第一章流体流动答案.doc

1、1绪 论【 0-1】 1m3 水 中 溶 解 0.05kmol CO2， 试 求 溶 液 中 CO2 的 摩 尔 分 数 ， 水 的 密 度 为100kg/m3。解 水 33kg/l/8CO2 的 摩 尔 分 数 .4891005x【 0-2】 在 压 力 为 101325 、 温 度 为 25 条 件 下 ， 甲 醇 在 空 气 中 达 到 饱 和 状 态 。 试 求 ：Pa(1)甲 醇 的 饱 和 蒸 气 压 ； (2)空 气 中 甲 醇 的 组 成 ， 以 摩 尔 分 数 、 质 量 分 数 、 浓 度 、Ap AyAAc质 量 浓 度 表 示 。A解 (1)甲 醇 的 饱 和 蒸 气

2、压 A.lg.157493628p.169ApkPa(2) 空 气 中 甲 醇 的 组 成摩 尔 分 数 .69017325Ay质 量 分 数 .(.)018629浓 度 3kmol/.ApcRT38 8149质 量 浓 度 .Mg0=【 0-3】 1000kg 的 电 解 液 中 含 质 量 分 数 10%、 的 质 量 分 数 10%、 的 质 量NaOHNaCl 2HO分 数 80%， 用 真 空 蒸 发 器 浓 缩 ， 食 盐 结 晶 分 离 后 的 浓 缩 液 中 含 50%、 2%、ONaCl48%， 均 为 质 量 分 数 。 试 求 ： (1)水 分 蒸 发 量 ； (2)分

3、离 的 食 盐 量 ； (3)食 盐 分 离 后 的 浓 缩2HO液 量 。 在 全 过 程 中 ， 溶 液 中 的 量 保 持 一 定 。解 电 解 液 1000kg 浓 缩 液 中10000.l=100kg =0.5（ 质 量 分 数 ）Na a10000.l=100kg =0.02（ 质 量 分 数 ）NCl10000.8=800kg =0.48（ 质 量 分 数 ）2 2HO在 全 过 程 中 ， 溶 液 中 量 保 持 一 定 ， 为 100kg浓 缩 液 量 为 /.5200kg 浓 缩 液 中 ， 水 的 含 量 为 2000.48=96kg， 故 水 的 蒸 发 量 为 800

4、-96=704kg浓 缩 液 中 的 含 量 为 2000.02=4kg， 故 分 离 的 量 为 100-4=96kg NaCl NaCl2第 一 章 流 体 流 动流体的压力【 1-1】 容 器 A 中 的 气 体 表 压 为 60kPa， 容 器 B 中 的 气 体 真 空 度 为 Pa。 试 分 别 求.4120出 A、 B 二 容 器 中 气 体 的 绝 对 压 力 为 若 干 帕 ， 该 处 环 境 的 大 气 压 力 等 于 标 准 大 气 压 力 。解 标 准 大 气 压 力 为 101.325kPa容 器 A 的 绝 对 压 力 .pkA+1325 容 器 B 的 绝 对 压

5、 力 .B a89【 1-2】 某 设 备 进 、 出 口 的 表 压 分 别 为 -12kPa 和 157kPa， 当 地 大 气 压 力 为 101.3kPa。试 求 此 设 备 的 进 、 出 口 的 绝 对 压 力 及 进 、 出 的 压 力 差 各 为 多 少 帕 。解 进 口 绝 对 压 力 .进 103 p出 口 绝 对 压 力 出 5783进 、 出 口 的 压 力 差 .pkPapkPa157（ 2） 69 或 2 9 16 流体的密度【 1-3】 正 庚 烷 和 正 辛 烷 混 合 液 中 ， 正 庚 烷 的 摩 尔 分 数 为 0.4， 试 求 该 混 合 液 在 20

6、下的 密 度 。解 正 庚 烷 的 摩 尔 质 量 为 ， 正 辛 烷 的 摩 尔 质 量 为 。/kgmol10 /kgmol1将 摩 尔 分 数 换 算 为 质 量 分 数正 庚 烷 的 质 量 分 数 .1403691正 辛 烷 的 质 量 分 数 .2369从 附 录 四 查 得 20 下 正 庚 烷 的 密 度 ， 正 辛 烷 的 密 度 为/kg318/kg3270混 合 液 的 密 度 .690647mm【 1-4】 温 度 20 ， 苯 与 甲 苯 按 4:6 的 体 积 比 进 行 混 合 ， 求 其 混 合 液 的 密 度 。解 20 时 ， 苯 的 密 度 为 ， 甲 苯

7、 的 密 度 为 。/389kg/387kg混 合 液 密 度 ./370 81 mkg【 1-5】 有 一 气 柜 ， 满 装 时 可 装 混 合 气 体 ， 已 知 混 合 气 体 各 组 分 的 体 积 分 数 为3m2 24 HNCOCH.04 .3 .7 .操 作 压 力 的 表 压 为 5.5kPa， 温 度 为 40 。 试 求 ： (1)混 合 气 体 在 操 作 条 件 下 的 密 度 ； (2)混合 气 体 的 量 为 多 少 。ol解 .TKpkPa731， 516 8（ 绝 对 压 力 ）混 合 气 体 的 摩 尔 质 量./20482376 mMgkmol(1)混 合

8、 气 体 在 操 作 条 件 下 的 密 度 为 ./mpMRT30 8143(2)混 合 气 体 ， 摩 尔 体 积 为360V./kol763混 合 气 体 的 量 为 .mVnkmolM6073246 18流体静力学【 1-6】 如 习 题 1-6 附 图 所 示 ， 有 一 端 封 闭 的 管 子 ， 装 入 若 干 水 后 ， 倒 插 入 常 温 水 槽 中 ，管 中 水 柱 较 水 槽 液 面 高 出 2m， 当 地 大 气 压 力 为 101.2kPa。 试 求 ： (1)管 子 上 端 空 间 的 绝 对 压力 ； (2)管 子 上 端 空 间 的 表 压 ； (3)管 子 上

9、 端 空 间 的 真 空 度 ； (4)若 将 水 换 成 四 氯 化 碳 ， 管 中 四氯 化 碳 液 柱 较 槽 的 液 面 高 出 多 少 米 ？解 管 中 水 柱 高 出 槽 液 面 2m， h=2m 水 柱 。(1)管 子 上 端 空 间 的 绝 对 压 力 绝p在 水 平 面 处 的 压 力 平 衡 ， 有.绝绝 大 气 压 力021982150 （ 绝 对 压 力 ）pghPa(2)管 子 上 端 空 间 的 表 压 表p表 绝 -大 气 压 力 =962 (3)管 子 上 端 空 间 的 真 空 度 真真 表 =19620 pPa(4)槽 内 为 四 氯 化 碳 ， 管 中 液

10、 柱 高 度 hclh4水常 温 下 四 氯 化 碳 的 密 度 ， 从 附 录 四 查 得 为 /clkgm43159 .m102 59【 1-7】 在 20 条 件 下 ， 在 试 管 内 先 装 入 12cm 高 的 水 银 ， 再 在 其 上 面 装 入 5cm 高 的 水 。水 银 的 密 度 为 ， 当 地 大 气 压 力 为 。 试 求 试 管 底 部 的 绝 对 压 力 为 多 少 Pa。/35kgm0kPa解 水 的 密 度 /水 =8.3 31059874p【 1-8】 如 习 题 1-8 附 图 所 示 ， 容 器 内 贮 有 密 度 为 的 液 体 ， 液 面 高 度

11、为/3125kg3.2m。 容 器 侧 壁 上 有 两 根 测 压 管 线 ， 距 容 器 底 的 高 度 分 别 为 2m 及 1m， 容 器 上 部 空 间 的 压力 （ 表 压 ） 为 29.4kPa。 试 求 ： (1)压 差 计 读 数 （ 指 示 液 密 度 为 ） ； (2)A、 B 两 个 弹/340簧 压 力 表 的 读 数 。解 容 器 上 部 空 间 的 压 力 .29 4（ 表 压 ）pkPa液 体 密 度 ， 指 示 液 密 度/3150kgm/301kg(1)压 差 计 读 数 R=?在 等 压 面 1上p. .hRghgR1 00 232 0因 g， 故(2) .

12、Ap Pa3 3312941250986410Bg习 题 1-6 附 图习 题 1-8 附 图4【 1-9】 如 习 题 1-9 附 图 所 示 的 测 压 差 装 置 ， 其 U 形 压 差 计 的 指 示 液 为 水 银 ， 其 他 管 中皆 为 水 。 若 指 示 液 读 数 为 ， 试 求 A、 B 两 点 的 压 力50Rm差 。解 等 压 面 1，p1水ApHg. 汞水05gB由 以 上 三 式 ， 得 .汞 水05ABpR已 知 ，. /3汞1， 36Rmkm.059811098p464 Pa【 1-10】 常 温 的 水 在 如 习 题 1-10 附 图 所 示 的 管 路 中

13、 流 动 ， 为 测 量 A、 B 两 截 面 间 的 压力 差 ， 安 装 了 两 个 串 联 的 U 形 管 压 差 计 ， 指 示 液 为 汞 。 测 压 用 的 连 接 管 中 充 满 水 。 两 U形 管 的 连 接 管 中 ， 充 满 空 气 。 若 测 压 前 两 U 形 压 差 计 的 水 银 液 面 为 同 一 高 度 ， 试 推 导A、 B 两 点 的 压 力 差 与 液 柱 压 力 汁 的 读 数 之 间 的 关 系 式 。p12、R解 设 测 压 前 两 U 形 压 差 计 的 水 银 液 面 ， 距 输 水 管 中 心线 的 距 离 为 H。在 等 压 面 处2112

14、2 1汞水 气ARpgg 22汞水B因 ， 由 上 两 式 求 得2p()水 气12汞 gABR因 气 水故 水12汞 -ABp【 1-11】 力 了 排 除 煤 气 管 中 的 少 量 积 水 ， 用 如 习 题 1-11 附 图 所 示 水 封 设 备 ， 使 水 由 煤 气 管 路 上 的 垂 直 管 排 出 。已 知 煤 气 压 力 为 （ 表 压 ） ， 试 计 算 水 封 管 插 入 液 面 下0kPa的 深 度 h 最 小 应 为 若 干 米 。解 .310298pmg流量与流速【 1-12】 有 密 度 为 的 液 体 ， 在 内 径 为 60mm/31kg的 管 中 输 送

15、到 某 处 。 若 其 流 速 为 ， 试 求 该 液 体 的 体/0 8s积 流 量 、 质 量 流 量 与 质 量 流 速 。()3mh/ /2kgs解 (1) 体 积 流 量 ./.2233 8184 4Vqdush(2) 质 量 流 量 .m k361047 (3) 质 量 流 速 /().227= gmsA 习 题 1-11 附 图习 题 1-9 附 图习 题 1-10 附 图5【 1-13】 如 习 题 1-13 附 图 所 示 的 套 管 式 换 热 器 ， 其 内 管 为 ， 外 管 为.m.352。 内 管 中 有 密 度 为 、 流 量 为 的 冷 冻 盐 水 流 动 。

16、内 、 外 管m.605/350kgm/50kgh之 间 的 环 隙 有 绝 对 压 力 为 ， 进 、 出 口 平 均 温 度 为 ， 流 量 为 的 气 体 流 动 。 MPa /160kgh在 标 准 状 态 下 ， 气 体 的 密 度 为 。 试 求 气 体 和 盐 水 的 流 速 。(0 ， .2)k./312解 液 体 /31 g内 管 内 径 . .d内 570 液 体 质 量 流 量 ， 体 积 流 量 /0mqkh3501Vqmh流 速 ./.液 22内 136744Vu sd气 体 质 量 流 量 /mqkgh0 密 度 （ 气 体 的 密 度 与 压 力 成 正 比 ，

17、与 温 度 成 反 比 ）./63气 519kgm体 积 流 量 .392Vqh流 速 /./u s气 221605567 34习 题 1-13 附 图 习 题 1-14 附 图【 1-14】 如 习 题 1-14 附 图 所 示 ， 从 一 主 管 向 两 支 管 输 送 20 的 水 。 要 求 主 管 中 水 的 流速 约 为 ， 支 管 1 与 支 管 2 中 水 的 流 量 分 别 为 。 试 计 算 主 管 的 内 径 ， 并 从.0ms /与tht无 缝 钢 管 规 格 表 中 选 择 合 适 的 管 径 ， 最 后 计 算 出 主 管 内 的 流 速 。解 ./33水 : 2

18、， 980 tkgmkg主 管 的 流 量 /1201mqtk体 积 流 量 ， 流 速 /3Vh.ums管 径 .du3 6078513604选 择 无 缝 钢 管 ， 内 径 为 ，18m0d主 管 内 水 的 流 速 /./(.)mqmsd2236 14连续性方程与伯努利方程【 1-15】 常 温 的 水 在 如 习 题 1-15 附 图 所 示 的 管 路 中 流 动 。 在 截 面 1 处 的 流 速 为 ，./05ms管 内 径 为 200mm， 截 面 2 处 的 管 内 径 为 100mm。 由 于 水 的 压 力 ， 截 面 1 处 产 生 1m 高 的 水柱 。 试 计 算

19、 在 截 面 1 与 2 之 间 所 产 生 的 水 柱 高 度 差 h 为 多 少 （ 忽 略 从 1 到 2 处 的 压 头 损 失 ）?解 ./1us6.,.dm120 1()/225us21pu.2101875u.2875p Pa.90hmg习 题 1-15 附 图 习 题 1-16 附 图另 一 计 算 法 221pugg.205198h m计 算 液 柱 高 度 时 ， 用 后 一 方 法 简 便 。【 1-16】 在 习 题 1-16 附 图 所 示 的 水 平 管 路 中 ， 水 的 流 量 为 。 已 知 管 内 径 , ./2Ls15dcm， 液 柱 高 度 。 若 忽 略

20、 压 头 损 失 ， 试 计 算 收 缩 截 面 2 处 的 静 压 头 。.25dcmhm解 水 的 体 积 流 量 ，././32510 VqLss截 面 1 处 的 流 速 .12744umd截 面 2 处 的 流 速 ./2122051s在 截 面 1 与 2 之 间 列 伯 努 利 方 程 ， 忽 略 能 量 损 失 。221pugg.1051dh. .227409898h截 面 2 处 的 静 压 头 水 柱2hm负 值 表 示 该 处 表 压 为 负 值 ， 处 于 真 空 状 态 。【 1-17】 如 习 题 1-17 附 图 所 示 的 常 温 下 操 作 的 水 槽 ，下

21、面 的 出 水 管 直 径 为 。 当 出 水 阀 全 关 闭 时 ，.53压 力 表 读 数 为 30.4kPa。 而 阀 门 开 启 后 ， 压 力 表 读 数 降 至20.3kPa。 设 压 力 表 之 前 管 路 中 的 压 头 损 失 为 0.5m 水 柱 ，试 求 水 的 流 量 为 多 少 ?/3mh习 题 1-17 附 图7解 出 水 阀 全 关 闭 时 ， 压 力 表 读 数 30. 4kPa（ 表 压 ） 能 反 映 出 水 槽 的 水 面 距 出 水 管 的 高度 h .phmg3表 198阀 门 开 启 后 ， 压 力 表 读 数 （ 表 压 ） .203ka从 水 槽

22、 表 面 至 压 力 表 处 的 管 截 面 列 出 伯 努 利 方 程 ， 以 求 出 水 管 的 流 速 2u 21+fpuZHg.,.305水 柱fhm. .29810/2usd水 的 流 量 ././2 335364028 4Vqdmsh【 1-18】 若 用 压 力 表 测 得 输 送 水 、 油 （ 密 度 为 ） 、 98%硫 酸 (密 度 为 )8kg/3180kgm的 某 段 水 平 等 直 径 管 路 的 压 力 降 均 为 49kPa。 试 问 三 者 的 压 头 损 失 的 数 值 是 否 相 等 ？ 各 为 多少 米 液 柱 ？解 从 伯 努 利 方 程 得 知 ，

23、等 直 径 水 平 管 的 压 头 损 失 与 压 力 降 的 关 系 为 。fHpfpHg.fpHmg3水 水 4910= 水 柱8.f油 油 56 油 柱.fpg3硫 酸 硫 酸 4910=27 硫 酸 柱8【 1-19】 如 习 题 1-19 附 图 所 示 ， 有 一 高 位 槽 输 水 系 统 ， 管 径 为 。 已 知 水.m573在 管 路 中 流 动 的 机 械 能 损 失 为 (u 为 管 内 流 速 )。 试 求 水 的 流 量 为 多 少 。.fh25 /3h欲 使 水 的 流 量 增 加 20%， 应 将 高 位 槽 水 面 升 高 多 少 米 ？解 管 径 ，.5dm

24、机 械 能 损 失 fuh24(1) 以 流 出 口 截 面 处 水 平 线 为 基 准 面 ，,12120？Zu.ug5./.ms124 水 的 流 量 ./.Vqdush2 3305890298 4(2) 12VVq ./ums14506 ()213Zg(.) .Z175 习 题 1-19 附 图8高 位 槽 应 升 高 .m71852 【 1-20】 如 习 题 1-20 附 图 所 示 ， 用 离 心 泵 输 送 水 槽 中 的 常温 水 。 泵 的 吸 入 管 为 ， 管 的 下 端 位 于 水 面 以 下.32m， 并 装 有 底 阀 与 拦 污 网 ， 该 处 的 局 部 压 头

25、 损 失 为 。 若 截28ug面 处 的 真 空 度 为 39.2kPa， 由 截 面 至 截 面 的 压 头 损1失 为 。 试 求 ： (1)吸 入 管 中 水 的 流 量 ， ； (2)吸 入 口21ug /3mh截 面 的 表 压 。解 管 内 径 ， 水 密 度.0507d/30km截 面 处 的 表 压 ， 水 槽 表 面 （ 表 压 ）2.239pkPa1p(1) 从 为 基 准 面 ，至 ， 1,?Zmu02025压 头 损 失 8+=8f uHggfppH220.232911889uu/4ms水 的 流 量 ().223360 7605 4Vqdu h(2) 从 ,11至

26、5Z.()puggpPak2232139104088914表 压流体的黏度【 1-21】 当 温 度 为 20 及 60 时 ， 从 附 录 查 得 水 与 空 气 的 黏 度 各 为 多 少 ？ 说 明 黏 度 与 温度 的 关 系 。解 20 60水 .35Pas.3491Pas空 气 682水 温 度 升 高 ， 黏 度 减 小 ； 空 气 温 度 升 高 ， 黏 度 增 大 。雷诺数与流体流动类型【 1-22】 25 的 水 在 内 径 为 50mm 的 直 管 中 流 动 ， 流 速 为 2m/s。 试 求 雷 诺 数 ， 并 判 断其 流 动 类 型 。解 25 ， 水 的 黏 度

27、 ， 密 度 ， 管 内 径 ， 流 速.38971Pas397kg.05dm/ums.Re.530204 为 湍 流8971d【 1-23】 (1)温 度 为 20 、 流 量 为 的 水 ， 在 的 直 管 中 流 动 ， 试 判 断/Ls.m53习 题 1-20 附 图9流 动 类 型 ； (2)在 相 同 的 条 件 下 ， 水 改 为 运 动 黏 度 为 的 油 ， 试 判 断 流 动 类 型 。./24cms解 (1) .,/.,./VdmqsPakg33305 410， 51098流 速 .(.)um228 雷 诺 数 .Re 539104为 湍 流105d(2) ././vcm

28、ss2424 雷 诺 数 .8为 层 流uv【 1-24】 20 的 水 在 的 直 管 内 流 动 。 试 求 ： (1)管 中 水 的 流 量 由 小 变 大 ，m96当 达 到 多 少 时 ， 能 保 证 开 始 转 为 稳 定 湍 流 ； (2)若 管 内 改 为 运 动 黏 度 为 的 某/s3 ./cms2014种 液 体 ， 为 保 持 层 流 流 动 ， 管 中 最 大 平 均 流 速 应 为 多 少 ？解 (1) 水 ， 20 ， ./.,.3382， 10507kgPasd.Re /794 9415duuum体 量 流 量 . /22 436.14Vqd s(2) ././

29、200cmsseu.471u./035s管内流体流动的摩擦阻力损失【 1-25】 如 习 题 1-25 附 图 所 示 ， 用 U 形 管 液 柱 压 差 计 测 量 等 直 径 管 路 从 截 面 A 到 截 面B 的 摩 擦 损 失 。 若 流 体 密 度 为 ， 指 示 液 密 度 为 ， 压 差 计 读 数 为 R。 试 推 导 出 用 读fh0数 R 计 算 摩 擦 损 失 的 计 算 式 。f解 从 截 面 A 到 截 面 B 列 伯 努 利 方 程 ， 截 面 A 为 基 准 面 ， 则 得 ABfAfpHghpHpgh1液 柱 压 差 计 1-1 为 等 压 面 ABRgR0

30、20pg由 式 得 ()与 式 2fh此 式 即 为 用 U 形 管 压 差 计 测 量 流 体 在 两 截 面 之 间 流 动 的 摩 擦损 失 的 计 算 式 。【 1-26】 如 习 题 1-26 附 图 所 示 ， 有 的 水 平 管 与.573m垂 直 管 ， 其 中 有 温 度 为 20 的 水 流 动 ， 流 速 为 。 在 截 面 A/s与 截 面 B 处 各 安 装 一 个 弹 簧 压 力 表 ， 两 截 面 的 距 离 为 6m， 管 壁的 相 对 粗 糙 度 。 试 问 这 两 个 直 管 上 的 两/.d4个 弹 簧 压 力 表 读 数 的 差 值 是 否 相 同 ？

31、如 果 不 同 ， 试说 明 其 原 因 。如 果 用 液 柱 压 差 计 测 量 压 力 差 ， 则 两 个 直 管 的液 柱 压 力 计 的 读 数 R 是 否 相 同 ？ 指 示 液 为 汞 ， 其 密度 为 。/3160kgm解 已 知 管 内 径 ， 水 的 温 度 t=20.05d密 度 ， 黏 度 ，./3982.314Pas 习 题 1-25 附 图习 题 1-26 附 图10流 速 /3ums雷 诺 数 湍 流.Re 53059821401du管 壁 相 对 粗 糙 度 .查 得 摩 擦 系 数 这 两 个 直 管 的 摩 擦 阻 力 损 失 相 同 ， 为 ./.fluhJ

32、kgd22630 9158 (1) 弹 簧 压 力 表 读 数 之 差 值 水 平 管在 A、 B 两 截 面 列 伯 努 利 方 程 ABfpupugZgZh22因 ， 故 得，ABABZu. .98157015ABfphPak 垂 直 管在 A、 B 两 截 面 间 列 伯 努 利 方 程 ， 以 截 面 A 为 基 准 面 ，,ABBZLmu06 Bfpgh= . .9821982574305 ABfpgh Paka上 述 计 算 结 果 表 明 ， 垂 直 管 的 大 于 水 平 管 的 。 这 是 因 为 流 体 在 垂 直 管 中ABABp从 下 向 上 流 动 时 ， 位 能 增

33、 大 而 静 压 能 减 小 。(2)U 形 管 液 柱 压 差 计 的 读 数 R 水 平 管 与 前 面 相 同 ， 由 伯 努 利 方 程 得 ABfph a 另 从 U 形 管 压 差 计 等 压 面 处 力 的 平 衡 ， 求 得 汞gpRg()()ABR b汞 由 式 与 式 ， 求 得a()b.).()fhRmg汞 982150276 汞 柱 1 汞 柱36 垂 直 管 与 前 面 相 同 ， 由 伯 努 利 方 程 得 ()ABfpgLh c 另 从 U 形 管 压 差 计 等 压 面 处 力 的 平 衡 ， 求 得 汞RR ()AB dg汞 由 式 ， 求 得与 式cd()汞fhRg从 上 述 推 导 可 知 ， 垂 直 管 与 水 平 管 的 液 柱 压 差 计 的 读 数 R 相 同 。 有 了 读 数 R 值 ， 就 可以 分 别 用 式 求 得 水 平 管 及 垂 直 管 的 。 及 式bdABp