1_流体流动习题解答ppt课件

1、答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-4】附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水】附图所示为汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，冷凝液和水一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为一道沿管流至水池，现已知冷凝器内真空度为0.83kPa，管内水温管内水温40 ，试估计管内的水柱高度，试估计管内的水柱高度H。kPa83 p取水池液面a-a为基准面，则a-a处表压0a p由静力学方程知gHpp a查附录五，知水在40时的密度为992.2kg/m3，固有m53. 881. 92 .992)1083(03a gppH 【解】冷凝器内表压【解】冷凝器内表压答答化化

2、工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-5】用一复式】用一复式U管压差计测定水流管道管压差计测定水流管道A、B两点压差，压差计指示液为汞，两点压差，压差计指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=1.2m，h2=1.3m，R1=0.9m，R2=0.95m。问管道中问管道中A、B两点间的压差两点间的压差pAB为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）为多少？（先推导关系式，再进行数值运算）【解】因此压差计内充填的为非连续性【解】因此压差计内充填的为非连续性均质液体，故需寻找等压面分段计算之均质液体，故需寻找等压面分段计算之（1 1首先推导关系式首先推导关系式)(

3、)()(2Hg22OHB3121OH321Hg211OH1A222 gRRhgpphhRgppgRppghpp )()()(21OHHgBAABAB2RRgppppp 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解（2 2根据上述关系式计算根据上述关系式计算p p的值的值kPa7 .22881. 9)95. 090. 0(81. 9)100013600()()()(21OHHgBAAB2 RRgppp 讨论讨论若采用简单的U管水银压差计，不难算出mHg714. 181. 913600107 .2283HgAB gpR 既不便于观察，也不便于操作和维护。本题压降只与汞柱高度R有关，而与水柱高度h无

4、关。采用复式压差计可大大降低可观察液面的高度。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-6】用双液体】用双液体U管压差计测定两点间空气的压差，读数管压差计测定两点间空气的压差，读数R 320mm。由于侧。由于侧壁上的两个小室不够大，致使小室内两液面产生壁上的两个小室不够大，致使小室内两液面产生4mm的高差。求实际的压差为的高差。求实际的压差为多少多少Pa。若计算不考虑两小室内液面有高差，会造成多大的误差？两液体的密。若计算不考虑两小室内液面有高差，会造成多大的误差？两液体的密度分别为度分别为1 910kg/m3和和2 1000kg/m3。【解】对于等压面【解】对于等压面a-a，根据静力

5、学方程有，根据静力学方程有gRhgpgRp21211 Pa2 .3187 .355 .282004. 081. 991032. 081. 9)9101000()(11221 hggRpp 实际压差相对误差%2 .11%1002 .3185 .2822 .318 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-9】从容器】从容器A用泵将密度为用泵将密度为890 kg/m3的液体送入塔的液体送入塔B。容器内与塔内的表压。容器内与塔内的表压如附图所示。输送量为如附图所示。输送量为15kg/s流体流经管内的阻力损失为流体流经管内的阻力损失为122J/kg。求泵的有。求泵的有效功率。效功率。【解】在【

6、解】在1-1至至2-2两截面之间列机械能衡算式，并考虑两截面之间列机械能衡算式，并考虑2-2截面的截面的速度头已计入阻力损失，于是有速度头已计入阻力损失，于是有43.2kW152882J/kg28821222)00(89001016. 2)1 . 236(81. 92)(see6f21221212e mwNwuuppzzgw 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【解】(a) 对于封闭的循环系统，不难证明泵所提供的机械能全部用于克服流动阻力做功(可在A点选二截面重合列机械能衡算式)。故有： 4.35kW3600)/0.651100(45206/206J/kg9.819)(12)(sefe

7、 mwNghw【1-10】附图所示为一制冷盐水的循环系统，盐水的循环量为】附图所示为一制冷盐水的循环系统，盐水的循环量为45m3/h，流体流，流体流经管内的压头损失为：自经管内的压头损失为：自A至至B的一段为的一段为9米；自米；自B至至A的一段为的一段为12米盐水的密度米盐水的密度为为1100 kg/m3。求：。求： (a)泵的功率，设泵的效率为泵的功率，设泵的效率为0.65 (b)若若A处的压力表读数为处的压力表读数为0.15MPa，则则B处的压力表的读数应为多少处的压力表的读数应为多少答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解(b) 在A和B两处截面间列机械能衡算式fAB2BBB2AAA

8、2/2/ghupgzupgz kPa7 .22Pa226560)97(81. 911001015. 02/)()(2/)()(62B2AfABBAAfAB2B2ABAAB uuhzzgpghuuzzgpp答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-11】一水平管由内径分别为】一水平管由内径分别为33及及47毫米的两段直管接成，水在小管内以毫米的两段直管接成，水在小管内以 2.5 m/s的速度流向大管，在接头两侧相距的速度流向大管，在接头两侧相距1m的的A、B两截面处各接一测压管，已知两截面处各接一测压管，已知A-B两截面间的压头损失为两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位

9、那个高，相差多少？，问两测压管中的水位那个高，相差多少？并作分析。并作分析。fAB2B2AABfAB2BB2AA222hguugpphgugpgugp 【解】以管中心线为基准水平面，在【解】以管中心线为基准水平面，在A、B两点所处两点所处的截面之间列机械能衡算式的截面之间列机械能衡算式 注意到gppgpzgpzhh ABAABBAB 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解应注意式中的 ，故B点所在的测压管高出A171mmH2O。0BA zzOmmH171OmH171. 007. 081. 92)47/33(15 . 22)/(2242fAB4BA2A2AABAB hgdduugpphh

10、再由连续性方程 得：2BB2AAdudu 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解m/s28.10m/s78. 5m/s70. 3321 uuu【解】【解】(1)1,2,3三点所在截面的流速。三点所在截面的流速。依题意，阻力损失被忽略，现考察依题意，阻力损失被忽略，现考察1,2,3三点三点所在截面，有下列方程：所在截面，有下列方程：【1-12】如下图，水由高位水箱经管道从喷嘴流出，已知】如下图，水由高位水箱经管道从喷嘴流出，已知d1=125mm，d2=100 mm，喷嘴，喷嘴d3=75mm，压差计读数，压差计读数R=80mmHg，若阻力损失可忽略，求，若阻力损失可忽略，求H和和pA。233

11、2222112122OH21OHOHHgOH21sin2sin2222dududugLuuppgLgRpp 静力学方程动力学方程连续性方程联立上述三式求解得答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解(2)在在0-0和和3-3截面间列柏努力方程有：截面间列柏努力方程有：(3)在压力表接口在压力表接口A-A和和3-3截面间列柏努力方程：截面间列柏努力方程：kPa2 .362222223A2322A uupuupm39. 581. 9228.1022222323332000 guHgugpzgugpz 若在0-0至A-A两截面间列机械能衡算式，则有gugpH222A kPa2 .36Pa102 .

12、36278. 539. 581. 9100023222A ugHp (表压)答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-16】其他条件不变，若管内流速愈大，则湍动程度愈大，其摩擦损失应愈大。】其他条件不变，若管内流速愈大，则湍动程度愈大，其摩擦损失应愈大。然而，雷若数增大时摩擦因数却变小，两者是否矛盾？应如何解释？然而，雷若数增大时摩擦因数却变小，两者是否矛盾？应如何解释？【分析如下】【分析如下】 fwReu 结论：两者不矛盾。针对（1首先分析雷若数)()()(22uud/uuduRe 粘性力惯性力 流速u增大时，Re增大，因惯性力增大的比率比粘性力大，故增大u时湍动程度加剧惯性力加剧湍

13、动，粘性力抑制湍动）。（2其次分析摩擦因数答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解)()(822uuu 惯性力粘性力 u增大时，粘性力增大的比率比惯性力小，故摩擦因数下降。 层流时 ReuuRed.uduRe.230230681016464湍流时（3最后分析阻力损失uduudlw 3222f层流时湍流时7712302f68102.uRed.udlw 完全湍流时2fuw (摩擦因数为常数)答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-17】有一供粗略估计的规则：湍流条件下，管长每等于管径的】有一供粗略估计的规则：湍流条件下，管长每等于管径的50倍，则压力倍，则压力损失约等于一个速度头。试

14、根据范宁公式论证其合理性。损失约等于一个速度头。试根据范宁公式论证其合理性。gudlgp22f 【解】根据范宁公式【解】根据范宁公式对一般管道，摩擦因数值约为0.020.03gugu.gudlgp22500202222f 即管长每等于管径的50倍，其压头损失约等于一个速度头或稍高。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【解】设小管直径为【解】设小管直径为d1，大管直径为，大管直径为d2，小管流速为，小管流速为u1，大管流速为，大管流速为u2，输送距离为，输送距离为L。 212211s222ddAuAuV (1)所需设备费用比较)(241222237137121倍一根大管设备费用两根小管设

15、备费用.dd. 显然小管的设备费用比大管高，大约高出24%的费用。(2)消耗功率比较(两种方案流速相同)【1-18】已知钢管的价格与其直径的】已知钢管的价格与其直径的1.37次方成正比，现拟将一定体积流量的流体输送某次方成正比，现拟将一定体积流量的流体输送某一段距离，试对采用两根小直径管道输送和一根大直径管道输送两种方案，作如下比较：一段距离，试对采用两根小直径管道输送和一根大直径管道输送两种方案，作如下比较： (1)所需的设备费所需的设备费(两种方案流速相同两种方案流速相同)； (2)若流体在大管中为层流，则改用上述两根小管后其克服管路阻力所消耗的功率将为若流体在大管中为层流，则改用上述两根

16、小管后其克服管路阻力所消耗的功率将为大管的几倍？若管内均为湍流，则情况又将如何大管的几倍？若管内均为湍流，则情况又将如何(摩擦因数按柏拉修斯公式计算摩擦因数按柏拉修斯公式计算)？答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解大管为层流时，因两种方案流速相同，固有2221221121 dd/ud/udReRe 这说明：流体若在大管中为层流，则在小管中也为层流。于是有：232322122222211f2f1 dddLudLupp 克服阻力所消耗的功率为 22121f2f1f2sf1sf1s21 pppmpmpmNN 若流体在大小管中均为湍流时答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解 541222

17、25125112122501222212121f2f1.ddddddu/udL/dLpp. 250122501225022501213164031640.ddReReRe./Re. 摩擦因素之比压力损失之比541f2f121.ppNN 损耗功率之比答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-19】鼓风机将车间空气抽入截面为】鼓风机将车间空气抽入截面为200mm300mm、长、长155m的风道内的风道内(粗粗糙度糙度= 0.1mm)，然后排至大气中，体积流量为，然后排至大气中，体积流量为0.5m3/s。大气压力为。大气压力为750mmHg温度为温度为15。求鼓风机的功率，设其效率为。求鼓风

18、机的功率，设其效率为0.6。【解】【解】(1)将空气视为不可压缩气体将空气视为不可压缩气体因鼓风机进出口压差很小，故可将空气密度视为不变，权作不可压缩流体进行计算。查表得 sPa109176 . 8.33m/s0.06ms2 A/VuabA，而31.21kg/m2883148293101760750 .RT/PM 0.605kg/s21150ss .Vm 0.24m3020302022e .baabd答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解02010351682401010106810103511091721133824023053230e56e.Red.udRe. J/kg4644823

19、38240155020222ef.udlw 483.25J/kg5644823380022f2e .gwupzgw 0.487kW487W0.605/0.625483se ./mw/NNe (2)考虑空气的可压缩性，采用可压缩气体的简化近似计算法计算 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解在风机出口1与管路出口2之间列机械能衡算式，对可压缩流体的等温流动过程有 dLppMRTGpp2ln22122221 skg/m10.09)(222s22 RT/MpA/VuG 56emme10351109170910240 ././Gd/udRe (教材教材1-79式式) kPa5 .10009.10

20、29288831424. 015502. 0999675 . 0225 . 02221 GMRTdLpp 通常情况下管内压降很小，括弧内第一项(动能差)可忽略，于是有22221GMRTdLpp (教材教材1-75式式)kPa99.97Pa999671013007607502 p显然，二者压差很小，可近似为不可压缩。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解 31111.217kg/m288831410050829 /RT/Mp （大气状态）32222107kg/m1)(.RT/Mp 310mm/kg214. 12217. 12107. 12 在风机入口0与风机出口1间列机械能衡算式有 0.4

21、86kW6 . 010005835 . 01000/583Pa217. 1209.101013007607501005082/2/2/t21201211012111t0 QpNGppupppupppt由此可看出：两种计算方法所得结果相差无几，非常接近。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【 1-21 】由山上湖泊引水至贮水池，湖面比池面高】由山上湖泊引水至贮水池，湖面比池面高45m，管路长度取为，管路长度取为1000m (包括所有局部阻力的当量长度在内包括所有局部阻力的当量长度在内)，要求流量为，要求流量为300m3h1，湖水温度可取，湖水温度可取为为10。如采用新铸铁管，要多大直径的

22、铸铁管。如采用新铸铁管，要多大直径的铸铁管(取整取整)? 如经长期锈蚀，绝对粗如经长期锈蚀，绝对粗糙度糙度变为变为1mm，输水管能否继续使用，输水管能否继续使用?【解】（【解】（1 1铸铁管直径铸铁管直径10水的密度近似取为1000kg/m3，查附录五得 sPa10305. 13 在湖面1-1和池面2-2之间列机械能衡算式有5252252e2e21f574403600300819143100084582d.d.Vgd)ll (gudllhzs 0127605.d 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解 23056810012760.Red.d （1）（2）的范围一般约为0.020.03，

23、现因Vs较大，故的初值可取小一些，新铸铁管的绝对粗糙度为0.3mm，经试差解得：m197002300.d. 取整得： mm200 d 000130023030023160003160023160020000222111.计设计设 内插法说明内插法说明023040003160000130020000023160. d.d./d.VdduRe481346785010305136003001000785032s 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解设设dRe(/ d + 68 / Re)计计设设计计0.02000 0.1912 425561 0.0017292300.02316 -0.003

24、16 0.02100 0.1930 421429 0.0017155570.02312 -0.00212 0.02200 0.1948 417526 0.0017026720.02308 0.02308 -0.00108 0.02300 0.1966 413831 0.0016904980.02304 -0.00004 0.02400 0.1982 410323 0.0016789670.02300 0.00100 0.02500 0.2019 406987 0.0016680210.02297 0.00203 0.02600 0.2019 403807 0.0016576090.02293

25、0.00307 0.02301 0.1966 413795 0.0016903790.02304 -0.00003 0.02302 0.1966 413759 0.0016902610.02304 -0.00002 0.02303 0.1966 413723 0.0016901430.02304 -0.00001 0.02304 0.1966 413687 0.0016900250.02304 0.00000 0.02305 0.1967 413651 0.0016899060.02304 0.00001 0.02306 0.1967 413615 0.0016897880.02304 0.0

26、0002 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-24】从高位水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变，】从高位水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变，管段管段1、2 管径相同，现因管段管径相同，现因管段 2 有渗漏，而将其换成一较有渗漏，而将其换成一较小管径的管子，长度与原来相同，试分析输送能力和阀门前小管径的管子，长度与原来相同，试分析输送能力和阀门前压力的变化。压力的变化。解：解：(1)输送能力变化分析输送能力变化分析 在1-1 2-2间列机械能衡算式2212522e2222512e111222e222211e11121)()(8)(82)(2)(VBBVdllVdlludlludl

27、lEtEt 因 均不变，而 可视为不变，即 B1 不变，现 d2 减小，亦即 B2 增大，故 V 必减小。 1e1e12121,lldllEtEt21, 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解(2) 阀前压力变化分析阀前压力变化分析 在1-1 A点所在的截面之间列机械能衡算式212A1AA1AudlgzEtp 因V 减小，u 亦减小，而其他不变，故 pA 增大。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-26】如图，】如图，20软水由高位槽分别流入反应器软水由高位槽分别流入反应器B和吸收塔和吸收塔C中，器中，器B内压力内压力为为0.5atm表压），塔表压），塔C中真空度为中真空度为

28、0.1atm，总管为，总管为573.5mm，管长为，管长为(20+ZA)m，通向器，通向器B的管路为的管路为252.5mm，长，长15m；通向器；通向器C的管路为的管路为252.5mm，长，长20m(以上管长包括各种局部阻力的当量长度在内以上管长包括各种局部阻力的当量长度在内)。管道皆为。管道皆为无缝钢管，粗糙度可取为无缝钢管，粗糙度可取为0.15mm。如果要求向反应器。如果要求向反应器B供应供应0.314kg/s的水，向的水，向吸收塔供应吸收塔供应0.471kg/s的水，问高位槽液位至少高于地面多少？的水，问高位槽液位至少高于地面多少？ 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【解】20

29、软水物性：33000kg/m1, sPa10005. 1 d.mRed.mu 78507850s2s 各管路参数计算结果如下表：，而管路d，mu，m/sReAO0.050.421040.0030.03130.03150.0314OB0.021.021040.00750.03540.03780.0383OC0.021.531040.00750.03450.03670.0375d/ 1 Re.d.Red.5182log274116810230(1)(2) 分别为用(1)式计算，(2)式计算和查图所得结果，因摩擦因数图是用(2)式绘制的，应选 用于下面的管路计算。2 3 321 ，2 答答化化 工工

30、 原原 理理 习习 题题 解解附摩擦因素的试差结果管路管路摩擦因素式两边的差值摩擦因素式两边的差值AO0.0314400 5.6397 5.6359 0.00383 0.0315400 5.6308 5.6366 -0.00577 0.0314850 5.6357 5.6362 -0.00050 0.0314800 5.6362 5.6362 -0.00002 0.0314798 5.6362 5.6362 0.00000 OB0.0370000 5.1988 5.1440 0.05475 0.0375000 5.1640 5.1454 0.01855 0.0377500 5.1469 5.1

31、461 0.00072 0.0377600 5.1462 5.1462 0.00001 0.0377602 5.1462 5.1462 0.00000 OC0.0370000 5.1988 5.2179 -0.01917 0.0367360 5.2174 5.2174 0.00003 0.0367362 5.2174 5.2174 0.00001 0.0367364 5.2174 5.2174 0.00000 Re.d.5182log2741 1 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解列机械能衡算式有 m77.1020 . 102. 0150378. 024 . 005. 0200315

32、. 0010001013005 . 00481. 92)(2)(22)(2)(A22AAOB2eAO2e2221212AOB2eAO2et2t1 zzzudlludlluuppzzgudlludllEE 答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解 m34. 1125 . 102. 0200367. 024 . 005. 0200315. 0010001013001 . 00881. 92)(2)(2A22AAOC2eAO2e23213131 zzzudlludlluuppzzg 取二者之中的较大者，故高位槽液面至少高于地面11.34m。答答化化 工工 原原 理理 习习 题题 解解【1-28】对如附图所示的分支管路系统，试分】对如附图所示的分支管路系统，试分析当支管析当支管1上的阀门上的阀门k1关小后，总管流量、支管关小后，总管流量、支管1、2内的流量及压力表读数内的流量及压力表读数 pA 如何变化。如何变化。【解】管路流量变化分析【解】管路流量变化分析在0-0至1-1和0-0至2-2间列衡算式12O1O120OO02O1O152e20O0O52e10)(8)(8EtVBVBVdllVdllEtEt 22O2O220OO0