专题二 流体在不同条件下的观察与测定（讲义）-《化工单元操作》（化工社） 专题复习讲练测

专题二 流体在不同条件下的观察与测定（讲义）-《化工单元操作》化工社-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.准确描述层流和湍流的特点，能解释产生层流和湍流的条件及影响因素。 2.理解雷诺实验的目的、原理和实验装置。掌握雷诺数的计算方法及其在判断流体流动形态中的作用。 3.熟练写出伯努利方程的表达式，并解释各项的物理意义。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、层流与湍流 流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流，如图1-17所示。 层流(或称滞流)时，流体质点仅沿着与管轴平行的方向作直线运动，流体分为若干层平行向前流动，质点之间互不混合；湍流(或称紊流)时，流体质点除了沿管轴方向向前流动外，还有径向脉动，各质点的速度在大小和方向上都随时发生变化，质点互相碰撞和混合。 二、雷诺实验 雷诺实验装置如图1-18所示。图中储槽水位通过溢流保持恒定，高位槽内为有色液体，与高位槽相接的细管喷嘴保持水平，并与水平透明水管的中心线重合，实验时，两管内的流速可以通过阀门调节。 打开水管上的调节阀，使水进行稳定流动，将细管上的阀门也打开，使高位槽内的有色液体从喷嘴水平喷入水管中，改变水管内水的流速，可以发现三种不同的实验结果。 当流速较低时，有色液体呈一条直线在水管内流动；随着水管内水的流速的增加，这条线开始变曲并抖动起来；继续增加水管内水的流速，当增加到某一流速时，有色液体一离开喷嘴就立即与水均匀混合并充满整个管截面。这说明，流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流。 三、流体流动形态的判定 流体的流动形态可以通过雷诺数Re来判定。 Re的大小反映了流体的湍动程度，Re越大，流体湍动程度越强。 当Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；当2000<Re<4000时，可以看作是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者看作是两者的共同贡献，而不是一种独立的流动形态。 四、伯努利方程 流体流动时主要有三种能量会发生变化：位能、动能和静压能，这三种能量均为机械能。 如图1-20所示，对于理想流体，各截面的机械能是守恒的，即： 此方程称为理想流体的伯努利方程。 五、流量计 测量流体流量的仪表一般叫流量计。测量流量的方法很多，其测量原理和所应用的仪表结构形式各不相同，因而分类方法也较多。 (1)速度式流量计 这是一种以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表，常见的有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计等。 (2)容积式流量计 这是一种以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表，常见的有椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等。 (3)质量流量计 这是一种以测量流体流过的质量为依据的流量计。常见的有量热式、角动量式、陀螺式和科里奥利力式等质量流量计。质量流量计具有测量精度不受温度、压力、黏度等变化影响的优点，是未来发展中值得期待的流量测量仪表。 六、转子流量计 它是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒定压降、改变节流面积的流量测量方法。转子流量计如图1-22所示。它是由一个截面积自下而上逐渐扩大的锥形管构成，管上标有刻度，管内装有一个由金属或其他材料制作的转子，转子可以在锥形管内自由地上升和下降，当流体流过转子时，能推转子旋转，因此称为转子流量计。当转子停留时，转子最大截面积对应的刻度即为此时的流量。转子停留的位置越高，则流量越大。 [真题练讲] 1.（2022年浙江省统一考试） 伯努利方程中的速度项是指（ ）。 A. 平均速度 B. 最大速度 C. 瞬时速度 D. 以上都不是 答案：A 解析：伯努利方程中的速度项是指平均速度。 2.（2023年浙江省统一考试）差压式流量计的压差与流量的关系是（ ）。 A. 正比 B. 反比 C. 平方正比 D. 平方根正比 答案：D 解析：差压式流量计的压差与流量的平方根成正比。 3.（2021年浙江省统一考试）转子流量计中的转子材料通常为（ ）。 A. 塑料 B. 金属 C. 玻璃 D. 陶瓷 答案：B 解析：转子流量计中的转子材料通常为金属。 4.（2022年河南省统一考试）流体流动形态的判定主要依据什么参数？（ ） A. 流速 B. 粘度 C. 密度 D. 雷诺数 答案：D 解析：雷诺数是判定流体流动形态的重要参数。 5.（2019年湖北省统一考试）伯努利方程中不涉及以下哪个物理量？（ ） A. 压力 B. 速度 C. 高度 D. 温度 答案：D 解析：伯努利方程涉及压力、速度、高度和密度等物理量，不涉及温度。 [限时练讲] 1.层流和湍流的主要区别在于（ ）。 A. 流速大小 B. 流动方向 C. 流动的规律性 D. 流体的密度 【答案】C 【解析】层流流动有规则，湍流流动紊乱无规则。 2.雷诺数越大，流体的流动形态越趋向于（ ）。 A. 层流 B. 湍流 C. 过渡流 D. 静止 【答案】B 【解析】雷诺数越大，流体越趋向于湍流。 3.速度式流量计不包括以下哪种？（ ） A. 涡轮流量计 B. 电磁流量计 C. 超声波流量计 D. 质量流量计 【答案】D 【解析】质量流量计不属于速度式流量计。 4. 容积式流量计测量的是流体的什么？（ ） A. 体积流量 B. 质量流量 C. 流速 D. 压力 【答案】A 【解析】容积式流量计测量的是流体的体积流量。 5.质量流量计可以直接测量什么？（ ） A. 体积流量 B. 质量流量 C. 流速 D. 压力 【答案】B 【解析】质量流量计可以直接测量质量流量。 6.湍流时，流体的脉动程度与（ ）有关。 A. 流速 B. 粘度 C. 密度 D. 雷诺数 【答案】D 【解析】雷诺数越大，湍流的脉动程度越大。 7.速度式流量计的输出信号通常为（ ）。 A. 模拟信号 B. 数字信号 C. 脉冲信号 D. 以上都有 【答案】D 【解析】速度式流量计的输出信号有模拟信号、数字信号和脉冲信号等。 8.差压式流量计的工作原理是什么？ 【答案】差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差来实现流量测量。 9.伯努利方程的适用条件有哪些？ 【答案】伯努利方程适用于理想流体的稳定流动，且在同一流线上。 10.差压式流量计安装时有哪些注意事项？ 【答案】安装时要保证节流装置前后有足够的直管段长度，安装方向要正确，引压管要正确连接等。 11.转子流量计在使用时需要进行校正吗？为什么？ 【答案】需要校正。因为不同流体的密度和粘度不同，会影响测量结果。 12.如何提高差压式流量计的测量精度？ 【答案】选择合适的节流装置，保证安装正确，定期进行校准和维护等。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.流体的流动形态是各不相同的，通常认为流体的流动形态有两种，即层流与湍流。 ​2.流体流动形态的判定：当Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；当Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；当2000<Re<4000时，可以看作是不完全的湍流，或不稳定的层流，或者看作是两者的共同贡献，而不是一种独立的流动形态。 ​3.流体流动时主要有三种能量会发生变化：位能、动能和静压能，这三种能量均为机械能。 ​4.转子流量计：是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒定压降、改变节流面积的流量测量方法。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$