流体流动习题解答

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1、答化 工 原 理 习 题 解【1-4】附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为0.83kPa，管内水温40 ，试估计管内的水柱高度H。取水池液面a-a为基准面，则a-a处表压由静力学方程知查附录五，知水在40时的密度为992.2kg/m3，固有【解】冷凝器内表压Date1第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-5】用一复式U管压差计测定水流管道A、B两点压差，压差计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m。问管道中A、B两点间的压差pAB为多少？（先推导关系

2、式，再进行数值运算）【解】因此压差计内充填的为非连续性均质液体，故需寻找等压面分段计算之（1）首先推导关系式Date2第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解（2）根据上述关系式计算p的值讨论若采用简单的U管水银压差计，不难算出既不便于观察，也不便于操作和维护。1. 本题压降只与汞柱高度R有关， 而与水柱高度h无关。2. 采用复式压差计可大大降低可 观察液面的高度。Date3第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-6】用双液体U管压差计测定两点间空气的压差，读数R 320mm。由于侧壁上的两个小室不够大，致使小室内两液面产生4mm的高差。求实际的压差为多少Pa。若计算不考虑两小室

3、内液面有高差，会造成多大的误差？两液体的密度分别为1 910kg/m3和2 1000kg/m3。【解】对于等压面a-a，根据静力学方程有实际压差相对误差Date4第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-9】从容器A用泵将密度为890 kg/m3的液体送入塔B。容器内与塔内的表压如附图所示。输送量为15kg/s流体流经管内的阻力损失为122J/kg。求泵的有效功率。【解】在1-1至2-2两截面之间列机械能衡算式，并考虑2-2截面的速度头已计入阻力损失，于是有Date5第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【解】(a) 对于封闭的循环系统，不难证明泵所提供的机械能全部用于克服流动阻

4、 力做功(可在A点选二截面重合列机械能衡算式)。故有： 【1-10】附图所示为一制冷盐水的循环系统，盐水的循环量为45m3/h，流体流经管内的压头损失为：自A至B的一段为9米；自B至A的一段为12米盐水的密度为1100 kg/m3。求：(a)泵的功率，设泵的效率为0.65(b)若A处的压力表读数为0.15MPa，则B处的压力表的读数应为多少Date6第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解(b) 在A和B两处截面间列机械能衡算式Date7第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-11】一水平管由内径分别为33及47毫米的两段直管接成，水在小管内以 2.5 m/s的速度流向大管，在接

5、头两侧相距1m的A、B两截面处各接一测压管，已知A-B两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位那个高，相差多少？并作分析。【解】以管中心线为基准水平面，在A、B两点所处的截面之间列机械能衡算式 注意到Date8第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解应注意式中的 ，故B点所在的测压管高出A171mmH2O。再由连续性方程 得：Date9第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【解】(1)1,2,3三点所在截面的流速。依题意，阻力损失被忽略，现考察1,2,3三点所在截面，有下列方程：【1-12】如图所示，水由高位水箱经管道从喷嘴流出，已知d1=125mm，d2=100 mm

6、，喷嘴d3=75mm，压差计读数R=80mmHg，若阻力损失可忽略，求H和pA。静力学方程动力学方程连续性方程联立上述三式求解得Date10第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解(2)在0-0和3-3截面间列柏努力方程有：(3)在压力表接口A-A和3-3截面间列柏努力方程：若在0-0至A-A两截面间列机械能衡算式，则有(表压)Date11第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-16】其他条件不变，若管内流速愈大，则湍动程度愈大，其摩擦损失应愈大。然而，雷若数增大时摩擦因数却变小，两者是否矛盾？应如何解释？【分析如下】结论：两者不矛盾。针对（1）首先分析雷若数流速u增大时，Re增

7、大，因惯性力增大的比率比粘性力大，故增大u时湍动程度加剧（惯性力加剧湍动，粘性力抑制湍动）。（2）其次分析摩擦因数Date12第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解u增大时，粘性力增大的比率比惯性力小，故摩擦因数下降。 层流时湍流时（3）最后分析阻力损失层流时湍流时完全湍流时(摩擦因数为常数)Date13第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-17】有一供粗略估计的规则：湍流条件下，管长每等于管径的50倍，则压力损失约等于一个速度头。试根据范宁公式论证其合理性。【解】根据范宁公式对一般管道，摩擦因数值约为0.020.03即管长每等于管径的50倍，其压头损失约等于一个速度头或稍高

8、。Date14第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【解】设小管直径为d1，大管直径为d2，小管流速为u1，大管流速为u2，输送距离为L。 (1)所需设备费用比较显然小管的设备费用比大管高，大约高出24%的费用。(2)消耗功率比较(两种方案流速相同)【1-18】已知钢管的价格与其直径的1.37次方成正比，现拟将一定体积流量的流体输送某一段距离，试对采用两根小直径管道输送和一根大直径管道输送两种方案，作如下比较：(1)所需的设备费(两种方案流速相同)；(2)若流体在大管中为层流，则改用上述两根小管后其克服管路阻力所消耗的功率将为大管的几倍？若管内均为湍流，则情况又将如何(摩擦因数按柏拉修斯

9、公式计算)？Date15第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解大管为层流时，因两种方案流速相同，固有这说明：流体若在大管中为层流，则在小管中也为层流。于是有：克服阻力所消耗的功率为 若流体在大小管中均为湍流时Date16第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解摩擦因素之比压力损失之比损耗功率之比Date17第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-19】鼓风机将车间空气抽入截面为200mm300mm、长155m的风道内(粗糙度= 0.1mm)，然后排至大气中，体积流量为0.5m3/s。大气压力为750mmHg温度为15。求鼓风机的功率，设其效率为0.6。【解】(1)将空气视为

10、不可压缩气体因鼓风机进出口压差很小，故可将空气密度视为不变，权作不可压缩流体进行计算。查表得 ，而Date18第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解(2)考虑空气的可压缩性，采用可压缩气体的简化近似计算法计算 Date19第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解在风机出口1与管路出口2之间列机械能衡算式，对可压缩流体的等温流动过程有 (教材1-79式)通常情况下管内压降很小，括弧内第一项(动能差)可忽略，于是有(教材1-75式)显然，二者压差很小，可近似为不可压缩。Date20第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解在风机入口0与风机出口1间列机械能衡算式有 由此可看出：两种计算

11、方法所得结果相差无几，非常接近。Date21第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【 1-21 】由山上湖泊引水至贮水池，湖面比池面高45m，管路长度取为1000m (包括所有局部阻力的当量长度在内)，要求流量为300m3h1，湖水温度可取为10。如采用新铸铁管，要多大直径的铸铁管(取整)? 如经长期锈蚀，绝对粗糙度变为1mm，输水管能否继续使用?【解】（1）铸铁管直径10水的密度近似取为1000kg/m3，查附录五得 在湖面1-1和池面2-2之间列机械能衡算式有Date22第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解（1）（2）的范围一般约为0.020.03，现因Vs较大，故的初值可取

12、小一些，新铸铁管的绝对粗糙度为0.3mm，经试差解得：取整得： 内插法说明Date23第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解设设dRe(/ d + 68 / Re)计计设设计计 0.02000 0.1912 425561 0.0017292300.02316 -0.00316 0.02100 0.1930 421429 0.0017155570.02312 -0.00212 0.02200 0.1948 417526 0.0017026720.02308 -0.00108 0.02300 0.1966 413831 0.0016904980.02304 -0.00004 0.02400

13、0.1982 410323 0.0016789670.02300 0.00100 0.02500 0.1999 406987 0.0016680210.02297 0.00203 0.02600 0.2014 403807 0.0016576090.02293 0.00307 0.02301 0.1966 413795 0.0016903790.02304 -0.00003 0.02302 0.1966 413759 0.0016902610.02304 -0.00002 0.02303 0.1966 413723 0.0016901430.02304 -0.00001 0.02304 0.1

14、966 413687 0.0016900250.02304 0.00000 0.02305 0.1967 413651 0.0016899060.02304 0.00001 0.02306 0.1967 413615 0.0016897880.02304 0.00002 Date24第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-24】从高位水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变，管段1、2 管径相同，现因管段 2 有渗漏，而将其换成一较小管径的管子，长度与原来相同，试分析输送能力和阀门前压力的变化。解：(1)输送能力变化分析 在1-1 2-2间列机械能衡算式因 均不变，而 可视为不变，即 B

15、1 不变，现 d2 减小，亦即 B2 增大，故 V 必减小。Date25第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解(2) 阀前压力变化分析 在1-1 A点所在的截面之间列机械能衡算式因V 减小，u 亦减小，而其他不变，故 pA 增大。Date26第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【1-26】如图，20软水由高位槽分别流入反应器B和吸收塔C中，器B内压力为0.5atm（表压），塔C中真空度为0.1atm，总管为573.5mm，管长为(20+ZA)m，通向器B的管路为252.5mm，长15m；通向器C的管路为252.5mm，长20m(以上管长包括各种局部阻力的当量长度在内)。管道皆为无

16、缝钢管，粗糙度可取为0.15mm。如果要求向反应器B供应0.314kg/s的水，向吸收塔供应0.471kg/s的水，问高位槽液位至少高于地面多少？ Date27第一章 流体流动答化 工 原 理 习 题 解【解】20软水物性：各管路参数计算结果如下表：，而管路d，mu，m/sRe AO0.050.421040.0030.03130.03150.0314 OB0.021.021040.00750.03540.03780.0383 OC0.021.531040.00750.03450.03670.0375(1)(2)分别为用(1)式计算，(2)式计算和查图所得结果，因摩擦因数图是用(2)式绘制的，故选 用于下面的管路计算。Date