流體流動(dòng)分知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)題期末復(fù)習(xí)用

【密度】某煙道氣〔可視為抱負(fù)氣體混合物〕的組成中含 CO2

為13%，H 為2O11%,N276%，溫度為 400℃,壓強(qiáng)為98.64kPa。假設(shè)以上百分?jǐn)?shù)為體積百分率，該混合氣體的平均分子量為 ，密度為 ；假設(shè)以上百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量百分率，該混合氣體的平均分子量為 ，密度為 。解：當(dāng)所給條件為體積百分率時(shí) M 0.1344 0.1118 0.7628 28.98當(dāng)所給條件為質(zhì)量百分率時(shí)

pM 98.64 28.980.511kg/m3RT 8.3146731M0.13/440.11/180.76/28

27.62g/molpM98.6427.620.487kg/m3RT8.314673【表壓、絕壓及真空度】某容器內(nèi)確實(shí)定壓強(qiáng)kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽閗Pa，則表壓98.7kPa；另一容器內(nèi)確實(shí)定200101.3為壓強(qiáng)為85.5kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈩t表壓 ，真空度為 -14.8kPa為

14.8kPa?！径☉B(tài)流淌】所謂定態(tài)流 流體在流淌過程中，其操作參數(shù)只是位置的函數(shù)，而不動(dòng)是指【粘度】無粘性的流體，稱為

流體。(抱負(fù))

隨時(shí)間變化。一般狀況下，溫度上升，氣體的

液體的粘度 。(增大減粘度粘度的物理意義是流體流淌時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的根本

， 小)。(促使流體流淌產(chǎn)生單位速度梯度的剪緣由是 流體具有粘性?！具m宜流速計(jì)算】內(nèi)27mm徑為 宜為 1.03~6.18m3/h 。解：水的適宜流流速范圍為

0.5~3m/s，故其流量 0.785×0.0272×0.5~0.785×0.0272×3即宜為 1.03~6.18m3/h【連續(xù)性方程】以下方程中哪一個(gè)方程適用于可壓縮流體 ?BA.ρu=常 2 2數(shù) B.ρAu=常數(shù)

C.u1A1=u2A2 D.u1d1=u2d2【伯努利方程】柏努利方程是以的條件。

1kg必需符合 _p p1 答案：p1

100% 20p1

用絕壓。假設(shè)無視A、B推斷 B玻璃管水面所處的刻度。CA.位置aB.位置b .位置cabcBA【流淌型態(tài)與速度分布】當(dāng) 20℃的甘油〔密度為 1261kg/m3，粘度為1.499cP〕，流經(jīng)內(nèi)徑為 100mm的圓形直管時(shí)，其平均流速為1m/s,其雷諾數(shù)為 ，流淌形態(tài)為 ，管中心處的最大流速為 。(84123湍流1.25)流體在圓管內(nèi)流淌時(shí)，管中心處流速最大，假設(shè)為層流流淌，平均流速與管中心的最大流速的關(guān)系為u=0.5umax;假設(shè)為湍流流動(dòng)，平均流速與管中心的最大流速的關(guān)系為u=0.8u

。max層流與湍流的本質(zhì)區(qū)分是 層流無徑向流淌，而湍流有徑向流淌。【邊界層】在化工過程中，流淌邊界層分別的弊端主要是

；其可能的好處則表現(xiàn)在促進(jìn)傳熱與傳質(zhì)〕流體在管內(nèi)作湍流流淌

。〔增大阻力損失時(shí)， 層流內(nèi)層的厚度隨Re數(shù)的增大而減薄。層流內(nèi)層越薄，流體的湍動(dòng)程度越強(qiáng) ?！灸Σ料禂?shù)】流體在管內(nèi)作湍流(不是阻力平方區(qū))，其摩擦系數(shù)λ隨 和 而變。(雷流淌時(shí)的相對(duì)粗糙度)流體在管內(nèi)的流淌進(jìn)入充分湍流區(qū)時(shí)，其摩擦系數(shù)【因次分析】量綱〔因次〕分析法的主要

*僅與 有關(guān)?！补茏拥南鄬?duì)粗糙度〕

諾數(shù)管子依據(jù)是

因次全都性或量綱一次性方程 。【當(dāng)量直徑】長度為a,寬度為b的矩形管道，流體在管內(nèi)u，其流淌當(dāng)量de等于2ab/(a+b)，管內(nèi)流體流量abu的流速為 直徑 等于?！咀枇p失的計(jì)算】流體在圓管內(nèi)作層流流淌，如將速度增加一倍，則阻力 倍。為原來的流體在水公正徑直管中流淌時(shí)的摩擦阻力損失

〔2〕hf所損失的是機(jī)械能中的 項(xiàng)?！矇簭?qiáng)能〕水在圓形直管中作完全湍流時(shí)，當(dāng)輸送量、管長和管子的相對(duì)粗糙度不變，僅將其管徑縮小一 倍半，則阻力變?yōu)樵瓉淼乃沙诤阋何坏母呶徊弁ㄟ^一管道流向壓力恒定的反響器，當(dāng)管道上的閥門開度減小后 ，管道總阻力損失 ?！苍龃蟛蛔?

32。,水流過直管的摩擦系數(shù)如右圖所示：：水A.B〕

1000kgm3,

空氣,R=51mm則p= 1.29kgm Nm空氣

,ξ= 〔兩測(cè)壓點(diǎn)解：( p gz p (i

)gR

(10001.29)9.810.051 499.7Pap499.7=

u2 2499.7/1000/12 11000 2以以下圖中高位槽液面保持恒定，液體以確定流量流經(jīng)管路，

ab與cd一樣，則

。(1)U差計(jì)讀數(shù)

2;(2ab與cd段能量損失

；(3)ab與cd兩段壓差 。

p＜p

；(4)R值表示 。ab段流淌能量損失管路計(jì)算

ab cd

ab cd 1【并聯(lián)管路】兩管并聯(lián)，假設(shè) d1=2d2,l1=2l2，則hf1/hf2= 1 。當(dāng)兩管中流體均作層流流淌， qv1/qv2= 8 。當(dāng)兩管中流體均作湍流流淌，并取λ1=λ2，則qv1/qv2= 4 。32lu 32lud2

d4 qV1 d4 l 4hfd2

即qVd4

1 22qV2 d4l12

/28lu2 l (ud2)2 5

qV1

d5lV1 V

0.5

5 0.5fh d2f湍流流淌

d5 2 即

d/l

qV2

(5l)d2 1

(2/2) 4說明：在確定流量下，流體在并聯(lián)管路中作連續(xù)定態(tài)流淌時(shí)，流體阻力損失與并聯(lián)管數(shù)無關(guān)?！玖髁坑?jì)】測(cè)流體流量時(shí)，隨著流體流量的增大，轉(zhuǎn)子流量 不變，孔板流量計(jì)兩端壓計(jì)兩端壓差值 差值 增大。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的主要特點(diǎn)是 恒流速、恒壓差、變截面 ，孔板流量計(jì)的主要特點(diǎn)是 變流速、變壓差、恒截面.用皮托管來測(cè)量氣體流速時(shí)，其測(cè)出來的流速是指 皮托管頭部所處位置上氣體的點(diǎn)速度。CoReReCo持為定值 。在測(cè)速管中，測(cè)壓孔正對(duì)水流方向的測(cè)壓管液_沖壓頭 ，流體流過測(cè)速管側(cè)壁小孔的測(cè)壓管液位代表

位代表

動(dòng)壓頭 。20℃的水從敞口貯槽送至表壓為

綜合計(jì)算題1.5×105Pa附圖 1所示。輸送108mm×4mm的無縫鋼管，吸入管長度20m100m(各段管長均包括全部局部阻力的為 當(dāng)量長度 )。當(dāng)閥門為3/4開度時(shí)，真空表讀數(shù)為42700Pa，兩測(cè)壓口的垂0.5m，無視兩測(cè)壓口之間的阻力，摩擦系數(shù)可0.02。直距離為 取為 試求：(13/4m3/h)；(2)

壓力表讀數(shù)(Pa(m)；(4)假設(shè)泵的軸功10kW，求泵的效率；(5)率為 假設(shè)離心泵運(yùn)行一年后覺察有氣縛現(xiàn)象，試分析其緣由。1題附圖解：(13/4開度時(shí)管路的流量(m3/h)在貯槽液面 0-0′與真空表所在截面1-1′間列柏努利方程。以0-0′截面為基準(zhǔn)水平面，有u2 p0 0z0

u2 p1 z1

Hf,012g g 2g gl(l) 1 1

20 u2 2其中，Hf,01

1 10.02 0.204u,1d 2g 0.12 9.811z＝0，u＝0,p＝0(表 表0 0 0壓),

1z＝3m, 壓)1u＝

2 2 32.3m/s， 1

q duV4 4

0.12.33600 65m/h留意：a.當(dāng)管路長度包括局部阻力的當(dāng)量長度時(shí)說明局部阻力必需承受當(dāng)從而不要畫蛇添足地用局部阻力系數(shù)量長度法計(jì)算， 法計(jì)算局部阻力損失。b.進(jìn)出口阻力屬于局部阻力。壓力表讀數(shù)(Pa)在壓力表所在截面面為基準(zhǔn)水平面，有

2-23-3′間列柏努利方程。仍以0-0′截u2 p2 2z2

u2 p3 z3

Hf,232g g 2g g3.5

2.32 p2

160

1.5

0.02

100 2.322g 1000g

1000

g 0.1 29.81解得，p＝3.23×105Pa(表壓)2留意：a.柏努利方程左右兩邊的壓力項(xiàng)必需承受同一壓力基準(zhǔn)或同時(shí)用絕壓或同時(shí)用表壓200kPa，則該截面的表壓為 -200kPa。泵的壓頭(m)在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程，可得

;b.假設(shè)某截面的真空度為H(z2

p2p1z) H1

0.5

3.23105

0.4271050g37.8m泵的有效功率Pe gqH1000

1000 9.819.8165 37.8 6.695103W=6.695kWVePe/Pa

6.695/10

66.95%

3600假設(shè)離心泵運(yùn)行一年后覺察有氣縛現(xiàn)象，緣由是進(jìn)口管有泄露。【靜力學(xué)方程與伯努利方程的綜合應(yīng)用】如以下圖，用泵將水由低位槽打到高位槽槽均敞口，且液面保持不變 )。

(兩水兩槽液面距離為20m，管路全部阻力損失為5m50mm，其上裝有UAB6m，壓力計(jì)讀數(shù)R40mmHg，R1200mmHg，H1mH2O。設(shè)摩擦系數(shù)為0.02(J/kg)；⑵管路中水的流速(m/s)；⑶A(kPa)。解：計(jì)算泵所需的外加⑴ 功以低位槽液面(1-1面)為位能基準(zhǔn)面，在低 面)與高位槽液面(2-2面)間列柏努位槽液面

(1-1利方程：p u21 1gz h1 2

p u22 2gz22

hf,12p pu2 u22h g(z z)e 2 1

12 12

hf,1221a 21221a 21219.8120009.815245.3J/kg

20m,u

0,u

0,f,2e⑵計(jì)算管路中水的流速以A-A面為位能基準(zhǔn)面，A-A面與B-B面間列柏努利方在 程：pu2 p u2gz AA gz B A B2

hf,AB由于uu

，所以12p pA Bgz gz hf,ABA B(p gz)(pgz)A即hf,AB

A B B由壓差計(jì)的原理(p gz) (p gz) ( )gRA A B Bi( )gR (136001000)9.810.04i所以hf,AB 4.94kJ/kg1000

lABu2 6 u2hf,AB 0.02 4.94d 2 0.05 2解得：u 2.03m/s⑶計(jì)算A由第一個(gè)U形壓差計(jì) p (A i

)gR pB

g(z z)B A對(duì)其次個(gè)Up p g(HzB C B

z)pa

gRg(Hz z)B ApB所以

gR g(H z z)i B AA

)gRi

gR gH g(zi

z) g(z z)A B A( i

gR gHi(13600 1000) 9.81 0.04 13600 9.81 1.2 101.552105Pa[利用位差輸液]如此題附圖所示，水從貯A經(jīng)異徑水平管B及C流至大氣中。水箱內(nèi)液面與管子中心線間的水箱 垂直距離為

5.5m，保持BCB、C分別為 hf,B15J/kg,h

15J/kg。由水箱至BB至管段C

f,C而管段 C至外界的出口損失不能無視。試求：〔1〕C〔2〕B〔3〕B補(bǔ)充水1 1m溢流 5 3解：〔1〕水在管路C

.5 2AB C231-1C內(nèi)側(cè)

2-2基準(zhǔn)面：p u2 p u21 1 2 2gz gz1 22 2

Wf,12z 5.5m；p

〔表壓〕；0u

0；p

1 1 1 2 2 2CWf,12 15 30 45J/kgC9.815.5 452u 4.232m/sCBu u(d2/d2) 4.232/41.058m/sC C B管段B強(qiáng)在水箱1-1面與管B出口3-3面間列柏努利方程，以水平管中心線為位能內(nèi)側(cè) 基準(zhǔn)面：p u2 p u21 1 3 3gz gz1 32 2

Wf,13z 5.5m；p1 1

〔表壓〕；0u1

3

0；u3

1.058m/sWf,13 15J/kg9.815.5B

p31000

1.0582152壓強(qiáng) p 3.84 104Pa389mm×3.5mm一個(gè)截止閥。直管與局部阻力的當(dāng)量長度〔不包括截止閥〕總和為

60m。截止閥在某一開度時(shí)其局部阻力系數(shù)為

1=185mmHg(1)此時(shí)管路中的流量及兩槽液面的〔2〕此時(shí)閥門前后的壓強(qiáng)差及汞柱壓差計(jì)位差； 的讀數(shù) R2;假設(shè)將閥門關(guān)小，0.9R1

為多少毫米汞柱？截止閥的阻力系數(shù)變?yōu)槎嗌伲靠装辶髁坑?jì)的流量與壓差關(guān)系式為

q3.32103V

p/。式中為流體的密度，kg/m3； p為孔板兩側(cè)壓差，Pa；qV

為流量，m3/s。流體在管內(nèi)呈湍流流淌，管路摩擦系數(shù)

0.02613600kg/m3。1 1z2 21 2R R解：〔1〕1-12-2pu2 pu211gz gz1 2

22hf,12 (1)2據(jù)，z z1

z，u 0，u1

0，p1

ll u2ep， hf, ( ) 。2 12 閥d 2孔板流量計(jì)兩側(cè)的壓差為p (

)gR

(13.61)103

9.810.185 2.89104Pa管內(nèi)流體的流量為 qV

i3.321032.29

/10000.0159m3/s管內(nèi)流體的流速為

4q 40.0159V將以上結(jié)果代入式

u 2 2 =3.0m/sd 0.082(1)，得hf,12zg

(0.026

600.082

3.027.5) 12.2m29.81(