第一章流体流动与输送设备(习题及答案)
第一章 流体流动与输送设备
1. 燃烧重油所得的燃烧气,经分析知其中含CO 28.5%,O 27.5%,
N 276%,H 2O8%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解:混合气体平均摩尔质量
mol kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度
3
3
3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ
2.已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50%(质量%)乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m 3,计算相对误差。
解:乙醇水溶液的混合密度
7895.02.9985.012211+
=+=ρρρa a m
3
/36.881m kg m =∴ρ 相对误差:
%
74.5%10093536.8811%100=????
??-=?-实实m m m ρρρ
3.在大气压力为101.3kPa 的地区,某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。若在大气压力为90 kPa 的地区,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时真空表的读数应为多少?
解:'
'
真真绝p p p p p a a -=-=
∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)('
'
=--=--=真真
4.如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m ,其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测压口的距离。
解:液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=?+=10
m
h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(3
0101=+??-=+-=-+=?∴ρρρ
题4 附图
5. 如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别
为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。
(1)计算玻璃管内水柱的高度;
(2)判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。
解:(1)容器底部压力 gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21
m
h h h h h 16.16.07.01000800
2121=+?=+=+=∴水油水水油ρρρρρ
(2)B A p p ≠ D C p p =
6.水平管道中两点间连接一U 形压差计,指示液为汞。已知压差计的读数为30mm ,试分别计算管内流体为(1)水;(2)压力为101.3kPa 、温度为20℃的空气时压力差。
解:(1)Pa Rg p 2.370881.903.0)100013600()(0=??-=-=?ρρ
(2)空气密度
3
3
3'
/206.1)20273(31.81029103.101m kg RT pM =+????==-ρ Pa Rg p 1.400281.903.0)206.113600()('
0'=??-=-=?ρρ
∵ 空气密度较小,∴
Rg p 0'ρ≈?
7.用一复式U 形压差计测量水流过管路中A 、B 两点的压力差。指示液为汞,两U 形管之间充满水,已知h 1=1.2m ,h 2=0.4m ,h 4=1.4m ,h 3=0.25m ,试计算A 、B 两点的压力差。
解:图中1、2为等压面,即21p p =
11gh p p A ρ+= 1032gR p p ρ+=
1031gR p gh p A ρρ+=+∴ (1)
又 20365gR gh p p p B ρρ++== )(24543h h g p p p --==ρ )(24203h h g gR gh p B --++=ρρρ (2) 将(2)代入(1)中:
10242031)(gR h h g gR gh p gh p B A ρρρρρ+--++=+
B A AB p p p -=?∴
B
D
h 1
h 2
A
C
题5 附图
题7 附图
3
4
6 2 4
3 1
5
11024203)(gh gR h h g gR gh ρρρρρ-+--+= )()(2104312R R g h h h h g ++-+-=ρρ g R R ))((021ρρ-+=
81.9)100013600()25.04.14.12.1(?-?-+-=?∴AB p kPa Pa 0.2417.241031≈=
8.根据附图所示的双液体U 管压差计的读数,计算设备中气体的压力,并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水,其密度分别为920 kg/m 3和998 kg/m 3,压差计的读数R =300mm 。两扩大室的内径D 为60mm ,U 管的内径d 为6mm 。
解: 1. 2 为等压面, 21p p =
111gh p p ρ+=
[]g R g Z R h p p a 2112)(ρρ+?+-+=
g R g Z R h p gh p a 21111)(ρρρ+?+-+=+∴ g Z Rg p p a 112)(ρρρ?+-=-
又 2
244D Z d R ππ?=
m
R D d Z 003.03.0)606
(222=?=?=?∴ 81.9920003.0)920998(81.93.0??+-??=-∴a p p
Pa 6.256= (表压)
9. 为了排出煤气管中的少量积水,用附图所示的水封装置,水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa (表压),试求水封管插入液面下的深度h 。
解: 煤气表压 gh p ρ=
m
g p h 02.181.910101033
=??==ρ
10.为测定贮罐中油品的贮存量,采用图1-8所示的远距离液位测量装置。已知贮罐为圆筒形,其直径为1.6m ,吹气管底部与贮罐底的距离为0.3m ,油品的密度为850 kg/m 3。 若测得U 形压差计读数R 为150mmHg ,试确定贮罐中油品的贮存量,分别以体积及质量表示。
解: 0ρρR h =
m
R h 4.215.085013600
0=?==∴ρρ
罐中总高度:
m Z h H 7.23.04.2=+=?+=
3
22426.57.26.1785.04m H D V =??=?=∴π
题8 附图 1
2
h 1
题9 附图
kg V m 4612850426.5=?=?=ρ
11.绝对压力为540kPa 、温度为30℃的空气,在φ108×4mm 的钢管内流动,流量为1500m 3/h (标准状况)。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。
解: 标准状况下空气的密度:
3
3000/29.127331.8029.0103.101m kg RT M p =???==ρ
s kg h kg V /5375.0/193529.11500m :00s ==?==∴ρ质量流量
2
222/47.68/2464971.0785.01935785.0G :m
s kg m h kg d m s ?=?=?==质量流速
操作条件下密度:
3
3/22.6)30273(31.8029.010540m kg RT PM =+???==ρ
∴ 体积流速:
s
m G u /1122.647.68===ρ
12.硫酸流经由大小管组成的串联管路,其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3,体积流量为9m 3/h ,试分别计算硫酸在大管和小管中的(1)质量流量;(2)平均流速;(3)质量流速。
解: (1) 大管: mm 476?φ
h kg V m s s /1647918319=?=?=ρ
s m d V u s /69.0068.0785.03600
/9785.02
21=?==
s m kg u G ?=?==2
11/4.1263183169.0ρ (2) 小管: mm 5.357?φ
质量流量不变 h kg m s /164792=
s m d V u s /27.105.0785.03600
/9785.02
222=?==
或: s
m d d u u /27.1)5068
(69.0)(222112===
s m kg u G ?=?=?=2
22/4.2325183127.1ρ 13. 如附图所示,用虹吸管从高位槽向反应器加料,高位槽与反应器均与大气相通,且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动,设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg (不包括出口),试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。
1
解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’~ 2-2’间
列柏努力方程:
f
W u p g Z u p g Z ∑+++=++2
22221112121ρρ 简化: g
W u H f /)21(2
2∑+=
m
09.281.9)20121
(=÷+?=
14.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送至敞口高位槽,如附图所示。输送量为
0.1m 3/min ,输送管路为φ38×3mm 的无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m ,且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m (不包括出口),硫酸的密度为1830 kg/m 3,问酸蛋中应保持多大的压力?
解: 以酸蛋中液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,且以1-1’面为基准,在1-1’~2-2’间列柏努力方程: ∑+++=++f h Z u g p Z u g g p 22
2212112121ρρ
简化:
∑++=f
h Z u g g p 22
2121ρ
其中: s
m d V u s /07.2032.0785.060/1.042
22=?==π
代入: )
21(22
21∑++=f h Z u g g p ρ
)
5.31007.281.921
(
81.918302++????=
)(3.246表压a kP =
15.如附图所示,某鼓风机吸入管内径为200mm ,在喇叭形进口处测得U 形压差计读数R =15mm (指示液
为水),空气的密度为1.2 kg/m 3,忽略能量损失。
试求管道内空气的流量。 解: 如图,在1-1’~ 2-2’间列柏努力方程:
f
W u p g Z u p g Z ∑+++=++2
22221112121ρρ
其中: 0
,0)(,0,1121=∑=≈=f W p u Z Z 表
题14 附图
题15 附图
2
简化:
2
22
210u p +=
ρ
而: a
o H P Rg p 15.147015.081.9100022-=??-=-=ρ
s m u u /66.152
.115.14721222==∴
流量: h
m s m u d V s /1771/492.066.152.0785.0433222==??==π
16.甲烷在附图所示的管路中流动。管子的规格分别为φ219×6mm 和φ159
×4.5mm ,在操作条件下甲烷的平均密度为1.43 kg/m 3,流量为1700m 3/h 。在截面1和截面2之间连接一U 形压差计,指示液为水,若忽略两截面间的能量损失,问U 形压差计
的读数R 为多少? 解: 在1, 2截面间列柏努力方程: f
W u p g Z u P g Z ∑+++=++2
22221112121ρρ 简化:
2
2
22112121u p u p +=+ρρ 或: )
(21212
221u u p p -=-ρ
其中:
s m d V u s /04.14207.0785.03600
/1700785.02
211=?==
s m d d u u /74.26)150207(04.14)(
2
22112=?==
a
P p p 3.370)04.1474.26(21
43.12221=-??=-∴
又 g R g R p p 0021)(ρρρ≈-=-
mm m g p p R 38038.081.910003
.370021==?=-=∴ρ
17.如附图所示,用泵将20℃水从水池送至高位槽,槽内水面高出池内液面30m 。输送量为30 m 3/h ,此时管路的全部能量损失为40J/kg 。设泵的效率为70%,试求泵所需的功率。
解: 在水池1面与高位槽2面间列柏努力方程:
f
e W u p g Z W u p g Z ∑+++=+++2
22221112121ρρ 简化: f
e W g Z W ∑+=2
R 题16 附图
1
2
kg J /3.3344081.930=+?=
kW
W V W m P e s e s e 786.23.3341000360030
=??==?=ρ
kW
P P e 98.37.0786.2===η
18.附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为2.0MPa (表压),精馏塔内操作压力为1.3MPa (表压)。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m ,管内径为140mm ,丙烯密度为600kg/m 3。现要求输送量为40×103kg/h ,管路的全部能量损失为150J/kg (不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵。
解: 在贮槽液面1-1’与回流管出口外侧2-2’间列柏努力方程: f
e W u p g Z W u p g Z ∑+++=+++2
22221112121ρρ 简化: f e W u p g Z W p ∑+++=+2
222121ρρ
f e W
g Z u p p W ∑+++-=
2221
221ρ
s m d m u s
/2.114.0785.0600
36001040785.02
3
22=???==ρ
150
81.9302.121
60010)0.23.1(26+?+?+?-=∴e W
kg J /6.721-= ∴ 不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中
19.某一高位槽供水系统如附图所示,管子规格为φ45×2.5mm 。当阀门全关时,压力表的读数为78kPa 。当阀门全开时,压力表的读数为75 kPa ,且此
时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为
2u W f =∑J/kg (u 为水在管内的流速)。试求:
(1)高位槽的液面高度;
(2)阀门全开时水在管内的流量(m 3/h )。 解: (1) 阀门全关,水静止 gh p ρ=
题18 附图
h
题19 附图
1
m
g p h 95.781.910107833
=??==∴ρ
(2) 阀门全开:
在水槽1-1’面与压力表2-2’面间列柏努力方程:
f
W u p g Z u p g Z ∑+++=++2
22221112121ρρ 简化: f
W u p g Z ∑++=2
22121ρ 2
2
223211*********.995.7u u ++?=?
解之: s m u /414.12=
∴ 流量:
s
m u d V s /10776.1414.104.0785.04
33222-?=??==
π
h m /39.63
=
20.附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m 3,循环量为45 m 3/h 。管路的内径相同,盐水从A 流经两个换热器至B 的压头损失为9m ,由B 流至A 的压头损失为12m ,问:
(1)若泵的效率为70%,则泵的轴功率为多少?
(2)若A 处压力表的读数为153kPa ,则B 处压力表的读数为多少?
解: (1) 对于循环系统:
m
h H f e 21129=+=∑=
kW
g V H P s e e 83.281.9110036004521=???=?=ρ
kW
P P e 04.47.083
.2:===∴η轴功率
(2) B A →列柏努力方程:
fAB B B B A A A h Z u g g p Z u g g p ∑+++=++2
22121ρρ
简化: fAB
B B A h Z g p
g p ∑++=ρρ
)97(81.91100103153
+??+=??B p )(19656表a B p p -=∴
∴ B 处真空度为19656 Pa 。
题20 附图
21.25℃水在φ60×3mm 的管道中流动,流量为20m 3/h ,试判断流型。
解: 查附录25℃水物性:
cP m kg 903.0,/95.9963
==μρ s m d V u s /43.2054.0785.0360020
785.022=?== 40001045.110903.043.295.996054.0Re 53
??=???==-μρdu
∴ 为湍流
22.运动粘度为3.2×10-5m 2/s 的有机液体在φ76×3.5mm 的管内流动,试确定保持管内层流流动的最大流量。
解:
2000
Re ==
=
ν
μ
ρ
du
du
s
m d u /927.0069.0102.3200020005max
=??==∴-ν
s
m u d V /1046.3927.0069.0785.04332max 2max -?=??==∴π
h m /46.123
=
23.计算10℃水以2.7×10-3m 3/s 的流量流过φ57×3.5mm 、长20m 水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。(设管壁的粗糙度为0.5mm )
解: s m d V u s /376.105.0785.0107.2785.02
3
2=??==-
10℃水物性:
s p m kg a ??==-3
310305.1,/7.999μρ 4
3
10
27.510305.1376.17.99905.0Re ?=???==-μρdu
01.0505.0==d ε 查得 041.0=λ
kg
J u d l W f /53.152376.105.020041.022
2=??==∑∴λ
m
g W h f f 583.1/=∑=∑
a
f f P W P 15525=?∑=?ρ
24.如附图所示,用泵将贮槽中的某油品以40m 3/h 的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定,且相差20m ,输送管内径为100mm ,管子总长为45m (包括所有局部阻力的当量长度)。已知油品的密度为890kg/m 3,粘度为0.487Pa ·s ,试计算泵所需的有效功率。
解:
s
m d V u s
/415.11.0785.0360040
42
2
=?=
=π
2000
6.25848
7.0415.18901.0Re ?=??==μρdu 247
.06.25864Re 64===∴λ
在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:
f
e W u p g Z W u p g Z ∑+++=+++2
22221112121ρρ 简化: f
e W g Z W ∑+=2
而: kg
J u d l l W e f /2.1112415.11.045247.022
2=??=∑+=∑λ
kg J We /4.3072.11181.920=+?=∴
kW
W V We m We Pe s s 04.38.30398903600404.307≈=??=??=?=ρ
25.一列管式换热器,壳内径为500mm ,内装174 根φ25×2.5mm 的钢管,试求壳体与管外空间的当量直径。
解: m
nd D nd D d n D d n D d e 029.0025.01745.0025.01745.0)44(4222
222=?+?-=+-=+-?=外外外外ππππ
26.求常压下35℃的空气以12m/s 的速度流经120m 长的水平通风管的能量损失和压力损失。管道截面为长方形,长为300mm ,宽为200mm 。(设d ε=0.0005)
解: 当量直径:
m
b a ab b a ab de 24.02.03.02.03.022)(24=+??=+=+=
35℃空气物性:
s p m kg a ??==-6
31085.18,/1465.1μρ 5
6
10
752.11085.18121465.124.0Re ?=???==-μρu d e
由 0005
.0=d
ε
,查得019.0=λ
kg
J u d l W e f /68421224.0120019.022
2=??==∑∴λ
Pa
W P f f 2.7841465.1684=?=?∑=?ρ
27.如附图所示,密度为800 kg/m 3、粘度为1.5 mPa ·s 的液体,由敞口高位槽经φ114×4mm 的钢管流入一密闭容器中,其压力为0.16MPa (表压),两
题24 附图
槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s ,管路中闸阀为半开,管壁的相对粗糙度d ε=0.002,试计算两槽液面的垂直距离z ?。 解: 在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:
f
W u p g Z u p g Z ∑+++=++2
22221112121ρρ
简化: f
W p
Zg ∑+=?ρ2
4
3
1048.8105.15
.1800106.0Re ?=???==
-μρ
du
由 002.0=d ε ,查得026.0=λ
管路中: 进口 5.0=ξ
90℃弯头 75.0=ξ 2个
半开闸阀 5.4=ξ 出口 1=ξ
25.1)15.475.025.0106.016030026.0(2)(2
2?
++?+++?=∑+=∑∴u d l W f ξλ
kg J /87.60=
m
g W p Z f 6.2681.9/)87.608001016.0(/)(6
2=+?=∑+=?∴ρ
28.从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔,以除去其中的有害物质,流程如附图所示。气体流量为3600m 3/h ,废气的物理性质与50℃的空气相近,在鼓风机吸入管路上装有U 形压差计,指示液为水,其读数为60mm 。输气管与放空管的内径均为250mm ,管长与管件、阀门的当量长度之和为55m (不包括进、出塔及管出口阻力),放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m ,已估计气体通过洗涤塔填料层的压力降为2.45kPa 。管壁的绝对粗糙度
取为0.15mm ,大气压力为101.3 kPa 。试求鼓风机的有效功率。
解: 以吸入管测压处为1-1’面,洗涤塔管出
口内侧为2-2’面,列柏努力方程:
f
e W u p g Z W u p g Z ∑+++=+++2
22221112121ρρ
简化: f e W g Z W u p ∑+=++221121ρ
其中:
a
O H p gR p 6.58806.081.9100021-=??-=-=ρ
题27 附图
题28 附图
s m d V u s /38.2025.0785.036003600
785.022=?=?=
50℃空气物性:
s p m kg a ??==-6
3106.19,/093.1μρ
5
6
10
84.2106.1938.20093.125.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
du
又 0006.025015
.0==
d
ε
查得 018.0=λ
塔
出进f e f W u d l l W +++∑+=∑∴2)(2
ξξλ
ρξξλ'2)(2
p u d l l e ?+
++∑+=出进
093.11045.2238.20)5.125.055018.0(3
2?+
?+?= kg J /3375=
ρ/12p W g Z We f -∑+=∴
kg J /7.4060093.1/6.588337581.915=++?=
kW
We V We m Pe s s 22.47.4060093.136003600=??=??=?=∴ρ
29.如附图所示,用离心泵将某油品输送至一密闭容器中。A 、B 处压力表的读数分别为1.47MPa 、1.43 MPa ,管路尺寸为φ89×4mm ,A 、B 两点间的直管长度为40m ,中间有6个90o标准弯头。已知油品的密度为820 kg/m 3,粘度
为121mPa ·s ,试求油在管路中的流量。
解: 在A —B 间列柏努力方程: f
B B B A A A W u p g Z u P g Z ∑+++=++2
22121ρρ
简化: f
B A W p
Zg P ∑++?=ρρ
kg
J Zg p p W B A f /97.3881.9182010)43.147.1(6
=?-?-=?--=∑∴ρ
又 22
u
d l l W
e
f ∑+=∑λ
Θ
油品粘度大, 设流动为层流.
ρμρμ2
2)(32264d u
l l u d l l du W e e f ∑+=∑+=∑∴
题29 附图
900
标准弯头 m d l e 835.2081.03535=?==
820081.0)835.2640(101213297.3823??+???=
∴-u
解得 s m u /95.0=
20005.5211012182095.0081.0Re 3
?=???==-μρdu
∴ 假设正确
h
m s m u d V s /61.17/1089.495.0081.0785.04
33322=?=??==
-π
30.20℃苯由高位槽流入贮槽中,两槽均为敞口,两槽液面恒定且相差5m 。输送管为φ38×3mm 的钢管(ε=0.05mm )总长为100m (包括所有局部阻力的当量长度),求苯的流量。
解: 在两槽间列柏努力方程,并简化: f
W Zg ∑=?
即:
22
u d l l Zg e ∑+=?λ
代入数据:
2032.010081.952u ?
=?λ 化简得: 03139.02
=u λ
00156.03205.0==d ε
查完全湍流区 022.0=λ
设 021.0=λ, 由(1)式得 s m u /22.1= 由附录查得20℃苯物性:
3876m kg =ρ s mP a 737.0=μ 4
3
10
66.410737.022.1879032.0?=???==-μρu d R e 查图,026.0=λ
再设 026.0=λ,由(1)得s m u /10.1=
4
310
20.410737.010.1879032.0?=???=-e R
查得26.0=λ 假设正确 s m u /10.1=∴
流量: h m
s m u d V s 33422183.31084.81.1032.0785.04=?=??==-π
31.如附图所示,密度为ρ的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流过。在A 、B 两截面间连接一U 形压差计,指示液的密度为ρ0,读数为R 。已知A 、B 两截面间的位差为h ,试求:
(1) AB 间的压力差及能量损失;
(2) 若将管路水平放置而流量保持不变,则压差计读数及AB 间的压
力差为多少?
解:(1)在A-A 与B-B 间柏努利方程:
∑+++=++fAB
B B B A A A W g Z u P g Z u P 2
22121ρρ 其中 A u =B u h z z A B =- hg
P P W B
A fA
B --=∴∑ρ
对于U 形差压计 g R g R Z Z P g Z P B B B A A ?+-+=?+ρρρ)(
g R g Z Z P P o B A B A ?-+?-=-)()(ρρρ g R g h P o AB ?-+?=?)(ρρρ
ρ
ρρρρρρg
R hg g
R g h W o o fAB )()(-=
--+=
∑
(2)水平放置时
Θ 流量不变 ∴管路总能量损失∑fAB W 不变。
而U 形差压计读数R 实际反映了阻力的大小,所以R 不变。 此时,g R W P o f AB )(ρρρ-==?∑
32.如附图所示,高位槽中水分别从BC 与BD 两支路排出,其中水面维持
恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m 。AB 管段的内径为38mm 、长为28m ;BC 与BD 支管的内径相同,均为32mm ,长度分别为12m 、 15m (以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度)。各段摩擦系
数均可取为0.03。试求:
(1)BC 支路阀门全关而BD 支路阀门全开时的流量;
(2)BC 支路与BD 支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。
B
R
h
A
题31 附图 题32 附图
解:(1)在高位槽液面与BD 管出口外侧列柏努利方程:
∑+++=++f
W u g Z P u g Z P 2
22221112121ρρ 简化 : ∑=?fABD W Zg 而
222
2211u
d l u d l W W W
BD AB fBD
fAB fABD
λλ+=+=∑∑∑
∴ 有:
2032.01503
.02038.02803.081.9102
2
21u u +=? 化简
1.9803.705.112
221=+u u 又由连续性方程: 1
12121241.1)3238
()(u u u d d u ===
代入上式:
1.9841.103.705.112
1221=?+u u 解得:s m u /98.11=
流量:
h m
s
m
u d V s 3
3
3212108.810244.298.10382.0785.04=?=??==
-π
(2)当 BD ,BC 支路阀均全开时:
ΘC ,D 出口状态完全相同,分支管路形如并联管路,
∑∑=∴fBD fBc W W
222
22223u d l u d l BD BC λλ= 2
2
231512u u =∴
23118.1u u =∴ (1) 又 3
21s s s V V V += 32
3222221444u d u d u d πππ+= 32
2212323238u u u +==22118.232u ?
21502.1u u =∴ (2)
在高位槽液面与BD 出口列柏努利方程:
∑∑∑+==??fBD fAB f W W W g Z
2032.01503
.02038.02803.081.9102
2
21u u +=? 1.9803.705.112
221=+u u (3) 将(2)代入(3)式中:
1.9803.750
2.105.112
2222=+?u u 解得:
s m
u s m
u s m u 96.163.2752.1312===
流量:h m s m
u d V s 3
3
32121173.101098.263.2038.0785.04
=?=??==
-π
h m
s
m
u d V s 3
3
32222207.510408.1752.1032.0785.04
=?=??==-π
h m
s m u d V s 3
32323367.5310576.196.1032.0785.04
=?=??==
-π
33.在内径为80mm 的管道上安装一标准孔板流量计,孔径为40mm ,U 形压差计的读数为350mmHg 。管内液体的密度为1050kg/m 3,粘度为0.5cP ,试计算液体的体积流量。
解:25.0)8040
(210==A A
设ec e R R >,查得 25.00=C
s m
g A C V s 3321001011.71050
981
)105013600(35.0204.0785.0625.0)(2-?=?-????=-=ρρρρ
s m d V u s
415.108.0785.01011.7785.0232
1
=??==
-
5
3
11038.2105.01050415.108.0?=???==-μρu d R e
而 4
107?=ec R ec e R R >
∴ 假设正确,以上计算有效。
34.用离心泵将20℃水从水池送至敞口高位槽中,流程如附图所示,两槽液面差为12m 。输送管为φ57×3.5mm 的钢管,总长为220m (包括所有局部阻力的当量长度)。用孔板流量计测量水流量,孔径为20mm ,流量系
数为0.61,U 形压差计的读数为400mmHg 。摩擦系数可取为0.02。试求:
(1)水流量,m 3/h ;
(2)每kg 水经过泵所获得的机械能。
解:(1)ρρρρ)
(200
0-=g A C V s
题34 附图
2.998)
2.99813600(81.94.0202.0785.061.02
-?????=
h m
s m 3
3388.61091.1=?=- (2)以水池液面为11'-面,高位槽液面为22'-面,在22~11'-'-面间
列柏努利方程: ∑+++=+++f
e W g Z u W g Z u 22
2212112121ρρρρ
简化: ∑+?=f e W Zg W
而
22
u d l l W e f ∑∑+=λ 其中:
s m d V u s 973.005.0785.01091.1785.0232=??==-
kg J
W f 656.412973.005.022002.02=??=∴∑
kg J
W e 4.159656.4181.912=+?=∴
35.以水标定的转子流量计用来测量酒精的流量。已知转子的密度为7700 kg/m 3,酒精的密度为790 kg/m 3,当转子的刻度相同时,酒精的流量比水的流量大还是小?试计算刻度校正系数。
解:
143
.1)
10007700(790)
7907700(1000)()(12211
2
=--?=--=ρρρρρρf f s s V V
∴酒精流量比水大
36.在一定转速下测定某离心泵的性能,吸入管与压出管的内径分别为70mm 和50mm 。当流量为30 m 3/h 时,泵入口处真空表与出口处压力表的读数分别为40kPa 和215kPa ,两测压口间的垂直距离为0.4m ,轴功率为3.45kW 。试计算泵的压头与效率。
解: s m d V u s 166.207.0785.0360030
42
211=?=
=π
s m u 246.405.0785.0360030
22=?=
在泵进出口处列柏努力方程,忽略能量损失;
2
2
2212112121Z u g g p H Z u g g p e ++=+++ρρ
Z
u u g g p p H e ?+-+-=)(21212
212ρ
4.0)116.2246.4(81.92181.91010)40215(223
3+-?+??+=
=27.07m
kW
g QH P e 213.207.2781.9103600303=???==ρ
%
1.64%10045.3213.2%100=?=?=∴P P e η
37.在一化工生产车间,要求用离心泵将冷却水从贮水池经换热器送到一
敞口高位槽中。已知高位槽中液面比贮水池中液面高出10m ,管路总长为400m (包括所有局部阻力的当量长度)。管内径为75mm ,换热器的压头损失为
g u 232
2,摩擦系数可取为0.03。此离心泵在转速为2900rpm 时的性能如下表所
示: Q /(m 3/s) 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 H /m
26
25.5
24.5
23
21
18.5
15.5
12
8.5
试求:(1)管路特性方程;
(2)泵工作点的流量与压头。
解:(1)管路特性曲线方程:
∑∑+?=+?+?+?=f
f e h Z h u
g Z g P H 221ρ
f e h
g u d l l Z +++?=∑22
λ
g u d l l Z e 2)
32(2
+++?=∑λ
2
2)
075.0785.0(81.921)32075.040003.0(10???+?+=Q H e 2
510019.510Q ?+=
(2)在坐标纸中绘出泵的特性曲线及管路特性曲线的工作点:
m
H s m Q 17.200045.03
==
38.用离心泵将水从贮槽输送至
高位槽中,两槽均为敞口,且液面恒定。现改为输送密度为1200 kg/m 3的
某水溶液,其它物性与水相近。若管路状况不变,试说明:
(1)输送量有无变化?
H (m )
Q(m 3
/s)
(2)压头有无变化? (3)泵的轴功率有无变化? (4)泵出口处压力有无变化?
解:ρ变化时,泵特性曲线不变。
管路特性曲线 2
2BQ Z BQ g P
Z H e +?=+?+?=ρ 不变
(1) 输送量不变; (2)压头不变;
(3) 轴功率:
ηρηg QH P P e =
= 增加 (4)在贮槽液面1-1′和泵出口2-2′间列柏努力方程: ∑+++=+++f e h Z u g g p H Z u g g p 22
2212112121ρρ
简化:
?
?????---=∑f e h Z u g H g p 22
2221ρ Θ工作点Q ,e H 不变,∑∴f
h
u
不变
即2P 随ρ的增加而增加。
39.用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为2
01.040Q H -=,管路特性方程为2
03.025Q H e +=,两式中Q 的单位均为m 3/h ,H 的单位为m 。试求:
(1)泵的输送量;
(2)若有两台相同的泵串联操作,则泵的输送量又为多少?
解:(1) 201.040Q H -= 2
03.025Q H e +=
联立: 2
203.02501.040Q Q +=-
解得:
h m Q 3
36
.19= (2) 两泵串联后:
泵的特性:)01.040(22
Q H -= 与管路特性联立:
)01.040(203.0252
2Q Q -?=+ 解得:h m
Q 3
17.33=
40.用型号为IS65-50-125的离心泵将敞口贮槽中80℃的水送出,吸入管路的压头损失为4m ,当地大气压为98kPa 。试确定此泵的安装高度。
23. 10℃的水以500 L/min 的流量流过一根长为300 m 的水平管,管壁的绝对粗糙度为0.05 mm 。有6 m 的压头可供克服流动的摩擦阻力,试求管径的最小尺寸。 解:这是关于试差法的应用。 10C o 的水,3999.7/kg m ρ= 5130.7710Pa s μ-=?? 在管路两端端列柏努利方程,以管子中心线所在的水平面为基准面,得 6f A B h p p m g g ρ-==∑ 由范宁公式 f h g =∑22l u d g λ (1) (1) 在该题中,假设λ不是最好的选择,因为管径不知道,不好由/d ε 反查'λ,且假设λ后由于不知道d ,也不能求u 和Re 。 (2) 假设管径为待求量,但若假设d ,由于实际生产中管子的规格多样,范围太广,不易得到准确范围。 (3) 可假设u 根据本教材表11-,选择合适的流速代入计算。自来水的流速为1~1.5m/s 。 取水的流速为 /m s 。根据给出的ε也可判断,所计算的阻力损失和管子的粗糙度有关,必定为湍流。且流体黏度比较大,必须使u 在较大值时保证水是湍流的。 0.090490.4d m mm ==== 此时由(1)式计算的262129.810.09040.0210300 1.32gd lu λ???= ==? 450.0904 1.3999.7Re 8.991013.7510 du ρμ-??===??,/0.05/(0.09041000)0.00055d ε=?= 查摩擦系数图,'0.021λ=,两者之间一致,假设合理。 管子的直径为90.4mm 。 24. 某油品的密度为800 kg/m 3、黏度为41 cP ,由附图中所示的A 槽送至B 槽,A 槽的液面比B 槽的液面高1.5 m 。输送管径为89 3.5mm mm φ?、长50 m(包括阀门
第一章流体流动 一、单项选择题(每小题1分) 1.在SI单位制中,通用气体常数R的单位为( )B A. atm·cm / mol·K B. Pa·m /mol·K C. Kf·m / mol·K D. Ibf·ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是( )C A. 系统操作参数不随时间改变 B. 系统操作参数不随位置改变 C. 系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D. 系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中,认为密度随压力变化的是( )A A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4. 下列关于压力的表述中,正确的是( )B A. 绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5.某系统的绝对压力为0.06MPa,若当地大气压为0.1MPa,则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6. 容器中装有某种液体,任取两点A,B,A点高度大于B点高度,则( )B A. p A > p B B. p A < p B C. p A = p B D. 当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.在一水平变径管路中,在小管截面A和大管截面B连接一U型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R值反映( )。A A.A、B两截面间的压强差;B.A、B两截面间的流动阻力; C.A、B两截面间动压头变化;D.突然扩大或缩小的局部阻力。 8. 使用U型管压差计测量较小压差时,为了准确读数,下列方法中正确的做法是()C A. 选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差,若两点间的压差较小,为了提高读数精度,你认为较好的指示剂为( )D A. 乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体,指的是()A A. 分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈( )。C A.过渡型流动;B.湍流流动;C.层流流动;D.静止状态。12.有两种关于粘性的说法:( )A (1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 (2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。
第一章 流体的性质 例1:两平行平板间充满液体,平板移动速度0.25m/s ,单位面积上所受的作用力2Pa(N/m2>,试确定平板间液体的粘性系数μ。 例2 :一木板,重量为G ,底面积为 S 。此木板沿一个倾角为,表面涂有润滑油的斜壁下滑,如图所示。已测得润滑油的厚度为,木板匀速下滑的速度为u 。试求润滑油的动力粘度μ。 b5E2RGbCAP 例3:两圆筒,外筒固定,内筒旋转。已知:r1=0.1m ,r2=0.103m ,L=1m 。 。 求:施加在外筒的力矩M 。 例4:求旋转圆盘的力矩。如图,已知ω, r1,δ,μ。求阻力矩M 。 第二章 流体静力学
例1:用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强,如图所示。已知:水面高程z0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z1 = 0.03m, z2 = 0.18m, z3 = 0.04m, z4 = 0.20m,水银密度p1EanqFDPw ρ′=13600kg/m3,水的密度ρ=1000kg/m3 。试求水面的相对压强p0。 例2:用如图所示的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为θ的Π形管。已知测压 计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ,倾角 θ=30°,试求压强差p1 –p2 。DXDiTa9E3d 例 3:用复式压差计测量两条气体管道的压差<如图所 示)。两个U 形管的工作液体为水银,密度为ρ2 ,其连接管充以酒精,密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z1 、 z2 、 z3、 z4 ,试求压强差pA –pB 。RTCrpUDGiT 例4:用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体 总压力。 例5:已知:一块平板宽为 B ,长为L,倾角 ,顶端与水面平齐。求:总压力及作用点。 例7:坝的园形泄水孔,装一直径d = 1m 的 平板闸门,中心水深h = 3m ,闸门所在斜面与水平面成,闸门A 端设有铰链,B 端钢索
一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是()。 D A 湍流流速>层流流速; B 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体是()的流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体,单位面积上所受的压力称为流体的()。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。B A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小; B. 流动阻力越小; C. 流动阻力越大; D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大; B. 中等; C. 小; D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差; B. 变截面、变压差; C. 恒流速、恒压差; D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是:( )。 D A. 湍流流速>层流流速; B. 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17.圆直管流动流体,湍流时雷诺准数是()。B A. Re ≤ 2000; B. Re ≥ 4000; C. Re = 2000~4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ,当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为()。 A A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa。 19.在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的()倍。 C A. 2; B. 8; C. 4。 20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是()。 C
第一二章习题 一、选择题 1.如图示,某直管管路,阀门A、B全开时,截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀, 若关小A阀,h1___↓____; h2____↓____, h1-h2____↓____; 若A阀不变,关小B阀,h1__↑_____; h2____↑____, h1-h2____↓____. 2.管路上装一阀门,减小开度,则流量流速___↓___;液体流经总阻力损失_____不变__;直管阻力___↓__,局部阻力___↑____。 3.水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将___↓____;管道总阻力损失__不变______;摩擦系数______不变___(如在阻力平方区)。 4.有一并联管路,如图所示,两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ,及d1=2d2, L1=2L2,则 (1)hf1/ hf2=_____1___ (2)当两段管路中流动均为滞流时,V1/ V2=____8___; u1/ u2=___2____ (3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数,V1/V2=_4____; u1/ u2=___1___ 5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强 计读数为pA= kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___A___流向__B_______. 6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱, (1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2= m水柱____ (2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______ 7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为 原来的________ A 如两种情况都为层流 16倍 B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. 32倍 8. 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,其阻力损失为原来的 ___1 /2______. 9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____1 m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa.
化工原理典型例题题解 第1章 流体流动 例1 沿程阻力损失 水在一段圆形直管内作层流流动,若其它条件不变,现流量及管径均减小为原来的二分之一,则此时因流动阻力产生的压力损失为原来的( )。 A 2倍 B .4倍 C .8 倍 D. 16 倍 解:因管内流体流动处于层流状态,根据哈根(Hahen )-泊谡叶(poiseuille )公式 2 32d lu P f μ= ? (1) 将式中的流速u 用流量v q 和管径d 表示出来, 2 4 d q u v π = (2) 将(2)式代入(1)式得 4 128d lq P v f πμ= ? (3) 现流量125.0v v q q =; 管径d 2=0.5d 1 , 根据(3)式,压力损失ΔP f2满足下式 85 .01 /)5.0/(5.0//3 4 1 14 114 1 14221 2== = = ??d q d q d q d q P P v v v v f f 故答案C 正确。 例2 流体在管内流动时剪应力的分布 流体在管内流动的摩擦阻力,仅由流体与壁面之间的摩擦引起吗? 解:圆管中沿管截面上的剪应力分布式为 r l g Z P g Z P 2) ()(2211ρρτ+-+= 由该式推导条件可知,剪应力分布与流动截面的几何形状有关,而与流体种类,层流或湍流无关。对于定常态流动体系,可见剪应力随圆管内流体半径的增大而增大,在壁面处,此剪应力达到最大。故剪应力(磨擦阻力)并非仅产生于壁面处,而是在流体体内亦存在。 例3 并联管路中的阻力损失 首尾相同的并联管路中,流体流经管径较小的支路时,总压头损失较大吗? 例 4 附图 解:A 为分支点,B 为汇合点。并联管路Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ具有相同的起始点A 和终点B ,分别利用柏努利方
第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。 解:真空度=大气压-绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压=-真空度=-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品,油面高于罐底9.6 m ,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔,其中心距罐底800 mm ,孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ,问至少需要几个螺钉? 解:设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ,则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ,故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644 p p d N π π =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为: 62332.23100.014 4.96104 F N π =?? ?=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 p
所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计,如本题附图所示。测得R 1=400 mm ,R 2=50 mm ,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散,于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水,其高度R 3=50mm 。试求A 、B 两处的表压强。 解:U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度,因为g Hg ρρ=,故由气柱 高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为A C p p ≈, B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置,用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m ,U 管压差计的指示液为水银,煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时,相界面与油层的吹气管出口距离h 。 解:如图,设水层吹气管出口处为a ,煤油层吹气管出口处为b ,且煤油层吹气管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) 1b p gH ρ=油(表压) U 管压差计中,12Hg p p gR ρ-= (忽略吹气管内的气柱压力) 12a b p p p p gR ρ-=-= C D H 1 压缩空气 p
1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时,流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等,油压P也相等,而三缸所配的活塞结构不同,三个油动机的出力F1,F2,F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F 1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
第一章 流体流动与输送设备 1. 燃烧重油所得的燃烧气,经分析知其中含%,%,N 276%,H 2O8%(体积%),试求此混合气体在温度500℃、压力时的密度。 解:混合气体平均摩尔质量 mol kg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-?=?+?+?+?=∑=∴ 混合密度 3 3 3/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+????==-ρ 2.已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50%(质量%)乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m 3,计算相对误差。 解:乙醇水溶液的混合密度 7895 .02.9985.01 22 11+ = + = ρρρa a m 3 /36.881m kg m =∴ρ 相对误差: % 74.5%10093536.8811%100=???? ??-=?-实实m m m ρρρ 3.在大气压力为的地区,某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。若在大气压力为90 kPa 的地区,仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作,则此时真空表的读数应为多少 解:' '真真绝 p p p p p a a -=-= ∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真 4.如附图所示,密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa ,又在液面下装一压力表,表中心线在测压口以上0.55m ,其读数为58 kPa 。试计算液面到下方测压口的距离。 解:液面下测压口处压力 gh p z g p p ρρ+=?+=10 m h g p p g p gh p z 36.255.081.990010)4258(3 0101=+??-=+-=-+=?∴ρρρ 5. 如附图所示,敞口容器内盛有不互溶的油和水,油层和水层的厚度分别为700mm 和600mm 。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为800 kg/m 3和1000 kg/m 3。 (1)计算玻璃管内水柱的高度; (2)判断A 与B 、C 与D 点的压力是否相等。 解:(1)容器底部压力 gh p gh gh p p a a 水水油ρρρ+=++=21 m h h h h h 16.16.07.01000800 2121=+?=+=+=∴水油水水油ρρρρρ 题4 附图 D h 1 h 2 A C 题5 附图
第一章流体流动和输送 1-1 烟道气的组成约为N275%,CO215%,O25%,H2O5%(体积百分数)。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。 解:M m=∑M i y i=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1 ρm=pM m/RT=101.3×103×30.1/(8.314×103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。问这一设备若置于成都和拉萨两地,表上读数分别应为多少? 解:成都p R=95-8=87kPa(真空度) 拉萨p R=62-8=54kPa(真空度) 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg,R2为90mmHg,R3为40mmH2O,试求上述值。 解:p B=R3ρH2O g+R2ρHg g=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa(表)p A=p B+R1ρHg g=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa(表) ?p=p A-p B=65766.2-12399.8=53366.4Pa 1-4 如附图所示,倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ0,空气密度为ρ,试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角α为30o时,若要忽略贮液器内的液面高度h的变化,而测量误差又不得超过1%时,试确定D/d比值至少应为多少?
1.雷诺准数的表达式为__________ 。当密度p= 1000kg/m3,粘度卩=1厘泊的水,在 内径为d=100mm以流速为1m/s在管中流动时,其雷诺准数等于______________ ,其流动类型为______ . 答案:Re二dup / 口 ; 105 ; 湍流 2.某流体在圆管中呈层流流动 , 今用皮托管测得管中心的最大流速为 2m/s, 此时管 内的平均流速为_________ . 答案: 1m/s 3.圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm测得其中的质量流量为11.8kg/s/, 其体积流量为______ . 平均流速为______ .答案: 0.0118m3/s ; 1.5m/s 4.管出口的局部阻力系数等于 __1.0___, 管入口的局部阻力系数等于 __0.5__. 5.流体在园直管内流动,当 Re>4000时的流型称为________ , 其平均速度与最大 流速的关系为_____ ,而 Re< 2000的流型称为 _______ ,平均速度与最大流速的关系为_____ 。 答案:湍流; Q 0.8umax; 层流; =0.5 umax 6.某设备上,真空度的读数为80mmH,g 其绝压 = ____ mH2O= ______ Pa. (该地区的 大气压为 720mmHg)答案:8.7mH2O ; 8.53 X 104pa 7.应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是___________________ 。 8.流体静压强P的作用方向为(B ) A .指向受压面 B.垂直指向受压面 C .垂直受压面 D .平行受压面 9.层流与湍流的本质区别是( D )
第一章 流体及其主要物理性质 例1: 已知油品的相对密度为0.85,求其重度。 解: 例2: 当压强增加5×104Pa 时,某种液体的密度增长0.02%,求该液体的弹性系数。 解: 例3: 已知:A =1200cm 2,V =0.5m/s μ1=0.142Pa.s ,h 1=1.0mm μ2=0.235Pa.s ,h 2=1.4mm 求:平板上所受的内摩擦力F 绘制:平板间流体的流速分布图 及应力分布图 解:(前提条件:牛顿流体、层流运 动) 因为 τ1=τ2 所以 3 /980085.085.0m N ?=?=γδ0=+=?=dV Vd dM V M ρρρρρ d dV V -=Pa dp d dp V dV E p 84105.2105% 02.01111?=??==-==ρρβdy du μ τ=??????? -=-=?2221110 h u h u V μτμτs m h h V h u h u h u V /23.02 112212 2 11 =+= ?=-μμμμμN h u V A F 6.41 1=-==μ τ
第二章 流体静力学 例1: 如图,汽车上有一长方形水箱,高H =1.2m ,长L =4m ,水箱顶盖中心有一供加水用的通大气压孔,试计算当汽车以加速度为3m/s 2向前行驶时,水箱底面上前后两点A 、B 的静压强(装满水)。 解: 分析:水箱处于顶盖封闭状态,当加速时,液面不变化,但由于惯性力而引起的液体内部压力分布规律不变,等压面仍为一倾斜平面,符合 等压面与x 轴方向之间的夹角 例2: (1)装满液体容器在顶盖中心处开口的相对平衡 分析:容器内液体虽然借离心惯性力向外甩,但由于受容器顶限制,液面并不能形成旋转抛物面,但内部压强分布规律不变: 利用边界条件:r =0,z =0时,p =0 作用于顶盖上的压强: (表压) (2)装满液体容器在顶盖边缘处开口的相对平衡 压强分布规律: =+s gz ax g a tg = θPa L tg H h p A A 177552=??? ?? ?+==θγγPa L tg H h p B B 57602=??? ?? ?-==θγγC z g r p +-?=)2( 2 2ωγg r p 22 2ωγ =C z g r p +-?=)2( 2 2ω γ
第一章 流体流动 流体的重要性质 1.某气柜的容积为6 000 m 3,若气柜内的表压力为5.5 kPa ,温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为:H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%,大气压力为 101.3 kPa ,试计算气柜满载时各组分的质量。 解:气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量: kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32C O t C O =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722C O t C O =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144C H t C H =??=?=M n m 2.若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起,试求混合油的 密度。设混合油为理想溶液。 解: ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表,其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同? 解:(1)设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? (2)真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 4.某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油(如附图所示),油面最高时离罐底9.5 m ,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔,其中心距罐底1000 mm ,孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ,问至少需要几个螺钉(大
习题解答 1-41一敞口贮槽中装有油(密度为917kg/m 3 )和水,液体总深度为3.66m ,其中油深为3m 。试计算油水分界处及贮槽底面的压力,分别用绝压和表压表示。(当地大气压为) 解:油水分界处: 表压:kPa gh p 0.27381.9917111=??==ρ 绝压:kPa p 12810013.1107.2541=?+?= 贮槽底面的压力: 表压:kPa gh p p 5.3366.081.91000107.242212=??+?=+=ρ 绝压:kPa p 13510013.110347.3542=?+?= 1-42用U 形压力计测量容器内液面上方的压力,指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3 ,h 1=0.3m ,h 2=0.4m ,R=0.4m 。试求: (1)容器内的表压; (2)若容器内的表压增大一倍,压力计的读数R ‘ 。 解:(1)如图,1-2为等压面。 )(211h h g p p ++=ρ gR p p a 02ρ+= gR p h h g p a 021)(ρρ+=++ 则容器内表压: kPa h h g gR p p a 2.4781.97.090081.94.013600)(210=??-??=+-=-ρρ (2)当容器内的表压增大一倍时,此时 2 '2' 2 R R h h -+= )2 ()('21' 02' 1' 0'R R h h g gR h h g gR p -++-=+-=ρρρρ表 整理得 2 /) 2/(021' g g R h h g p R ρρρ--++= ‘表 m 77.02 /81.990081.913600)2/4.07.0(81.9900102.4723=?-?-??+??= 1-43如图所示,用复式压差计测量某蒸汽锅炉液面上方的压力,指示液为水银,两U 形压差计间充满水。相对于某一基准面,各指示液界面高度分别为z 0=2.0m, z 2=0.7m, z 4=1.8m, z 6=0.6m, z 7=2.4m 。试计算锅炉内水面上方的蒸汽压力。 习题1-42 附图
《例题力学》典型例题 例题1:如图所示,质量为m =5 kg 、底面积为S =40 cm ×60 cm 的矩形平板,以U =1 m/s 的速度沿着与水平面成倾角θ=30的斜面作等速下滑运动。已知平板与斜面之间的油层厚度 δ=1 mm ,假设由平板所带动的油层的运动速度呈线性分布。求油的动力粘性系数。 解:由牛顿摩擦定律,平板所受的剪切应力du U dy τμ μδ == 又因等速运动,惯性力为零。根据牛顿第二定律:0m ==∑F a ,即: gsin 0m S θτ-?= ()3 24 gsin 59.8sin 301100.1021N s m 1406010 m U S θδμ--?????==≈????? 例题2:如图所示,转轴的直径d =0.36 m 、轴承的长度l =1 m ,轴与轴承的缝隙宽度δ=0.23 mm ,缝隙中充满动力粘性系数0.73Pa s μ=?的油,若轴的转速200rpm n =。求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解:由牛顿摩擦定律,轴与轴承之间的剪切应力 ()60d d n d u y πτμ μδ == 粘性阻力(摩擦力):F S dl ττπ=?= 克服油的粘性阻力所消耗的功率: ()()3 223 22 3 230230603.140.360.732001600.231050938.83(W) d d n d n n l P M F dl πππμωτπδ -==??=??= ???= ? ?= 例题3:如图所示,直径为d 的两个圆盘相互平行,间隙中的液体动力黏度系数为μ,若下
盘固定不动,上盘以恒定角速度ω旋转,此时所需力矩为T ,求间隙厚度δ的表达式。 解:根据牛顿黏性定律 d d 2d r r F A r r ω ωμ μ πδ δ== 2d d 2d r T F r r r ω μπδ =?= 4 2 420 d d 232d d d T T r r πμωπμωδδ===? 4 32d T πμωδ= 例题4:如图所示的双U 型管,用来测定比水小的液体的密度,试用液柱高差来确定未知液体的密度ρ(取管中水的密度ρ水=1000 kg/m 3)。 水 解:根据等压面的性质,采用相对压强可得: ()()()123243g g g h h h h h h ρρρ---=-水水 1234 32 h h h h h h ρρ-+-= -水
一、单选题 1.单位体积流体所具有的( A )称为流体的密度。 A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的( A )。 A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是( D )。 A 湍流流速>层流流速; B 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体是( B )的流体。 A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的( C )。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为( A )。 A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的( D )大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力( A )外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.( A )上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体的( D )小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为( B )。 A. Um=1/2Umax; B. Um=0.8Umax; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( A )。 A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关;
第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强,U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞,读数R =120mm ,当地大气压p a 为101.3kPa ,试求:(1) A 点的绝对压强,Pa ;(2) A 点的表压,Pa 。 解:(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量,采用图示的装置。测量时通入压缩空气,控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ,通气管距贮槽底面h=20cm ,贮槽直径为2m ,液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨? 答:80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为:4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯,苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ,槽底侧面有一直径为500mm 的人孔,其中心距槽底600mm ,人孔覆以孔盖,试求:(1) 人孔盖共受多少液柱静压力,以N 表示;(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ? 解:(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器,利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出,水由底部经一倒置的U 形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通,使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离H s =500mm ,油的密度为780kg/m 3,水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处,问倒置的U 形出口管顶部距分界面的垂直距离H 应为多少? 因液体在器内及管内的流动缓慢,本题可作静力学处理。 解:gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞,其间充满水。今测得h 1=1.20m ,h 2=0.3m ,h 3 =1.30m ,h 4 =0.25m ,试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解:()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ ()2112h h g gh P P i A --+=ρρ(1) ()()4342323h h g gh P h h g P P i B i -++=-+=ρρρ(2) (1)代入(2) ()()()43423211h h g gh P h h g h h g gh P i B i i A -++=-+--+ρρρρρ
流体流动习题及答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
一、单选题 1.单位体积流体所具有的()称为流体的密度。 A A 质量; B 粘度; C 位能; D 动能。 2.单位体积流体所具有的质量称为流体的()。 A A 密度; B 粘度; C 位能; D 动能。 3.层流与湍流的本质区别是()。 D A 湍流流速>层流流速; B 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 4.气体是()的流体。 B A 可移动; B 可压缩; C 可流动; D 可测量。 5.在静止的流体内,单位面积上所受的压力称为流体的()。 C A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 6.以绝对零压作起点计算的压力,称为()。 A A 绝对压力; B 表压力; C 静压力; D 真空度。 7.当被测流体的()大于外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 8.当被测流体的绝对压力()外界大气压力时,所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于; B 小于; C 等于; D 近似于。 9.()上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值,称为表压力。 A A 压力表; B 真空表; C 高度表; D 速度表。 10.被测流体的()小于外界大气压力时,所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压; B 表压力; C 相对压力; D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为()。 B A. Um=1/2Umax; B. Um=; C. Um=3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关,与U形管粗细无关; B. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细有关; C. 与指示液密度、液面高度无关,与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小; B. 流动阻力越小; C. 流动阻力越大; D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大; B. 中等; C. 小; D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差; B. 变截面、变压差; C. 恒流速、恒压差; D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是:( )。 D A. 湍流流速>层流流速; B. 流道截面大的为湍流,截面小的为层流; C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数; D. 层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体,湍流时雷诺准数是()。 B A. Re ≤ 2000; B. Re ≥ 4000; C. Re = 2000~4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ,当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为()。 A A. ; B. 101kPa; C. 。 19.在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的()倍。 C A. 2; B. 8; C. 4。 20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是()。 C
第一章流体流动 一、单项选择题(每小题1 分) 1.在SI 单位制中,通用气体常数R 的单位为( )B A.atm· cm / mol·K B. Pa· m /mol·K C. Kf· m / mol·K D. Ibf· ft / Ibmol·K 2.系统处于稳态指的是( )C A.系统操作参数不随时间改变 B.系统操作参数不随位置改变 C.系统操作参数随位置改变,但不随时间改变 D.系统操作参数随时间改变,但不随位置改变 3.下列流体中,认为密度随压力变化的是( )A A.甲烷 B.辛烷 C.甲苯 D. 水 4.下列关于压力的表述中,正确的是( )B A.绝对压强= 大气压强+ 真空度 B. 绝对压强= 大气压强- 真空度 C. 绝对压强= 大气压- 表压强 D. 绝对压强= 表压强+ 真空度 5.某系统的绝对压力为0.06MPa,若当地大气压为0.1MPa,则该系统的真空度为( )C A. 0.1MPa B. 0.14MPa C. 0.04MPa D. 0.06MPa 6.容器中装有某种液体,任取两点A,B,A 点高度大于B 点高度,则( )B A.p A > p B B.p A < p B C.p A = p B D.当液面上方的压强改变时,液体内部压强不发生改变 7.在一水平变径管路中,在小管截面A 和大管截面B 连接一U 型压差计,当流体流过该管时,压差计读数R 值反映( )。A A.A、B 两截面间的压强差;B.A、B 两截面间的流动阻力; C.A、B 两截面间动压头变化;D.突然扩大或缩小的局部阻力。 8.使用U 型管压差计测量较小压差时,为了准确读数,下列方法中正确的做法是()C A.选择较大密度的指示液 B. 选择较小密度的指示液 C. 使用与被测流体密度相近的指示液 D. 加大指示液与被测流体密度的差别 9.用一U 型管压差计测定正辛烷在管中两点间的压强差,若两点间的压差较小,为了提高 读数精度,你认为较好的指示剂为( )D A.乙醇 B. 水 C. 汞 D. 甲苯 10.所谓理想流体,指的是()A A.分子间作用力为零的流体 B. 牛顿流体 C. 稳定的胶体 D. 气体 11.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体,且流体应呈( )。C A.过渡型流动;B.湍流流动;C.层流流动;D.静止状态。12.有两种关于粘性的说法:( )A (1)无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。