1.3　名校考研真题详解

一、选择题

1计算管路系统突然扩大的局部阻力时，速度值应取（　　），计算突然缩小的局部阻力时，速度值应取（　　）。[华南理工大学2011研]

A．小管的流速

B．大管的流速

C．上游管道的流速

D．大管与小管的流速平均值

【答案】A；A

【解析】计算系统突然扩大或缩小的局部阻力时，速度值都应取小管流速。

2流体在圆形直管中流动时，若流动已进入完全湍流区，则随着流速的增大，下列四种论述中正确的是（　　）。[华南理工大学2017研]

A．摩擦系数减少，阻力损失增大

B．摩擦系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，阻力损失与流速的平方成正比

C．摩擦系数减少，阻力损失不变

D．摩擦系数与流速无关，阻力损失与流速的平方成正比

【答案】D

【解析】当流体进入完全湍流区时，摩擦系数和粗糙程度有关，而随着流速的增大，摩擦系数不变，由阻力损失公式可知，阻力损失只与流速的平方成正比。

二、填空题

1某流体在直管中作层流流动，在流速不变的情况下，管长、管径同时增加一倍，并保持层流流动状态不变，则其阻力损失为原来的______倍。[浙江大学2011研]

【答案】0.5

【解析】根据公式h_f＝λlu²/2d，层流流动时λ＝64/Re＝64μ/duρ，可得出流速相同时，h_f∝l/d²，因此管长管径都增加一倍时，h_f变为原来的0.5倍。

2转子流量计应安装在______段的管路上，已知某流量计的转子为不锈钢，在测量密度为1.2kg/m³的空气流量时的最大量程为400m³/h。若测量密度为0.8kg/m³的氨气流量，则在流量计校正系数假设不变的前提下，该流量计的最大量程近似为______m³/h。[华南理工大学2011研]

【答案】介质流向自下而上、无振动的垂直；490

【解析】根据《压力管道设计审批人员培训教材》里面的规定，转子流量计必须安装在介质流向自下而上、无振动的垂直管道上。安装时要保证流量计前应有不小于5倍管子内径的直管段，且不小于300mm。在流量计校正系数假设不变的前提下且因转子密度远大于气体密度，

代入计算得q_V，g2＝490m³/h。

3流体在管内作层流流动，如流量不变，若仅增大管径，则摩擦系数变______，直管阻力变______。[重庆大学2010研]

【答案】大；小

【解析】流体处在层流流动，则λ＝64/Re，Re＝duρ/μ，其中流速u＝q_V/（πd²/4），则λ＝16πμd/（ρq_V），由于其中流量q_V不变，当管径增大时，摩擦系数也增大。直管阻力h_f＝λlu²/2d＝8πμlu²/ρQ，因为流量不变，管径增大，流速u变小，所以直管阻力h_f变小。

4某长方形截面的通风管道，其截面尺寸为60mm×40mm，其当量直径d_e为______。[中山大学2011研]

【答案】0.048m

【解析】当量直径d_e＝4A/∏＝4×0.04×0.06/[2×（0.04＋0.06）]＝0.048m。

二、简答题

化工原理实验中使用了哪些测试流量、压强的方法？它们各有什么特点？[中南大学2012研]

答：（1）化工原理实验中使用了转子流量计测试流量，用U型管压差计、压差变送器测试压强。

（2）它们各自的特点如下：

①转子流量计具有恒流速、恒压差的特点，随流量的大小变化，转子可以上、下浮动。

②U形管压差计结构简单，使用方便、经济。

③压差变送器将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差-电流回归式计算出相应的压差，可测大流量下的压强差。

三、计算题

1在如图1-3-1管路系统中，用离心泵将40℃的油品（ρ＝800kg/m³）由容器A送往罐B，全部管线的直径均为ϕ57×3.5mm，今测得泵前后压力表读数分别为81kPa及486kPa（两压力表之间的垂直距离很小，可忽略）。容器A液面上方表压为64.8kPa，罐B则与大气相通，孔板处U管压差计的读数R为200mm（指示剂为汞，ρ′＝13600kg/m³），孔流系数C₀＝0.62，孔内径为25mm。在操作过程中，A、B液面及其上方的压强均保持不变，油品在管内的流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。试求：

（1）管路中流体的流量（m³/h）；

（2）自A至B全部管线的总当量长度（包括局部阻力的当量长度）。[浙江大学2011研]

图1-3-1

解：已知：ρ＝800kg/m³，ρ′＝13600kg/m³，d＝57－2×3.5＝50mm＝0.05m，d₀＝0.025m，λ＝0.03，p₁＝81kPa，p₂＝486kPa，p_A＝64.8kPa，p_B＝0，R＝0.2m，C₀＝0.62，h_A＝3m，h_B＝25m。求：（1）q_V；（2）l_e。

（1）孔板流量计孔处流速

将数据代入得：u₀＝4.9m/s。

又因为u₀d₀²＝ud²，得出：u＝1.23m/s。

故管路中流量

q_V＝uA＝uπd²/4＝0.0024m³/s＝8.7m³/h

（2）在1、2之间列机械能恒算式有

p₁/（ρg）＋h_e＝p₂/（ρg）

代入数据h_e＝51.6m。

A、B之间机械能衡算

p_A/（ρg）＋h_A＋h_e＝p_B/（ρg）＋∑h_f＋h_B

代入数据解得：∑h_f＝37.9m。

由∑h_f＝λlu²/（2dg）得：l_e＝819m。

2用水泵将水从池中同时送入A、B两水槽，数据如图1-3-2所示。操作为稳定过程。水池与两水槽均为敞口，已知各管路均为粗糙管，内径相等，水在各管道中的流动均属于阻力平方区，且摩擦系数λ值均相等，并且O至A、A至B、A至C三段管路的长度与局部阻力当量长度（l＋l_e）都相等，操作时泵提供的扬程为14m，问V₂/V₁为多少？[中山大学2010研]

图1-3-2

解：依题意，从O-O界面到C-C界面列出伯努利方程

　①

其中z₀＝0，z_c＝8m，p₀＝p_c＝0，u₀＝u_c＝0，故

同理O-O界面到B-B界面列出伯努利方程

　②

其中z₀＝0，z_B＝5m，p₀＝p_B＝0，u₀＝u_B＝0，故

又根据分支管路总管流量等于各支管流量之和得

V＝V₁＋V₂③

代入数据，由①②③得出：