流动阻力和能量损失.doc

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资源描述

1、流动阻力和能量损失1.如图所示:(1)绘制水头线;(2)若关小上游阀门A,各段水头线如何变化?若关小下游阀门B,各段水头线又如何变化?(3)若分别关小或开大阀门A和B,对固定断面1-1的压强产生什么影响?解:(1)如图所示(2)A点关小阀门,使A点局部阻力加大(A点总水头线下降更多)但由于整个管道流量减小,使整个管道除A点外损失减小,即B点局部阻力减小(B点总水头线下降,但没有原来多)各管道沿程阻力减小(总水头线坡长减小),速度水头减小(测压管水头线与总水头线之间距离减小) 同理可以讨论B点阀门关小的性质(3)由于11断面在A点的下游,又由于A点以下测压管水头线不变,所以开大或者关小阀门对11

2、断面的压强不受影响。对B点,关小闸门,B点以上测压管水头线上移,使11断面压强变大,反之亦然2.用直径的管道,输送流量为的水,如水温为5,试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流量的石油,已知石油密度,运动粘滞系数,试确定石油的流态。解:(1)5时,水的运动粘滞系数 , = 故为紊流(2) 故为层流3.有一圆形风道,管径为300mm,输送的空气温度20,求气流保持层流时的最大质量流量。若输送的空气量为200kg/h,气流是层流还是紊流?解 :20时,空气的运动粘滞系数因为层流的最大流量为32Kg/h 所以200Kg/h为紊流。4.水流经过一渐扩管,如小断面的直径为,大断面的直径为,而,试

3、问哪个断面雷诺数大?这两个断面的雷诺数的比值是多少?解:;故直径为的雷诺数大5.有一蒸汽冷凝器,内有250根平行的黄铜管,通过的冷却水总流量为8L/s,水温为10,为了使黄铜管内冷却水保持为紊流(紊流时黄铜管的热交换性能比层流好),问黄铜管的直径不得超过多少?解:0时,水的运动粘滞系数=1.31106m2/s 要使冷却水保持紊流,则,即:若最小Re取2000时,6.设圆管直径,管长,输送石油的流量运动粘滞系数,求沿程水头损失。解: = =1.27m/sRe=1588,故为层流= =0.04= =16.45m7.有一圆管,在管内通过的水,测得通过的流量为,在管长长的管段上测得水头损失为,求该圆管

4、内径d。解:假设为层流Q=A ,= ,Re= = =2cm代入数据得:校核:Re=,将代入,Re2000计算成立8.油在管中以=1m/s的速度流动,油的密度=920kg/m3,=3m,d=25mm水银压差计测得h=9cm,试求(1)油在管中的流态?(2)油的运动粘滞系数?(3)若保持相同的平均速度反向流动,压差计的读数有何变化?解:(1) = =。设为层流,则Re= =3202000,故为层流假设成立(2) Re=,= =7.8105m2/s (3)当保持相同的平均速度反向流动时,上面压强小于下面压强水银柱会被压向另一侧,但是两边的压强差不变。9.油的流量Q=77cm3/s,流过直径d=6mm

5、的细管,在=2m长的管段两端水银压差计读数h=30cm,油的密度=900 kg/m3 ,求油的和值。解:(1)=,设为层流=,可以求得Re=19092000,为紊流hf = = =0.014此题也可查图得到结果。20.水在环行断面的水平管道中流动,水温为10,流量Q=400L/min,管道的当量粗糙粒高度K=0.15mm,内管的外径d=75mm,外管内径D=100mm。试求在管长L=300m的管段上的沿程水头损失。解:de=得 查莫迪图得此题也可用阿里特苏里公式21.如管道的长度不变,通过的流量不变,如使沿程水头损失减少一半,直径需增大百分之几?试分别讨论下列三种情况:(1)管内流动为层流=

6、(2)管内流动为光滑区= (3)管内流动为粗糙区=0.11()0.25 解:(1)流体为层流 = = = =2 , =1.19 即增大19%(2)流体为紊流光滑区= =2, =1.16 即增大16(3)管内流体为紊流粗糙区= = =2, =1.14 即增大1422.有一管路,流动的雷诺数Re=106,通水多年后,由于管路锈蚀,发现在水头损失相同的条件下,流量减少了一半。试估算旧管的管壁相对粗糙度K/d。假设新管时流动处于光滑区(=0.3164/ Re0.25),锈蚀以后流动处于粗糙区=0.11(k/d)0.25。解: 由题意得= ,=0.017423.烟囱的直径d=1m,通过的烟气流量Q=18

7、000kg/h,烟气的密度=0.7kg/m3,外面大气的密度按考虑,如烟道的,要保证烟囱底部1-1断面的负压不小于烟囱的高度至少应为多少。解:取顶端为2-2断面,根据能量方程得p1+=p2+pL Pa,p2=0 ,pL = =6.369m/spL =0.497H 由得,H=21.6 m24.为测定90弯头的局部阻力系数,可采用如图所示的装置。已知段管长,管径,。实测数据为(1)两断面测压管水头差;(2)经两分钟流入量水箱的水量为。求弯头的局部阻力系数 。 解:水流的损失为+ =1.4m/s0.629= =0.3225.测定一阀门的局部阻力系数,在阀门的上下游装设了3个测压管,其间距=1m, =

8、2m,若直径d=50mm,实测=150cm, =125cm, =40cm,流速=3m/s,求阀门的值。解:cm=0.25m=H2H3=12540=85cm=0.85m =0.5m=0.850.5=0.35=2/2g=0.76326.试计算如图所示的四种情况的局部水头损失。在断面积A=78.5cm2的管道中,流速=2m/s。 解:(1)突缩: 其中 解得:(2)突缩:其中解得:(3)突扩:其中解得:(4)突扩: 其中解得:27.流速从变到的突然扩大管,如分为两次扩大,中间流速取何值时局部损失最小?此时水头损失为多少?并与一次扩大时比较。 解:由突扩压管局部损失公式知= ,对方程两边求导并令其为零

9、 =0,得: ,即中间流速为两端流速的平均数将代入,得:(是一次扩大损失的)28.一直立的突然扩大水管,已知=150mm,=300mm,h=1.5m,=3m/s,试确定水银比压计中的水银液面哪一侧较高?差值为多少?解:设右侧高 得: 能量方程:断面压强:得:,代入能量方程得:29.一水平放置的突然扩大管路,直径由=50mm扩大到 =100mm,在扩大前后断面接出的双液比压计中,上部为水,下部为=15.7kN/m3的四氯化碳,Q=16m3/h时的比压计读数h=173mm,求突然扩大的局部阻力系数,并与理论计算值进行比较。解:利用4-28结论;且对应,即其中,解得:理论值:如果对应,即:解得:理论

10、值:30.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道。已知,管道的当量糙度K=0.6mm,水温为20。若管道的出口流速=2m/s,求(1)水位H。(2)绘出总水头线和测压管水头线。解: ,(,:查表得时,=Re,查莫迪图), (,Re,查莫迪图) 得:取00和22断面作水头线:,(此图比例不准)31.两条长度相同,断面积相等的风管,它们的断面形状不同,一为圆形,一为正方形,如它们的沿程水头损失相等,而且流动都处与阻力平方区,试问哪条管道过流能力大?大多少?解:设圆的直径为,正方形边长为a圆:d= ,正方形当量直径在阻力平方区时,由公式=0.11()水头损失相等: 故圆管的过流量能力大32.在断面既要由扩大到,方向又转90的流动中,图(a)为先扩后弯,图(b)为先弯后扩。已知: =50mm, =2.28, =4m/s。渐扩管对应于流速的阻力系数=0.1;弯管阻力系数(两者相同)=0.25;先弯后扩的干扰修正系数=2.30;先扩后弯的干扰修正系数=1.42。求两种情况的总局部水头损失。解:(1)先扩后弯 解解得:(2)先弯后扩(由此可看出先扩后弯方案较好)

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