流体流动 习题答案.doc

1、17. 流体通过圆管端流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表示：，式中 y 为某点与壁面的距离， 即 y=R-r。试 求其平均速度 u与最大17max()ruR速度 umax的比 值。解：在距离管中心 处取一厚为 的流体薄层，并定义此处流体的速度为 ，rdr ru则流体通过此环隙的体积流量 2SrrVuAd1/7max00(2)(2)RRSrVudr那么 (1)/ax1/7()S rA令 那么 rtrdt当 时， ; 当 时， 0R0t有 (2)182151/7770 49()RrtdRA代入(1)式， max210u于是 ax/49/6.87(2)18. 一定量的液体在圆形直管内作层

2、流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因流 动阻力而产生的能量损失 为原来的若干倍?解：流量不变， 当 时，SVuA2d4u根据哈根泊 谩叶公式，有当 ， 时23flpd4ud224 16()f fulpA19. 内截面为1000 mm1200 mm的矩形烟囱的高度为30 m。平均摩 尔质量为30 kg/kmol、平均温度为400的烟道气自下而上流 动。烟囱下端维持49 Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值， 大气温度为20 ，地面处的大气压强为101.3310 3 Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干(kg/h)?解：这是 B.

3、E 对压缩流体的应用(20 空气)103491028pPa31.205/kgm空 气 C2 .59.397ghPa1 70%10%.20128p可应用柏努利方程400 时，烟道气的密度C3312()(018975)01.542/2.346mpMkgmRT 在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底端为上游截面 ，以烟囱顶1端为下游截面 ，并以截面 作位能基准面，有212112,12fpupugzgzh其中， (表压)， (表压)，149Pa20.5439.81059gPa烟 道 气， ， ， 10z23m12u2feluhd 1.2()eHbrm代入上式解得 9.8/s4.0543./.610/

4、swuAkgskgh20每小时将210 4 kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽( 见本题附图)。反应器液面上方保持26.7 103 Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为 的钢管， 总长为50 m，管线上有两个全开的闸阀、一764m个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15 m。若泵的效率为 0.7，求泵的轴功率。解：在反应器液面 与管路出口内侧截面 间列柏努利方程，以截面12为基准水平面，得122112,12e fpupugzWgzh其中 (表压) (表压)1025m1036.70Pa20p42 321.4/36(7)u ms1221,12e

5、fpuWgzh326.701.439.85fh73f其中， fffh对直管阻力2flud3 54(768)10.7Re 1.60.du那么 0.3m/./(2).4d由 和 在图 127 可查得 /de09235.40.291.8/(768)0fh Jkg对局部阻力 二个全开的闸阀 0.3.6m五个标准弯头 158进口阻力系数 0.5孔板的局部阻力系数 42ef cluhd2230.681.43.2958.7/Jkg173.8./eWJkg该流体的质量流量 4210365./swks20.568.9eNW/7k21. 从设备送出的废气中含有少量可溶物质， 在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收

6、这些物质进行综 合利用， 并避免环境污染。气体流量为3600 m3/h(在操作条件下) ，其物理性质与50 的空气基本相同。如本 题附图所示， 气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其 读数为30 mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管 长与管件、 阅门的当量长 度之和为50 m(不包括进、出塔及管出口阻力) ，放空口与鼓风机进口的垂直距离为20 m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.9610 3 Pa。管壁的绝对粗糙度 可取为0.15mm，大气压强为101.33103 Pa。求鼓风机的有效功率。解：这是有外加功的可压缩流体，首先验证 02%p以过测压口中心的截面 和

7、放空管内侧截面 为衡算截面。1(表 压)313609.8094.HgpRPa124.1.26以鼓风机进口压差计连接处为截面 ，放空管出口内侧为截面 ，过2截面 的中心 线作基准水平面，在两截面间列柏努利方程，22112e fpupugzWgzh其中， (表压) (表压)102m194.3Pa20p在 和 间压强变化很小，温度认为恒定且管径相同，可近似有，但 为提高计算结果的精确度，计算流体速度 时以平均压强计。12u(表压)94.3017.2pPa1223064.35/()ums(洗涤器中 压力有变化， 导致气体体积变化，由于等温，以 做变换)12pV12, , ,f f fff fhhh局

8、部 进 塔 出 塔直 管 填 料 层(一般来讲，局部阻力损失包括了进出口的情况，但常用的局部阻力计算为当量长度法，而进出口则多采用阻力系数法)题给条件下，空气的密度为 ，黏度为 (见本教材附31.09/kgm51.960Pas表六：干空气的物理性质)，550.2.3Re2.8410196du/.1/250.6d查摩擦系数图， .232501(.5).9786./2efluh Jkgd直 管 31.67/ffpJkg填 料 层22(0.5).31.6/cef uh进 出 塔 (12786.931.687/f Jkg代入前式 294.3.81087214/5eWJkg有效功率 6.30.1seNw

9、sW22. 如本题附图所示，贮槽内水位 维持不变。槽的底部与内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀， 距管路入口端 15 m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相 连， 另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m。(1) 当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm，当闸阀部分开启时， 测得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数 可取为0.025， 管路入口处的局部阻力系数取为0.5。 问每小时从管中流出水若干立方米?(2) 当闸阅全开时，U管压差计测压处的静压强为若干(Pa，表压)?闸阀全开时 ，摩擦系数仍可取

10、0.025。/15eldle解：在该题所示的附图内，标出几个需列方程的平面。 为贮水槽所在0的平面， 和 为 U 管压计和管路出口的截面，并取水平管中心线AB所在的水平面为基准面(1) 闸阀关闭时 (H 为贮槽水面的高度)0ApgRgh代入数据，解得 136.156.Hm当阀门开启之后 0ApgRh(表压)41369.84109.83.610Pa在贮槽液面与 间列柏努利方程，得(1)2200 ,0AAfApupugzgzh其中 (表压) (表压)0p0u06.zm0Az43.9610ApPa(2)2 22,0 15(.2.).5Af c ulhd将(2)代入 (1)式，整理可得到：解得229.

11、816.15AAu3.1/Aums水的流量 223340.608.4/SVd h在(1)中，由于贮槽中水位不变，时稳态流动，故水平管中水的流速不变，只需求 。为此需用柏努利方程，但在哪两个面之间应用？ 没有相关量且阀Au B门开度不知道，阻力系数难 以计算。在 贮槽与压差计 之间用柏努利方程。在(2)中：欲求 ，仍应使用柏努利方程，此时闸阀全开， ，对水平管，Ap ABu，故 .可求出 ，然后代入到 的式中可知 ，为求 应在ABz,ffBhufppu与 间列柏努利方程0(2) 当闸阀全开 时，在 与 间列柏努利方程，得0(3)220 ,0BBfBpupugzgzh其中 (表压) 0B06.Bm0uBu(4)2 22,0 152.1(.()54.813eAf cluhd 把(4)代入(3)，整理得 ，解得229.864.83u./ums再在 和 间列柏努利方程， 得AB22,ABBfABpupugzgzh其中， ， (表压) ，于是ABAB0,fABph(表压)2eAlupd2015.3210.4.10Pa