南工大化工原理《第一章-流體流動》習(xí)題解答

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 流體流動習(xí)題解答 1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，問H為多少mm？2.有一幢102層的高樓，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強為變量。地平面處大氣壓強為760mmHg。試計算樓頂?shù)拇髿鈮簭姡詍mHg為單位。3.某水池，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少N？外界大氣壓為1atm。   4外界大氣壓為1atm，試按理想氣體定律計算0.20at（表壓）、20

2、干空氣的密度?？諝夥肿恿堪?9計。5有個外徑為R2、內(nèi)徑為R1為的空心球，由密度為的材料制成。若將該球完全淹沒在某密度為的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。   6為放大以U形壓差計測氣體壓強的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計。指示液是=920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為1.20kg/m3。讀數(shù)R=100mm。問p1與p2的差值是多少mmHg？采用微差U形壓差計測壓差。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴大室半徑均為80mm，壓差計中用水和礦物油作指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強p與外界大氣壓p0

3、相等時，兩擴大室油面齊平，U形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm，試計算：（1）氣體壓強p（表）。（2）若不計擴大室油面高度差，算得的氣體壓強p是多少？（3）若壓差計內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計，在該氣體壓強p值下讀數(shù)R0為多少？    7某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度的液體流過。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計測壓差，下測用的是一般U形壓差計，上測用的是復(fù)式U形壓差計，所用的指示液均為密度是1的同一種液體。復(fù)式壓差計中兩段指示液之間的流體是密度為的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R1與R2、R3的關(guān)系。 

4、0;    9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度h1=0.25m。然后將水從左支管倒入，測得平衡后左支管的水面比右支管的水銀面高出0.40m。試計算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。  解：                            

5、0;       R1    =0.4m                                     

6、60;                                                 

7、60;    R2h1=0.25m          1         1                        

8、60;               L=0.015m                         L        

9、             習(xí)題9附圖如圖所示1-1為等壓面,  p1=p1r水g(R1+R2) = r水銀gR2103´(0.4+R2) = 13.6´103R2 R2 = 0.0317mV水銀 = d2(2h1+L)V水 = d2(R1+R2) V水銀/ V水 = (2h1+L)/ (R1+R2) = (2´0.25+0.01

10、5)/(0.4+0.0317) = 1.1910)   一直立煤氣管，在底部U形壓差計h1=120mm，在H=25m高處的U形壓差計h2=124.8mm。U形管指示液為水。管外空氣密度為1.28kg/m3。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。   h2H    h1                  

11、0; 習(xí)題10附圖            p2    p2解：H     p1   p1  p1p1= r水×gh1  ¼¼(1)p2p2= r水×gh2  ¼¼(2)(1)減(2)，得(p1p2)(p1p2)

12、 = r水×g(h1h2) ¼¼(3)其中 p1p2 = r煤×gH，p1p2 = r空×gH，代入(3)式,得：r煤×gHr空×gH = r水×g(h1h2)即 r煤 = r水×(h1h2)/Hr空 = 103(0.1200.1248)/251.28= 1.088 kg/m311以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=1.5m/s，求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流

13、速和體積流量。12，質(zhì)量為3.5kg，面積為40×46cm2的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動。已知v=1.2m/s，=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。                                   

14、0;   13      5                                        &

15、#160; 12        v     d                                13解：  

16、;                  t     a       5    12V               

17、;  a                  G      d 從受力分析 Gsina = tA           mg sina = tAt = =

18、3.5´9.81´/(40´46´10-4) = 71.77 N/m2t = m = mm = = 71.77´1.5´10-3/1.2 = 0.0897 Pa×s13以壓縮空氣將某液體自儲槽壓送到高度H=5.0m、壓強p2為2.5at（表壓）的容器內(nèi)，。已知液體密度=1800kg/m3，流體的流動阻力為4.0J/kg。問：所需的壓縮空氣壓強p1至少為多少at（表壓）？14水以70m3/h的流量流過傾斜的異徑管通。已知小管內(nèi)徑dA=100mm，大管內(nèi)徑dB=150m

19、m，B、A截面中心點高度差h=0.3m，U形壓差計的指示液為汞。若不計AB段的流體流動阻力，試問：U形壓差計哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？R為多少？    15水以6.4×10-4m3/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。小管內(nèi)徑d1=20mm，大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測1、2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R，采用倒U形壓差計。已知壓差計內(nèi)水面上空是=2.5kg/m3的空氣，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動阻力hf。  16水從噴嘴口1-1截面垂直向上噴射至大氣。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d1=20m

20、m，出噴嘴口水流速u1=15m/s。問：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：1-1與2-2之間列柏努利方程           2          2gz1u12/2p1/r = gz2u22/2p2/rz1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2 u12/2 = gz2u22/2152/2 = 9.81×

21、5u22/2                 1        1 u2 = 11.26m/s                   

22、0;                   又， u1d12 = u2d22                          &#

23、160;                                   習(xí)題16附圖 d2 = (u1/u2)1/2d1 = ´0.020 = 0.0231 m17高、低水庫的水面高度差H=42

24、m，水流量為30m3/s，水流的總阻力為4.5mH2O。已知透平的效率=0.78，試計算透平的輸出功率。解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0，           1     1z1=H=42m1-1與2-2間列柏努利方程                  

25、;                  Hgz1+u12/2+p1/r+Ws = gz2+u22/2+p2/r+ShfWs =gz1+Shf                      

26、;                           =9.81´424.5´9.81´103/103          2      &

27、#160;               2                         =368 J/kgNa = Ws×Vr =368´30´1

28、03=1.10´107 WNe= Na×h = 1.10´107´0.78=8.61´106 W=8.61´103 kW18某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測點流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問：測點相對位置 為多少時該點的點流速等于平均流速？19以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d1，管兩段壓差為 。因管道腐蝕，擬更換管道。對新裝管道要求如下：管長不變，管段壓降為原來壓降的0.75，而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問：新管道內(nèi)徑d2與原來管內(nèi)徑d1之比

29、為多少？     20在機械工程中常會遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動的情況。設(shè)流動為層流。設(shè)間隙厚為2y0，試證流體沿y軸向點流速呈如下拋物線規(guī)律分布： 解：對長度L，高度y，寬度為1的流體元作受力與運動分析:      21粘度為，密度為的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。設(shè)液體層流流動，液膜厚度為，平壁寬度為B。試推導(dǎo)任一流動截面上液體點流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速 解：取寬為B,長為dx ,高為y的流體元作受力與運動分析:  

30、22)串聯(lián)兩管1、2，d1=d2/2，L1=80m，Re1=1600，Shf1 = 0.54m液柱，Shf2 = 56mm液柱，求L2。局部阻力可略。解：  Re = µ ，Re,2 / Re,1 = d1 / d2 =1/2， Re,2 = Re,1 /2 = 1600/2 = 800，兩管內(nèi)皆為層流又，Shf = 32mul / (rgd2) µ 32mVl / (d2rgd2) µ 

31、;l/d4Shf,2 /Shf,1 = (d1/d2)4´l2/l1   即 56/540 = (1/2)4´l2/80l2 = 133 m23)原r1=920kg/m3，m1=1.30P，現(xiàn)r2=860kg/m3，m2=1.15P，層流，W2/W1=1.30求：Dpf1/Dpf2。局部阻力不計。解：層流，Dpf = 32mul / d2= 32mWl / (d2´r´d2) µ Dpf,2 / Dpf,1 = (m2/m1)

32、´(W2/W1)´(r1/r2) = ´1.30´ = 1.23 24)          某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，在管截面上的速度分布可表達為v=24y-200y2，式中：y ¾ 截面上任一點至管壁的徑向距離，m；v ¾ 該點的點流速，m/s。試求：(1)管半徑中點處的流速。      

33、0;         (2)管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為0.045Pa×s。解：若為層流，v = vmax1(r/R)2 = vmax(R2r2)/ R2 = vmax(Rr)(R+r)/R2= vmaxy(2Ry) / R2 = 2 vmaxy /Rvmaxy2/R2可見，該流型為層流2vmax / R = 24，vmax / R2 = 200，二式相除，得(vmax / R2) / (2vmax / R) = 1/(2R) = 2

34、00/24R = 0.06mi .   y = 0.06/2 = 0.03m，v = 24y200y2 = (24´0.03)(200´0.032)=0.54m/sii.   dv/dy = 24400y , dv/dy ½y=0 = 24tw = m( dv/dy )y=0 = 0.045´24 = 1.08 N/m225)  W= 35T/h，H= 20m，j108´4mm，m =

35、2840cP，r = 952kg/m3，h = 50%，     N= 85kW，求包括局部阻力當(dāng)量管長的總管長。解：  W = 35T/h = 35´103kg/hd = 1084´2 = 100mm = 0.1m ，m = 2840cP = 2.84Pa×sNe = Nh = 85´103´0.5 = 4.25´104 WWs = Ne/W = 4.25´104´3600/

36、(35´103) = 4371 J/kg1-1與2-2間列柏努利方程gz1+u12/2+p1/r+ Ws = gz2+ u22/2+p2/r+Shfz1 = 0，z2 = H = 20m，u1= u2= 0，p1= p2 Ws = gH+ShfShf = WsgH = 43719.81´20 = 4175 J/kgu =35´103/ (3600´952´´0.12) = 1.30 m/sRe = 43.6 < 2000  

37、60; 層流l= 1.47Shf = l××u2/2=×2/u2 = ´2/1.302 = 336 m26某有毒氣體需通過一管路系統(tǒng)?，F(xiàn)擬用水在按1/2尺寸縮小的幾何相似的模型管路系統(tǒng)中做實驗予估實際氣流阻力。實際氣體流速為20.5m/s，密度為1.30kg/m3，運動粘度為0.16cm2/s。實驗用水的密度為1000kg/m3，運動粘度為0.01cm2/s。為使二者動力相似，水流速應(yīng)為多少？若模型實驗測得流動阻力為15.2J/kg，實際氣體的流動阻力是多少？欲滿足動力相似，必須Re,其=Re,

38、水，設(shè)氣體管徑為d,即  27某實驗室擬建立流體通過圓直、等徑管內(nèi)的阻力測試裝置，有兩個方案，一個方案是采用20清水為工質(zhì)，水流速不超過3.0m/s；另一方案以p=1atm、20空氣（按干空氣計）為工質(zhì)，流速不超過25.0m/s，要求最大 。問：兩方案需要的管內(nèi)徑各為多少？若管子絕對粗糙度皆為0.1mm，二者管長與管內(nèi)徑之比都是150，采用以上算得的管徑（需按無縫鋼管選接近的規(guī)格），問：二者最大流速時管路阻力各為多少？28試證明流體在圓管內(nèi)層流時，動能校正系數(shù) 。29試按 規(guī)律推導(dǎo)湍流的 值。30某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動，管

39、子內(nèi)半徑為50mm。在管截面上的流速分布可表達為，式中：y截面上任一點至管壁的徑向距離，m；v該點的點流速，m/s。試求：（1）流型；（2）最大點流速vmax。解：設(shè)v = vmax (1r/R)1/6= vmax()1/6 = (vmax/R1/6)×y1/6，故該流型為湍流。  又 vmax/R1/6 = vmax/(0.050)1/6 = 2.54   vmax = 1.54 m/s31某直管路長20m，管子是1”普通壁厚的水煤氣鋼管，用以輸送38的清水。新管時管內(nèi)壁絕對粗糙度為

40、0.1mm，使用數(shù)年后，舊管的絕對粗糙度增至0.3mm，若水流速維持1.20m/s不變，試求該管路舊管時流動阻力為新管時流動阻力的倍數(shù)。    32某流體在光滑圓直管內(nèi)湍流流動，設(shè)摩擦系數(shù)可按布拉修斯公式計算。現(xiàn)欲使流量加倍，管長不變，管內(nèi)徑比原來增大20%，問：因摩擦阻力產(chǎn)生的壓降為原來的多少倍。33，某液體在光滑管中以u=1.2m/s流速流動，其密度為920kg/m3，粘度為0.82cP。管內(nèi)徑為50mm，測壓差管段長L=3m。U形壓差計以汞為指示液。試計算R值。   1    &

41、#160;  1                                L               

42、;                 2       2 R                        &#

43、160;                                 習(xí)題33附圖解：在1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/r = gz2+ u22/2+p2/r+Shf  或(pm,1pm,2)/r =&

44、#160;Shf  (u1= u2)(rir)gR/r = (0.3164/Re0.25)´´u2/2其中Re = 0.05´1.2´920/(0.82´10-3) = 6.73´104則(13.6-0.92)´103´9.81R/920=0.3164/(6.73´104)0.25´(3/0.050)´(1.22/2)R = 6.28´10-3 m34有一高位水槽，其水面離地面的高度為H。水槽下面接有2”普通壁厚水煤氣鋼管130m長，管

45、路中有1只全開的閘閥，4只全開的截止閥，14只標(biāo)準(zhǔn) 90°彎頭。要求水流量為10.5m3/h，設(shè)水溫20，=0.2mm，問：H至少需多少米？     35承第34題，若已知H=20m，問水流量多少m3/h？36有兩段管路，管子均為內(nèi)徑20mm、長8m、絕對粗糙度0.2mm的直鋼管，其中一根管水平安裝，另一根管鉛垂向安裝。若二者均輸送20清水，流速皆為1.15 m/s。豎直管內(nèi)水由下而上流過。試比較兩種情況管兩端的額修正壓強差與壓強差。要用計算結(jié)果說明。37有A、B兩根管道并聯(lián)。已知：lA=8m，dA=50mm，lB=12m，

46、dB=38mm（上述l中包含了局部阻力，d指內(nèi)徑）。流體工質(zhì)是常壓、20的空氣（按干空氣計）。總流量是200kg/h。問：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點與匯合點的局部阻力可略。皆為0.2mm。38某水塔供水流程，管長為L。現(xiàn)需增加50%的流量，擬采用b)流程。b)流程中各管管徑均與a)流程的相同，其L/2管長為兩管并聯(lián)。設(shè)局部阻力不計，所有管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù)值均相等且為常數(shù)。問：b)方案能否滿足要求。     39某七層的宿舍樓，第四至第七層樓生活用水均來自房頂水箱。若總輸水管為 普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來水支管為 普

47、通壁厚水煤氣鋼管。所用的閥皆為截止閥。水箱內(nèi)水深2m。有關(guān)尺寸示于附圖。試計算：（1）只開七樓的閥且閥全開時，V7為多少？（2）當(dāng)四樓及七樓的閥都全開，五、六樓的閥全關(guān)，V4及V7及各為多少？計算支管阻力時只計入局部阻力，直管阻力可略。設(shè)皆為0.040。40用離心泵將水由水槽送至水洗塔內(nèi)。水槽敞口。塔內(nèi)表壓為0.85at。水槽水面至塔內(nèi)水出口處垂直高度差22m。已知水流量為42.5m3/h，泵對水作的有效功為321.5J/kg，管路總長110m（包括局部阻力當(dāng)量管長），管子內(nèi)徑100mm。試計算摩擦系數(shù)值。解：1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+u12/2+p1/r+Ws = gz

48、2+ u22/2+p2/r+Shfz1= 0，z2= 22 m，u1= 0，p1(表)= 0u2= =42.5/(´0.12´3600) = 1.50 m/s p2= 0.85at = 0.85´9.81´104 = 8.34´104 PaWs= gz2+u12/2+p2/r+Shf  即321.5= 9.81´22+1.502/2+8.34´104/103+ShfShf = 21.2 J/kgShf = u2/2 = 

49、80;1.502/2 = 21.2  l= 0.0171                               2       2     1&

50、#160;            1  4135的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動。若不考慮流動阻力，為保證水在流經(jīng)收縮管時不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?atm，35的水的密度為994kg/m3，飽和蒸汽壓為5.62kPa。H=12m，h=8m，d=150mm（內(nèi)直徑）。1         1   

51、0;           2      2                                &#

52、160; H                 h                               

53、   d     3 3                      習(xí)題41附圖解：1  “1-1”至“3-3”列柏努利方程gz1+ p1/r+u12/2= gz3+ p3/r+ u32/2p1= p3，z3 = 0，u1 = 0u3 = 15.3 m/s2  “2-2”至“3-3”列柏努利方程gz2+ p2/r+u22/2= gz3+ p3/r+ u32/22截面剛液體汽化時，p2= 5.62kPa，則9.81´8+5.62´103/994+u22/2 = 1.013´105/994+15.32/2u2 = 16.4 m/s3 u3d32 = u2d22   即  15.3´1502 = 16.4d22   d2&