第1章流体流动习题解答.doc

第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg真空度=大气压力绝对压力，表压=绝对压力大气压力所以出口压差为p=N/m2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为Pa2.解： 混合气体的摩尔质量混合气体在该条件下的密度为：3.解：由题意，设高度为H处的大气压为p，根据流体静力学基本方程，得大气的密度根据气体状态方程，得根据题意得，温度随海拔的变化关系为代入上式得移项整理得对以上等式两边积分，所以大气压与海拔高度的关系式为即：（2）已知地平面处的压力为101325 Pa，则高山顶处的压力为将代入上式解得H=6500 m，所以此山海拔为6500 m 。4.解：根据流体静力学基本方程可导出所以容器的压力为5.解：mm以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得kPa6.解： （1）如图所示，取水平等压面11， 22， 33与44，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 同理，有，），以上各式相加，得因为同理，有故单U形压差的读数为（2）由于空气密度远小于液体密度，故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等。即 故有 因为 所以 此测量值的相对误差为7.解：（1）在AA，BB 两截面间列伯努利方程，得其中=0，=，=2.2J/kg化简为 由题目知：输水量m3/h m3/sm/sm/s查表得20水的密度为998.2kg/m3所以 J/kgPa（2）若实际操作中水为反向流动，同样在两截面间列伯努利方程，得其中=0，=，=2.2 J/kg化简为 由于流量没有变，所以两管内的速度没有变，将已知数据带入上式，得Pa8.解： 查表1-3 ，选取水在管路中的流速为，则求管径查附录 13 进行管子规格圆整，最后选取管外径为83 mm，壁厚为3.5mm ，即合适的管径为。9.解： （1） 管内流体的质量流量有上式得出质量流速为所以该气体在管内的流动类型为湍流。（2）层流输送最大速度时，其雷诺数为2000，于是质量流速可通过下式计算： 所以层流输送时的最大质量流量 10.解： （1）根据题意得： ，将上式配方得所以当m 时管内油品的流速最大，（2）由牛顿粘性定律得其中代入上式得管道内剪应力的分布式所以管壁处的剪应力 （负号表示与流动方向相反）11.解：（1） 根据题意可算出：mm，mm mm通道截面积 m2润湿周边mm = 0.218mm（2） =40 m3/h=0.011 m3/s m/s故该流型为湍流。12.解： 如课本图1-17，流体在内外管的半径分别为的同心套管环隙间沿轴向做定态流动，在环隙内取半径为r，长度为L，厚度为dr的薄壁圆管形微元体，运动方向上作用于该微元体的压力为作用于环形微元体内外表面的内摩擦力分别为因微元体作匀速直线运动，根据牛顿第二定律，作用于微元体上的合力等于零，即 简化后可得在层流条件下，带入上式可得上式积分得利用管壁处的边界条件 可得所以同心套管环隙间径向上的速度分布为13.解： 取桶内液面为11截面，桶侧面开孔处的截面为22截面，开孔处离桶底距离为h，从11截面至22截面列机械能守恒方程式，得以22截面为基准面，则化解得 假设液体的水平射程为X，则所以当h= 时，射程最远，14.解： （1）对11至22截面间列伯努利方程，可得取11截面为位能基准面，由题意得所以对11至BB截面间列伯努利方程，可得所以 （2）虹吸管延长后，增加使虹吸管出口流速u增加，从而引起降低；当降至与该温度水的饱和蒸汽压相等(时，管内水发生气化现象。由于此时，故对11至BB截面间列伯努利方程，可得所以对11至33截面间列伯努利方程，可得所以（负号表示在11截面位置下方）15解：如图所示在截面间列伯努利方程式，以A点所在水平面为基准面，则：其中 ，m，m/s由题目已知可得 m/s根据流体静力学方程：m所以m16. 解：要想将孔盖紧固，则罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力，即：液体在孔盖上产生的压力： 螺钉能承受的工作应力： 解得所以，要想将孔盖紧固，至少需要8个螺钉。注意：此题中，也可将螺钉直径选为14mm，则结果为：需要9个螺钉。17.解：（1）取高位槽水面为上游截面，管路出口内侧为下游截面，在两截面之间列伯努利方程：以地面为基准面，则 m，m，=， 化简得 m/s m3/h（2） 在截面与截面间列伯努利方程：其中 ，于是上式可化简为阀门从全开到关闭的过程中，逐渐减小（），由上式可以看出，左边的值不断增大，而不变，所以截面位置处的压力是不断增大的。18.解： 根据题意，该烟囱正常排烟的基本条件要求烟囱出口压强应不超过外界气压。若以大气压为计算基准，则有烟气在烟囱中的流速为所以 对11至22截面间列机械能守恒式，可得取11截面为位能基准面即解得正常排烟时该烟囱的高度为 19.解：（1）根据流量公式得 m/s 所以管内原油的流动类型为层流。（2）在管路入口截面与出口截面之间列伯努利方程，得其中 ，于是上式化简为 管内原油流动类型为层流，所以摩擦系数J/kgMPa中途需要加压站的数量 所以为完成上述输送任务，中途需要8个加压站。20.解： （1）由题意：故管内流速光滑管 计算根据布拉修斯公式对11至22截面间列机械能守恒式，可得取22截面为基准面其中局部阻力系数包括管入口的突然缩小（）与回弯头（）。所以（2）假设虹吸管最高处的截面为AA， 对22至AA截面间列机械能守恒式，可得取22截面为基准面将数值代入上式，解得21.解：在储槽水面和管路出口截面之间列伯努利方程，可得 以储槽水面为基准面，则 ，m，kPa 化简为 (1)m/s查表：20乙醇的密度为789 kg/m3，黏度为Pas，雷诺数取管壁粗糙度mm根据和查图得查表得：90标准弯头，全开的50mm底阀，半开的标准截止阀 所以J/kg将数据代入（1）式中，得所需外加功为：J/kg22.解： 据题意得进料处塔的压力管内液体流速取管壁绝对粗糙度，相对粗糙度 。查图1-22 的无缝钢管的摩察系数。查表 1-2，全开截止阀的阻力系数。选取高位槽液面为11截面，料液的入塔口为22截面，在两截面间列伯努利方程为以料液的入塔口中心的水平面00为基准面，则有 所以高位槽高出塔的进料口为23.解：（1） 在截面与截面间列伯努利方程，得 （1）以截面为基准面，则 =0（表压），kPa（表压），m， 于是（1）式化简为 即 解得 m/sm3/h（2） Pa24.解：（1）根据流体静力学基本方程，设槽底部管道到槽面的高度为x ，则在槽面处和C截面处列伯努利方程，得以C截面为基准面，则有 所以阀门全开时流量（2）对B 至C截面间列伯努利方程，可得由于，其中所以阀门全开时B位置的表压为25.解： (1) 换热器壳程内径 m，内管外径 m，则可求得换热器壳程的当量直径de=m则壳程热水流速m/s雷诺数Re所以壳层环隙内水的流型为湍流。（2） 根据题意，摩擦系数故水通过换热器壳程的压降为 kPa26.解： （1）设某时刻t水槽的液面降至h，管内流速为，则有对11至22截面间列机械能守恒式，可得输水最初若以22截面为基准面 。故有 所以因此初始水流量为（2）将 带入质量守恒式，得整理得代入积分上下限得即解得，输水3h后水槽下降后的高度为 27.解： （1） 并联管路中不可压缩流体的定态流动中，各支路流量满足以下公式本题中各支管的摩擦系数相等，则：（2） 三支管的阻力损失比为 简化得 由，已知，解得 于是 ，即并联时各支管的阻力损失相等。28.解： 由题意，系一组并联管路，后与串联。根据并联管路的流量分配方程，有所以 故并联管路串联管路因此总阻力油品输送先假设管内为层流，则直接应用Hagen-Poiseuille方程可得对AA至BB截面间列伯努利方程，可得取BB截面为位能基准面故所求重油流量为校验与原假设一致，故计算结果有效。29.解：（1）在截面至截面列伯努利方程，可得：以截面为基准面，则 m，m， m/s上式可化简为 于是 J/kg而 所以 ，解得 m/sm3/h，m3/h（2） 若将阀门k1全开，假设支管1中无水流出，即假设支管1流量为零。在截面至截面列伯努利方程，可得：以截面为基准面，则 m，原式可化简为 而 所以 ，解得 m/s则此时管路MN的速度为2.20m/s校核：在截面至截面之间列伯努利方程其中 m，(表压)，m/s 上式化简为 而m于是 m10m故支管1中无水流过，与假设相符合，因此原计算有效。30.解： 查表得20时空气的粘度为20时空气的密度 假设 当查孔板流量计的的关系得到 则体积流量为 流速 核算雷诺准数 与假设基本相符，所以空气的质量流量31.解：（1）根据孔板流量计流量计算公式其中 ，m2 kg/m3，kg/m3，m 代入已知数据解得 m3/sm/s（2） 流体流经AB段所产生的压差是由阻力损失和孔板的永久压降造成的，所以 Pa即流经AB段所产生的压差为96.2 kPa32.解： （1）转子出厂标定条件下空气的密度为操作条件下氨气的密度由于气体密度远小于被测液体密度或转子密度，根据流量换算公式，有即：同一刻度下，氨气的流量应是空气流量的1.08倍。故此时转子流量计的最大量程为65.0 。（2）液体测量是以常态清水（）为标定介质的，当用于测量丙酮时，根据转子流量计的流量换算公式，得即：同一刻度下，丙酮的流量应是清水流量的1.14倍。故此时该转子流量计测量丙酮时的流量范围为 。