第一章--流体流动

1、【0-1】1m3水中溶解0.05kmolCO2,试求溶液中C02的摩尔分数，水的密度为100kg/m 3 解水 1000 kg/ m3鯉 kmol/ m318C02的摩尔分数0.05xX ecu 10000 05 .188.99 10【0-2】在压力为101325 Pa、温度为25 C条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求:(1)甲醇的饱和蒸气压 质量浓度Pa ； (2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数yA、质量分数A、浓度A表示。解 (1)甲醇的饱和蒸气压 p Alg p.A 7.197361574.9925 238.86.p A 16.9kPa(2)空气中甲醇的组成摩尔分数yA16.9101.

2、3250.167质量分数0.167 320.167 32 (1 0.167) 290.181浓度CaPaRT36.82 10 kmol/ m8.314 298质量浓度AcaM a = 6.82 10 3 320.218 kg / m【0-3】1000kg的电解液中含 NaOH质量分数10%、NaCl的质量分数 10%、H2O的质量分数80%，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含NaOH 50%、NaCl 2%、H2O 48%，均为质量分数。试求：(1)水分蒸发量；(2)分离的食盐量；(3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的NaOH量保持宀解电解液1000kg浓缩液中NaOH10

3、00 X0.l=100kgNaOH=0.5(质量分数)NaOH1000X 0.l=100kgNaCl=0.02(质量分数)HO1000X0.8=800kgH2O=0.48(质量分数)在全过程中，溶液中NaOHt保持一定，为100kg浓缩液量为 100/0.5 200kg200kg浓缩液中，水的含量为200 X0.48=96kg，故水的蒸发量为800-96=704kg浓缩液中 NaCl的含量为 200X0.02=4kg，故分离的NaCl量为100-4=96kg第一章流体流动流体的压力【1-1】容器A中的气体表压为60kPa，容器B中的气体真空度为1.2 104Pa。试分别求出A、B二容器中气体的

4、绝对压力为若干帕，该处环境的大气压力等于标准大气压力。解标准大气压力为101.325kPa容器 A 的绝对压力Pa 101.325+60 161.325 kPa容器B的绝对压力pB 101.325 12 89.325 kPa【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa和157kPa，当地大气压力为101.3kPa。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。解进口绝对压力P进101.3 1289.3 kPa出口绝对压力P出101.3157258.3 kPa进、出口的压力差p157 ( 12)157 12169kPa 或 p 258. 389. 3169 kPa0.4，试求该混

5、合液在20 C下流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为的密度。解正庚烷的摩尔质量为100kg/ kmol，正辛烷的摩尔质量为114kg / kmol。将摩尔分数换算为质量分数正庚烷的质量分数正辛烷的质量分数0.4 1000.4 100 0.6 1140.36921 0.369 0.631从附录四查得 20 C下正庚烷的密度1 684kg / m3，正辛烷的密度为2 703 kg/m3混合液的密度10.3690.631684703696kg / m3【1-4】温度20 C,苯与甲苯按 4:6的体积比进行混合，求其混合液的密度。解 20 C时，苯的密度为879kg / m3

6、，甲苯的密度为867 kg/m3。混合液密度m 879 0.4 867 0.6 871.8 kg / m3【1-5】有一气柜，满装时可装6000m3混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为h2n2coco2ch40.4 0.2 0.32 0.070.01(1)混合气体在操作条件下的密度;操作压力的表压为5.5kPa，温度为40 C。试求:混合气体的量为多少kmol。解 T 27340313K，p 101. 35. 5106. 8 kPa（绝对压力）混合气体的摩尔质量Mm 2 0.4 28 0.2 28 0.3244 0.07 16 0.01 18.6 kg / kmol(1)混合气体在操作条件

7、下的密度为pMm m RT106$ 18.6 0.763 kg/m38.314 313(2)混合气体V6000m3，摩尔体积为Mm 竺 m3/kmol0.763混合气体的量为V nMm6000 .763246 kmol18.6流体静力学【1-6】如习题1-6附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液面高出2m,当地大气压力为101.2kPa。试求： 管子上端空间的绝对压力；(2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间的真空度;氯化碳液柱较槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m，h=2m水柱。(1)管子上端空间的绝对压力p绝(4)若将水换成四氯化碳，管中四

8、在水平面1 1处的压力平衡，有P绝gh 大气压力p绝 101200 1000 9.81 2 81580 Pa（绝对压力）习题1-6附图管子上端空间的表压p表p绝-大气压力=81580 10120019620 Pa(3)管子上端空间的真空度p真p真=-p表 =-1962019620 Pa槽内为四氯化碳，管中液柱高度h水hhCCl41000 2h1.25 m1594【1-7】在20 C条件下，在试管内先装入 12cm咼的水银，再在其上面装入5cm咼的水。试求试管底部的绝对压力为多少Pa。101kPa。水银的密度为 13550kg /m3，当地大气压力为解 水的密度 水=998kg / m3103P

9、a3p 101 100.12 135500.05 9989.81117.4【1-8】如习题1-8附图所示，容器内贮有密度为1250kg / m3的液体，液面高度为3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为2m及1m,容器上部空间的压力（表31400kg / m ）； （2）A、B两个弹簧压力压）为29.4kPa。试求：（1）压差计读数（指示液密度为表的读数。解容器上部空间的压力p 29.4kPa（表压）液体密度31250kg/m，指示液密度 1400kg /（1）压差计读数 R=?在等压面P1P1P1 P2. 2 h3.2h RghgR2.2 h0gg R0gPARg0,故 R

10、 03.2 1 g【1-9】如习题 1-929 4103 2 212509 8156 429 4 1031 2 12509.8144 1附图所示的测压差装置，其1 er-j1I1 11二习题1-8附图3 m103 Pa103Pa形压差计的指示液为水银，其他管中皆为水。若指示液读数为R 150mm，试求A、B两点的压力差。解 等压面1 1，p p1PiPa H 水 gP1 Pb0.5 H R 水 g R 汞g习题1-9附图由以上三式，得0.15m,汞13600 kg / m3,Pb0.1513600 9.810.513.64103 Pa 13.64kPaPa已知R0.151000 9.81【1-

11、10】常温的水在如习题1-10附图所示的管路中流动，为测量A、B两截面间的压力差，安装了两个串联的U形管压差计，指示液为汞。测压用的连接管中充满水。两管的连接管中，充满空气。若测压前两两点的压力差 p与液柱压力汁的读数R、R2之间的关系式。U形压差计的水银液面为同一高度，试推导解设测压前两 U形压差计的水银液面,距输水管中心线的距离为 H。在等压面22处R1R1P2PaHT水gRi汞gR2P 2PbH2水gR2汞g因P2 P2 ,由上两式求得水气PaPb(R1&)汞2g因气水R22Pa PbR1R2水汞-g【1-11】力了排除煤气管中的少量积水,附图所示水封设备，使水由煤气管路上的垂直管排出。

12、已知煤气压力为 10kPa (表压)，试计算水封管插入液面下的深度h最小应为若干米。解 h上1.02mg 1000 9.81流量与流速F处內f痕圧I用如习题1-11的管中输送到某处。若其流速为习题1-11附图【1-12】有密度为1800 kg / m3的液体，在内径为60mm0.8m/ s，试求该液体的体积流量(m3/ h)、质量流量kg / s与质量流速kg/ m2 s 。解(1)体积流量0v一 d2u 0.0620.8442.26 10 3m3 /s 8.14 m/h(2)质量流量qm3qV2.26 1018004.07 kg / sq 4 072(3)质量流速=土 = 一:=1440 k

13、g/(m s)A _ 0 0624【1-13】如习题 1-13附图所示的套管式换热器，其内管为33.5mm 3.25mm，外管为60mm 3.5mm。内管中有密度为1150kg/m、流量为5000kg/ h的冷冻盐水流动。内、外管之间的环隙有绝对压力为0.5MPa,进、出口平均温度为0C，流量为160kg/h的气体流动。在标准状态下(0 C,101.325kPa)，气体的密度为1.2kg/m3。试求气体和盐水的流速。解 液体1150 kg/m3内管内径4内 33.5 3.25 2 27mm 0.027 m液体质量流量5000kg / h，体积流量50003 /qvm/流速5000/1150气体

14、质量流量160 kg/h密度流速体积流量160 /5.92习题1-13附图qm器mA h1.2 血 5.92kg/1013255.67 m/ s2 23600 0 0530 0335410l/h习题1-14附图2.11236000 0274【1-14】如习题1-14附图所示，从一主管向两支管输送20 C的水。要求主管中水的流速约为1.0m/ s，支管1与支管2中水的流量分别为 20t/h与10t/h。试计算主管的内径，并从 无缝钢管规格表中选择合适的管径，最后计算出主管内的流速。解水：t 20C,998.2kg/ m31000 kg/m3主管的流量qmqm1qm2201030t/h 30103

15、kg/h体积流量qv险30 103100030m3/h，流速u 1.0n/ s管径 d3600 0.785 1.0300.103m 103 mm选择 108mm 4mm无缝钢管，内径为 d 100mm,主管内水的流速30/36001.06 m / s4dW)2【1-15】若管内湍流速度分布为1/ 7rUmax 1，试推倒此时的RmaxR丄R/7解 Vs 0 2 |rdr 2 Vmax 0 1 r Rrdr令-PR x, r R 1 x ,dr RdxRdx122 R Vmaxdx其中8151 77490 8151207877157=_ X - x则卫 二匚949VmaxR Vmax12060连

16、续性方程与伯努利方程1处的流速为 0.5m/s，【1-16】常温的水在如习题1-16附图所示的管路中流动。在截面1处产生 1m高的水管内径为200mm，截面2处的管内径为 100mm。由于水的压力，截面柱。试计算在截面 1与2之间所产生的水柱咼度差h为多少（忽略从1到2处的压头损失）解U1 0.5m/sd1 0.2m, d20.1mU2U1d1d220.52(2) 2m / sP1P22U2P P1 P22U1.P22U222U11.8751875h g 1000 9.812220.522 151.875 1000 1875Pa0.191m 191mm另一计算法习题1-16附图2 2piUiP

17、2U2g 2g g 2gh pi P2 u； u； 22 0520191mg 2g 2 9.81计算液柱高度时，用后一方法简便。【1-17】在习题1-17附图所示的水平管路中，水的流量为2.5L/s。已知管内径 d1 5cm,d22.5cm，液柱高度 h2处的静压头。习题1-18附图解水的体积流量CV2.5|_/s 2.510 3 m3 / s，截面1处的流速QvU12.5 10 31.274m /sd：0 0524422截面2处的流速U2 U1d111.2740.055.1m / sd20.0251m。若忽略压头损失，试计算收缩截面在截面1与2之间列伯努利方程，忽略能量损失。2P1U1P22

18、U2g 2gg2gP1 h d110.051 0.025g22221.2745.11 0 025 h2 2 9.812 9.81截面2处的静压头h20.218m水柱负值表示该处表压为负值，处于真空状态。【1-18】如习题1-18附图所示的常温下操作的水槽， 下面的出水管直径为 57mm 3.5mm。当出水阀全关闭时， 压力表读数为30.4kPa。而阀门开启后，压力表读数降至20.3kPa。设压力表之前管路中的压头损失为0.5m水柱,试求水的流量为多少 m3 / h ?解 出水阀全关闭时，压力表读数30. 4kPa （表压）阀门开启后，压力表读数330 4 1033.1 m103 9 81-P表

19、 hgP220.3kPa （表压）从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速U22竺+竺+g 2gHf水的流量qVd2U24乙 h 3.1m, H f20.3 1033.13109.81u23.23m/s0.5 m水柱2U20.52 9.81d 0.05m2333-0.053.236.34 10 m /s 22.8 m /h4【1-19】若用压力表测得输送水、油（密度为880 kg/m3 ）、98% 硫酸（密度为 1830 kg/m3）的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa。试问三者的压头损失的数值是否相等？各为多少米液柱?解 从伯努利方程得知，等直径水平管的压头损失H

20、f与压力降p的关系为H f P。g=p49103水g10009.81=p491031油g8809.81p49103硫酸g18309.815.68m油柱2.73m硫酸柱H f油H f硫酸H f水4.99m水柱【1-20】如习题1-20附图所示，有高位槽输水系统，管径为57mm 3.5mm。已知水在管路中流动的机械能损失为使水的流量增加2hf 45 U2 （u为管内流速）。试求水的流量为多少20%，应将高位槽水面升高多少米？3/h。欲解管径d0.05m，机械能损失hf 45（1）以流出口截面处水平线为基准面，0, U2？2U2乙 5m, Z20,2U2Ng习题1-20附图U2 465 91.46

21、m/s23水的流量qv 4d2U223330.051.462.87 10 m /s 10.3 m/h(2)qv1 0.2 qv1.2qvU 21.2U21.2 1.46 1.75 m/s2Z；g 23(U2)Zi四 7.81 m23 9.81高位槽应升高7.18 52.18 m【1-21】如习题1-21附图所示，用离心泵输送水槽中的常温水。泵的吸入管为32mm 2.5mm,管的下端位于水面以下2m ,并装有底阀与拦污网，该处的局部压头损失为2128二。若截面2 2处的真空度为 39.2kPa，由1 1截面至2 2截面的压头损失为- 二。2g2 2g试求：（1）吸入管中水的流量，m3/h ; （

22、2）吸入口 1 1截面的表压。解 管内径 d 0.032 0.0025 2 0.027mm，水密度1000kg/m3截面2 2处的表压 p239.2kPa，水槽表面初 0 （表压）(1)从00至22, 00为基准面，乙0,Z23 m, u00,u2?U； + 1 u；1 U；压头损失Hf8=82g 2 2g2 2gZ1P02U07P2Z22U2Hfg2gg2g0 339.21032U281U；10009.812 9.812 2 9.81U21.43m/ s水的流量qvd2u2 3600(0.027)21.43 36002.95 m/ h44从11至22,乙0,Z25PZ2P221 U2gg22

23、gP539.2 10311.4321000 9.811000 9.8122 9.81P110.4103Pa 10.4kPa(表压)流体的黏度【1-22】当温度为 20 C及60 C时，从附录查得水与空气的黏度各为多少？说明黏度与温度的关系。解20 C60 C水31.005 10 Pa s30.469 10 Pa s空气18.1 10 6 Pa s20.1 10 6Pa s水温度升卜高，黏度减小；空气温度升高，黏度增大。雷诺数与流体流动类型【1-23】25 C的水在内径为50mm的直管中流动，流速为2m/s。试求雷诺数，并判断解 25 C,水的黏度其流动类型。0.8937 10 3 Pa s，密

24、度997kg / m3，管内径 d 0.05m，流速u 2m/ sRedu0.05 2 99730.8937 1051.12 104000为湍流57mm 3.5mm的直管中流动，试判断【1-24】（1）温度为20 C、流量为4L/s的水，在流动类型；（2）在相同的条件下，水改为运动黏度为4.4cm2/s的油，试判断流动类型。解 d 0.05m, qV4 10 3 m / s,1.005 10 3 Pa s, 998.2kg/ m3流速 u -qV2.038 m/s4d27(0.05)2雷诺数 Re 吒 5 2.038 警 1.01 1054000为湍流1.005 103242(2) v 4.4

25、cm /s 4.4 10 m /s雷诺数Re乎詈器232 2000为层流【1-25】20 C的水 在219mm 6mm的直管内流动。试求：（1）管中水的流量由小变大，当达到多少 m3/s时，能保证开始转为稳定湍流；（2）若管内改为运动黏度为0.14cm2/s的某种解(1)水，20 C,液体，为保持层流流动，管中最大平均流速应为多少？998.2kg / m3,1.005 10 3 Pa s,d 0.207mRedu40000.207 u 998.21.005 10u 0.01945m/ s体量流量.2qV严0.207 20.019456.5410 4m3/s2420.14cm / s 0.14

26、10 m /sRedu20000.207u0.14 10 4u 0.135m/ s管内流体流动的摩擦阻力损失【1-26】如习题1-26附图所示，用 U形管液柱压差计测量等直径管路从截面A至懺面B的摩擦损失hf。若流体密度为，指示液密度为o，压差计读数为R。试推导出用读数R计算摩擦损失hf的计算式。解 从截面A到截面B列伯努利方程，截面A为基准面，则得pA Hg pBhfp Pa Pb Hpghf1液柱压差计1-1为等压面Pa R g Pb H g R 0g2P Pa Pb R 0g H g由式(1)与式2 得hf R 0g此式即为用 U形管压差计测量流体在两截面之间流动的摩擦损失的计算式。【1

27、-27】如习题1-27附图所示，有57mm 3.5mm的水平管与垂直管，其中有温度为20 C的水流动，流速为 3m/s。在截面 A与截面 B处各安装一个弹簧压力表，两截面的距离为6m,管壁的相对粗糙度/d 0.004。试问这两个直7管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同？如果不同，试说明其原因。如果用液柱压差计测量压力差，则两个直管的液柱压力计的读数R是否相同？指示液为汞，其密度为 13600 kg / m3。解 已知管内径 d 0.05m，水的温度 t=20 C密度998.2kg/m3，黏度 1.004 10 3 Pa s , 流速u 3m/s雷诺数Re 虬 5 3 乎1.49 105湍流

28、1.004 10管壁相对粗糙度0.004d查得摩擦系数0.0293这两个直管的摩擦阻力损失相同，为2 2hf0.0293 - 15.8 J /kgf d 20.05 2(1)弹簧压力表读数之差值水平管在A、B两截面列伯努利方程2 2 gZA匹号gZB色寻hf因 Za Zb, ua UB ,故得Pa Pb hf 998.2 15.8 15770Pa 15.77kPa垂直管Za 0,Zb L 6m, Ua UbBA= gZBPa PbgZB hf 998.2 9.81 6 998.2 15.8 74530Pa 74.53 kPa上述计算结果表明，垂直管的Pa从下向上流动时，位能增大而静压能减小。P

29、b大于水平管的Pa Pb。这是因为流体在垂直管中（2）U形管液柱压差计的读数R水平管与前面相同，由伯努利方程得PaPb hf另从U形管压差计等压面处力的平衡,求得PaR g Pb R 汞 gpAR g(汞Pb)(b)由式a与式（b），求得hfR -g(汞)998.2 15.80 1276 m汞柱9.81 (13600998.2)127.6mm 汞柱垂直管与前面相同，由伯努利方程得Pa PbgLhf(c)另从U形管压差计等压面处力的平衡，求得Pa R gPbL gr Pa Pb Lg(汞)由式c与式d，求得hfR -g（汞）从上述推导可知，垂直管与水平管的液柱压差计的读数R相同。有了读数R值，就

30、可以分别用式b及式d求得水平管及垂直管的（pA pB）。【1-28】有一输送水的等直径（内径为d ）垂直管路，在相距H高度的两截面间安装一U形管液柱压差计。当管内水的流速为u时，测得压差计中水银指示液读数为R。当流速由u增大到u时，试求压差计中水银指示液读数R是R的多少倍。设管内水的流动处于粗糙管完全湍流区。解 从习题2-26与习题2-29可知，U形管液柱压差计的读数R与两截面间流体流动的摩擦损失hf成正比，即 R hf。又知道，在粗糙管完全湍流区为阻力平方区，即摩擦损失hf与流体流速 u的平方成正比，hfu2。由上述分析可知因此R2uRu【1-29】水的温度为2u2u10C,流量为 330L

31、/h，在直径57mm 3.5mm、长为100m的直管中流动。此管为光滑管。(1)试计算此管路的摩擦损失;(2)若流量增加到990LZ h，试计摩擦损失。解水在10 C时的密度999.7kg/m3，黏度1.306 10 3 Pa s, d0.05m, l 100m，光滑管。(1)体积流量q 330L/h 0.33m3/hqV0.33流速 uV0.0467 m/s2 23600 -d 3600 0 0544du0.05 0.0467 999.7Re31787层流1.306 10 36464小 cc c0.0358Re1787hf2 2l u100(0 0467)u0.0358( .) =0.078

32、1 J / kgd 20.052雷诺数摩擦系数摩擦损失 体积流量qV 990L/h 0.99 m, h雷诺数Re1787 3 5360 湍流对于光滑管，摩擦系数用Blasius方程式计算0.31640.31640 250 250037Re.(5360).也可以从摩擦系数与雷诺数Re的关联图上光滑管曲线上查得,摩擦损失hf丄耳=0.037 (0.14) =0.725 J/kg因流量是原来的3倍，故流速 u0.0467 3 0.14 m/sd 20.052【1-30】试求下列换热器的管间隙空间的当量直径:0.037。(1)如习题1-30附图所示，套管式换热器外 管为 219mm 9mm ,内管为

33、114mm 4mm ; (2)如习题1-30附图(b)所示，列管式1内管鹉寻1苛子呻荒 p/ /卜iui心、童旨式擔严器Ort列式檢牌|习题1-30附图d1解（1）套管式换热器，内管外径0.114m，外管内径 d20.201m当量直径de d2 d1 0.2010.1140.087m（2）列管式换热器，外壳内径d20.5m，换热管外径d10.025m，根数 n 174 根当量直径d2 24 (d2 ndi )4 -(d2 nd1)(0.5)2174 (0.025)20 5 174 0 0250.0291m【1-31】常压下35 C的空气，以 12m/s的流速流经120m长的水平管。管路截面为长

34、方形，高300mm，宽200mm，试求空气流动的摩擦损失，设& o.。005。解空气,335C ,1.147kg/m ,18.8510 6Pa s，流速u 12m/s。管路截面的高a 0.3m,宽 b0.2m。当量直径雷诺数Re.2ab 2 0.3 0.2024de0.24ma b 0.3 0.2deu0.24 12 1.147618.85 101.75105湍流& 0.0005,查得=0.0192 l 120m摩擦损失hf0.0192 de 20.241222691J / kg【1-32】把内径为e20mm、长度为2m的塑料管（光滑管），弯成倒 U形，作为虹吸管为保持稳态流动，使槽内液面恒定

35、。h需要多少米?使用。如习题 1-32附图所示，当管内充满液体，一端插入液槽中，另一端就会使槽中的液体自动流出。液体密度为1000kg/ m3，黏度为1mPa s。解已知d0.02m, l 2m,103kg / m3, =1mPa体积流量qV 1.7m3/h流速qV1 7/3600旦 一 1.504m/sd2 0.02244从液槽的液面至虹吸管出口截面之间列伯努利方程式，u2lh2gd以虹吸管出口截面为基准面2u2gdu0.02 1.504 1000伙 沁任Re33.01 10 湍流1 103要想使输液量为1.7m3 / h，虹吸管出口端距槽内液面的距离【1-33】如习题1-33附图所示，有黏

36、度为1.7mPa s、密度为 765kg / m3的液体，从高位槽经直径为 114mm4mm的钢管流入表压为 0.16 MPa的密闭低位槽中。液体在钢管中的流速为1m/s，钢管的相对粗糙度/d 0.002，管路上的阀门当量长度le 50d。两液槽的液面保持不变，试求两槽液面的垂直距离在高位槽液面至低位槽液面之间列伯努利方程计算H，以低位槽液面为基准面。光滑管，查得0.0235，管入口突然缩小0.5U形管（回弯头）1. 521 5042h 1 0.02350.5 1.50 .617m0.022 9.81pi0（表压）,p2 0.16 106 Pa,两槽流速 ui U2 0 ,H,Z20,管内流速

37、u 1m / s,管径d 0.106m液体密度765 kg/ m3，黏度1.7 10 3Pa s雷诺数Redu 0.106 1 76531.7 104.77104湍流/d 0.002,查得 0.0267管长I 30160 190m，阀门d 50,高位槽的管入口0.5，低位槽管出口=1, 90弯头 0.75H匹g0 16I led1060 0267765 9 812U跖1900 106500 5 1 0 75 丄2 9 8123.9 m【1-34】如习题1-34附图所示,塔进水口到河水水面的垂直高度为用离心泵从河边的吸水站将20 C的河水送至水塔。水34.5m。管路为 114mm 4mm的钢管，

38、管长1800m，包括全部管路长度及管件的当量长度。若泵的流量为 30m3 / h，试求水从泵获得的外加机械能为多少?钢管的相对粗糙度 -d0.002。I习题1-34附图d 0.106m,l le 1800m流量qv30m3 / h流速30/36000.9448m/sck2 2- (0.106)Redu0.106 0.9448 998.21.004 10 39.96 104 湍流查得0.0252摩擦阻力损失 0.0252 黑 竺逻 191J/kg以河水水面为基准面,l lhfd 20.1062从河水水面至水塔处的水管出口之间列伯努利方程。外加机械能Z2g 才hf 34.5 9.81 09；48

39、191 530 J / kg【1-35】如习题1-35附图所示，在水塔的输水管设计过程中，若输水管长度由最初方 案缩短25%，水塔高度不变，试求水的流量将如何变化？变化了百分之几？水在管中的流 动在阻力平方区，且输水管较长，可以忽略局部摩擦阻力损失及动压头。解 在水塔高度 H不变的条件下，输水管长度缩短，输水管中的水流量应增大。从水塔水面至输水管出口之间列伯努利方程，求得. 2H Hf 丄f d 2g因水塔高度H不变，故管路的压头损失不变。管长缩短后的长度I与原来长度I的关系为I0.751在流体阻力平方区，摩擦系数恒定不变，有H f l(u)2d 2g 0.75l (u )2Hfd 2gd 2

40、g丄丄d 2g故流速的比值为uu流量的比值为0751.155qvq1.155 流量增加了 15.5%管路计算【1-36】用168mm油管最大9mm的钢管输送流量为60000kg /h的原油，管长为100km ,承受压力为15.7MPa。已知50C时油的密度为 890kg/m3，黏度为181mPa s。假设输油管水平铺设，其局部摩擦阻力损失忽略不计，试问为完成输油任务，中途需设置几个加压站?解 d 0.15m, l 100km, qmqv60000kg/h3890kg /m , 181mPa s60000/3600=0.01873 m / s890qVd240 018731.06m / s0 1

41、52415 1 890782 层流181 10 364 竺 0.0818Re 782 因为是等直径的水平管路，其流体的压力降为2=890 0.0818d 2油管最大承受压力为15.7 MPahf3100 100.152106 =2.73 107 Pa227.3 MPa加压站数 n 2731.7415.7需设置2级加压，每级管长为50km，每级的 p 27.3/213.65MPa，低于油管最大承受压力。【1-37】如习题1-37附图所示,温度为20 C的水，从水塔用108mm4mm钢管，输送到车间的低位槽中，低位槽与水塔的液面差为12m，管路长度为150m （包括管件的当量长度）。试求管路的输水

42、量为多少m3/h，钢管的相对粗糙度0.002。解 水，t 20C,998.2kg/m3,=1.004 10 3 Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力损失为hf Hg 12 9.81118J / kg管内水的流速u未知，摩擦系数 不能求出。本题属于已知I 150m、d 0.1m、/ d 0.002、hf 118J / kg，求 u与 qV 的问题。u/d372.51 ld 2dhf2 0 1 118 0 002 2 一g冇1502.51 1.004 100.1 998.21500.1 1182.55 m/ s体积流量qv _d2u 36004习题1-37附图0.1 2 2.55 360072.

43、1m, hL - A习题1-38附图【1-38】如习题1-38附图所示，温度为20 C的水，从高位槽 A输送到低位槽B,两水1.004 10 3验算流动类型Re毗 2.55警 2.54 105湍流槽的液位保持恒定。当阀门关闭时水不流动，阀前与阀后的压力表读数分别为80kPa与30kPa。当管路上的阀门在一定的开度下，水的流量为1.7m3/h，试计算所需的管径。输水管的长度及管件的当量长度共为42m，管子为光滑管。本题是计算光滑管的管径问题。虽然可以用试差法计算，但不方便。最好是用光滑2管的摩擦系数计算式更禦（适用于2.5 103 Re 105 ）与hf-U及u ，推导Re.d 2d一个hf与q

44、V及d之间的计算式。解 水在 20C时998.2kg /m3,1.004 10 3 Pa s水的流量1.7m3/h，管长及管件当量长度I 42m阀门关闭时，压力表可测得水槽离压力表测压点的距离Ha与Hb以低位槽的液面为基准面，从高位槽A的液面到低位槽 B之间列伯努利方程，得管路Pa80103Ha8.17mg998.29.81Pb30103Hb3.06mg998.29.81H Ha Hb8.173.065.11m两水槽液面的距离的摩擦损失hf与H的关系式为hfHg 5.11 9.8150.1 J / kg对于水力光滑管，hf与及d之间的计算式为0.251 75hf0.241lqV.4.75 d代

45、入已知数求得管内径为验证Re范围0vdd4.75d4.750.2410.0205m424 998 2- 00 3 14 1 004 10 3符合计算式中规定的Re范围【1-39】 如习题1-39附图所示,两根管的出水口位于同一水平面，阀门全开。括管件的当量长度）分别为AB. 251.750.2411 _qXhf1.004 10 3998.2290000 0205水槽中的水由管0.25(1.7/3600)1.75501湍流C与D放出,各段管内径及管长BC BD50mmle 20m试求阀门全开时，管 C与管D的流量之比值，（包25mm 25mm7m 11m摩擦系数均取0.03。习题1-39附图从水槽的水面至出水口之间列伯努利方程，以出水口的水平面为基准面，得BCBD2H且2g管的压头损失管的压头损失将式b与式c代入式HfAB HH fBCH fBD2u DfBC二2g2(l le)BC U CdBC 2g2u D(Ile)BDd BDH fABH fBD(a)(b)(c)1(lle) BC2dU Cd BC1(lle)BDdBDA(1le)BD11110.03UCd BC0.025Udt1(1le)BCt10.