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)。

6.用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面30m；管

路长度(包括所有局部阻力的当量长度在内)为94 m。要求水的

流量为20~40 m3/h。若水温为20℃，管的相对粗糙度取为0.001。

试求：

(1) 选择适当的管径；

(2) 有一离心泵铭牌上标着流量为45m3/h，扬程为42m，效率为60%，电动机功率为7kW，问该泵是否合用？

7.离心泵从敞口水槽向表压为0.5atm的密闭高位槽输水，两槽液面高度

差为5米，在转速n=2900r/min下，泵的特性方程H e=40-0.1Q2(Q单位为

m3/h)，ρ=900kg/m3，流量为8m3/h。设流动均在高度湍流区，试求：

(1) 泵的有效功率；

(2) 今将泵的转速调节至n/=2700r/min，则泵的有效功率又为多少？

8.将20℃的水(黏度μ=0.001Pa·s)以30m3/h的流量从水池送至塔顶。已知塔顶压强为0.05 MPa(表)，与水池水面高差为10m，输水管Φ89mm×4mm，长18m，管线局部阻力系数Σζ=13(阀全开时)，摩擦系数λ=0.01227+0.7543/Re0.38。试求：

(1) 所需的理论功率(kW)；

(2) 泵的特性可近似用下式表达：扬程H=22.4+5Q-20Q2；效率η=2.5Q-2.1Q2

式中Q的单位为m3/min。求最高效率点的效率，并评价此泵的适用性。如适用，因调节阀门使功率消耗增加多少？

9.[浙大]离心泵输水管路吸入管长3m，泵出口至点О管长及点О/至管出口各为15m(均包括全部局部阻力的当量长度)，管径均为50mm，泵出口处至水池水面

的垂直距离为1m。设备A和设备B的阻力损失可表示为：

H f,A=0.025Q A2，H f,B=0.016Q B2，设备与点О及点O/间的阻力可忽略

不计。孔板流量计的孔径为30mm，流量系数C0=0.65，U形压差计

中指示液为水银。离心泵的特性曲线方程为H=20-0.08Q2，流量单

位以m3/h表示，扬程和设备A、B的阻力损失单位以m表示，摩

擦系数λ=0.03，水银的密度为13600kg/m3。试求：

(1) 管路中总流量；

(2) 泵出口处压力表读数p；

(3) 孔板流量计读数R。

10.输水管路系统中泵的出口分别与B，C两容器相连。已知泵吸入管路内径为50mm，有90°标准弯头和吸水底阀各一个；AB管段长为20m，管内径为40mm，有截止阀一个；AC管段长为20m，管内径为30mm，有90°标准弯头和截止阀各一个。水池液面距A点和容器C的

液面垂直距离分别为2m和12m。容器C内气压为0.2MPa(表)。试求：

(1) 测得泵输送流量为15m3/h，泵的轴功率为2.2kW时，两分支管路AB及AC的流量。

(2)泵送流量不变，要使AC管路流量大小与上问计算值相同，但水流方向相反所需的泵的轴功率。(取泵的效率为60%，ρ=1000kg/m3，μ=1.0×10-3Pa·s)

11.高位槽中水经总管流入两支管1、2，然后排入大气，测得当阀门k、k1处在全开状态而k2处在1/4开度状态时，支管1内流量为0.5m3/h，求

支管2中流量，若将阀门k2全开，则支管1中是否有

水流出？已知管内径均为30mm，支管1比支管2高

10m，MN段直管长为70m，N1段直管长为16m，N2

段直管长为5m，当管路上所有阀门均处在全开状态时，

总管、支管1、2的局部阻力当量长度分别为l e=11m，

l e1=12m，l e2=10m。管内摩擦系数λ可取为0.025。

12.一空煤气罐容积为800m3，罐中残留煤气的浓度为1.5%(体积分数，下同)。现因检修须进行强制通风以排除残留的煤气，并控制操作使进风量与排风量相等，均为10m3/s。已知进风中煤气含量为0.05%，拟使排风中煤气含量降至0.1%以下，求所需时间。(在排除残留煤气的过程中，虽然罐中气体总量并未变化，但煤气的含量却在不断变化，因此对后者来讲是一个非定态流动过程。按通常的处理方法对煤气进行物料衡算，即可求出答案。)

13.一直径为4 m的圆柱形直立水槽﹐槽底装有内径为50mm的钢管，管长为40m，水平铺设。开启阀门，槽内的水可从管内流出。已知水温为20℃，

水的密度为1000kg/m3，流体的摩擦系数λ=0.03，与直

管阻力相比局部阻力均可忽略不计。试求：

(1) 槽内水深为6m时的排水量，以m3/h表示；

(2) 槽内水深从6m降为4 m所需的时间。

14.圆桶形高位槽直径位为0.5m，底部接一长为30m(包括局部阻力当量长度)、内径为20mm 的管路，摩擦系数λ=0.02。水平支管很短﹐除阀门外的其他阻

力可忽略，支管直径与总管相同。高位槽水面与支管出口的初

始距离为5m，槽内水深为1m，阀门1、2的类型相同。试求：

(1) 当阀门1全开(ζ=2)，阀门2全关时，支管1中的瞬时流速；

(2) 在上述情况下，将槽中的水放出一半，所需的时间；

(3) 若在阀门1全开、阀门2全关的条件下放水100s后，将阀

门2也全开，放完槽中的水总共需要的时间。

15.在两个相同的填料塔中填充高度不等的填料，用相同钢管并联组合，

两支路管长均为5m，管径均为0.2m，摩擦系数均为0.02，每支管均安

装一个闸阀。塔1、塔2的局部阻力系数ζ1=10、ζ8=8。已知管路总流量

始终保持为0.3m3/s。试求：

(1) 当阀门全开(ζC=ζD=0.17)时，两支管的流量比和并联管路能量损失；

(2) 阀门D关小至两支路流量相等时，并联管路能量损失；

(3) 当将两阀门均关小至(ζC=ζD=20时，两支路的流量比及并联管路能量

损失。