《化工单元操作》伯努利方程（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《化工单元操作》伯努利方程-讲义 1、掌握伯努利方程及其应用。 知识点一 流动流体所具有的能量 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。 质量为1kg、距基准水平面的垂直距离为z 的流体的位能为gz; 质量为1kg、流速为u的流体的动能为u²/2; 质量为1kg、压力为p 的流体的静压能为p。 位能 动能 静压能 加入功 损失能量 单位 1kg Zg u²/2 P/p we ∑hf J/k 1N Z u²/2g P/pg He Hf m 下列哪种能量不属于流动流体所具有的能量（ ） A. 内能 B. 电能 C. 位能 D. 动能 【答案】B 【解析】流动流体具有位能、动能、静压能、内能等，电能不属于流动流体本身具有的能量，选 B。 1. 流体流动时，克服沿程阻力所消耗的能量称为（ ） A. 局部阻力损失 B. 沿程阻力损失 C. 总能量损失 D. 静压能损失 【答案】B 【解析】流体流动时克服沿程阻力所消耗的能量是沿程阻力损失，克服局部阻力（如阀门、弯头处）消耗的能量是局部阻力损失，两者之和是总能量损失，选 B。 2. 当流体在管内流动时，若 Re<2000，则流体的流动类型为（ ） A. 层流 B. 湍流 C. 过渡流 D. 无法确定 【答案】A 【解析】雷诺数 Re 是判断流体流动类型的依据，Re<2000 时为层流，2000<Re<4000 为过渡流，Re>4000 为湍流，选 A。 3. 以下哪种措施不能减小流体在管道中的阻力损失（ ） A. 增大管径 B. 减小管壁粗糙度 C. 增加管道长度 D. 减小流速 【答案】C 【解析】增大管径、减小管壁粗糙度、减小流速都能减小阻力损失，而增加管道长度会增大沿程阻力损失，选 C。 1. 流体流动时，其机械能不包括（ ） A. 位能 B. 静压能 C. 表面能 D. 动能 【答案】C 【解析】流体机械能包括位能、静压能、动能，表面能不属于机械能，选 C。 2. 流体在管道中流动时，由于突然扩大而产生的能量损失属于（ ） A. 沿程阻力损失 B. 局部阻力损失 C. 位能损失 D. 动能损失 【答案】B 【解析】突然扩大、突然缩小、阀门等造成的能量损失是局部阻力损失，选 B。 3. 下列关于理想流体的说法正确的是（ ） A. 理想流体有黏性 B. 理想流体流动时无能量损失 C. 实际中存在大量理想流体 D. 理想流体的密度会随温度变化而显著变化 【答案】B 【解析】理想流体是无黏性的，流动时无能量损失，A 错误，B 正确；实际中不存在理想流体，C 错误；理想流体假设中，密度一般不随温度变化而显著变化，D 错误。 · 流体具有动能、势能和静压能三种形式 · 动能与流体质量、流速平方成正比 · 势能与流体质量、位置高度成正比，静压能与流体压力、体积成正比。 知识点二 能量守恒定律 1kg 流体为基准的连续稳定流动系统的能量衡算式为： 此式称为柏努利方程式。 对于理想流体， 再若无外功加入，则有 1N 流体为基准的连续稳定流动系统的能量衡算式为： 柏努利方程适用于不可压缩流体连续的稳定流动。 伯努利方程的适用条件不包括（ ） A. 理想流体 B. 稳定流动 C. 不可压缩流体 D. 黏性流体 【答案】D 【解析】伯努利方程适用于理想流体（无黏性）、稳定流动且不可压缩流体，黏性流体会有能量损失，不满足伯努利方程条件，所以选 D。 1. 应用伯努利方程时，选取的两个截面应（ ） A. 垂直于流动方向 B. 平行于流动方向 C. 可以任意选取 D. 必须是渐变流截面 【答案】D 【解析】应用伯努利方程选取的两个截面必须是渐变流截面（或均匀流截面），这样才能保证截面上压强分布符合静力学规律，A、B、C 选项描述不准确，选 D。 2. 某流体在倾斜管道中流动，应用伯努利方程时，基准面应（ ） A. 与管道平行 B. 与管道垂直 C. 选取任意水平面 D. 选取管道最高点所在平面 【答案】C 【解析】应用伯努利方程时，基准面可选取任意水平面，但一旦选定，各截面的位能z都应相对于该基准面计算，A、B、D 选项描述不准确，选 C。 3. 不可压缩理想流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方，流体的（ ） A. 静压能增大 B. 动能减小 C. 机械能增大 D. 流速增大 【答案】D 【解析】不可压缩理想流体稳定流动，管径缩小，根据连续性方程流速增大；再根据伯努利方程，流速增大时静压能减小，理想流体机械能守恒，所以 A、B、C 错误，选 D。 1. 伯努利方程反映了流体流动过程中的（ ）守恒。 A. 质量 B. 能量 C. 动量 D. 体积 【答案】B 【解析】伯努利方程体现了单位质量流体在流动过程中位能、动能、静压能以及能量损失之间的关系，反映的是能量守恒，质量守恒由连续性方程体现，选 B。 2. 应用伯努利方程计算时，压强p可以采用（ ） A. 绝对压强 B. 表压强 C. 真空度 D. 以上都可以，但要统一 【答案】D 【解析】在伯努利方程计算中，压强p可以采用绝对压强、表压强或真空度，但在同一方程中必须统一，选 D。 3. 某理想流体在水平管道中流动，管道中有一阀门，阀门前后截面分别为 1 和 2，忽略能量损失，阀门关闭时，两截面处的（ ） A. 流速都为 0，压强相等 B. 流速都为 0，压强不相等 C. 流速不为 0，压强相等 D. 流速不为 0，压强不相等 【答案】A 【解析】阀门关闭，流体静止，流速都为 0；对于静止流体，水平管道中各点压强相等，选 A。 · 方程形式及适用条件：理想流体、稳定流动、不可压缩时，方程为常数 ，Z是高度，P为压强，u是流速，为密度 。黏性流体需考虑阻力和动能校正系数等。 · 物理意义：体现了位能、静压能、动能间的相互转化与守恒，如水平管道中，流速大处压力小，流速小处压力大 。 · 常见应用：用于计算小孔流速、制作毕托管和文丘里管等，在水利、航空、化工管道等领域广泛应用 。 知识点三 柏努利方程式的应用 柏努利方程式与连续性方程式的联合应用，可解决流体输送中的各种有关问题，其中还包括进行管路计算及根据流体力学原理进行流速或流量的测量等。 (1)柏努利方程式解题要点 1、作图与确定衡算范围：根据题意画出流动系统的示意图，并指明流体的流动方向。定出上、下游截面，以明确流动系统的衡算范围。 2、截面的选取：两截面均应与流动方向相垂直，并且在两截面间的流体必须是连续的。所求的未知量应在截面上或在两截面之间，且截面上的Z、u、p等有关物理量，除所需求取的未知量外，都应该是已知的或能通过其它关系计算出来。两截面上的u、p、Z与两截面间的都应相互对应一致。即根据题目所示高度确定两截面的位置。 3、基准水平面的选取基准水平面可以任意选取，但必须与地面平行。如衡量系统为水平管道，则基准水平面通过管道的中心线，△Z=0。 4、两截面上的压强：两截面的压强除要求单位一致外，还要求基准一致，即用表压还是绝压要统一。 5、单位必须一致：在用柏努利方程式解题前，应把有关物理量换算成一致的单位，然后进行计算。 6、截面很大时，贮槽贮罐，流速可认为零。 用柏努利方程计算高位槽向反应器供料的流速时，选取的上游截面应在（ ） A. 高位槽底部 B. 高位槽液面 C. 反应器进口 D. 连接管道的中间 【答案】B 【解析】在这种情况下，选取高位槽液面为上游截面较为合适，因为此处的压强、流速等参数容易确定（液面流速近似为 0，压强一般为大气压），方便代入柏努利方程进行计算，其他选项不符合常规选取原则，所以选 B。 1. 流体在管道中流动，突然扩大处的局部阻力损失主要源于（ ） A. 流速增大 B. 流速减小 C. 流体的碰撞和漩涡 D. 压强变化 【答案】C 【解析】在管道突然扩大处，流体流速突然改变，会形成碰撞和漩涡，导致能量损失，这是局部阻力损失的主要原因。流速变化和压强变化不是直接导致局部阻力损失的根源，选 C。 2. 某离心泵将水池中的水输送到高处的水箱，在计算泵的扬程时，柏努利方程中的位能差应是（ ） A. 水箱液面与水池液面的高度差 B. 泵出口与水池液面的高度差 C. 泵进口与水箱液面的高度差 D. 泵出口与泵进口的高度差 【答案】A 【解析】泵的扬程是单位重量流体从泵进口到泵出口获得的能量，在这种情况下，以水池液面为基准面，水箱液面与水池液面的高度差就是流体需要提升的高度，对应位能差，用于计算泵的扬程，选 A。 3. 用柏努利方程计算流体通过阀门的能量损失时，应选取阀门（ ）的截面 A. 进口和出口 B. 进口 C. 出口 D. 中间 【答案】A 【解析】为计算流体通过阀门的能量损失，需要对比阀门进口和出口处流体的能量变化，所以应选取阀门进口和出口的截面，代入柏努利方程计算两者能量差，即能量损失，选 A。 1.流体在管道中流动，若要减小局部阻力损失，可采取的措施是（ ） A. 增加管道长度 B. 减小管径 C. 采用光滑的弯头 D. 增大流速 【答案】C 【解析】采用光滑的弯头可减少流体在弯头处的碰撞和漩涡，从而减小局部阻力损失。增加管道长度会增加沿程阻力损失；减小管径会使流速增大，可能增大局部阻力损失（如在阀门等地方）；增大流速也会使局部阻力损失增大，选 C。 2.某理想流体在管道中流动，遇到一个突然缩小的截面，经过该截面后，流体的（ ） A. 动能减小 B. 静压能增大 C. 流速增大 D. 总机械能增大 【答案】C 【解析】理想流体在管道中遇到突然缩小截面，根据连续性方程，管径变小，流速增大；再由柏努利方程，流速增大时静压能减小，动能增大，理想流体总机械能守恒，选 C。 3.用柏努利方程计算流体在管道中流动的能量损失时，若计算结果为负值，说明（ ） A. 计算错误 B. 流体获得了能量 C. 能量损失为零 D. 无法确定 【答案】A 【解析】能量损失\(h_{f}\)是指流体克服阻力消耗的能量，一定是正值。若计算结果为负值，说明计算过程中出现错误，不可能出现流体自发获得能量（在这种常规计算情境下），选 A。 · 确定流动系统中流体的压强、速度和位置能之间的关系。 · 分析管道、泵与风机等设备的性能，计算能量转换与损失。 · 解决实际工程问题，如管路设计、流量测量、设备选型等。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$