第一章习题与作业讲解 下载本文

1、某流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是 型曲线,其管中心最大流速为平均流速的 倍,摩擦系数λ与Re的关系为 。 2、水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将 ,摩擦系数 ,管道总阻力损失 。 3.277K的水粘度为1cP,在内径为20mm的管内作稳定连续层流时的最大流速为 m*s-1。

4. 产生流体阻力的根本原因是 。

5.由实验可确定直管摩擦系数λ与Re的关系。层流区,摩擦系数λ与管壁的 无关,λ 与Re的关系为 。而阻力平方区,摩擦系数λ与 无关,仅与 有关。

6.牛顿粘性定律的表达式为 ,动力粘度(简称为粘度)μ的SI单位为 ,运动粘度γ 的SI单位为 。

7.如图 U形管压差计测得: 。 a. AB间的阻力损失 b. AB间的压强差 c. AB间的位头差加阻力损失 d. AB间位头差 8.如右图管中充满水,U形差压计的读数为零,则_____。

(A)管内流体肯定处于静止状态;

1 2

1 2

(B)管内流体肯定从1流向2; (C)管内流体肯定从2流向1; (D)以上三种答案都不对。

9. 如图1所示,液体在等径倾斜管中稳定流动,则阀的局部阻力系数ξ与压差计读数R的关系式为_______。

10.如图三根等径管(其内径d1=d2=d3)内的流量相同,二测压点间距离相同。

(1)记ΔP1=P1-P2,ΔP2=P3-P4, ΔP3=P5-P6,则_______。 (2)差压计读数R1、R2、R3间关系为_________。

d u→ d d 1 2 3 4 5 6

11、如图所示,液体分别从两容器中流出,液面保持不变,排出管径相同。问(1)图a中1-1′和2-2’截面的ul>u2还是ul=u2?为什么?(2)图a、b中Z3>Z4,其它条件不变,忽略阻力损失,则出口处的速度u3与u4哪个大?为什么?(3)图a、b中Z2=Z4,则截面2-2’处的速度与u4哪个大?为什么?

12. 在本题附图所示的列管换热器内,冷溶液与热苯溶液交换热量。换热器的外壳内径600mm,壳内装有269根Ф25X2.5mm的热交换列管束。215m3/h的热苯在管束内流过,从95 oC被冷却到25oC,ε=0.2mm.试求(1)苯在管束流过时因克服摩擦阻力引起的压降(2)管束外溶液5×104kg/h,ρ=810kg/m3,求管束外流动的流型。

13.用泵将密度1100kg/m3、粘度1.2X10-3Pa*s 的溶液从贮槽送至表压0.2Xl05Pa的密闭高位槽。

管子直径为Ф108*4mm、直管长度70m、各管件的当量长度之和为100m(不包括进口与出口阻力)。ε=0.3mm,输送量为50m3/h,两槽液面恒定,其间垂直距离为20m,今用η=65%、N轴=7.5kW的库存离心泵,问该泵能否完成任务?

14.用泵将敞口贮槽中的溶液送往10m高的容器中去 ,容器表压强为0.05MPa。泵的吸入管路为Ф57mm×3.5mm的无缝钢管,长6m,管路中泵进口处有一个止逆底阀,一个90。弯头。压出管路为Ф48mm×4mm无缝钢管,管长 25m,装有闸阀(全开)一个,90。弯头10个。操作温度下溶液ρ=900kg/m3,μ=1.5mPa*s。求流量为4.5×10-3m3/s时需向单位重量(每牛顿)液体补加的能量。(ε=0.2mm)

1.包括所有局部阻力当量长度),当阀a全关,阀b打开时,压力表PB的读数为2.4×10Pa。假设阻力系数λ均为0.03,

3

水的密度为1000kg/m。(1)试计算B管道(CB段)的流速;(2)若维持阀b的开度不变,逐渐打开阀a,直到CB、CD两管中流速相等,此时B管的流速又为多少?

3

[ф50, LOC=45,LCB=15, a关b开时PB=2.4×104Pa,λ=0.03,ρ=1000kg/m. 求(1)uCB;(2)a 打一至uCB=uCD, 此时的uCB=?]

4

如下图所示,用管路连接水槽A、B、C。已知管径都为Φ32×2.5,点O至槽A、B、C的管长分别为6m、3m、5m(包括进出口、弯头及三通管件的局部当量长度),三槽水面维持恒定:支管OC上有一闸阀K,全开时的阻力系数为0.17,管的摩擦因数估计为0.02,流体为常温水。试求:

(1)闸阀的局部阻力系数为多少时OB管段的流速为零?

当闸阀全开时各管段内水的流向和流量。

[Φ32×2.5, LOA=6, LOB=3, LOC=5,ζ开=0.17,λ=0.02,求:(1)ζ=?, uOB=0;(2)全开时,流向及流量?]

习 题

1.燃烧重油所得的燃烧气,经分析测知其中含8.5%CO2,7.5%O2,76%N2,8%H2O(体积%)。试求温度为500℃、压强为101.33×103Pa时,该混合气体的密度。

2.在大气压为101.33×103Pa的地区,某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×104Pa。若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值,则真空表读数应为多少?

3.敞口容器底部有一层深0.52m的水,其上部为深3.46m的油。求器底的压强,以Pa表示。此压强是绝对压强还是表压强?水的密度为1000kg/m3,油的密度为916 kg/m3。

4.为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量,采用图1-7所示的装置。控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。今测得U型压差计读数R=130mmHg,通气管距贮槽底部h=20cm,贮槽直径为2m,液体密度为980 kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨?

5.一敞口贮槽内盛20℃的苯,苯的密度为880 kg/m3。液面距槽底9m,槽底侧面有一直径为500mm的人孔,其中心距槽底600mm,人孔覆以孔盖,试求:

(1) 人孔盖共受多少液柱静止力,以N表示; (2) 槽底面所受的压强是多少?

6.为了放大所测气体压差的读数,采用如图所示的斜管式压差计,一臂垂直,一臂与水平成20°角。若U形管内装密度为804 kg/m3

的95%乙醇溶液,求读数R为29mm时的压强差。

7.用双液体U型压差计测定两点间空气的压差,测得R=320mm。由于两侧的小室不够大,致使小室内两液面产生4mm的位差。试求实际的压差为多少Pa。若计算时忽略两小室内的液面的位差,会产生多少的误差?两液体密度值见图。

8.为了排除煤气管中的少量积水,用如图所示的水封设备,水由煤气管路上的垂直支管排出,已知煤气压强为1×105Pa(绝对压强)。问水封管插入液面下的深度h应为若干?当地大气压强pa=9.8×104Pa,水的密度ρ=1000 kg/m3。

9.如图示某精馏塔的回流装置中,由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝,部分冷凝液将流回塔内。已知冷凝器内压强p1=1.04×105Pa(绝压),塔顶蒸气压强p2=1.08×105Pa(绝压),为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内,问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少?冷凝液密度为810 kg/m3。

习题6附图 习题7附图

习题8附图 习题9附图 1―精馏塔;2―冷凝器

10.为测量气罐中的压强pB,采用如图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为ρ1的液体,U形管下部指示液密度为ρ2。管与杯的直径之比d/D。试证:

2 pB?pa?hg??2??1??hg?1d2

D11.列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成,空气以9m/s的速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为50℃,压强为196×103Pa(表压),当地大气压为98.7×103Pa。试求: (1)空气的质量流量;

(2)操作条件下空气的体积流量;

(3)将(2)的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。

注:φ25×2.5mm钢管外径为25mm,壁厚为2.5mm,内

径为20mm。

习题10附图 习题11附图

1―壳体;2―顶盖;3―管束; 4―花板;5-空气进出口。

12.高位槽内的水面高于地面8m,水从φ108×4mm的管路中流出,管路出口高于地面2m。在本题中,水流经系统的能量损失可按hf=6.5u2计算,其中u为水在管内的流速,试计算: (1)A-A截面处水的流速; (2)出口水的流量,以m3/h计。

13.在图示装置中,水管直径为φ57×3.5mm。当阀门全闭时,压力表读数为3.04×104Pa。当阀门开启后,压力表读数降至2.03×104Pa,设总压头损失为0.5m。求水的流量为若干m3/h?水密度ρ=1000kg/m3。

习题12附图 习题13附图

17.图示一冷冻盐水的循环系统。盐水的循环量为45 m3/h,管径相同。流体流经管路的压头损失自A至B的一段为9m,自B至A的一段为12m。盐水的密度为1100 kg/m3,试求:

(1)泵的功率,设其效率为0.65;

(2)若A的压力表读数为14.7×104Pa,则B处的压力表读数应为多少Pa?

习题16附图 习题17附图 1―换热器 2―泵

18.在水平管路中,水的流量为2.5l/s,已知管内径d1=5cm,d2=2.5cm及h1=1m,若忽略能量损失,问连接于该管收缩面上的水管,可将水自容器内吸上高度h2为多少?水密度ρ=1000 kg/m3。

习题18附图 习题19附图

20.有一输水系

统如图所示。输水管径为φ57×3.5mm。已知管内的阻力损失按

2

hf=45×u/2计算,式中u为管内流速。求水的流量为多少m3/s?欲使水量增加20%,应将水槽的水面升高多少?

习题20附图 习题21附图

23.90℃的水流入内径为20mm的管内,欲使流动呈层流状态,水的流速不可超过哪一数值?若管内流动的是90℃的空气,则这一数值又为多少?

25.用φ168×9mm的钢管输送原油,管线总长100km,油量为60000kg/h,油管最大抗压能力为1.57×107Pa。已知50℃时油的密度为890kg/m3,油的粘度为0.181Pa·s。假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计,试问为完成上述输送任务,中途需几个加压站? 所谓油管最大抗压能力系指管内输送的流体压强不能大于此值,否则管子损坏。

26.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见图)。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度,高位槽液面上方

为大气压。管路为φ76×4mm钢管,总长50m,管线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(ζ=4)、五个标准弯头。反应器内液面与管出口的距离为15m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。溶-43

液ρ=1073 kg/m,μ=6.3×10Pa·s,ε=0.3mm。

习题26附图 习题27附图

27.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送到敞口高位槽。

3

输送流量为0.1m/min,输送管路为φ38×3mm无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m,在压送过程中设位差不变。管路总长20m,设有一个闸阀(全开),8个标准90°弯头。求压缩空气所需的压强为多少(表压)?硫酸ρ为1830kg/m3,μ为0.012Pa·s,钢管的ε为0.3mm。

3

28.粘度为0.03 Pa·s、密度为900 kg/m的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口,液面视作不变。管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。当阀全关时,阀前、后的压力表读数分别为8.82×104Pa和4.41×104Pa。现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。试求:

(1)管路的流量; (2)阀前、阀后压力表的读数有何变化?

习题28附图 习题29附图 31.一酸贮槽通过管路向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以

上2.5m。管路由φ38×2.5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度)为25m。由于使用已久,粗糙度应取为0.15mm。贮槽3及反应器均为大气压。求每分钟可送酸多少m?酸的密度ρ=1650

3

kg/m,粘度μ=0.012Pa·s。(提示:用试差法时可先设λ=0.04)。 32.水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m,内径41mm。BC段长15m,内径25mm。BD长24m,内径25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度,但不包括出口动能项,分支点B的能量损失可忽略。试求:

(1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量;

(2)当D阀关闭,求水槽由C支管流出的水量。设全部管部的摩擦系数λ均可取0.03,且不变化,出口损失应另行考虑。

习题32附图 习题33附图

33.用内径为300mm的钢管输送20℃的水,为了测量管内水的流量,采用了如图所示的安排。在2m长的一段主管路上并联了一根直径为φ60×3.5mm的支管,其总长与所有局部阻力的当量长度之和为10m。支管上装有转子流量计,由流量计上的读数知支管内水的流量为2.72m3/h。试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数λ为0.018,支管路的摩擦系数λ为0.03。