04流體流動(dòng)習(xí)題答案

1、23. 10c的水以500 L/min的流量流過(guò)一根長(zhǎng)為300 m的水平管，管壁的絕對(duì)粗 糙度為0.05 mm。有6 m的壓頭可供克服流動(dòng)的摩擦阻力， 試求管徑的最小尺寸。解：這是關(guān)于試差法的應(yīng)用。10C 的水，P =999.7kg/m3卩=13 0. 77 1P0a s在管路兩端端列柏努利方程，以管子中心線所在的水平面為基準(zhǔn)面，得詈罟=6m由范寧公式冒叫ig(1)在該題中，假設(shè)A不是最好的選擇，因?yàn)楣軓讲恢?，不好?名/d反 查入，且假設(shè)A后由于不知道d，也不能求u和Re。 假設(shè)管徑為待求量，但若假設(shè)d，由于實(shí)際生產(chǎn)中管子的規(guī)格多樣，范 圍太廣，不易得到準(zhǔn)確范圍?？杉僭O(shè)u根據(jù)本教材表1-1

2、，選擇合適的流速代入計(jì)算。自來(lái)水的流速為11.5m/so取水的流速為1.3 m/s。根據(jù)給出的S也可判斷，所計(jì)算的阻力損失和管子的粗糙度有關(guān)，必定為湍流。且流體黏度比較大，必須使u在較大值時(shí)保證水是 湍流的。嚴(yán)亙 60.0904= 9mmV 3. 1 4 1. 3此時(shí)由式計(jì)算的-譽(yù)=空90需型=0-021013.75天10厘Re =誓-O.0904 .3：999.7 =8.99咒 104，呂/ d = 0.05/(0.0904 000) = 0.00055查摩擦系數(shù)圖，d =0.021，兩者之間一致，假設(shè)合理。管子的直徑為90.4mm。24. 某油品的密度為800 kg/m3、黏度為41 cP

3、,由附圖中所示的A槽送至B 槽,A槽的液面比B槽的液面高1.5 m=輸送管徑為*89mmX3.5mm、長(zhǎng)50 m(包括閥的當(dāng)量長(zhǎng)度），進(jìn)、出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m3/h）； 若調(diào) 節(jié)閥門的開度，使油的流量減少20%,此時(shí)閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度增加多少（m）?=1X L. r解：題給條件下，油品的密度 P =800kg/m3，黏度=41cp = 41d0Pa ”s（1）在A、B兩槽間列柏努利方程，并以B槽液面為基準(zhǔn)面，得2 2PA+gzAt峠+ g互 + 詈+2gzAhf ,A_B其中，Pa = Pb = 0（表壓），uA = uB 比0，Za Zb = 1.5m將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程

4、,g(ZA Zb)=送 h f ,A_B即邊2 =14.72此情況下，應(yīng)假設(shè)A,求出u之后，計(jì)算Re，由于并未給出粗糙度的值, 且流體黏度很大，可先試驗(yàn)層流的磨擦系數(shù)關(guān)系式。假設(shè)流體處在層流區(qū)，有304.9X 64 u2 =14.72duP/A解得 u =1.21m/sduP 82X 1t)x80109 2 0假設(shè)合理Vs = u AW . 2 14 *4(821203 60 0 n2 2h9 9 rrY h 2 3 /（2）流量減少之后Vs4d2= 0.8= 0 .=8 1.21 m) .97 /此時(shí)流體仍處在層流區(qū)，A = 6464Re duP/卩Vs =0.8% =0.8X23 = 18

5、.4m3/hl u264P I u2duPd 2l= gZd 竺空82空竺=62.21m32 Pu32x41x10 代 0.87由(1)、(2)解得Vi=0.142m3/sV2 =0. 1 5r8 s/0 =le =1 -I =62.21-50 =12.21m閥門開度減小流速下降，直管阻力損失減小，但由于閥門關(guān)小之后，局部阻力損失過(guò)大。所以總阻力損失沒(méi)變。fi25. 在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長(zhǎng)均為5 m（包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），管 卩二 匚二片C網(wǎng)TtxH_內(nèi)徑為200 mm。通過(guò)填料層的能量損失可

6、分別折算為5u12與 4u；，式中u為氣體在管內(nèi)的流速，m/s。氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)？=0.02。管路的氣體總流量為0.3 m3/s。試求：（1）當(dāng)兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量； 附 圖中AB的能量損失。解：（1）并聯(lián)管路中,各支路的阻力損失相等，Z hfA_,_B=：S hfAj直徑200 mm管路上的全開閘閥l1.3m，所以u(píng)Vs,1_0.02天二+8U2 VS,20.02咒口+10= 0.901(1)0.2其中 p2=1.93d05 Pa(表壓)Pa=0(表壓)u2 =2.3m/s0（2）取任一支路進(jìn)行能量損失計(jì)算皆可2.r h +1 U, p- 2/ 1 十12Z hf A=人+55

7、 =(人+5)u1d 22d5+1.34x0.142 2= (0.02x+5)x() =109J/kg2x0.23.14x0.226.用離心泵將20C水經(jīng)總管分別送至A、B容器內(nèi)，總管流量為89m3/h總管直徑為軸27mm X 5mm。泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)為1.93 X05 Pa,容器B內(nèi)水面上方表 壓為I kgf/cm2。總管的流動(dòng)阻力可忽略，各設(shè)備間的相對(duì)位臵如本題習(xí)題26附圖ffl 6 in丄附圖所示。試求：（1）兩支管的壓頭損失Hf,。，Hf,。; 離心泵的有效壓頭He。解：（1）在總貯槽液面1-1和主管路壓力表之后，記為截面2-2，列柏努利方程，并以通過(guò)截面2主管路中心線的水平面作為位能

8、基準(zhǔn)面，得Z22昭罟+”+詩(shī)2+ Hf2其中，P2 =1.93勺05 Pa（表壓）Z2z,=2m Hf,i00:yy =2.3m/s4894VsU2 _ 兀d2 _3600兀(127-5乂2)天10_代入之后得到：He = 17.94m（2）在截面2和容器A的液面之間列柏努利方程，得2 2穿弋苛ZA+UA+Hf 一Z2 Za = -16m2送 Hf 2=P2 Pa +電+(z2 -za) =1 9.670.27 W6m3.Pg2g由于主管路的阻力可以忽略， 送Hf,O遼 Hf,2=3.94m同樣可列出截面2到容器B的液面的柏努利方程，解得送 Hf,O_B2 Hf,2_B = 1.96m27.用

9、效率為80%的齒輪泵將黏稠的液體從敞口槽送至密閉容器內(nèi)，兩者液面均維持恒 定，容器頂部壓強(qiáng)表的讀數(shù)為30X103 Pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，其流程如本題附圖所示。主管流a5 m 旁路3量為14 m/h，管徑為$66mmx3mm，管長(zhǎng)為80習(xí)題27附圖m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）旁路的流量為35 m /h，管徑為 32mmx 2.5mm，管長(zhǎng)為20 m（包括除了閥門外的所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。兩管路的流型相同, 忽略貯槽液面至分支點(diǎn)0之間的能量損失。被輸送液體的黏度為 50咒10 Pas， 密度為1100kg/m兀 d23.14X0.0272。試計(jì)算：（1）泵的軸功率； 旁路閥門的阻力系數(shù)。解

10、: （1）流體在總管中的速度u靜-穿簽響m/sR，1代1如10050x106464= 1821.6，旦=0.035Re11821.6總管阻力損失:旁路的流速U2 =50x10山Re2 1443Re =出=27 咒 10.43燈100=1443 亠工=工=0.044 卩 一 一3旁路是一循環(huán)管路，循環(huán)系統(tǒng)中， W hf22+le M UoB 2x120.7620120.76 =(72 +E)丄= = -0.044X=8.31d22.430.02728.本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為11 m。AB管段內(nèi)徑為38 mm

11、、長(zhǎng)為58 m； BC支管的內(nèi)徑為32 m、長(zhǎng)為12.5 m； BD支管的內(nèi)徑為26 mm、長(zhǎng)為14 m。各段管長(zhǎng)均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。AB與BC管段的摩擦 系數(shù)肚勻可取為0.03。試計(jì)算：(1)當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為若干(m3/h)? 當(dāng)所有閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為若干(m3/h)?BD支管的管壁絕對(duì)粗糙度E可取為0.15 mm,水的密度為1000 kg/m3，黏度為0.001 Pas。解： 在高位槽液面1-1和BC支管出口內(nèi)側(cè)截面C-C間列柏努利方程,并以截面C -C為位能基準(zhǔn)面，得詈5詩(shī)峠PZC詩(shī)吃hf,1工(1)其中 Pi = Pc = 0(表

12、壓)z,=11m zC = 0 u汁02 將以上數(shù)值代入方程(1)，整理得gz1 =2： hf,1上+學(xué)I2I2211x9.18 = aIab Uab+aIbc Ubc +Ubcd AB 2dBC 222 2 2=0如蟲3才0如冊(cè)即UC根據(jù)連續(xù)性方程(ud2)AB =(ud2)BC，解得UAB =0.71UBC代入式，解得 =1.77m/s，UB2.49m/sVbc =-dBcUBc =0*(3 2 10)2耳 49 書 6 0m)3h7 . 2/44(2)根據(jù)分支管路的流動(dòng)規(guī)律，有P+gzc +守+2 hf,Br =罟+ gzD +2+2 hf,B_D由于出口管BC、BD在同一水平面上，取兩

13、支管出口外側(cè)為下游截面，則 兩截面上z, p和u均相等。(3)式可簡(jiǎn)化為2 hfBr =2 hf,B_D，記為方程(4)。但由于BC和BD是不連續(xù)的，UodD =UcdC不一定成立，和幾d的關(guān)系也 不能確定，需要試差計(jì)算。由于“為已知，應(yīng)假設(shè)Ad，這樣可確定比和Ud的比 例。SBD/dBD =0.15/26=0.0058,查摩擦系數(shù)圖，得幾bd =0.0318，將和幾bd代 入方程(4)，得2 212.5Ubc14 U bd0.03X BC =0.0318 X BD = Ubc =1.21Ubd32x10226x102在高位槽液面1-1和截面C -C間列柏努利方程，并以截面C -C作位能基 準(zhǔn)

14、面，得u1PCuCL .孑壯乙+=* + gzc+hf,1q其中，口 = PC = (表壓)u 0 zC =0 z,=11m將以上數(shù)據(jù)代入方程(6)，整理得107.9=2： hf,A_B +2： hfz5皿汁4)中(0.妙島+0.若= 23.15uAb(8)送 5%瓷專=0.曲32專=5.86uBc(9)由連續(xù)性方程，可得UABdAB =UBcdBc +UBDdBD(10)其中 dAB=38mm，cIbc =32mm, cIbd =26mm，代入方程(10)中,整理可得Uab=0. 7 8 b c 0. 4U3 9 D(11)把 Ubc T.21Ubd 代入方程(11)，得到 Uab =1-1

15、5Ubd把 Ubc =1.21ubd、Uab 1.15ubd 代入方程(11)得到 Ubd =1-6m/s1x10校驗(yàn) Zbd : ReBD-Uh/10%嚴(yán) 10l4.倏 104，BD/dB 0.0058 查得/一bd =0.033,與前面的假設(shè)Abd =0.0318不相符，需重新計(jì)算。以入bd =0.033代入計(jì)算，得 UBC =1.23ubd， uab =1.16ubd代入方程(11)得到uBD = 1.45m/ s校驗(yàn) Zbd : ReBD=(dU=26估45的1x10= 3.77x104 ,4查得 /一bd =0.0326，與 Abd = 0.033相符。uC =1.23Ud =1.23x1.45 = 1.78m/s兀.2Vbc = dBCUBC =43.14兀 2VBdBDUBD443.143 23x