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(完整word版)青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之流体流动,推荐文档

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第一章 流体流动 一 基本概念 1、连续性方程

2、液体和气体混合物密度求取 3、离心泵特性曲线的测定 二、核心公式

第一章、流体流动与流体输送机械

(1)流体静力学基本方程 (例1-9)

U型管压差计

(2)柏努利方程的应用(例1-14) (3)范宁公式

(4)离心泵的安装高度(例2-5) 三.问答题

1.

(7分)离心泵的特性曲线是如何测定的?其特性曲线主要由哪几条曲线构成?

答:离心泵的特性曲线是在一定转速和常压的清水为工质做实验测得的.主要曲线有:H-Q,N-Q,η-Q三条曲线,在曲线中要注明泵型号、转速. 2. (8分)试说明层流和湍流的主要区别。

答:1.质点的运动运动方式不同,层流只有轴向的运动,没有径向的脉动,而湍流质点是杂乱无章的运动,两个方向的运动都存在. 2. 流体流动速度分布不同:层流为抛物线形式,而湍流则是严格的抛物线,它的速度分布线前端基本是平直的. 3.运动的受力情况不同:层流主要是内摩擦力,服从牛顿粘性定律,而湍流由湍流应力和内摩擦力共同作用,可以仿造牛顿粘性定律写为: 3. 离心泵启动前,为什么要先灌满水?与离心泵安装高度有关的性能指标有那些? 4.选择输送管路的管径时,从技术经济角度应考虑那些因素?如何选择?

5.离心泵的实验中,泵启动前与关闭时注意什么问题,为什么?流量调节采用什么方法,其优缺点各是什么? 6. 搞清楚离心泵的扬程与升扬高度、允许吸上高度和安装高度各组概念的区别和联系。(6分)

(1)扬程又称压头,是泵对1N液体所提供的有效能J/N;而升扬高度指泵上、下游两液面的垂直高度,它只是扬程中位能差一项。 (2)允许吸上高度Hg是指上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离。 为保证泵的正常可靠运行,泵的实际安装高度要比Hg再降低(0.5~1.0)m。 7.什么是汽蚀余量?

??(??e)dudy答:为了防止离心泵汽蚀现象的发生,在离心泵的入口处液体的静压头与动压头之和(

2p1u1??g2g)必须大于操作温度下液体的饱和蒸汽压头

pv?g2pp1u1??v)某一最小值,此最小值即为离心泵的允许汽蚀余量,即NSPH??g2g?g (NSPH为离心泵的允许汽蚀余量)

8.何谓气缚现象?如何防止?

答:离心泵只能空转而不能输送液体的现象。离心泵启动前应灌满液体。 12. 什么是“气缚”现象?什么是“气蚀”现象?

13. 什么是离心泵的工作点?如何调节离心泵的工作点? 四.计算题

1、本题附图中所示的高位槽液面维持恒定,管路中ab和cd两段的长度、直径及粗糙度均相同。某液体以一定流量流过管路,液体在流动过程中温度可视为不变。问:(1)液体通过ab和cd两管段的能量损失是否相等?

(2)此两管段的压强差是否相等?并写出它们的表达式; (3)两U管压差计的指示液相同,压差计的读数是否相等?(10分)

Lu2解:(1)由?hf??d2 ,管路相同,则d,u相同,L相同,

??f(Re,?/d) ,?相同,

?hfab??hfcd 流体过ab和cd两段的能量损失相同. (3分)

(2)ab段:

gza?

pa??p1212ua?gzb?b?ub??hfab 2?2

ua?ub

?(pa?pb)?pc???hfab?g?z (1)

Cd段;

gzc??p1212uc?gzd?d?ud??hfcd 2?2??hfcd

?(pc?pd)?(2)由(1)(2),压强差不相等.

(3)ab间压差:

pa?pb??0gR1??gR1??gh

(1)与(3)

??hfab??gh??0gR1??gR1??gh

?z?h ??hfab?gR1(?0??) (5)

Cd间压差:

pc?pd??0gR2??gR2 (4)

(2)与(4)

?0gR2??gR2???hfcd

所以,

??hfcd?gR2(?0??) (6)

R1?R2 压差计读数相同.

由(5)(6),

2、(20分) 在管路系统中装有离心泵,如图。管路的管径均为80mm,吸入管直管长度为6m,压出管直管长度为13m,两段管路的摩擦系数均为0.03,

3

压出管装有阀门,其阻力系数为ζ=6.4,管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m,管内流量为0.012m/s。试求:

(1) 泵的扬程? (2) 泵进口处断面上的压强为多少?

(标准弯头的局部阻力系数ζ=0.75,入口的局部阻力系数ζ=0.5,大气压强为760mm,高位槽液面维持不变) (1)选截面1-1’、2-2’如图,以1-1’面为基准

z1=0 u1=0 p1=0(表压) z2=10m u2=0 p2=0(表压)

列柏努利方程

u12p1u12pz1???He?z2??2?Hf

2g?g2g?g 即 He=10+Hf

??2??u?l???Vs?1?l入?l出Hf????? ?????????2g?dd???d2?2g?????4?2???0.012?16?13?????0.03??0.5?1?0.75?3?6.4? ? =

0.06??3.140.062?2?9.81????4??18m ∴ He=10+18=28m

2 (2)取3-3’截面 z3=2m, u3=u=

Vs?4?4.25m/s

d2 在1-1’,3-3’间列柏努利方程

0=

p322u3??入?u3?gz3??????入??2?d?2

22u3??入?u3 ∴p3?[gz3??????入?]

2?d?2?4.252?64.252?? =?10009.81?2???0.03??0.75?0.5????

20.062???? =-62970Pa(表压)

绝对压强 P3’=P3+P0=-62970+1.0133x105=38360Pa

3 在图示管路中装有离心泵,吸入管直径d1=80mm,长L1=6m,阻力系数?1=0.02,压出管直径d2=60mm,长L2=13m,阻力系数 ?2 =0.03 。在管路

A、B、E、F、G处的局部阻力系数分别为?A =0.5, ?B=0.75, ?E=6.4, ?F=0.75, ?G=1,管路两端水面高度差H=10m,泵进口高于水面2m,管内流量为12?10-3m3/s,试求:

i. 每千克流体需从离心泵获得多少机械能? ii. 泵进、出口断面的压强PC和PD各为多少?

4Q4?12?10?3解:(1)u??2.39m/s 吸?22?d1??0.082d10.082?2.39 uu吸??4.24m/s 压?0.06d22在1?1?和2?2?之间

we?p2?p1?2u2?u12??g(z2?z1)??hf,1?2

22u2?u12?0

2因

p2?p1??0,

g(z2?z1)?gH?9.81?10?98.1J/kg

?hf,1?2u吸ul1l?(?1??A??B)?(?22??E??F??G)压d12d22

2262.392134.242?(0.02??0.5?0.75)??(0.03??6.4?0.75?1)?0.0820.062?139.5J/kg所以

we?98.1?139.5?237.6J/kg (10分)

(2)在1?1?和C?C?之间

pc??pa??gzc?2u吸2??hf,1?c

1.013?1052.39262.392??9.81?2??(0.02??0.5?0.75)?100020.082?71J/kgpc?7.1?104Pa

在断面D?D?和2?2?之间

pD??g(z2?zD)?pa??hf,D?22u压?21.013?105134.242?9.8?8??(0.03??6.4?0.75?1?1)?10000.062?302.5J/kgpD?3.02?105Pa (10分)

4 如本题附图所示。每小时有12×10Kg水在倾斜放置的变径管内从下向上作定态流动。已知细管内径d1=100 mm,粗管内径d2=240mm, 图中2—2’面比1—1’面高H2=300 mm,1—1’面与2—2’面间有软管与水银压差计相连,其上指示剂读数R=20 mm,求2—2’面与1—1’面间的摩擦阻力。

注:水密度:1000 Kg/ m,指示剂密度:13600 Kg/ m,g=9.81m/s

3

3

2

4

22'H2在1-2截面间列柏努利方程:

011'0'2u12p2u2gz1???gz2????hf,1?2 ① ?2?2p1H1Rm24 mnu1?Ws4Wsd12??4.25m/s)?0.737m/s, ,u2?u1(2?A1??d1d22 mZ1?Z2??0.3m

对u型管压差计,mn面为等压面,

pm?pn,即

p1??gH1?p2??g(H2?H1?R)??汞gR

p1?p2??gH2?(?汞??)gR?1000?9.81?0.3?(13600?1000)?9.81?0.02?5415pa

由①式得

2u12?u2p?p2?g(z1?z2)??12??hf,1?2

代入数值得

?h

f,1?24.252?0.73725415??0.3?9.81???11.2J/kg

210005.用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶,贮液池水面维持恒定,各部分相对位置如图所示。输水管直径为76×3mm,排水管出口喷头连接处的压强为6.15×104Pa(表压),送水量为34.5m3/h,水流经全部管道(不包括喷头)的能量损失为160J/Kg,泵效率为75%,求①泵的有效功率②轴功率. 注:水密度:1000 Kg/ m, g=9.81m/s

1.取水槽液面为1-1’截面,喷头连接处为2-2’截面,水槽液面为基准面 在1-2截面间列柏努利方程:

3

2

2u12p2u2gz1???we?gz2????hf,1?2 ①

?2?2p1u1?0,

z1?0,

z2?24?2?26m ,

p1?0Pa(表压),

p2?6.15?104Pa(表压),

?hf,1?2?160J/kg

u2?Vs?d2?434.5?2.49m/s 2?3600?4?0.07由 ① 式,得

we?g(z2?z1)?p2?p1?2u2?u12???hf,1?2

26.15?1042.492we?9.81?26???160?479.7J/kg

10002Ne?We?Ws?We???Vs?479.7?1000?2.

34.5?4.6KW

3600??NeN4.6?N?e??6.13kw N?0.753

3

6.(10分)用3B33型水泵从一敞口水槽中将水送到它处,槽内液面维持恒定。输水量为50.4m3/h,吸入管路阻力为1.2m,吸入管内径为80mm,

求该泵在输送65℃水时的安装位置。已知3B33型水泵的允许吸上真空度为3m,泵工作地点的Ha约为10m,65℃水的饱和蒸汽压Pv=2.554×10 Pa,密度为980.5 Kg/ m,允许吸上真空度校正公式为:Hs=[Hs’+(Ha-10)-(Pv/(9.81×10)-0.24)] ×1000/ρ 解:

'Hs?[HS?(Ha?10)?(4

pv1000?0.24)]?9.81?103? (3分)

2.554?1041000?[3?10?10?(?0.24)]??0.65m39.81?10980.5u?Vs?d2?450.43600??4?2.79m/s (2分)

?0.082

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