02流体流动习题答案

1、11.本题附图所示的贮槽内径D为2习题H附图m,槽底与内径do为32 mm勺钢管相连， 槽内无液体补充，其液面高度hi为2 m(以 管子中心线为基准)。液体在本题管内流 动时的全部能量损失可按hf 20u2计算，式中u为液体在管内的流速。试求 当槽内液面下降1 m时所需的时间。解：根据物料衡算，在d时间内，槽内由于液面下降dh而减少的液体量均由管路出口流出，于是有_ 22-D2dh -d2ud(1)441 1,与管路出口截面取管中心线所在的水平面位能基准面，在瞬时截面2 2,间列柏努利方程，得go2U122艮 zU2gz2-2hf,1 22hf ,1 220u其中，z1hz2 0p1P20(表

2、压)u1 0解得 u 0.692 , z2 0.0692 . h(2)将(2)式代入(1)式，并在下列边界条件下积分10h12mh2 1m1(2000： dh2 320.692 h4644s 1.29h司题12时图1横携器2一装12.本题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水 的密度为1100 kg/m3,循环量为36 m3/h。管 路的直径相同，盐水由A流经两个换热器而至 B的能量损失为J/kg，由B流至A的能量损失为49 J/kg ,试计算：(1)若泵的效率为70%寸，泵的轴功率为若干kW (2)若颂的压强表读数为245.2 103 Pa时，B处的压强表读数为若干解：对循环系统，在管路中任取一截

3、面同时作上游和下游截面，列柏努利方 程，可以证明泵的功率完全用于克服流动阻力损失。33(1)质量流量 ws Vs1100kg/m 36m /3600s 11kg/sWe hfAB hfBA 98.1 49 147.1J/kg,Ne Wews 147.1 11 1618.1J /sN Ne/ 1618.1/ 0.7 2.31kW(2)在两压力表所处的截面 A、B之间列柏努利方程，以通过截面 A中心的 水平面作为位能基准面。22PaUaPbUb.一gzAgzBhf,Ab其中，zA 0, zB 7m, uA uB, pA 245.2 kPa,hf,A B 98.1J/kg将以上数据代入前式，解得pB

4、 (匹 gzBhf,AB)6.2 104Pa(表压)13.用压缩空气将密度为1100 kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路直径均为60mm 3.5mm,其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为hfABhf CD u2 ,hfBC 1.18u2。两压差计中的指示液I ,ABI ,CDI , BC均为水银。试求当 R=45 mm h=200 mnW: (1)压缩空气的压强p1为若干(2) U管压差计读R数为多少解：求解本题的关键为流体在管中的流速(1) 在R C间列柏努利方程，得PbgzB2 Ub2Pcgzc2 Uc2hf,B CPb Pcg(Zc Zb)hf ,B C

5、PbPc( Hg)gRig(Zc Zb)3(13600 1100) 9,81 45 101100 9.81 559473Pa代入(1)式，同时已知3L1100kg / mzC zB 5m2hf,B C 1.18u解彳# u 2.06m/s在低位才©液面1 1'与高位槽液面22'之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得22P1U1P2U2gz1gz2 hf,1222其中 40 z2 10m u1 u20 p20(表压)22hf,12 hf,A Bhf,B chf,c d3.18u3.182.0613.5J / kg代入上式可得agz2hf,12R (gz2 hf,1

6、2) 1100 (9.81 10 13.5) 122760Pa(表压)(2)若求R2关键在于Pb,通过Pb可列出一个含h的静力学基本方程HggR2ghPb为此在低位槽液面11'与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得gz12U1PbgzB2Ub2hf ,1 b其中，z1 0, Zb 10 7 3m , U1 0 , uB2.06m/s, p1 123kPa (表压)/ PipB( gZB2 Ub2hf ,1 B)(帘 9.81 31.5 2.062) 110083385Pa (表压)83385 1100 9.81 0.29.81 13600代入式：R2 0.610m 610m

7、m14.在实验室中，用玻璃管输送 20c的70湖酸。管内径为1.5 cm,流量为10 kg/min 。用SI和物理单位各算一次雷诺数，并指出流型。解：(1)用SI制计算1069kg/m3 ,从本教材附录中查得70洲酸在20c时的物理性质:32.5 10 Pa s, d 1.5cm 0.015m0.882m/s4ws4 10/60d23.14 (1.5 10 2)2 1069_23Re 1.5 100.882 1069/ 2.5 105657流动类型为湍流。(2)用物理单位计算 .3 、.,一 , 1069g / cm ,0.025g/(cm s) , d 1.5cm, u 88.2cm/sRe

8、 1.5 88.2 1069/ 2.5 10 3 565715.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U®压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为 10 800 kg/h时，Ut压差汁 读数的100 mm粗、细管的直径分别为 60mm 3.5mm与42mm 3mm 0计算：1 1) 1 kg水流经两截面间的能量损失；(2)与该能量损失相当的压强降为若干解：(1)取接入管路的U型管管线所在的平面与管截面垂直的平为面1 1'和2 2,并取管路中心线所在的平面为基准面，那么乙Z2 0在截面1 1'和2 2'间列Bernouli方程：2p1u

9、1p2 agz1- gz22U2hf ,1 22于是 hf32U12U22对U型管压计：P1P2gR对水在水平管中的流动:VsWsu A A对粗管：d2 60 3.5 253mm;对细管：d142 3 2 36 mm于是 u1 (3600s)10800kg2.95m/s1000kg/m3 - (36 10 3)2d1、2U2U1()d22.9536 2()1.36m/s 53hf,12 gR2Ui2武9.81 0.1经史互24.41J /kg2(2) Pf3_hf 1000 4.407 4.41 103Pa16.密度为850 kg/m3、黏度为8X10-3 Pa s的液体在内径为14 mM勺铜管内流动，溶液的流速为1 m/so试计算：（1）雷诺准数，并指出属于何种流型；（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 147X 103 Pa,液体流经多长的管子，其压强才下降到x 103 Pa3解：（1） Re虹14 ： J,1487.5流动类型属层流（2）对层流流动的流体，其瞬时速度和半径之间的关系如下:pf 22、U好（R）而平均速度u -PfR2管路中于是当局部速度等于平均速度时，有R2 r2 -R2,即当r R时, 2.2的瞬时速度和