流體流動習(xí)題答案

1、此題附圖所示的貯槽內(nèi)徑D為2m，槽底與內(nèi)徑d0為32mm的鋼管相連，槽內(nèi)無液體增補(bǔ)，其液面高度h1為2m(以管子中心線為基準(zhǔn))。液體在此題管內(nèi)流動時的所有能量損失可按hf20u2計算，式中u為液體在管內(nèi)的流速。試求當(dāng)槽內(nèi)液面降落1m時所需的時間。解：依據(jù)物料衡算，在d時間內(nèi)，槽內(nèi)因為液面降落dh而減少的液體量均由管路出口流出，于是有D2dhd2ud(1)44取管中心線所在的水平面位能基準(zhǔn)面，在剎時截面11與管路出口截面2間列柏努利方程，得p1gz1u12p2gz2u22hf,1222此中，z1hz20p1p20(表壓)u10hf,1220u2解得u0.692z20.0692h(2)將(2)式代

2、入(1)式，并在以下界限條件下積分10h12m2h21m120002dh4644s1.29h(32)20.692h12.此題附圖所示為冷凍鹽水循環(huán)系統(tǒng)。鹽水的密度為1100kg/m3，循環(huán)量為36m3/h。管路的直徑同樣，鹽水由A流經(jīng)兩個換熱器而至B的能量損失為J/kg，由B流至A的能量損失為49J/kg，試計算：(1)若泵的效率為70%時，泵的軸功率為若干kW?(2)若A處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為245.2103Pa時，B處的壓強(qiáng)表讀數(shù)為若干?解：對循環(huán)系統(tǒng)，在管路中任取一截面同時作上游和下游截面，列柏努利方程，能夠證明泵的功率完整用于戰(zhàn)勝流動阻力損失。(1)質(zhì)量流量wsVS1100kg/m336m3

3、/3600s11kg/sWehf,ABhf,BA98.149147.1J/kgNeWews147.1111618.1J/sNNe/1618.1/0.72.31kW在兩壓力表所處的截面A、B之間列柏努利方程，以經(jīng)過截面A中心的水平面作為位能基準(zhǔn)面。pAuA2pBgzBuB2hf,ABgzA22此中，zA0，zB7m，uAuB，pA245.2kPa，hf,AB98.1J/kg將以上數(shù)據(jù)代入前式，解得pB(pAgzBhf,AB)6.2104Pa(表壓)用壓縮空氣將密度為1100kg/m3的腐化性液體自低位槽送到高位槽，兩槽的液面保持恒定。管路直徑均為60mm3.5mm，其余尺寸見此題附圖。各管段的能

4、量損失為hf,ABhf,CDu2，hf,BC1.18u2。兩壓差計中的指示液均為水銀。試求當(dāng)R1，h時：(1)壓縮空氣的壓強(qiáng)p1為若干?(2)=45mm=200mmU管壓差計讀R2數(shù)為多少?解：求解此題的重點為流體在管中的流速在B、C間列柏努利方程，得pBgzBuB2pCuC2hf,BC2gzC2pBpCg(zCzB)hf,BC(1)pBpC(Hg)gR1g(zCzB)59473Pa代入(1)式，同時已知1100kg/m3zCzB5mhf,BC1.18u2解得u2.06m/s在低位槽液面11與高位槽液面22之間列柏努利方程，并以低位槽為位能基準(zhǔn)面，得p1gz1u12p2gz2u222hf,12

5、2此中z10z210mu1u20p20(表壓)hf,12hf,ABhf,BChf,CD3.18u23.182.06213.5J/kg代入上式可得p1gz2hf,12p1(gz2hf,12)1100(9.811013.5)122760Pa(表壓)若求R2重點在于pB，經(jīng)過pB可列出一個含h的靜力學(xué)基本方程HggR2ghpB(2)為此在低位槽液面11與截面B之間列柏努利方程，以低位槽為位能基準(zhǔn)面，得p1gz1u12pBgzBuB2hf,1B22此中，z10，zB1073m，u10，uB2.06m/s，p1123kPa(表壓)pB(p1gzBuB2hf,1B)2(1.227609.8131.52.0

6、62)1100110083385Pa(表壓)8338511009.810.2代入(2)式：R29.81136000.610m610mm14.在實驗室中，用玻璃管輸送20的70%醋酸。管內(nèi)徑為1.5cm，流量為10kg/min。用SI和物理單位各算一次雷諾數(shù)，并指出流型。解：(1)用SI制計算從本教材附錄中查得70%醋酸在20時的物理性質(zhì)：3，1069kg/m2.5103Pas，d1.5cm0.015mu4ws410/600.882m/sd23.14(1.5102)21069Re1.51020.8821069/2.51035657流動種類為湍流。用物理單位計算1069g/cm3，0.025g/(

7、cms)，d1.5cm，u88.2cm/sRe1.588.21069/2.5103565715.在此題附圖所示的實驗裝置中，于異徑水平管段兩截面間連一倒置U管壓差計，以丈量兩截面之間的壓強(qiáng)差。當(dāng)水的流量為10800kg/h時，U管壓差汁讀數(shù)R為100mm。粗、細(xì)管的直徑分別為60mm3.5mm與42mm3mm。計算：(1)1kg水流經(jīng)兩截面間的能量損失；(2)與該能量損失相當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)降為若干?解：(1)取接入管路的U型管管線所在的平面與管截面垂直的平為面11和22，并取管路中心線所在的平面為基準(zhǔn)面，那么z1z20在截面11和22間列Bernouli方程：p1gz1u12p2u22hf,122gz

8、22于是p1p2u12u22hf2對U型管壓計：p1p2gR對水在水平管中的流動：VSwsuAA對粗管：d2603.5253mm；對細(xì)管：d1423236mm于是u110800kg2.95m/s1000kg/m3(3600s)(36103)24u2u1(d1)22.95(36)21.36m/sd253hf,12gRu12u222.9521.36229.810.124.41J/kg(2)pfhf10004.4074.41103Pa密度為850kg/m3、黏度為810-3Pas的液體在內(nèi)徑為14mm的銅管內(nèi)流動，溶液的流速為1m/s。試計算：(1)雷諾準(zhǔn)數(shù)，并指出屬于何種流型；(2)局部速度等于均勻速度處與管軸的距離；(3)該管路為水平管，若上游壓強(qiáng)為147103Pa，液體流經(jīng)多長的管子，其壓強(qiáng)才降落到103Pa?解：(1)du1410318501487.5流動種類屬層流Re1038對層流流動的流體，其剎時速度和半徑之間的關(guān)系以下：urpf(R2r2)4l而均勻速度upfR28于是當(dāng)局部速度等于均勻速度時，有R2r21R2，即當(dāng)rR時，管路中2