流体流动习题答案

1、第一章流体流动习题解答1 .某设备上真空表的读数为13.3 103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压 强。已知该地区大气压强为98.7 X03 Pa。解：真空度=大气压一绝压3P绝压 Patm P真空度(98.7 13.3) 10 Pa表压=真空度=-13.3 103Pa2 .在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为 960 kg/m3的油品，油面高于罐底 9.6 m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm的圆孔，其中心距 罐底800 mm,孔盖用14 mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 32.23 106 Pa,问至少需要几个螺钉？解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强

2、为p,则p罐内液体作用于孔盖上的平均压强p g z 960 9.81 (9.6 0.8) 82874Pa(表压)作用在孔盖外侧的是大气压pa,故孔盖内外所受的压强差为p 82874Pa作用在孔盖上的净压力为p p-d2 82575 (- 0.762) 3.76 104N每个螺钉能承受的最大力为：F 钉 32.23 106 0.0142 4.96 103N4螺钉的个数为3.76 104/4.96 103 7.58个所需的螺钉数量最少为8个3 .某流化床反应器上装有两个 U管压差计，如本题附图所示。测得 Ri=400 mm, R2=50 mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的 U管

3、与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=50mm。试求 A、B两处的表压强。解：U管压差计连接管中是气体。若以g, H2O, Hg分 别表示气体、水与水银的密度，因为 g = Hg ,故由气柱 高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为 Pa Pc,Pb Pd。由静力学基本方程式知Pa PcH2OgR3 HggR21000 9.81 0.05 13600 9.81 0.05 7161Pa （表压）4 .pBpD pAHggR1 7161 13600 9.81 0.4 6.05 10 Pa4 .本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离 H=1

4、 m, U管压差计的指示液为水银，煤油的 密度为820 kg/m3。试求当压差计读数R=68 m时，相界面与油层的吹气管出口距 离h。解：如图，设水层吹气管出口处为a, 煤油层吹气管出口处为b,且煤油层吹气 管到液气界面的高度为H1。则Pa P1Pb P2Pa 油g（f h）水g（H h）（表压）Pb油gH1（表压）U管压差计中，P1P2HggR （忽略吹气管内的气柱压力）PaPbP1P2gR分别代入Pa与Pb的表达式，整理可得:油 gh 水g(H h) HggH1000 820h 水H - 10000 13600。068 0.418m根据计算结果可知从压差指示剂的读数可以确定相界面的位置。并

5、可通过控制分相槽底部排水阀的开关情况，使油水两相界面仍维持在两管之间。5 .用本题附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距 离分别为：h1 =2.3 m、h2=1.2 m、h3=2.5 m及h4=1.4 m。锅中水面与基准面间的垂 直距离h5=3 m。大气压强Pa=99.3 X03 Pa。试求锅炉上方水蒸气的压强p。（分别以P琲口 kgf/cm2来计量）习题6荆图(1)(2)(3)(4)h4 1.4m h5 1.3m解：如图所示标记等压面2, 3, 4,大气压记为paP2 Pa PHgg(h h2)P3P2

6、H20g(h3 h2)P4 P3 HggQ h4)P0P4H2g(h5 h)将以上四式相加并代入已知量3pa 99.3 10 Pa h1 2.3m h2 1.2m h3 2.5mP0Pa(hih2h3h4)Hgg 5 h4卜3h2)H20g99.3 103 (2.3 1.2 2.5 1,4) 13600 9.8 (3.0 1.4 2.5 1,2) 1000 9.83.645 104Pa 3.72kgf /cm26,根据本题附图所示的微差压差计的t数，计算管路中气体的表压强 p。压 差计中以油和水为指示液，其密度分别为920 kg/m3及998 kg/m3, U管中油、水交 界面高度差R=300

7、 mm。两扩大室的内径D均为60 mm, U管内径d为6 mm。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。解：可以知道当微差压差计的读数 p pa时，两扩大室液面相齐。那么当压力不同时，扩大室液面差h与R的关系可用下式计算：D2 h d2R44当 R 300mm时，h ()2R 0,3 ()2 0.003mD60根据静力学基本方程：p (水油)gR油g h(998 920) 9.81 0.3 920 9.81 0.0003257Pa(表压)7,列管换热器的管束由121根25mm 2,5mm的铜管组成。空气以9 m/s速 度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50C、压强为196X103

8、Pa俵压)，当地大气压为98.7 X03 Pa。试求：(1)空气的质量流量；(2)操作条件下空气的体 积流量；(3)将(2)的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。解：(1)ws uA n u 9m/s n 121121_ 3 2 2A d (25 2.5 2) 100.000314m44pM (196 98,4) 103 (29 1 03)3- 3.182kg/m3RT 8.314 (273 500)ws 9 0.000314 3.182 121 1.09kg/s3(2) VS uAn 9 0.000314 121 0.342m /sp0V0T0PiVi(196 98.7) 0,342 2

9、73工Po273 5098.70.863m3/s8,高位槽内的水面高于地面8 m,水从108mm 4mm的管道中流出，管路出口高于地面2 m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按hf 6,5u2计算（不包括出口阻力损失），其中u为水在管内的流速m/so试计算：（l） A A截面处水的流速；（2）水的流量，以m 23（2） Vh uA 2.9 （108 4 2） 10 33600 82m3 / h 9. 20c的水以2.5 m/s的流速流经 38mm 2,5mm的水平管，此管以锥形管与另一 53mm 3mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压

10、强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5J/kg,求两玻璃管的水面差（以m计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的 相对位置。/h计。习翘8附图方越夕阳肉解：（1）取高位槽水面为上游截面1 1,管路出口内侧为下游截面 2 2, 如图所示，那么z1 8m, z2 2m （基准水平面为地面）U1 0, P1 P2 0（表压），A A处的流速与管路出口处的流速相同，Ua U2（管径不变，密度相同）在截面1 1和2 2间列柏努利方程方程，得 2 g zhf ,其中 hf 6,5u22 U2代入数据一 6.5u9,81 （8 2）解得 u uA 2.9m/s2解：取A,B两点处所在的与管路垂直的平面

11、分别为上游和下游截面A A和B B,如图所示，并取管路中心线所在的水平面为基准面，那么ZaZb0 ,uA 2.5m/sdA 238 2.5 2 2uB uA()2.5 ()1.23m/sdB53 3 2在截面A A和B B间列柏努利方程:2Ua22PaUbPb 卜2hf,APb Pa22zuA uB(2hf,A B )_222.51.23( 1.5) 1000 868.5Pa2查表得到1Pa 0.102mmH2O,那么鬻88.5mmH2OP2 Pi0 ,所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5mm10.用离心泵把20c的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如

12、本题附图所示。管路的直径均为76mm 2.5mm ,柞号喷头）的能泵入口处真空表的读数为24.06 103 Pa；水流经吸入管与排出管（不包1量损失可分别按hf,1 2u2与hf,2 10U2计算，E由于管径不变，取式中u为吸入或排出管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强力98.07的有效功率。压）。试求泵0解：取水槽中水面所在的平面为截面1 1,/防定为W准小平面4 -:领，泵入口真空表连接处垂直于管子的截面为22。水洗塔出匕处为极项.I牛3,如图所示，那么有4 0 z2 1.5m z3 14mu10 u2u3up10(表压)3P224.66 10 Pa (表压)p3398.07 10 Pa (表压)31000kg/m在截面1 1和2 2间列柏努利方程，得22hf 2u2P1u1P2u2gZ1 二gZ