1、第一章 流体流动4某 储 油罐中盛有密度 为 960 kg/m3的重油（如附 图 所示），油面最高 时 离罐底 9.5 m，油面上方与大气相通。在罐 侧 壁的下部有一直径 为 760 mm的孔，其中心距罐底 1000 mm，孔盖用 14 mm的 钢 制螺 钉紧 固。若螺 钉 材料的工作 压 力 为 39.5106 Pa，问 至少需要几个螺 钉 （大气 压 力 为 101.3103 Pa）？解：由流体静力学方程，距罐底 1000 mm处 的流体 压 力 为作用在孔盖上的 总 力 为每个螺 钉 所受力 为因此习题 5附 图习题 4附 图5如本 题 附 图 所示，流化床反 应 器上装有两个 U管 压
2、 差 计 。读 数分 别为 R1=500 mm，R2=80 mm，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=100 mm。试 求 A、B两点的表 压 力。解：（ 1）A点的 压 力 （2）B点的 压 力7某工厂 为 了控制乙炔 发 生炉内的 压 力不超 过 13.3 kPa（表 压 ），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本 题 附 图 所示。液封的作用是，当炉内压 力超 过规 定 值时 ，气体便从液封管排出。 试 求此炉的安全液封管 应 插入槽内水面下的深度 h。习题7附图解： 10有一装 满 水的 储
3、槽，直径 1.2 m，高 3 m。现 由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径 为 4 cm，测 得水流 过 小孔的平均流速 u0与槽内水面高度 z的关系 为 ：试 求算（ 1）放出 1 m3水所需的 时间 （设 水的密度 为 1000 kg/m3）；（2）又若槽中装 满 煤油，其它条件不 变 ，放出 1m3煤油所需 时间 有何 变 化（ 设 煤油密度 为800 kg/m3）？解：放出 1m3水后液面高度降至 z1，则由 质 量守恒，得， （无水 补 充）(A为储 槽截面 积故有 即 上式积分得 11如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面 7 m，水从 108 mm4 mm的管道中流出，管路出口高于
4、地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按 hf=5.5u2计算，其中 u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1） A-A截面处水的平均流速；（2）水的流量（m 3/h）。解：（1） A- A截面处水的平均流速在高位槽水面与管路出口截面之间列机械能衡算方程,得（1）式中 z1=7 m，ub1 0，p1=0（表压）z2=1.5 m，p2=0（表压）， ub2 =5.5 u2代入式（1）得（2）水的流量（以m 3/h计）习题11附图 习题13附图 13如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精 馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压 力为1.0133 1
5、05 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内 压力为1.21 105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输 送管道直径为 68 mm 4 mm，进料量为20 m 3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求 泵的有效功率。解：在截面 和截面 之间列柏努利方程式，得习题14附图14本题附图所示的贮槽内径 D=2 m，槽底与内径 d0为32 mm的钢管相连，槽内无液体 补充，其初始液面高度 h1为2 m（以管子中心线为基准）。液体在管内流动时的全部能量 损失可按 hf=20 u2计算，式中的 u为液体在管内的平均流速（ m/s）。试求当槽内液面下降1 m时所需的时间。解
6、：由质量衡算方程，得（1）（2）（3）将式（2），（3）代入式（1）得即 （4）在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程即 或写成 （5）式（4）与式（5）联立，得即 i.c. =0，h=h1=2 m；=，h=1m 积分得 18某液体以一定的质量流量在水平直 圆管内作湍流流动 。若管 长及液体物性不变，将管径减至原来的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为 原来的多少倍？解：流体在水平光滑直圆管中作湍流流动时= 或 = / =（式中 =2 ， =（ ）2 =4因此 = =32又由于 =（ =（ =（2 =（0.5）0.25=0.841故 =320.84=26.9 习题19附图 19用泵将21
7、0 4 kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持25.910 3 Pa的真空度，高位槽液面上方 为大气压。管道 为 76 mm4 mm的钢管，总长为35 m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（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17 m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m3，黏度为6.3 10-4 Pa s。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。）解：在反应器液面1-1 ，与管路出口内侧截面2-2 ，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得（1）式中 z1=0， z2=17 m，ub10p1
8、=-25.9103 Pa (表， p2=0 (表 将以上数据代入式（1），并整理得=9.8117+ + + =192.0+其中 =（ + + ）= =1.656105 根据 Re与 e/d值，查得 =0.03，并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为闸阀（全开）： 0.432 m =0.86 m标准弯头： 2.25 m =11 m故 =(0.03 +0.5+4 =25.74J/kg于是 泵的轴功率为= = =1.73kW流体输送管路的计算习题20附图20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
9、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多少水（m3）？（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时 Le/d15，摩擦系数仍可取0.025。）解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1 ，与测压点处截面2-2 ，间列机械能衡算方程，并通过截面2-2，的中心作基准水平面，
10、得（a）式中 p 1=0(表 ub2=0，z2=0z1可通过闸阀全关时的数据求取。当 闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知（b）式中 h=1.5 m, R=0.6 m将已知数据代入式（b）得 将以上各值代入式（a），即9.816.66= + +2.13 ub2 解得 水的流量为 （2）闸阀全开时测压点处的压力在截面1-1 ，与管路出口内侧截面3-3 ，间列机械能衡算方程，并通过管中心线作基准平面，得（c）式中 z 1=6.66 m，z3=0，ub1=0，p1=p3=将以上数据代入式（c），即 9.816.66= +4.81 ub2解得 再在截面1-1 ，与2-2 ，间列机械能衡算方程，基平面同前，得（d）式中 z 1=6.66 m，z2=0，ub1 0，ub2=3.51 m/s，p1=0（表压力）将以上数值代入上式，则解得 p 2=3.30104 Pa（表压）习题22附图 江苏省2010年普通高校招生体育专业统考考试评分标准
