南工大化工原理第一篇流體流動(dòng)習(xí)題解答

1、百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我 第一章流體流動(dòng)習(xí)題解答1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。已知水及油的密度別離為1000和860kg/m3,解：h=600mm，h=800mm,問H為多少mm？=600険陀也=800枕嚨戶朮二10耳鋰/腫p怖-,h-?v860 x9.31x0.6Q+1Q3x9.81xO.BQ=1Q5x9.81h=1.32m2有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20C不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強(qiáng)為變量。地平面處大氣壓強(qiáng)為760mmHg。試計(jì)算樓頂?shù)拇髿鈮簭?qiáng)，以mmHg為單位。解J叭二-3CDU=29/(8314x293.2)=1.190 xl0-5代入，得朋空=-P

2、El.imi尸“S3嚴(yán)0)=-9.81x1.190 xl0-J-0.04763,:.片=3某水池，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問：水池側(cè)壁平面每3米寬度經(jīng)受水的壓力是多少N?外界大氣壓為1atm。F=3(+gz)cfe=3xl.013xl05x4+3x103x9.31x42/2=1.45x1054外界大氣壓為1atm，試按理想氣體定律計(jì)算(表壓)、20C干空氣的密度。空氣分子量按29計(jì)。解：竺/皿皿十臨心譏皿:RT“3314x293.25有個(gè)外徑為R、內(nèi)徑為R為的空心球，由密度為p的材料制成。21若將該球完全淹沒在某密度為P的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比

3、。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。解:（4/CRl-號(hào)沁=底龍6為放大以U形壓差計(jì)測(cè)氣體壓強(qiáng)的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計(jì)。指示液是p=920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為m3。讀數(shù)R=100mm。問片與P2的差值是多少mmHg?解：珂二-p）gRsin20=（920-1.20）x9.81x0.1sm20=308.3Fa=2.31mmHg采用微差U形壓差計(jì)測(cè)壓差。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴(kuò)大室半徑均為80mm，壓差計(jì)頂用水和礦物油作指示液，密度別離為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)P與外界大氣壓P相等時(shí)，兩擴(kuò)大室油面齊平，U形管兩盡管0內(nèi)油、水交壤面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm，試

4、計(jì)算：（1）氣體壓強(qiáng)p（表）。（2）若不計(jì)擴(kuò)大室油面高度差，算得的氣體壓強(qiáng)p是多少？（3）若壓差計(jì)內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計(jì),在該氣體壓強(qiáng)p值下讀數(shù)Ro為多少？解：CDP-丘二(A-皿蘇十坷前莎=(1000-360)x9.31x0.35+860 x9.810.35/1607=4S4.8PaO000-860)x9.31x0.35=480.7?F-禺=你即4技4.2=1000 x9.21/.氐=0.049327某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度p的液體流過。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計(jì)測(cè)壓差，下測(cè)用的是一般U形壓差計(jì)，上測(cè)用的是復(fù)式U形壓差計(jì)，所用的指示液均為密度是p的同一種液體

5、。復(fù)式壓差計(jì)中1兩段指示液之間的流體是密度為p的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R與R、12R的關(guān)系。3解：=3-Q)g局十也-Qg毘尺1=只2亠鳥9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度=。然后將水從左支管倒入，測(cè)得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出。試計(jì)算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。h=111L=L習(xí)題9附圖如圖所示11為等壓面，:.p=p.pg(R+R)=水12pgR水銀2IT)=X103R2V水銀=4d2(2h+L)開V=4d2(R+R)水12V/V=(2h+L)/(R+R)=(2x+/+=水銀水11210)一直立煤氣管，在底部U形壓差計(jì)hi=120mm，在H=25m高處的U形壓

6、差計(jì)hj。U形管指示液為水。管外空氣密度為m3。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。h2P2h1習(xí)題10附圖申Hp1TOC o 1-5 h zp1_p1=P水.gh1P2_P2=P水.gh2減(2),得(P1-P2)-(P1-p2)=P水.g(h廠丸)(3)其中PP2=P煤.gH，PP2=P空.gH，代入式，得：P煤.gH_P空.gH=P水.皿廠人丿即P煤=P水.(hih2)/H+p空=103-/25+=kg/m3以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15C的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u二s，求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流速和體積流量。解；管子，查得外徑宛祕(mì)，壁厚橫截面積A=(0.060-2x

7、0.0035)2=2.206xl0_3m2水的密度戸999疋卽滬體積流量=1.5x2.206X10-3=3.309x10-35質(zhì)量流量可=UAo=1.5x2.2076xlO-3x999=3.儷血Z質(zhì)量流速G=up=1.5x999-1499陀心.腫)，質(zhì)量為，面積為40X46cm2的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動(dòng)。已知v=s,o=(油膜厚度)。求滑油的粘度。12v513TOC o 1-5 h z解：Ta512VaG5從受力分析Gsina=tAmgsina=tAwsgsmG：5:.t=川=xxl?/(40 x46x10-4)=N/m2dv卩dy3t二y/二卩5.屮=卩二xx10-3/=Pa-

8、s以緊縮空氣將某液體自儲(chǔ)槽壓送到高度H=、壓強(qiáng)P2為（表壓）的容器內(nèi)，。已知液體密度P=1800kg/m3，流體的流動(dòng)阻力為kg。問：所需的緊縮空氣壓強(qiáng)p至少為多少at（表壓）？1解：H=2.5at俵二ISOiUgf/?？?4.07/=?寧率諄+字卩腫卑葉（表）=1800(9.81x5.0+2.5x9.81xl041800+4.0)=3.407x10水以70m3/h的流量流過傾斜的異徑管通。已知小管內(nèi)徑d=100mm，大管A內(nèi)徑d=150mm,B、A截面中心點(diǎn)高度差h=,U形壓差計(jì)的指示液為汞。若不計(jì)AB段的流體流動(dòng)阻力，試問：U形壓差計(jì)哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？R為多少？百度文庫-讓每個(gè)人

9、平等地提升自我百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我 2認(rèn) 2s 解罟呼代幾-出廠個(gè)據(jù)嚴(yán)70/3600,“川(jt/4)(0.15)2由，式得3-佔(zhàn)=巴-70/3600(7T/4X0.132=1.10/sC13.6-1.0103x9.311031.102-2.4S32丘=-OWO他可見,左支管內(nèi)指示液位比右支管內(nèi)的高。水以XlSms/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。小管內(nèi)徑d=20mm，大管內(nèi)徑d=46mm。欲測(cè)一、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R，采用倒U形壓2差計(jì)。已知壓差計(jì)內(nèi)水面上空是P二m3的空氣，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動(dòng)阻力刀h。f6.

10、4x10(tt/4)(0.020)2-2.0372/s=6.410=o.385/gM4)(0.04Q2也-代=価-P)gR=Q000-2.5)x9.81x0.10=978.”-912.32.0372-0.3S52D嚴(yán)戸十寸二飛廠十二飭僱16.水從噴嘴口1-1截面垂直向上噴射至大氣。設(shè)在大氣中流束截面維持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d=20mm，出噴嘴口水流速u15m/s。問：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。12-2間列=gz+2/2+p/p+XhfW=sgz+Sh1fx42間列柏努利方2解：1-1與2-2之程2gZ+U2/2+p/p=gz+u,2/2+p/pz=0，z=5m，p=p

11、1212.u2/2=gz+u2/2122.152/2=X5+u2/22u=又，u1d1解：U1=u2=0，p1=p2，1XX103/103=368J/kgN=W-Vp=368x30 x103=x107Was:.N=N耳=x107x=x106W=x103kWea某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動(dòng)。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測(cè)點(diǎn)流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問：測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置廣為多少時(shí)該點(diǎn)的點(diǎn)流速等于平均流速？解：一般式：仏瞪眾-呼令屮丘叭咕：.=72/2=0.707=ud2習(xí)題16附22圖d=(u/u)i/2d二門126x=m2121高、低水庫的水面高度差H=42m，水流量為30ms/s，水流的總阻力為。

12、已知透平的效率n=，試計(jì)算透平的輸出功率。z=0，2z=H=42m11-1與IgZ+U2/2+p/p+W以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d,管兩段壓差為-岸i。因管道侵蝕，1擬改換管道。對(duì)新裝管道要求如下：管長不變，管段壓降為原來壓降的，而流量加倍。設(shè)前后情形流體皆為層流。問：新管道內(nèi)徑d與原來管內(nèi)徑d之比為多.21少？解：層流A=32oc2_d2尹輒%込.=1.2820.在機(jī)械工程中常會(huì)碰到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動(dòng)的情形。設(shè)流動(dòng)為層流。設(shè)間隙厚為2y，試證流體沿y軸向點(diǎn)流速呈如下拋物線1V=規(guī)律散布：3解：對(duì)長度L，高度y，寬度為1的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分（芋）。十卑學(xué)。二0析

13、：血旳0-Tdp1即：g說十2I又y二九0=0匸=-（-）（0#dx.廠二丄也）（；-/）gdx021粘度為口，密度為P的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。設(shè)液體層流流動(dòng)，液膜厚度為6,平壁寬度為B。試推導(dǎo)任一流動(dòng)截面上液體點(diǎn)流速v隨y的轉(zhuǎn)變規(guī)律，并證明平均流速弘解：取寬為B,長為dx,高為y的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分（Bdx-y）pg-（一左B-必）=0析：必即dV=-ydyV=-/V二廠乩和=史(嚴(yán)一_/)卻=#=史(護(hù)一)=邑史嚴(yán)2只2#33出串聯(lián)兩管一、2,d=d/2,L=80m,Re=1600,Sh=液柱，Sh=56mm液柱，求L。1211flf22局部阻力可略。4*丄解：.Re二我事g,Re/

14、Re=d/d=1/2,2,112.Re=Re/2=1600/2=800,兩管內(nèi)皆為層流,2,1又，Shf=32yul/(pgd2)g32yVl/(4d2pgd2)gl/d4Sh/Sh=(d/d)4xl/l即56/540=(1/2)4Xl/80f,2f,112212l=133m2原P=920kg/m3,片=，現(xiàn)p2=860kg/m3,巴二，層流，W/W求：Ap/Ap。局部阻力不計(jì)。TOC o 1-5 h zf1f2蘭邏解：層流，Apf=32yul/d2=32yWl/(4d2xpxd2)g“115920.Ap/Ap=(卩/y)x(W/W)x(p/p)=f,2f,1廠2廠121廠1廠2某牛頓型流體在

15、圓、直、等徑管內(nèi)流動(dòng)，在管截面上的速度散布可表達(dá)為v=24y-200y2,式中：y截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離,m；v該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：(1)管半徑中點(diǎn)處的流速。(2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為s。解：若為層流，v=v1(r/R)2=vr2)/R2=v(Rr)(R+r)/R2TOC o 1-5 h zmaxmaxmax=vy(2Ry)/R2=2vy/Rvy2/R2maxmaxmax可見，該流型為層流V2v/R=24,v/R2=200,二式相除，得maxmax(v/R2)/(2v/R)=1/(2R)=200/24maxmax.R=i.y=2=,v=24y200y2=(24x(200

16、 x=sii.dv/dy=24400y,dv/dy|=24y=0/.t=y(dv/dy)=x24=N/m2wy=0W=35T/h,H=20m,9108x4mm,y=2840cP,p=952kg/m3,耳=50%,N=85kW,求包括局部阻力當(dāng)量管長的總管長。解：W=35T/h=35x103kg/hd=1084x2=100mm=,y=2840cP=-s百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我 N=Nn=85x103x=x104WeW=N/W=x104x3600/(35x103)=4371J/kgTOC o 1-5 h zse1-1與22間列柏努利方程gz+u2/2+p/p

17、+W=gz+u2/2+p/p+Sh111s222fz=0，z=H=20m,u=u=0，p=p121212W=gH+Shsf.Sh=WgH=4371-x20=4175J/kgfsu二山=35x103/(3600 x952x4x=m/s竺0.10 x1.30 x952Re=圧=284=2000層流6464J+H;S.4+14x0.75+1.5）x-一0.05322H=9.71m承第34題，若已知H=20m,問水流量多少ms/h?解；設(shè)月=0.0肝斶他=（icw產(chǎn)+11如4皿7小竺形沁0.0532Ae=0.053xl.79xl0s/0.001=9.49xl0f/=02站二二77x1尸.查得衛(wèi)二0.0

18、藥所設(shè);確，計(jì)算有效，（0.053）2x1.79x3600=14./A有兩段管路，管子均為內(nèi)徑20mm、長8m、絕對(duì)粗糙度的直鋼管，其中一根管水平安裝，另一根管鉛垂向安裝。若二者均輸送20C清水，流速皆為m/s。豎直管內(nèi)水由下而上流過。試比較兩種情形管兩頭的額修正壓強(qiáng)差與壓強(qiáng)差。要用計(jì)算結(jié)果說明。解：匕=0.020 xl.15x10/0.001=2.3xl04/=0.2/20=0.01,查得衛(wèi)二0.040O112另婦=0.0405:一=10.77/g（與管向無關(guān)）J70.0202om平管2比n-p）.魚+程二魚斗邏亠另血06）p2p2厶i1-驗(yàn)】一抵=-=1000 x10.7=1.07=1.0

19、7幻0乜鉛垂管。流體向上流動(dòng)：L-,2=1.07X1O4（計(jì)算同）代”1Er2=（界十爐或1）（E十Q或2）:.P1-P2=（第力+廠烈比-A1.07xl04+10sx9.01X8=8.92j104有A、B兩根管道并聯(lián)。已知：l=8m，d=50mm，l=12m，d=38mm（上述lAABB中包括了局部阻力，d指內(nèi)徑）。流體工質(zhì)是常壓、20C的空氣（按干空氣計(jì)）?？偭髁渴?00kg/h。問：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點(diǎn)與匯合點(diǎn)的局部阻力可略。皆為。解應(yīng)氣口二1.20戲gf喘#二I.Elx呂甘管=0.2/50=0.004;ffi阻力平方區(qū)=0.02E5管=0.2/3S=5.26xl0-ffi阻力平

20、方區(qū)，=0.031設(shè)=0.0235,=0.031企啟見吐_回亞亙HH11=254耳_此九&_*0.0235x3_4x143.5/3600jtxO.050 x1.BlxW5匹=200(2.54/3.54)=143.5g/?=5.61xl0ff/=0.004,查得応=0.03024x56.5/3600jtxO.03Sxl.SlxW5吧=200-143.3=56.5/Zs=2.9M0s/ds=5.26xl0_查得;G=0.034再=0.0302,=0.034,算得略d理=2.58叭=144疋即弟化=5.63xlQ查尉=0.0302,氏活二2貂x10j查得九二0.24因核算得的Mb值與原設(shè)的一致，故略

21、=144陀他理=5Kgfk某水塔供水流程，管長為L。現(xiàn)需增加50%的流量，擬采用b）流程。b）流程中各管管徑均與a）流程的相同，其L/2管長為兩管并聯(lián)。設(shè)局部阻力不計(jì)，所有管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)入值均相等且為常數(shù)。問：b）方案可否知足要求。辭y_臨呼8U2）（fG/2）2嚴(yán)可呼.葉二丄.冬_+丄埒巴=1.2512422213）不滿足流量增加刃的要求。某七層的宿舍樓，第四至第七層樓生活用水均來自房頂水箱。若總輸水管為普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來水支管為空普通壁厚水煤氣鋼管。所用的閥皆為截止閥。水箱內(nèi)水深2m。有關(guān)尺寸示于附圖。試計(jì)算：（1）只開七樓的閥且閥全開時(shí)，V為多少？（2）當(dāng)四樓及七樓的

22、閥都全開，五、六樓的閥全關(guān)，V及V及各為多少？計(jì)算支管阻力時(shí)只計(jì)入局部阻力，直管阻力可略。47設(shè)入皆為。解；總管為悶心5嘰&電=41陀幗支管為21.25x2.75,d=515mm,全開閥門閥，=6.4;突然縮小見大茨0）,了二0厶三通（直入旁岀）厶二1.2洱三通直通）,Le=0.35只幵七樓得閥總管口=(巧.7河41乎卩y=0.U76U79.Blx4.2(6.4+0.0412+1)K1+(0.5+0.04-)(0.1476E/7)30.0157520.041，.U7=2.Slm/s爲(wèi)=5.47x10-4/s只開四七樓的閥：(9.81x15.6)-(0.5+0.ill0.04r(0.041)4=

23、後.4十0.041,2十1)一-十(9.81X11.4)0.01575(0.01575)411.4+3x0.35,硏宀心”L2樸(0.04)十(6.4十0.04十1)0.0417(0.041/0.015757(0.01575?化簡，得1*04-7了沁1叭際十焉)=111.3+1.376x10s/72=1.411xl0&經(jīng)試差得；耳=LQ35xlWb戸=5訶衣1CT4喘40用離心泵將水由水槽送至水洗塔內(nèi)。水槽敞口。塔內(nèi)表壓為。水槽水面至塔內(nèi)水出口處垂直高度差22m。已知水流量為h,泵對(duì)水作的有效功為kg，管路總長110m（包括局部阻力當(dāng)量管長），管子內(nèi)徑100mm。試計(jì)算摩擦系數(shù)入值。解：1-1

24、與2-2間列柏努利方程：gz+u2/2+p/p+W=gz+u2/2+p/p+Sh11s222fz=0,z=22m,u=0,p（表）二01211u=且=（4xx3600）=m/s2p=xx104=x104Pa2.W二gz+u2/2+p/p+Shs212f.Shf=J/kgI+IsASh=*U2/2=f即=x22+2+x104/103+Shf01x2=.九=百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我百度文庫-讓每個(gè)人平等地提升自我 3 41.35C的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動(dòng)。若不考慮流動(dòng)阻力，為保證水在流經(jīng)收縮管時(shí)不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？本地大

25、氣壓為latm,35C的水的密度為994kg/m3,飽和蒸汽壓為。H=12m，h=8m,d=150mm（內(nèi)直徑）。22Hh習(xí)題41附圖解：1“11”至“33”列柏努利方程gzjp/p+uj/2二gz3+P3/p+*2/2*.*p=p,z=0,u=0331:.u二J路二J2H9.21X12二m/s3“22”至“33”列柏努利方程gz+p/p+u2/2=gz+p/p+u2/2223332截面剛液體汽化時(shí)，p=，則2x8+x103/994+u2/2=x105/994+22:.u=m/s2*.*ud2=ud2即x1502=322:.d=145mm2，水泵抽水打進(jìn)B、C水槽。已知各管內(nèi)徑相等，且AB段、AC段和OA段（不包括泵內(nèi)阻力）的管道長與局部阻力當(dāng)量管長之和相等。設(shè)摩擦系數(shù)入值皆相同，進(jìn)程定態(tài)。求%呱。C水BVCA水VB習(xí)題42附圖解：由“AtB”與“AtC”可列下式EE=ACEE=AB代入數(shù)