流体流动习题答案

第一章流体流动习题解答

1.某设备上真空表的读数为13.3X10：'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.TXIO'Pa。

解：真空度=大气压一绝压

表压=一真空度=-13.3xlO3Pa

2.在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960kg/m：’的油品，油面高于罐底

9.6m,油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760mm的圆孔，其中心距

罐底800mm,孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为

32.23X106Pa,问至少需要几个螺钉？

每个螺钉能承受的最大力为:

螺钉的个数为3.76x104/4.96x103=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。测得帛=400mm,

兄=50mm,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连

通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3=50min。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03，%夕,0为分

别表示气体、水与水银的密度，因为巴《0为，故由气柱

高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为以。4,

习题3附图

PBXPD°

由静力学基本方程式知

=7161Pa（表压）

4.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年Im,U管压差计的指示液为水银，煤油的密度

3

为820kg/m0试求当压差计读数R=68m时，相界面与油层的吹气管出口距离人

解：如图，设水层吹气管出口处为a,压缩空气

煤油层吹气管出口处为瓦且煤油层吹气

管到液气界面的高度为〃。则

Pa=P\Pb=Pl

=。沌g（HI+h）+0水g（H一九）（表

压）

习题4附图

Pb=。油（表压）

U管压差计中，8-〃2=n“那/?（忽略吹气管内的气柱压力）

分别代入几与外的表达式，整理可得:

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：hi=2.3m、h2=l.2m,h3=2.5m^.h4=l.4mo锅中水面与基准面间的垂直

距离h5=3m。大气压强p“=99.3X10^2。试求锅炉上方水蒸气的压强0。（分别以

Pa和kgf/cn?来计量）。

Q

习题5附图习题6时图

解：如图所示标记等压面2,3,4,大气压记为％

P2=P«+PHgg（9-%）⑴

P3=P「PH®g1％-心②

。4=。3+0/遥四-九4乂3）

Po=PLP/Og也一用）⑷

将以上四式相加并代入已知量

6.根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强外压

差计中以油和水为指示液，其密度分别为920kg/nf及998kg/m\U管中油、水交

界面高度差庐300mm。两扩大室的内径砥为60mm,U管内径d为6mm。

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=p“时，两扩大室液面相齐。那么当压

力不同时，扩大室液面差M与R的关系可用下式计算：

当R=3OO/nm时，AA=（―）2R=0.3x（A）2=0.003团

D60

根据静力学基本方程：

=751Pa（表压）

7.列管换热器的管束由121根。25如〃x2.5/w〃的铜管组成。空气以9m/s速

度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃、压强为196X103pa（表压），

当地大气压为98.7X10*a。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⑵的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。

解：⑴wx=uApnu=9m/s〃=121

（2）14.=uAn=9x0.000314x121=0.342m3/5

⑶PM—

4一”

8,高位槽内的水面高于地面8m,水从的管道中流出，管路出口

高于地面2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按Z%=6.5/计算

（不包括出口阻力损失），其中U为水在管内的流速m/s。试计算:

（1）A-4截面处水的流速；（2）水的流量，以m：'/h计。

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Z]=8加/2=2加（基准水平面为地面）

/aO,Pi=P2=0（表压），A-A'处的流速与管路出口处的流速相同，"A=“2（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

gAz=^+Z%，其中Z%=6.5"2

2

代入数据上+6.5/=9.81x（8-2）解得〃=2.9m/s

2

（2）V；,=»A=2.9X^X[（108-4X2）X10-3]2X3600=82//I3//Z

9.20℃的水以2.5m/s的流速流经。38〃"〃x2.5/?wn的水平管，此管以锥形管

与另一姬3〃7加入3/〃加的水平管相连。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。

解：取A3两点处所在的与管路垂直的平面分别为上游和下游截面A-4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ZA=ZB=0,

uA=2.5m/s

在截面A-4和间列柏努利方程：

查表得到IPa=0.102/m仍Q,那么名竺=88.5加加4,0

20.1022

p2-p,>0,所以A点的压力大于B点的压力，即B管水柱比A管高88.5加加

10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部

……

泵入口处真空表的读数为24.06X103pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的

能量损失可分别按X%j=2〃2与>>八2=10〃2计算，由于管径不变，故式中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为98.07X10：'Pa（表压）。试

求泵的有效功率。

解：取水槽中水面所在的平面为截面1-:T,并定为基准水平面。泵入口真空

表连接处垂直于管子的截面为2-2、水洗塔出口处为截面3-31如图所示，那

么有

z,=0z2=1,5mz3=14，〃M,»0