《电厂热工与流体力学基础》复习题(有答案)
一、 填空题
1. 水蒸汽在T---S图和P---V图上可分为三个区，即( 未饱和水 )区，( 湿蒸汽 )区和( 过热蒸汽 )区。
2. 一般情况下，液体的对流放热系数比气体的( 大 )，同一种液体，强迫流动放热比自由流动放热( 强烈 )。
3. 水蒸汽凝结放热时，其温度( 保持不变 )，主要是通过蒸汽凝结放出( 汽化潜热 )而传递热量的。
4. 管道外部加保温层使管道对外界的热阻( 增加 )，传递的热量( 减少 )。
5. 炉受热面外表面积灰或结渣，会使管内介质与烟气热交换时的热量( 减弱 )，因为灰渣的( 导热系数 )小。
6. 根据传热方程式，减小 (传热热阻)，增大(传热面积)，增大(传热温差)，均可以增强传热。
7. 相同参数下，回热循环与朗肯循环相比，汽耗率(增大)，给水温度(提高)，循环热效率(提高)， 1kg蒸汽在汽轮机内作功(减小)。
8. ( 绝对 )压力小于( 当地 )大气压力的那部分数值称为真空。
9. 朗肯循环的工作过程是：工质在锅炉中被(定压加热)汽化和(过热 )的过程;过热的蒸汽在汽轮机中(等熵膨胀作功 );作完功的乏汽排入凝汽器中(定压凝结 )放热，凝结水在给水泵中绝热(压缩)。
10. 蒸汽中间再热使每公斤蒸汽的作功能力(增大)，机组功率一定时，新蒸汽流量(减少)，同时再热后回热抽汽的(温度)和(焓值)提高，在给水温度一定时，二者均使回热抽汽量(减少)，冷源损失(增大)。
11. 火力发电厂中的( 空气 )、燃气 、和( 烟气 )可作为理想气体看待，而( 水蒸汽 )应当做实际气体看待。
12.锅炉受热面外表面积灰或结渣，会使管内介质与烟气热交换时的热量( 减弱 )，因为灰渣的( 导热系数 )小。
13. 水蒸汽的形成经过五种状态的变化，即( 未饱和)水→( 饱和 )水→( 湿饱和 )蒸汽→( 干饱和 )蒸汽→( 过热 )蒸汽。 14. 过热蒸汽温度超出该压力下的(饱和)温度的(度数 )称为过热度。
二、选择题
1、同一种流体强迫对流换热比自由流动换热( C )。 A、不强烈; B、相等; C、强烈; D、小。
2、热导率大的物体，导热能力(A ) A. 大; B. 小; C. 不发生变化。
3.流体流动时引起能量损失的主要原因是( C )
A、流体的压缩性 B、流体的膨胀性 C、流体的粘滞性 4.朗肯循环是由( A )组成的。
A、两个等温过程，两个绝热过程 B、两个等压过程，两个绝热过程 C、两个等压过程，两个等温过程 D、两个等容过程，两个等温过程。 5.省煤器管外是( D )。
A.沸腾换热;B.凝结换热;C.水强制流动对流换热;D.烟气强制流动对流换热 6.下列几种对流换热系数的大小顺序排列正确的是：(C )。
A.α水强制>α空气强制>α空气自然>α水沸腾; B.α水沸腾>α空气强制>α水强制>α空气自然; C.α水沸腾>α水强制>α空气强制>α空气自然。
7.当物体的热力学温度升高一倍时，其辐射能力将增大到原来的( C )倍： A.四倍;
B.八倍;
C.十六倍。 8.在锅炉中，烟气以对流换热为主的部位是(C )。 A.炉膛; B.水平烟道; C.垂直烟道
9.稳定流动时，A断面直径是B断面的2倍，B断面的流速是A断面流速( D )倍。
A.1; B.2; C.3; D.4。
10.当管排数相同时，下列哪种管束排列方式的凝结换热系数最大：( A ) A、叉排;
B、顺排; C、辐向排列; D、无法判断
11. 锅炉内工质的温度等于其压力对应的饱和温度时，该工质可能为( D )。 A、干饱和蒸汽;B、湿蒸汽;C、饱和水;D、以上三种情况都有可能。
12、下列( D )不可视为理想气体。
A、空气 B、烟气 C、燃气 D、火电厂的工质水蒸汽
13、绝对压力p，真空pv，大气压力Pa间的关系为( B )
A、p+pv+pa=0 B、pa- pv- p=0 C、p-pa-pv=0 D、p+pa-pv=0
14、实用h-s图上不能查出水蒸汽参数的状态是： ( C ) A、干饱和蒸汽; B、过热蒸汽; C、饱和水;D、无法判断 15.对流过热器平均传热温差最大的布置方式是( B )。 A、顺流布置
B、逆流布置
C、混流布置 16受热面定期吹灰的目的是( A )。
A、减少热阻 B、降低受热面的壁温差 C、降低工质的温度 D、降低烟气温度
17对同一种流体来说，沸腾放热的放热系数比无物态变化时的对流放热系数( B )
A、小 B、大 C、相等
18 沸腾时汽体和液体同时存在，汽体和液体的温度( A )
A、相等 B、汽体温度大于液体温度 C、汽体温度小于液体温度 19汽轮机的冷油器属于(A )。
A、表面式换热器;B、混合式换热器;C、蓄热式换热器。 20. 容器内工质的压力大于大气压力，工质处于( A )。 A、正压状态 B、负压状态 C、标准状态 D、临界状态 21. 绝热材料含有水份时，其保温能力将( B )。
A、 增加; B、 减弱; C、 不变; D、无法判断。 22. 凝汽器内真空升高，汽轮机排汽压力( B )。 A、升高 B、降低 C、不变 D、不能判断
23. 对于不同的物质，其热导率大小的一般关系为( C )。
A、 λ气体>λ液体>λ金属; B、λ金属>λ气体>λ液体; C、 λ金属>λ液体>λ气体;D、无法判断。
24. 提高蒸汽初温度主要受到( C )的限制。
A、锅炉传热温差; B、热力循环; C、金属耐高温性能; D、汽轮机末级叶片强度; 25. 三种类型的换热器，工程中使用最多的是( A )。 A、表面式;
B、混合式;
C、回热式; D、无法判断。 26.再热循环的首要目的是：( B ) A、提高热效率; B、提高排汽干度; C、降低汽耗率;D、降低热耗率 27.绝热材料含有水份时，其保温能力将：( B ) A、增加; B、减少; C、不变; D、以上三者均有可能。 28.锅炉炉管附有水垢或灰垢时，导热量会：( A ) A、 减少; B、增加; C、 不变; D、以上三者均有可能。 29.沸腾换热设备安全经济的工作段是：( D ) A、自然对流段; B、蒸发段; C、膜态沸腾段;D、核态沸腾段 30. 为了使肋壁增强传热的效果显著，肋片应装在：( B )
A、换热系数较大一侧;B、换热系数较小一侧;C、随便哪一侧均可;D、无法判断。
三、判断题
1.导热只能发生在固体内或接触的固体间，不能在流体中发生。 ( ×) 2.对流换热是导热和热对流综合作用的结果。(√ ) 3.流体的流速变快，对流换热变弱。 ( × ) 4.善于吸收的物体也善于辐射。 ( √ )
5.物体的热力学温度T大于零，都可向外发射辐射能。 ( √ ) 6.流体是一种承受任何微小切应力都会发生连续的变形的物质。(√ ) 7.同温度下黑体的辐射力最大。( √ ) 8.凝汽器运行中，当铜管结垢时，将导致循环水传热下降。( √ ) 9.绝对压力是用压力表测实际测得的压力。( × ) 10.燃油粘度与温度无关。( × )
11、在热力系统中，降低蒸汽的排汽压力是提高热效率的方法之一。( √ )
12、提高初压对汽轮机的安全和循环效率均有利。( × )
13、当润滑油温度升高时，其黏度随之降低。( √ )
14、凡有温差的物体就一定有热量的传递。( √ )
15、采用回热循环，可以提高循环热效率，降低汽耗率。( √ )
16、管子外壁加装助片(俗称散热片)的目的是使热阻增大，传递热量减小。( × )
17、火力发电厂的能量转换过程是：燃料的化学能→热能→机械能→电能。( √ )
18、超临界压力的锅炉设备中是不需要设置汽包的。( √ )
19、绝对压力是用压力表测实际测得的压力。( × )
20、过热器逆流布置时，由于传热平均温差大，传热效果好，因而可以增加受热面。( × )
四、问答题
1、为什么不少保温材料采用多孔结构?多孔性保温材料在工程中使用时应注意什么问题?为什么?
答：因为多孔性结构的孔隙内充满了热导率较小的几乎是静止的空气，所以可提高保温性能。多孔性保温材料在使用时要注意防潮，因为水的热导率比空气大得多，所以保温材料一旦含有水分，其保温性能会大大下降。
2、什么是管道中的水锤现象?有何危害?消除水锤现象的发生可采取哪些办法? 答：1) 水锤现象：当压力管道中的液体流动时遇到阻力(阀门突然关闭)，在瞬间液体运动速度发生急剧的变化，从而造成管道中液体的压力显著地、反复地变化的现象。
2) 危害：发生水锤现象时，可能导致管道系统的强烈振动、噪音、甚至使管道严重变形、爆裂及损坏水力设备等。 3).措施：(1)增加阀门的启动时间;(2)缩短管道的长度：(3)在管道上装设安全阀。
3、为什么在电厂设备运行中要控制转动机械的润滑油油温?
答：液体的黏性随着温度的升高而降低.油温过高,黏性减小,油膜变薄,甚至可能难以支撑转子的质量而造成轴与轴瓦之间的干摩擦.反之, 油温过低, 黏性增大,油膜变厚,或厚薄不均匀,会使机组振动增大,危及机组的安全.为了保持适当的黏性,一般保持油温在45℃左右.
3、画出朗肯循环装置系统图, 并标出各设备名称。 答：
1-锅炉;2-汽轮机;3-凝汽器;4-给水泵
4、 流动阻力分为哪几类? 阻力是如何形成的?
答：实际液体在管道中流动时的阻力可分为两种类型：一种是沿程阻力，它是由于液体在管内流动，液体层间以及液体与壁面间的摩擦力而造成的阻力;另一种是局部阻力，它是液体流动时，因局部障碍(如阀门、弯头、扩散管等)引起液流显著变形以及液体质点间的相互碰撞而产生的阻力。
5、增强传热的目的是什么? 采用哪些方法能使传热增强? 答：增强传热的目的是提高换热设备出力，从而节能省材。
根据传热方程式，增强传热的主要方法及措施如下：
(1)提高传热系数 K：如增大流速，增强流体扰动及减小污垢热阻等; (2)增大传热面积 A：如采用肋壁传热;
(3)增加传热温差△t：如冷、热流体采用逆流布置等。
一、填空题(每小题 2 分,共 20 分)
1、火电厂中将热能转化为机械能的媒介物质叫______________。
答案:工质
2、气体分子之间不存在引力,分子本身不占有体积的气体叫做____________气体。 答案:理想
3、动能与物体的_______和______有关,重力位能与物体的__________和________有关。 答案:质量速度质量所处高度
4、表压力是气体的____________与_________的差值。
答案:绝对压力大气压力
5、若给工质加入热量,工质的熵__________,这时工质是______热的,熵增为__________。 答案:增加吸正值
6、气体压力不变时,比容与温度成__________。
答案:正比
7、p-v图中状态变化过程线下的面积大小即表示__________的大小,所以p=v图实质上也是________图。
答案:功示功
8、对于单位质量的工质,热力学第一定律可表示为q=△u+ω,其中q表示_______,△u表示________________,ω表示______________。
答案:外界加给工质的热量工质内能的增量工质对外所做的功
9、从卡诺循环可得出,卡诺循环热效率只由高温热源与低温热源的_______________而定,提高其热效率的根本途径是提高_______________,降低________________。
答案:温度T1 T2
10、凝结必定是发生于________或_______汽态物质的饱和温度。
答案:等于低于
二、选择题(每小题 1 分,共 15 分)
1、下列单位中属于压力单位的是:()
2a.焦尔b.牛顿·米c.牛顿/米
答案:c
2、关于内能下列说法正确的是:()
a.只与气体的温度有关b.与气体的温度和分子之间的位能有关
c.与气体压力和比容有关
答案:b
3、某可逆过程中物体对外做了功,而熵没变,则此过程:()
a.工质吸收了热b.工质放出了热
c.工质既设吸热又没放热
答案:c
4、容器中有两种气体,分压力分别为p1,p2,混合压力为p,则下列关系正确的是:() a.p1=p2=pb.p=p1+p2c.p
答案:b
5、混合气体中组成气体分容积是指:
a.在混合气体温度和混合气体压力下该气体所占的容积
b.在混合气体温度与该气体分压力时该气体所占的容积
c.以上说法都不对
答案:a
6、下面关系正确的是:()
a.T2-T1=t2-t1
b.T2-T1
c.T2-T1>t2-t1
答案:a
7、理想气体温度不变,压力与比容度的变化规律是:()
a.p1o1=p2v2
p1p2
b.──=──
v1v2
c.p1v2=p2v2
答案:a
8、理想气体比容不变时,压力与温度的变化规律是:()
a.p1T1=p2T2
p1p2
b.──=──
T1T2
p1T1
c.──=──
T2P2
答案:b
11、某一过程加入的热量等于工质的焓差,该过程是:()
a.等容过程b.等温过程c.等压过程
答案:c
12、定压条件下物质从液态变为汽态:()
a.需吸热b.放热c.不一定吸热或放热
答案:a
13、将一某压力下的干饱和蒸汽变为湿饱和蒸汽,可采用:()
a.加热b.升压c.降压
答案:b
14、焓熵图上湿蒸汽区查找水蒸汽状态点,采用:()
a.等压线与等温线交点b.等压线与等干度线的交点
c.饱和线与等压线或等温线交点
答案:b
15、随着蒸汽压力的升高,在水蒸汽焓熵图上,饱和水和干饱和蒸汽两点之间的距离:() a.缩短b.伸长c.不变
答案:a
三、判断题(每小题2分,共 20 分)
1、功与能是同一个意思,其单位都相同。()
答案:×
2、热量与热能的单位相同,其含义也相同。()
答案:×
3、下落过程的物体,其位能一定是减小的。()
答案:√
4、物体温度越高,其热量越多。()
答案:×
5、容器内绝对压力低 于大气压力时,p绝=p表+B。()
答案:×
6、由于状态参数温度下T是表示物体的冷热程度,所以热量也是状态参数。() 答案:×
7、一定质量的工质其比容不发生变化,则工质不对外做功,其压力也不会降低。() 答案:×
8、绝热过程因工质与外界无热量交换,故工质温度也不会发生变化。()
答案:×
9、根据能量转化与守恒定律,工质从热源吸收的热量,可以全部转化为功。() 答案:×
10、热效率是评价循环热功转换效果的主要指标。()
答案:√
四、问答题(每小题 5 分,共 15 分)
1、容积功,流动功,技术功和轴功间有何区别与联系?
2答案:答:容积功ω=∫1pdv,是由于工质体积变化所做的功。流动功pv是工质通过控制面时
带入控制体的功,它是流动工质的流动能。
轴功w1是从热式设备上所能传出的技术上可被利用的外功,对转动机械而言是指转动机械输出的功。
技术功则是工质流动的动能,重力势能的变化及轴功ωs三项之和的总称,即
22ωι= ──(c2-c1)+g(z2-z1)+ωs
2它们之间的联系为:可逆变化时:ω1=∫1pdv-(p2v2-p1v1)
2、热力学第一定律说明了什么问题?其表达式是怎样的?
答案:答:热力学第一定律说明热机把工质的热能转变为机械能,必须符合能量转换和守恒定律,即在转换中能的总量保持不变。
热力学第一定律表达式为:q=△u+ω。
3、p-v图与T-S图是怎样组成的?有何用处?
答案:答:p-v图横坐标为比容,纵坐标为压力,p-v图中状态变化过程线下的面积大小 表示功的大小;p-v图实质上也就是示功图。T-S图横坐标为熵,纵坐标为绝对温度,
T-S图中状态变化过程线下的面积大小表示热能的变化量即为热量,T-S图实质上也就是示热图。
4、为什么高压热水放到低压容器,热水会部分地变化蒸汽?举例说明。
答案:答:高压热水温度较高,放到低压容器,如果低压容器压力所对应的饱和温度小于高压热水温度,则高压热水放到低压容器后,成为饱和水,温度为低压容器压力下的饱和温度, 高压热水温度降低放出热量使热水部分变为蒸汽,锅炉排扩容器就是利用了这一大原理。
5、同一温度下,工质比容v
答案:答:同温度下,工质的比容v
五、计算题(每小题 15 分,共 30 分)
1、某容器容积为0.06立方米,储有0.72千克的空气,求气体的比容是多少?如再向该容器充入0.18千克空气,气体比容变为多少?
答案:已知:V1=0.06米3
m1=0.72千克
m2=0.72+0.18=0.90千克
求:v2=?v2=?
V0.06
3解:v1=──=───=0.083米/千克
m10.72
V0.06
3v2=──=───=0.067米/千克
m20.90
3答:气体比容为0.083米/千克, 如再向该容充入0.18千克空气后,气体比容变为0.067米
3/千克。
2、有一容器有0.07立方米的气体,其压力为0.3兆帕,当温度不变,容积减小到0.01立方米,其压力上升到多少?(题中压力为绝对压力)
3答案:已知:V1=0.07米
P1=0.3兆帕
V2=0.01米 求:P2=?
解:该过程是等温过程,所以P1V1=P2V2P1V10.3×0.07 则:P2=───=────=2.1兆帕V20.01 答:压力上升到2.1兆帕。3
流体力学基础
流体物理性质 流体静力学基础 流体动力学基础 流体阻力及管路计算
1.4流体的阻力及管路计算
一、教学要求 【掌握内容】
(1)摩擦阻力和局部阻力的概念 (2)摩擦阻力和局部阻力的计算方法 (3)经济流速的概念 【理解内容】 (1)简单管路的计算
(2)串联管路、并联管路计算 【了解内容】 (1)摩阻系数的确定
(2)常用的几种局部阻力系数
二、教学重点与难点 【教学重点】 阻力计算 【教学难点】 管路计算
三、教学方法 讲述概念、分析实例、讲解计算方法。
四、教学时数 【建议学时】2～4学时
五、教学内容 1.4.1摩擦阻力
定义：摩擦阻力存在于整个流动路程上，是流体在直管中流动时，由于流体的粘性产生内摩擦而产生的能量损失。用表示。
1、摩擦阻力计算
(Pa) 说明：a、hf是单位管道截面积上的摩擦力，在数值上等于管道两端的压差(仅有摩擦阻力)，方向与流体流动方向相反。l↑，de↓，w↑，hf↑
b、hf与流体的流态及管壁粗糙度有关，这些因素包含在摩擦阻力系数中。要确定hf的大小，关健在求λ。
2、摩擦阻力系数
A、摩擦阻力系数λ由实验确定。它与雷诺数及管内擘粗糙度有关。
①层流区(Re≤2300)
代入阻力公式得：
②临界区(Re=2300～4000)
此区域流态不稳定，若仍保持层流，则Re↑、λ↓;若已为湍流，则Re↑、λ↑。
③湍流光滑区：
④湍流过渡区：
⑤湍流粗糙区：
B、硅酸盐工业通常按经验公式计算，即：
①光滑金属管道：
粗略计算时：λ=0.02～0.025 ②粗糙管道：
粗略计算时：λ=0.035～0.45 ③砖砌烟道：粗略计算时：λ=0.05
【例题】热烟气以7.5Bm3/s的流量通过截面尺寸为1.5×2.0m的砖砌烟道，烟气的平均温度为420℃，标态密度为1.32kg/Bm3,求烟气通过25m长烟道的摩擦阻力损失(烟道内烟气的绝对压力接近大气压)。 【解】烟气的标态流速：2.5m/s 烟气的工况流速：6.34m/s 烟气的工况密度：0.52kg/m3 烟道当量直径：1.71(m) 烟气粘度：
=(Pa•s)
雷诺数：
摩擦阻力系数：
摩擦阻力损失：1.4.2局部阻力
(Pa) 定义：局部阻力是流体通过管路中的管件、阀门、突然扩大，突然缩小等局部障碍，引起边界层的分离，产生漩涡而造成的能量损失。用
1、局部阻力计算公式
表示。 (Pa)
2、局部阻力系数ξ
局部阻力系数一般由实验确定。
①流体是层流时，局部阻力系数可用下式表示
是随管件而定的常数，对球心阀(全开)，90º弯头，=16.3三通，
=32.5
=48.8;角阀(全开)，=21.7;
②流体是湍流时，局部阻力系数由管件性质而定的常数
如： ①突然扩大
②突然缩小
其余的局部阻力系数查附录。
【例题】密度为1.2kg/m3的气体，流过如图1.33所示的突然扩大管段。已知:m2,通过管段的气体流量为7m/s。求其局部阻力损失。 【解】查表得突然扩大管段局部阻力系数公式为：
m2,
局部阻力为： 在计算局部阻力损失时，上式中的代入扩大前速度较大的数值
由已知条件得：(m/s)
29.4(Pa) 1.4.3流动的总阻力
流体流动的总阻力，为摩擦阻力与局部阻力之和，即：
(Pa) 1.4.4管路计算 1.4.4.1经济流速
(m) 分析：1)w↓，d↑，管材费↑，施工费↑
2)w↑，d↓，一次投资↓，阻力损失↑，动力消耗↑，日常管理费↑ 经济流速:使一次性投资与日常管理费用之和为最小值的速度。 影响经济流速的因素:
①管材价格;②施工费用;③能源价格;④管网结构;⑤流体性质;⑥生产工艺要求
1.4.4.2简单管路的计算
管路：由管材、管件、阀件等按一定方式联接而成的供流体流动或输送的设施。
简单管路：从进口到出口，没有分支管径不变。 对简单管路两端写出伯努力方程：
上式表明：静压头和几何压头的变化用于克服管道中的摩擦阻力及局部阻力之总和。
简单管路计算内容包括：
①已知管径、管长、流体输送量和管路阻力系数，求流体通过管路的阻力损失。
②已知管长，流量，允许的阻力损失，求管径。
③已知管径，管长,允许的阻力损失，求流体的流速或流量。
【例题】20℃的低压空气流过内径420mm，长60m的光滑金属管道，空气流量为4.0m3/s，局部阻力系数=2.5 求(1)管道的阻力损失。
(2)若要将流量增达到5.0m3/s，而保持阻力不便，应选用多大的管径。
【解】(1)对于光滑金属管选取
根据公式：
将 代入上式得：
(Pa) ==3397.27(Pa) (2)当m3/s，3397.27(Pa)Pa时，即：
3397.27 整理后得：
用试凑发求得：
注:②③类问题较为复杂，由于管径未知，因而无法求算流速情况下，工程计算中常采用试差法求解。 1.4.4.3管路的串联与并联
1、串联管路
由不同管径的管道首尾相连构成的管路。如图所示。
、雷诺数和摩擦系数。在这种
特点：
①串联管路中流体流动的总阻力为各管段阻力之和。
(Pa) ②串联管道中无流体加入或排出，各管段流量相等。
(m3/s)
由上述特点可知：
结论：串联管路的总比阻抗等于各段管路分比阻抗之和。
2、并联管路
两根或两根以上的管道进口与进口相连，出口与出口相连，构成并联管道。
特点：
①并联管路各支管的总阻力相等。
②并联管路总管流量等于各支管流量之和。
(m3/s)
s↑，V↓。
由上述特点可知：
即：
结论：并联管路总比阻抗平方根倒数和等于各支管比阻抗平方根倒数之和。
四、管道计算
(二)
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(作者：佚名 本信息发布于2008年07月23日，共有3222人浏览) [字体：大 中 小]
4. 管道直径的选择 在要求达到的流量之下，流体在管道中的流速因所选用的管道直径的大小而异。随着流速的变化，压头损失也不同。在一定的流量之下，选用小直径的管道时，流速较高，阻力也跟着升高。从阻力公式可以知道;
在既定的流量之下，流体流经管道时的压头损失随着管道直径的5次方成反比。由于阻力的升高，输送流体的电耗亦随着增加。因此，为了节省输送流体时的电能，宜尽可能选用直径较大的管道。
另一方面，选用较大直径的管道时，由于管道的重量增加，势必增加管道的购置费用和安装费用。
因此，在选择管道直径时，必须权衡这两方面的得失，解决管道的操作费用和投资费用之间的矛盾，选出比较合理的管径。
另外，选择管道直径时，还要注意到流体的物理性质。对于粘度大、密度大，比较难以输送的流体，当输送量不要求很大的时候，例如润滑油、燃料油等，流速不宜过大，甚至宜在层流流态下输送。反之，对于粘度小、密度小，比较容易输送的流体，而输送量又比较大时，例如空气等流体，则流速不妨大一些。对于含有固体颗粒的流体，例如含尘气体，以及容易析出固体渣滓的流体，例如重油等，流速不能选得过低，以免固体在管道中沉积。 实际上，各种流体都有各自的比较经济的流速。表1-11中的数据可供参考。根据要求达到的流量和经济流速,就可选出管道的直径。
常 用 流 速
表1-11 情
况
常用流速 (米/秒) 情
况
常用流速 (米/秒)
压强大于5千帕的净空气管道
压强小于5千帕的冷空气管道
压强大于5千帕的热空气管道
压强小于5千帕的热空气管道
压缩空气管道
高压常温净煤气管道
低压常温净煤气管道
压强小于10大气压的氧气管道
压强为10～20大气压的氧气管道
过热蒸汽管道
9～12 6～8 5～7 3～5 30～60 8～12 5～8 70～80 30～50 35～60
饱和蒸汽管道 烟
道 高压水管 低压水管
一般生产用冷却水管 润滑油、燃料油管
液压油料管(管道内径4～100毫米，直径小宜取较低流速) 泥浆管 收尘管道
20～40 2～4 5～7 2～4 1.5～2.5 0.1～1.0 0.85～4.5
0.5～1.5 18～20
【习题1-18】厂房地面的标高为±0米(见图1-58)，水塔地面的标高为+5米。水塔至厂房的输水总管是4″管，最大流量是40米3/小时。从水塔至点A处，装有闸阀2个，90°标准弯头3个，管线共长310米。从点A处至厂房顶部装设输水支管，用2″管。支管长度为22米，装有闸阀2个，90°标准弯头4个。支管末端用水处距地面的高度为15米，要求供水量不少于8米3/小时，并要求用水时水压不低于0.25大气压(表压强)。问水塔多高才能正常供水?
【习题1-19】20℃的空气从图l-59所示的焊接管道中流过，流量是5335米3/小时。总风管直径为435毫米，支风管直径为250毫米。试求在风机出口截面与管道出口截面之间的压头损失。
【习题1-20】振动喂料机的抽风装置如图1-60所示。通风机1经过旋风收尘器2将振动喂料机3中的空气抽出，在振动喂料机内维持比大气压稍低的压强(比大气压低50帕),以避免粉尘逸出。抽出的空气量是30米3/分钟，温度是20℃,含尘浓度是20克/标米3。管道直径都是300毫米。旋风收尘器筒身直径是400毫米，相对于筒身净空截面流速的局部阻力系数ζ=105。在振动喂料机与旋风收尘器之间的管道有两个90°弯头，管道长14米。收尘器与通风机之间有一个90°弯头，管道长6米。排风管长10米，排风口帽罩的局部阻力系数ζ=1.3。如果通风机的效率是75%，求通风机的功率。
【习题1-21】图1-61所示为内径等于200毫米的铸铁管道，全长1000米，输送20℃的清
水，流量为4米3/分钟。如果要将流量增加到原来的150%，而可用压头不能增加。今欲加一平行支管，管径仍为200毫米，问支管的长度应为若干? 【习题1-22】为了改善相距3千米的A、B两处的供水情况，提出了两种方案。其一是，将现有的内径150毫米的整条管道全部换用内径为200毫米的新管;另一是，将整条管道的前半段换用内径为200毫米的新管，将拆下来的旧管装在后半段，与原有的管道并联使用。在两种情况下，在最大流量之下容许的总压头损失均为15米。问哪一种方案可以得到较好的供水情况。局部阻力可以忽略。旧管的摩擦系数λ=0.04，新管的摩擦系数λ=0.032。 【习题1-23】在图1-62中，水池A、B、C水面距水平基准面的垂直高度分别为60、
45、55米。连接各水池的管道的直径分别为400、240、320毫米，长度分别为600、9
12、1120米。求流量Qa、Qb圾Qc以及在分流点J处的压头。
【习题1-24】水平环形管道如图1-63所示。从B、C处向外排出的水均为57升/秒。管段AB、AC、BC的长度均为600米，管段AB内径为203毫米(8″铸铁管)，管段AC的内径为155毫米
(6″铸铁管)，管段BC的内径为254毫米(10″铸铁管)。求各支管的流量。
【习题1-25】需要在水平管道中将煤气输送100千米的距离，输气量为5000米3/小时。煤气的平均温度为18℃，在标准状态下的密度为0.62千克/米3。管道内径为300毫米。如果管道末端的压强为1.5大气压(表压强)，试求管道起点的煤气压强。
四、管道计算
(二)
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(作者：佚名 本信息发布于2008年07月23日，共有3222人浏览) [字体：大 中 小]
4. 管道直径的选择 在要求达到的流量之下，流体在管道中的流速因所选用的管道直径的大小而异。随着流速的变化，压头损失也不同。在一定的流量之下，选用小直径的管道时，流速较高，阻力也跟着升高。从阻力公式可以知道;
在既定的流量之下，流体流经管道时的压头损失随着管道直径的5次方成反比。由于阻力的升高，输送流体的电耗亦随着增加。因此，为了节省输送流体时的电能，宜尽可能选用直径较大的管道。
另一方面，选用较大直径的管道时，由于管道的重量增加，势必增加管道的购置费用和安装费用。
因此，在选择管道直径时，必须权衡这两方面的得失，解决管道的操作费用和投资费用之间的矛盾，选出比较合理的管径。
另外，选择管道直径时，还要注意到流体的物理性质。对于粘度大、密度大，比较难以输送的流体，当输送量不要求很大的时候，例如润滑油、燃料油等，流速不宜过大，甚至宜在层流流态下输送。反之，对于粘度小、密度小，比较容易输送的流体，而输送量又比较大时，例如空气等流体，则流速不妨大一些。对于含有固体颗粒的流体，例如含尘气体，以及容易析出固体渣滓的流体，例如重油等，流速不能选得过低，以免固体在管道中沉积。 实际上，各种流体都有各自的比较经济的流速。表1-11中的数据可供参考。根据要求达到的流量和经济流速,就可选出管道的直径。
常 用 流 速
表1-11 情
况
常用流速 (米/秒) 情
况
常用流速 (米/秒)
压强大于5千帕的净空气管道
压强小于5千帕的冷空气管道
压强大于5千帕的热空气管道
压强小于5千帕的热空气管道
压缩空气管道
高压常温净煤气管道
低压常温净煤气管道
压强小于10大气压的氧气管道
压强为10～20大气压的氧气管道
过热蒸汽管道
9～12 6～8 5～7 3～5 30～60 8～12 5～8 70～80 30～50 35～60
饱和蒸汽管道 烟
道 高压水管 低压水管
一般生产用冷却水管 润滑油、燃料油管
液压油料管(管道内径4～100毫米，直径小宜取较低流速) 泥浆管 收尘管道
20～40 2～4 5～7 2～4 1.5～2.5 0.1～1.0 0.85～4.5
0.5～1.5 18～20
【习题1-18】厂房地面的标高为±0米(见图1-58)，水塔地面的标高为+5米。水塔至厂房的输水总管是4″管，最大流量是40米3/小时。从水塔至点A处，装有闸阀2个，90°标准弯头3个，管线共长310米。从点A处至厂房顶部装设输水支管，用2″管。支管长度为22米，装有闸阀2个，90°标准弯头4个。支管末端用水处距地面的高度为15米，要求供水量不少于8米3/小时，并要求用水时水压不低于0.25大气压(表压强)。问水塔多高才能正常供水?
【习题1-19】20℃的空气从图l-59所示的焊接管道中流过，流量是5335米3/小时。总风管直径为435毫米，支风管直径为250毫米。试求在风机出口截面与管道出口截面之间的压头损失。
【习题1-20】振动喂料机的抽风装置如图1-60所示。通风机1经过旋风收尘器2将振动喂料机3中的空气抽出，在振动喂料机内维持比大气压稍低的压强(比大气压低50帕),以避免粉尘逸出。抽出的空气量是30米3/分钟，温度是20℃,含尘浓度是20克/标米3。管道直径都是300毫米。旋风收尘器筒身直径是400毫米，相对于筒身净空截面流速的局部阻力系数ζ=105。在振动喂料机与旋风收尘器之间的管道有两个90°弯头，管道长14米。收尘器与通风机之间有一个90°弯头，管道长6米。排风管长10米，排风口帽罩的局部阻力系数ζ=1.3。如果通风机的效率是75%，求通风机的功率。
【习题1-21】图1-61所示为内径等于200毫米的铸铁管道，全长1000米，输送20℃的清
水，流量为4米3/分钟。如果要将流量增加到原来的150%，而可用压头不能增加。今欲加一平行支管，管径仍为200毫米，问支管的长度应为若干? 【习题1-22】为了改善相距3千米的A、B两处的供水情况，提出了两种方案。其一是，将现有的内径150毫米的整条管道全部换用内径为200毫米的新管;另一是，将整条管道的前半段换用内径为200毫米的新管，将拆下来的旧管装在后半段，与原有的管道并联使用。在两种情况下，在最大流量之下容许的总压头损失均为15米。问哪一种方案可以得到较好的供水情况。局部阻力可以忽略。旧管的摩擦系数λ=0.04，新管的摩擦系数λ=0.032。 【习题1-23】在图1-62中，水池A、B、C水面距水平基准面的垂直高度分别为60、
45、55米。连接各水池的管道的直径分别为400、240、320毫米，长度分别为600、9
12、1120米。求流量Qa、Qb圾Qc以及在分流点J处的压头。
【习题1-24】水平环形管道如图1-63所示。从B、C处向外排出的水均为57升/秒。管段AB、AC、BC的长度均为600米，管段AB内径为203毫米(8″铸铁管)，管段AC的内径为155毫米
(6″铸铁管)，管段BC的内径为254毫米(10″铸铁管)。求各支管的流量。
【习题1-25】需要在水平管道中将煤气输送100千米的距离，输气量为5000米3/小时。煤气的平均温度为18℃，在标准状态下的密度为0.62千克/米3。管道内径为300毫米。如果管道末端的压强为1.5大气压(表压强)，试求管道起点的煤气压强。 http:///hjichu/2008-4/3-51-p2.html
一、填空
1.仪表的灵敏度越高则(C)
A.测量精确度越高B.测量精确度越低
C.测量精确度越不能确定D.仪表的 线性度越好
2.造成测压仪表静态变差的因素是(B)
A.弹性模量B.弹性迟滞
C.材料的泊松比D.温度特性
3.请指出下列误差属于系统误差的是(C)
A.测量系统突发故障造成的误差
B.读书错误造成的误差
C.电子电位差计滑线电阻的磨损造成的误差
D.仪表内部存在摩擦和间隙等不规则变化造成的误差
4.用光学温度计测量物体温度，其示值(B)
A.不受测量距离的影响B.是被测物体的亮度温度
C.不受被测物体表面光谱发射率的影响 D.不受反射光影响
5.仪表的灵敏度越高则(C)
A.测量精度越高B.测量精度越低
C.测量精度不确定D.仪表的线性度越好
6.表征仪表读书精密性的指标是(C)
A.灵敏度B.线性度
C.分辨率D.准确度
7.用金属材料测温热电阻下列说法正确的是(D)
A.金属材料的密度盐碱对测温越有利B.金属材料的强度越高对测温越有利
C.金属合金材料掺杂越均匀对测温越有利 D.金属纯度越高对测温越有利
8.热电阻测温采用“三线制”接法其目的在于(C)
A.使回路电阻为定值B.获得线性刻度
C.消除连接导线电阻造成附加误差 D.使工作电流为定值
9.标准节流件的直径比β越小，则 (D)
A.流量测量越准确B.流量的压力损失越小
C.要求水平直管段越长D.流量的压力损失越小
10.涡流流量输出______信号(B)
A.模拟B.数字C.电流D.电压
11. 将被测压差差换成电信号的设备是(C)
A.平衡容器B.脉冲管路C.压差变送器D.显示器
12.过失误差处理方法通常为(B)
A.示值修正法B.直接别除法
C.参数校正法D.不处理
13.欲用多根热电偶测量某房间内平均温度，一般采用什么的热电偶布置方式(A)
A.并联B.反接
C.串联D.以上都不对
14.下列关于热电偶均质导体定律下列说法错误的(D)
A.热电极必须采用均质材料
B.只能用两种不同材料的均质导体构成热电偶
C.热电势与热电极温度分布无关
D.热电势与热电极的截面积有关
15.热力学温度的符号是B
A.KB.TC.tD.℃
16.准确度最高的热电偶是(A)
A.S型B.K型C.J型D.E型
17.现有以下几种测温装置，在测汽轮机轴瓦温度时，最好选用(C)
A镍铬一镍硅热电偶B.充气压力式温度计C.铂热电阻D.铜—铜镍热电
偶
18.有一铂铑10一铂热电偶，设其E(300℃，500℃)为X，E (500℃，250℃)为)
Y , E (250℃，0℃)为z，则(C)
A.X=Y=zB.X=Y≠zC. X≠Y≠zD.X≠Y=z
19.被测量为脉动压力时，所选压力表的量程应为被测量值的(C)
A.1.5倍B.1倍C. 2倍D.2.5倍
20.用热电偶测量o℃以上的温度时，若与二次表相连接补偿导线极性接反，将
使指示值(C)
A.偏高B.正常C.偏低D.以上都不对
21.有一热电阻为一次元件的测温仪表.其示值比实际值偏低或指示不稳定，可能原因(A)
A.接线盒的接线端处有尘土或铁屑
B.电阻元件电阻丝断
C.电阻元件的连接导线短路
D.电阻元件的连接导线断路
二、填空
1、为使测量结果正确，要求测试系统有足够的灵敏度，线性度，滞后差要尽可能小
2、测试系统的动态特性是一种衡量系统动态响应的指标
3、压力的测量方法有两种力学测量方法、电学测量方法
4、电阻应变片按其结构形式分为粘贴式和非粘贴式
5、常见的温度补偿法自补偿法和桥路补偿法
6、温度计分为两类接触式测温和非接触式测温
7、电阻温度计的最主要优点是稳定，灵敏具有较高的测温准度
8比较适宜制作热电阻材料的主要有铂，镍，铜
9、三线补偿法是消除连接热电阻的导线电阻的一种常用方法
10、动态，气动，化学因素为热电阻的电偶测温的个性问题，与气流的流态，物理属性变化有关
11、温度场测试技术又称温度场显示技术
12、光机扫描方式有两种方式，即物扫描 和像扫描
13、热电阻温度计是通过测定热电阻的电阻值来推算温度的
14、测量热电阻的电阻值常常采用不平衡电桥、自动平衡电桥
15、热电阻的结构形式很多，一般由感温元件，绝缘管，保护管，接线盒四个部分组成
16、(辐射)就是由电磁波来传递能量的过程
17、热成像系统可分为 光机扫描 和 非光机电扫描 两种类型
18、平行光影仪可分为投射式 和 非投射式 两种
19、探针流速计用于测量 气体流速
20、双光速光路 是目前激光测速中应用最广泛的光路形式
三、简答题
1、热工测试技术的测量手段有哪几种?
答：○1力学测量手段○2电学测量手段 ○3光学测量手段
2、液体压力计的基本测量原理是什么?
答：利用工作液柱所产生的压力与被测压力平衡，根据液柱高度差来进行压力测量的仪器
3、简要描述一下热力学第零定律
答：如果两个热力学系统中的每一个都与三个热力学系统处于热平衡，则它们也必定处于热平衡
4、压阻效应现象是什么?
答：硅、锗等半导体材料受到外力作用而产生应力时，其电阻率随应力的改变而改变的现象
5、简述测量系统的动态特性?
答：测量系统的动态特性是一种衡量测量系统动态响应的指标。表示被测对象随时间的快速变化时测量系统的输出指示值是否能迅速准确的随被测物理量的变化而变化，从而达到准确测量的目的
6、热工测试技术测量手段中，光学测量手段有什么优点?
答：○1非接触测量 ○2动态实时测量 ○3场的测量 ○4可视化技术
7、简述静态标定的目的是什么?
答：静态标定的目的是确定传感器或测压系统的静态特性指标，即确定灵敏度、线性度、重复性及迟滞误差等
8、较为成熟的测温方法有哪些?
答：有 ○1利用物理热胀冷缩的物理性质测量温度 ○2利用物体的热电效应测量物体的温度
3利用物体的导电率随温度的变化而变化的物理性质测量温度 ○4利用物体的○
辐射强度随温度变化而变化的物理现象测量物体温度
9、热电阻温度计测量中应注意什么问题?
答：○1不应有附加电阻 ○2用电阻温度计本身的电阻——温度关系推算温度
10、目前常见的温度测量变换有哪几类?
答：○1温度的力学测量方法 ○2温度的电学测量方法 ○3温度的光学测量方法
11、电阻应变片的基本工作原理是什么?
答：利用电阻应变片测量压力时，被测压力直接作用在电阻应变片内的弹性敏感元件上，弹性敏感元件产生变形，变形导致弹性敏感元件上的电阻应变丝产生应变从而改变应变丝的电阻值，将电阻应变片组成电桥电路，电桥输出与输入的压力成一定关系的电信号，记录电信号从而达到测压的目的
12、温度测量的光学方法有哪些?
答：○1基于热辐射原理的测温技术 ○2利用不均匀的流场折射率变化的测温技术 ○3高温气体谱线变换技术 ○4全息干涉法测量技术
四、综述题
1.测量系统中系统误差、随机误差和粗大误差的来源?消除或减小这些误差的方法。
答：产生原因：主要由测量仪器、测量方法及环境条件所引起。消除方法：校准法。随机误差指用同一仪器，当以同样仔细程度，在认为相同的条件下，对同一个不变的量重复地进行多次测量时，每次测得的值都不完全一致，都有或大或小或正或负的误差。可以通过增加测量次数，通过概率分析来降低随即误差。粗大误差：指个别数值特别大或小的误差。引起原因：工作疏忽或外界的突发干扰造成。因此必须剔除。(1)根据专业知识进行判断;(2)根据准则进行判断，例如肖维勒准则。
2.动态信号测量仪器实现不失真测量的条件?对于二阶测量仪器有什么要求?答：不失真的条件为：仪器对不同频率的正弦波，输出—输入幅值比保持不变，即幅频特性曲线是一与横轴平行的直线;仪器对不同频率的正弦波，时间延迟一样，即相频特性曲线是一通过原点并具有负斜率的直线。对二阶系统的要求为：阻尼比为0.6到0.8，自然频率大于测量频率的3到5倍。
3.简述高温气体温度测量的误差来源与消除措施。
答：(1)辐射误差：由于测量端与环境之间的辐射换热，引起测量端温度Tj偏离气流有效温度 Tg的误差，通过加遮热罩，采用低黑度传感器、增强对流换热来降低。(2)速度误差：气流速度较大时，在温度传感器测点上动温不能完全滞止造成测得的是有效温度而不是总温。通过测量传感器的实际复温系数或采用总温热电偶。(3)导热误差：由于测量端与传感器安装座之间的温差，使得测量端沿热电极及支杆导热而造成的测量误差。通过增加传感器的长径比，提高安装座
温度，增强对流换热来降低。(4)动态响应误差：由于热电偶本身具有热惯性，所以热电偶测量端温度Tj的变化不但在时间上滞后于Tg的变化，而且在量值上也将偏离Tg，其偏差(Tg-Tj)即为热电偶的动态响应误差。通过选用时间常数较小的热电偶来降低。
4.简述压阻式压力传感器的工作原理。
答：压电式压力传感器是利用压电效应工作的，压电效应：一些电介质材料在一定方向上受到外力作用时，其表面会出现正电荷和负电荷。当外力去掉后，它们又重新回到不带电状态。能产生压电效应的材料称为压电材料。Q = KF，K为压电系数。利用压电材料的压电效应把压力信号转换为电信号，以达到测量压力的目的。
5.简述中间温度定律，指出其在实际测量中的应用。
答：在热电偶回路中，如果两个热电极都经过同一个中间温度tn，则热电偶测量的总热电势等于该热电偶的测量端温度t与中间温度tn之间的热电势与中间温度tn与参考端温度t0的热电势的和。在实际测量中：若参考端温度和分度表参考温度不一致，可以在测量得热电势的基础上附加参考端温度与分度表参考温度的热电势，得到与分度表参考温度一致的热电势，通过查表得到测量温度。可以采用和热电偶热电特性在某一个温度范围内一致的其他材料来代替贵重热电偶。
6.什么是热电偶的连接导线，在实际测温中如何应用。
答：在一定温度范围内，其热电特性与被连接的热电偶的热电特性相接近的连接导线，称为该热电偶的补偿导线。实际应用中可以将热电偶参考端从温度波动的地方(tn)延伸到温度稳定的地方(t0)。节省贵金属材料
7.简述采用激光多普勒法测量气流速度的原理。
答：若一粒运动着的微小颗粒穿过一束激光，只有当颗粒的运动速度垂直于入射激光的传播方向时，它所感知的激光波长(频率)才与入射激光本身的波长(频率)相等。若速度v在光的传播方向的投影与光速c同向时，微粒感知的波长就偏长，反之则偏短。通过探测反射光的频率就可以测量气流的速度。
8.简述热电偶的测温原理。
答：热电偶是由两种不同材料的导体构成的回路，两种材料的连接点若处于不同的温度，则该回路可以产生热电势，该热电势包括温差电势(一种材料两端温度不同造成)和接触电势(两种材料的结合处)，热电势的大小只取决构成热电偶的两种材料和两种材料的两个连接点处的温度。所以固定一个连接点的温度，就可以得到另外一个连接点的温度和热电偶回路热电势的关系，从而实现温度测量。
9.在实验中有哪些测量方法?直接测量与间接测量有哪些不同之处?
答：有直接测量、间接测量、组合测量法。区别：直接测量，使被测量直接与选用的标准比较，或用测量仪器直接测量，从而直接求出被测量数值。间接测量，通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测量值代入函数关系进而计算，从而得到测量数值。
【例题】某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为： 组分：CO2COH2CH4C2H4H2SN2 体积( %)4.529.0 14.01.80.20.350.2 湿煤气含水量为4%，当α=1.1，设高温系数η=0.80，发生炉煤气温度tf与空气温度ta均为20℃，计算实际燃烧温度。
【解】①根据公式xv=xd%=0.96xd换算成湿煤气组成为： 组分：CO2vCOvH2vCH4v C2H4vH2Sv N2v H2Ov 体积(%)4.3227.84 13.441.730.190.2948.194.0 ②计算理论空气量 (V0a) 和实际空气量 (Va)：
V0 α=0.0238 (C O+H2)+0.0952 CH4+0.0476 (m+) Cm Hn +0.0714 H2S =0.0238×(27.84+13.44)+0.0952 × 1.73+0.0476 ×(2+) × 0.19+0.0714 =1.191(Nm3/Nm3煤气) Va=αVa0 =1.1×1.191=1.310(Nm3/Nm3煤气) ③计算理论烟气量和实际烟气量：
V0=[CO2+CO+H2+H2O+3CH4+(m+)CmHn+2H2S+N2] ×+ V0O2 ×
=[4.32+27.84+13.44+4.0+3×1.74+(2+) × 0.19+2 ×0.29+48.19] ×+1.191× =1.99(Nm3/Nm3 煤气) V=V0+(α-1) V0 α=1.99+(1.1-1)×1.191=2.11(Nm3/Nm3 煤气) ④计算理论燃烧温度tth： tth =
煤气低位发热量：
Qnet =126 CO+108 H2+358 CH4+590 C2H4+232 H2S =126×27.84+108×13.44+358×1.73+590×0.19+232×0.29=5758(kJ/Nm3) 查表得：cf=1.32 kJ/Nm3.℃ca=1.296 kJ/Nm3.℃
2.11c tth=5818.4 设tth1=1700℃，c1=1.67，则： 2.11×1.67×1700=5990.3>5818.4 设tth2=1600℃，c2=1.65，则： 2.11×1.65×1600=5570.4<5818.4
tp=ηtth=0.8×1660=1328℃ 实际燃烧温度为1328℃。
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