1、1流体流动、流体输送机械习题主要计算公式：1、流体静力学基本方程式： 或ghp02、流体的速度、体积流量、质量流量 及质量流速之间的关系：圆管：uAqv24dquvmuGv3、稳定流动时的连续性方程：对任一截面： 常 数mqA对不可压缩流体： 常 数u4、柏努利方程： 221ppgzgz不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程： fe huzwuz 22121或fe hpzgw25、流体通过直管的摩擦阻力： 2udlf6、摩擦因数（系数） 层流（ ）：20eRuRe64层流时直管摩擦阻力： 23dgluhf湍流（ ） ，且在光滑管内流动时：5310eRpgz为2柏拉修斯（Blasius）式25
2、.03164eR7、局部阻力计算（1）当量长度法 2udlhef（2）阻力系数法 f8、流体输送设备消耗的功率 WqHgPemvea qve9、并联管路 321VBfAfff hh10、分支管路 21V 1f0121020 hPugzPugz1 2f022hz2 常 数11、毕托管（皮托管） )gR(ui12、孔板流量计： )2gR(ACqi0v13、离心泵的安装高度（防止汽蚀） V V2V3V1BA2211003（1）允许吸上真空（高）度 HS：是指泵入口处 P1 可允许达到的最高真空度，其表达式为：gPH1aSHS 离心泵的允许吸上真空高度，m 液柱；Pa 大气压，N/m2；被输送液体的密
3、度，kg/m3如图，以贮槽液面为基准，列出槽面 00 与泵入口 11 截面间的柏努利方程式，则：（a ）fH2guPH1ag此式用于计算泵的安装高度f 1Sg211udfH管 件l（2）汽蚀余量 ：hgP)2ug(hv1静压头 动压头将此式代入上面的（a ）式中，有：hHfgPHvag习题：1、用离心泵将池中水送到高位槽，已知管路总长100m（包括当量长） ，其中压力表后为 80m，管路摩擦系数 0.025，管内径 0.05m，当流量为 10m3/h时泵效率为 80%，求：（1）泵的轴功率；（2）压力表读数。 （取=1000kg/m3 ）解：（1）如图取 1-1、2-2 截面，以 1-1 截面
4、为基准列柏努利方程：1 12 218m2m3 压 力 表3 压 力 表HgP1,u111Hg0P0=Pa042212e fpupugzWgzW121210;80;0m2efgz2eflud/415.0.785.36/1422 sdquv2 2. 0.6/5efluWJkg29.810.64./efgz有效功率 1026.84/3emevePqWJs轴功率 6845/0%eaJs（2）以 3-3 截面为基准，在 3-3、2-2 截面间列柏努利方程：223 32fpupugzgzW32230;18;0;1.45/mms332fPugz232 801.45.50./eflWJkgd2 233.9.
5、15.6/fPugz2、欲用离心泵将 20水以 30m3/h 的流量由水池打到敞口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池上方 2m 处，泵的吸入管路全部阻力为 1m 水柱，压出管路全部阻力为 3m水柱，泵效率 60%。求：（1）泵的轴功率；（2）若允许吸上真空高度为 5m，用上述安装高度是否合适？（=1000kg/m3 ；动压头可略） 112 218m2m1 12 218m2m3 压 力 表3 压 力 表5解：（1）如图，取 1-1、2-2 截面，以 1-1 截面为基准列柏努利方程：212221 fe hgupzHgupz已知： 121210,8,0m)(32hzfe泵的
6、轴功率： kwgHqPevea 35.297%60381.2（2）)(4521 mufsg 安装高度合适。,mHg3、如图所示，已知管内径 d=50mm，在正常输水中管总长（包括当量长）为 60m，摩擦系数为 0.023，泵的性能曲线方程是 。8.019vqH问：（1）流量为 10m3/h 时输送每立方米的水需外加功为多少？此泵是否可以胜任？（2）当调节阀门使流量减到 8m3/h 时，泵的轴功将如何变化？（不考虑泵效率改变）解：（1）如图，取 1-1、2-2 截面，以 1-1 截面为基准列柏努利方程式： 212221 fe hupgzWupgz00212121 m；efgzh/415.0.78
7、5.36/422 sdquv /6.27.53.221 kgJulhef /.16.7081.921gzWfe 即每千克质量水需要 125.7J 功，每 m3 水需要 125.7103J，或 125.7kJ。1 12 210m6此时需要压头为： 8.12/.81.9725mNJgWHe 需泵在此时可提供的压头为： 4.308.故泵可以胜任。需H（2） vagqP当 时：38/vmh0.819.14Hm4.6/3.avvqgqP改原即变化后轴功率是原来的 0.86 倍。或 1.8.104%4avHq改 原原即变化后轴功率降低了 14。4、从水池用离心泵向高位槽送水，要求水的流量为18m3/h，已
8、知进出泵的输水管为0mm 的钢管，高位槽水面距水池面高 20m，全管线总阻力损失为25 倍动压头。今有一台离心泵，其性能为（最高效率点 0.65） ，62.0,8.3,/203mHhqv问此泵能否用？解：管内流速： /7.)105.326(4.3/2 sduv选截面 1-1、2-2，以 1-1 截面为基准列柏努利方程式： 2122211 fe hgupzHgpz00212121 m； guhzfe 5212 81.97526.meH8.30可 用1 12220m7传热1、现测定一传热面积为 2m2 的列管式换热器的总传热系数 K 值。已知热水走管程，测得其流量为 1500kg/h，进口温度为
9、80，出口温度为 50；冷水走壳程，测得进口温度为 15，出口温度为 30，逆流流动。 （取水的比热cp=4.18103J/kgK） 解：换热器的传热量：Qqmcp(T2 T1)1500/36004.18103(8050)=52.25kW传热温度差tm：热流体 80 50冷流体 30 15t1=50， t2=35 235021t传热温度差tm 可用算数平均值： 5.421ttm823/615.4205mWtAQKm2、一列管换热器，由 252mm 的 126 根不锈钢管组成。平均比热为4187J/kg的某溶液在管内作湍流流动，其流量为 15000kg/h，并由 20加热到 80，温度为 110
10、的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的传热系数 i 为 520W/m2，蒸汽对管壁的传热系数 0 为1.16104W/m2，不锈钢管的导热系数 17W/m，忽略垢层热阻和热损失。试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为 4 程时的列管长度（总管数不变，仍为 126 根） （总传热系数：以管平均面积为基准， ）011dbKmimi 解：（1）传热量：Qqmcp(t2t1)15000/36004187(80 20) 1.05106W总传热系数：（以管平均面积为基准）1115203271602350 4KdbdKimi m .解得： K434.19W/m2对数平均温
11、差： 110 11020 80t1 90 t2 30ttm129035461lnln.传热面积： QKAt QKt mm039428.AndLm； 列管长度： ndm428163047.（2）管程为 4 程时，只是 i 变大：强制湍流时：i0.023（/d）Re0.8Pr0.4，u 变大，Redu/ 变大4 程 A1/4A（单程） ，则：4 程时 u=4u（单程）有 i（4 程）40.8i（单程）40.85201576.34W/m294 程时：111576342071602350 4KdbdmKim .=1121.57W/m2261.547.12tQAm4 程列管长：mdnL8.03.63、有
12、一列管式换热器，装有 252.5mm 钢管 320 根，其管长为 2m，要求将质量为 8000kg/h 的常压空气于管程由 20加热到 85，选用 108饱和蒸汽于壳程冷凝加热之。若水蒸汽的冷凝传热膜系数为 1104W/m2K，管壁及两侧污垢热阻均忽略不计，而且不计热损失，已知空气在平均温度下的物性常数：=2.85 10-2W/mK， =1.9810-5Ns/m2， cp=1kJ/kgK，Pr=0.7 。试求：(1 ）空气在管内的对流传热系数；（2）求换热器的总传热系数（以管子外表面为基准） ；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求；（4）计算说明管壁温度接近于哪一侧的流体温度。解：(1) 空
13、气在管内流速： 12.30)2.(468422 ndqumvR.eu019841540.6Pr=0.7160 l/d=2/0.02=10050传热系数 i023084.RePr.d51230784.=85.68W/m2K（2）总传热系数（以管外径为基准）：解得：K 68.08W/m2 KioodK20568.1014K（3）传热量： )t(cqtAQpm1210实际所需传热面积： mptKcqA)(12108 10820 85 t188 t223ttm12834lnl.Am803618520443832.该换热器所能提供传热面积 ： Andl m031425042.有： 该换热器能满足要求。（
14、4）Q=KAtm68.08 43.8048.44=1.44105W)(WoTAQ71.024.51084oWAi=3203.140.02240.19m23.91.406855iWAt所以：壁温接近于蒸汽流体一侧（或者说接近 大的一侧流体温度）4、用 110的饱和水蒸汽将流量为 35m3/h 的某稀溶液在双程列管换热器中从75加热至 90。若每程有直径为 252.5mm 的管子 30 根，且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800W/m2.，蒸汽侧污垢热阻和管璧热阻可忽略不计。试求：(1)换热器所需的管长；(2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为 0.00008m2./W，若维持溶液的原流量及进口温度不变，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可采用什么措施？注：溶液的密度及比热与水近似：1000kg/m3； cP=4.2kJ/kg。解：（1）110 11075 90 35 20（或ttm12350268lnln.）5.273021ttm
