若管路的局部阻⼒可忽略不计，则距该处100m 下游处流体的静压⼒为多少Pa(绝对压⼒)?
解： ()s m d V u /75.1045.0360010
442
2=??
==ππ 7875010
11000
75.1045.03
==
=
-µ
ρ
du R 0189.078750
3164
.0Re 3164.025
.025.0===
λ由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2
22
2
22211
1ρρ
得 2
2
112u d l p h p p f ρλρ??-=∑-=
275
.11000045.01000189.0105.12
5
-= ()
()
绝压表压2
52
4/10870125.1/1056875.8m N m N ?=?=
4、⽤离⼼泵将蓄⽔池中20℃的⽔送到敞⼝⾼位槽中，流程如本题附图所⽰。

管路为φ57×3.5mm 的光滑钢管，直管长度与所有局部阻⼒（包括孔板）当量长度之和为250mm 。

输⽔量⽤孔板流量计测量，孔径d 0=20mm ，孔流系数为0.61。

从池⾯到孔板前测压点A 截⾯的管长（含所有局部阻⼒当量长度）为80mm 。

U 型管中指⽰液为汞。

摩擦系数可近似⽤下式计算，即25
.0Re
/3164.0=λ
当⽔流量为7.42m 3/h 时，试求：
(1)每kg ⽔通过泵所获得的净功； (2)A 截⾯U 型管压差计的读数R 1；
(3)孔板流量计的U 型管压差计读数R 2。

解：该题为⽤伯努利⽅程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截⾯上的压强（即R 1），解题的关键是合理选取衡算范围。

⾄于R 2的数值则由流量计的流量公式计算。

1）有效功
在1-1截⾯与2-2截⾯间列伯努利⽅程式，以1-1截⾯为基准⽔平⾯，得：
∑+?+?+?=f e h u p
z g W 2
2ρ
式中：021==u u ，021==p p （表压）
01=z ，m z 152=
s m A V u s /05.105.04/360042.72
=??==
π查得：20℃⽔的密度为3/1000m kg =ρ，粘度s Pa .100.13-?=µ
52500100.11000
05.105.0Re 3
==
=
-µ
ρ
du
0209.0)52500/(3164.0Re /3164.025.025.0===λ
kg J u d le l h f /6.572
05.105.02500209.022
2=??=∑+=∑λ
kg J W e /7.2046.5781.915=+?=∴
2） A 截⾯U 形管压差计读数R1
由A 截⾯与2-2截⾯之间列伯努利⽅程，得：
∑+=+--2,222
A f A A
h gz u p ρ式中：s m u /05.1=，m z A 12=-
kg J h A f /17.392
05.105.0)80250(0209.02
2
,=?-?=∑-
Pa 42
108.41000)2
05.181.9117.39(?=?-?+=（表压）
读数R 1由U 形管的静⼒平衡求算：
g R g R p A ρρ111)5.1(=++
m g g p R A A 507.081
.9)100013600(81.910005.1108.4)(5.141=?-??+?=-+=ρρρ
3） U 形管压差计读数R 2
ρ
ρρg
R A C V A S )(220
0-=
将有关数据代⼊上式得
100081.9)100013600(202.0461.0360042.722
R ?-??=π
m R 468.02=
讨论：该题是⽐较典型的流体⼒学计算题，其包括了伯努利⽅程、流体静⼒学基本⽅程、能量损失⽅程、连续性⽅程的综合运⽤。

通过该题能加深对流体⼒学基本理论的理解。

5．密度为900kg/m 3的某液体从敞⼝容器A 经过内径为40mm 的管路进⼊敞⼝容器B ，两容器内的液⾯⾼度恒定，管路中有⼀调节阀，阀前管长65m ，阀后管长25m （均包括全部局部阻⼒的当量长度，进出⼝阻⼒忽略不计）。

当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为80kPa 和40kPa 。

现将调解阀开⾄某⼀开度，阀门阻⼒的当量长度为30m ，直管摩擦系数λ=0.0045。

试求：
(1) 管内的流量为多少m 3/h ？ (2) 阀前后的压强表的读数为多少？
解：当阀门关闭时，以管道中⼼线作为基准⽔平⾯，根据静⼒学⽅程31080?=A gz ρ
m z A 06.9=
31040?=B gz ρ m z B 53.4=
在A 截⾯和B 截⾯间列伯努利⽅程，得：
∑+++=++fAB B B B A A A h p u gz p u gz ρ
ρ2222
式中：0,0====B A B A p p u u （表压）
22275.62
04.03025650045.02u u u d l l h e fAB
=++?=∑+=∑λ
s m u /56.2=
h m V h /6.1156.204.0785.0360032==∴
2）在A 截⾯与阀前压强表所在截⾯间列伯努利⽅程
∑+++=++-A f A
A h p u gz p u gz 112
11222ρ
ρ
96.232
56.204.0650045.022211=??==∑--u d l h A A
f λ
kPa p 47.55900)24.2781.906.9(1=?-?=
在阀后压强表所在截⾯与B 截⾯间列伯努利⽅程
∑+++=++-B f B B B h p u gz p u gz 2,2
222222ρ
ρ
275.6)53.406.9(81.9u =-∴
216.92
56.204.0250045.022222,=??==∑--u d l h B B
f λ
56.2216.981.953.4(9002
2=-+??=
6、某管路安装⼀台IS80-50-200型⽔泵，将⽔池中的⽔送⾄⾼度为10m 、表压为9.81×104Pa 的密闭容器内，管内流量为16.7×10-3m 3/s 。

试求
1）管路特性曲线（假定管内流动已进⼊阻⼒平⽅区）及输送每千克⽔消耗的能量。

2）若将阀门关⼩，使管内流量减⼩25%，管路特性曲线（假定管内流动位于阻⼒平⽅区）有何变化？此时输送每千克⽔需消耗多少能量？与原管路相⽐，在此流量下输送每千克⽔额外消耗的理论功为多少？
（已知：当Q v =16.7×10-3m 3/s ，泵的压头为H e =47m ，泵的效率为71%：当Q v =12.5×10-3m 3/s ，泵的压头为H e
=51.4m ；泵的效率为66.3%）
解：当Q v =16.7×10-3m 3/s ，泵的压头为H e =47m ；则管路的特性⽅程的系数B 可求出。

2
2
e e e BQ g
p Z BQ K H +?+
=+=ρ 47)1067.1(81
.910001081.910234
=?+??+
=-B 41068.9?=∴B
管路的特性⽅程为：2
41068.920e e Q H ?+=
在此流量下，输送每千克⽔所消耗的能量为：
kg J gH W e
/8.69071
.047
81.9=?=
=
η
（2）关⼩阀门后管路的流量为：
s m Q e
/105.12)25.01(107.16333--?=-??=' 则关⼩阀门后管路特性曲线⽅程的系数为
5
2321001.2)
105.12(204.51?=?-='-'=
'-e e Q K H B
管路特性曲线⽅程为：251001.220e e
Q H '?+=' 此时，输送每千克⽔所消耗的能量为：
/5.760663
.04.5181.9=?=''=
'η对于原管路，输送s m Q e
/105.1233-?='的⽔量，所需的压头为： m H e 1.35)105.12(1068.920234=+=-
因阀门关⼩，输送每千克⽔多消耗的理论功为：
kg J H H g e e
/9.1591.354.5181.9)(=-?=-' 此部分能量全部消耗于阀门的局部阻⼒上。

由此可以看出，⽤阀门调节流量的代价是能耗的增加。

导致能耗增加的原因有⼆：其⼀是阀门局部阻⼒损失的增加，其⼆是泵效率的降低。