化工原理管國鋒主編第三版課后習(xí)題答案上學(xué)期緒論

1、化工原理第三版（管國峰 趙汝溥 主編）課后習(xí)題答案匯總上學(xué)期（一 四章）緒論1）含水份52%的木材共120kg,經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%,問：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。木材木材120(1-0.52)=(120-w)(1-0.25)照曬w=43.2kg2）以兩個串聯(lián)的蒸發(fā)器對 NaO冰溶液予以濃縮，流程及各符號意義如圖 所示，F(xiàn)、G E皆為NaO冰溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含NaOH勺質(zhì)量分?jǐn)?shù)， wft示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若F = &2依/s, % = 0。5, x? =0,30 , 用：%=1:口5,問：W W> E、X1各為多少？2kg

2、/sW1kg/sW2 =0.30X)=0.105W1：W2=1:1.15 , X-(Wt),x1,W1,W2,D,E=?對控制體I , NaO削料衡算：F"=E%即 6.2 X0.105=EX0.30 a E=2.17 kg/sWi+W=F-E=6.2-2.17=4.03 kgW1=4.03/2.15=1.87 kg/s, W=4.03-1.87=2.16 kg/s對控制體II ,總的物料衡算：G=F-愀6.2-1.87=4.33 kg/s丫 Fx0=Gx即 6.2 X 0.105=4.33x 1,二 Xi=0.153）某連續(xù)操作的精儲塔分離苯與甲苯。原料液含苯 0.45 （摩爾分率

3、, 下同），塔頂產(chǎn)品含苯0.94。已知塔頂產(chǎn)品含苯量占原料液中含苯量 的95%問：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計(jì)。解:塔頂產(chǎn)品> D knol/sXd=0. M原料,fF kmol/s 塔塔底產(chǎn)品-* 1 kmol/sXf =0.45DX D D 0.940.95= D=-FX F F 0.45DW0.445,0.545FF又 F 0.45 = D 0.94 WXW即0.45 = 0.45 0.94 0.545 XW. XW =0.04134)導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位是 W/(mv C),工程制單位是kcal/(m - h ' C) 試問1kcal/( m h C)相當(dāng)于多少

4、W/(mC) ?并寫出其因次式。1kcal/(m.h. 0c尸?J/(m.s. 0C)寫出導(dǎo)熱系數(shù)的因次式。3kcal 4.187 103Jv1kcal=4.18 7X10 J,1h=3600s1=:-=1.163m.h.0C 3600 m.s.0Cm.0C令各基本因次為:導(dǎo)熱系數(shù)因次式M 質(zhì)量,M (L/t2) LL - 度， T 溫度， t 時間。L. .T5)已知理想氣體通用常數(shù)R=0.08205物理大氣壓升/(摩爾 K),試求采 用J/(kmolK)時R的數(shù)值。解：寫出以J/ (kmolk)的單位為理想氣體通用常數(shù) R之值。v 1 物理大氣壓=1.0133 X 105N/mi, 1 升

5、=103肅R=Q08205父物理管壓.,升=0.08205M 摩爾，K _51.0133 105103 /23”-(N/m)m =8314kmol.kkmol.K6)水蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:n 1.46x10*1)=XT+441式中 D 擴(kuò)散系數(shù)，英尺2/h ；p壓強(qiáng)，atm；T絕對壓強(qiáng)，QR。試將上式改換成采用si單位的形式。各物理量采用的單位是：am/s,pPa, T - K。解：經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算：1.46 10“ T2.5D 二T 441物理量擴(kuò)散系數(shù)壓強(qiáng)絕對溫度原來單位r英尺2/hatmPR后來單位M/sPaK1 英尺2/h=0.3048 2/3600m2/s=

6、2.58 x 10-5n2/s,1atm=1.0133 X 105pa,溫差 1k=1.8 0Rc'/1、1.46 10 工(1.8丁)2.5D (j)二2.58 10， P71(1.8T') 441P (51.0133 105)e 9.218 10"(T')2.5P' T' 2457)在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當(dāng)管子是潔凈的，計(jì)算總傳熱系數(shù)的 經(jīng)驗(yàn)式為：- = 0.00040 +式中K 總傳熱系數(shù)，Btu/(ft 2 - h - F )；u 水流速，ft/s試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是： W/(m-C), um/

7、s。解：經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算:K'(1/5.678)= 0.000401玉一 二7.045 10* K'268(u'/0.3048)0.813937(u')0.8物理量傳熱系數(shù)流速原來單位BUT/ft 2h.°F)ft/s后來單位W/ (m2.K)m/s1-1BUT/(ft 2h.0F)=5.678W/(m 2.K),1ft/s=0.3048m/s1一=0.00040K0.8268u第1章流體流動1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。 處圉。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3, 解：hi=600mm h2=800mm 問 H 為多少 mm33hi =

8、600mm, h2 = 800mm, P水=10 kg /m:油=860kg/m3, h =?860 9.81 0.60 103 9.81 0.80 = 103 9.81hh= 1.32m2 .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20c不變。 設(shè)大氣靜止，氣體壓強(qiáng)為變量。地平面處大氣壓強(qiáng)為 760mmHg試計(jì)算樓頂?shù)拇?氣壓強(qiáng)，以mmH的單位。初/d p = -%dz解：,p 91P= pM 29/(8314父293.2) =1.190父10 p代入，得dp5 408F1 - -9.81 1.190 10 dzP p0P25Ln(p1/760) = -9.81 1.190

9、 10408 = -0.04763,. R = 724.7mmHg3 .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 koo：F =3( (P0 + P水gz)dz =3父1.013M10 父4+3父10 父 9.81 父 4 /2 = 1.45父10 N4 .外界大氣壓為1atm,試按理想氣體定律計(jì)算0.20at (表壓)、20c干空氣的 密度?？諝夥肿恿堪?9計(jì)。一 一 一 5一_ _ 一 4一加 F PM(1.013100.20 0.81 10 )29/ , 3解：-=1.439 Kg / mRT8314 29

10、3.25 .有個外徑為R、內(nèi)徑為R為的空心球，由密度為p '的材料制成。若將該球 完全淹沒在某密度為p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。解：(4/3)冗(R； R3)Pg =(4/3)nR23PgR2/R1 =(1 - /'/:?')4/36 .為放大以U形壓差計(jì)測氣體壓強(qiáng)的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計(jì)。見圖。指示液是p =920kg/m3的乙醇水溶液。氣體密度為 1.20kg/m3。讀數(shù)R=100mm 問pi與p2的差值是多少mmHg解：p _P2 =（旦 一 P）gRsin20° = （9201.20） m9.8

11、1 父0.1sin 20° = 308.3Pa= 2.31mmHg 采用微差U形壓差計(jì)測壓差。如圉。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm兩擴(kuò)大室半徑 均為80mm壓差計(jì)中用水和礦物油彳指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)p與外界大氣壓p。相等時，兩擴(kuò)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(jì)算：（1）氣體壓強(qiáng)p （表）。（2）若不計(jì)擴(kuò)大室油面高度差，算得的氣體壓強(qiáng)p是多少？ （3）若壓差計(jì)內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計(jì)，在該氣體壓強(qiáng)p值下讀數(shù)R0為多少？解： p _p0 =（：2 - ?1）gR 71gR（d/D）2=

12、（1000 -860） 9.81 0.35 860 9.81 0.35（6/160）2 = 484.8PaP - P0 ： （ ：2 - EgR =（1000 -860） 9.81 0.35 =480.7PaP -Po = VgRo即484.8 -1000 9.81R0 . R00.0493m7.某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度 p的液體流過。如圖。在管道的A、B截面設(shè) 置了兩套U形壓差計(jì)測壓差，下測用的是一般 U形壓差計(jì)，上測用的是復(fù)式 U形壓差計(jì)，所用的指示液均為密度是P1的同一種液體。復(fù)式壓差計(jì)中兩段 指示液之間的流體是密度為P的流過管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R1與R、R的關(guān)系。解： 3 一 ：

13、）gR = 6 - ：）gR2 （：）gR3R 二 R2 R3=0.4mLS 9附圖 ， p1=p1水 g(R+R)=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(jì)算U形 管內(nèi)水與水銀的體積比。習(xí)白如圖所示1-1為等壓面，水銀gR/.P103 (0.4+R2) = 13.6103RR2 = 0.0317mV 水銀=；d2(2hi+L)V 水=：d2(Ri+R).V 水銀/ V 水=(2h i+L)/ (R i+R) = (20.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.191

14、0 ) 一直立煤氣管，在底部U形壓差計(jì)h1=120mm在H=25n#處的U形壓差計(jì) 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。P2-P2 =蹂 gh2 (2)(1)減(2),得(p1P2) (p 1 p2 ) = Rk g(h1 h2) (3)其中p 1-p2 =自某gH, P1 p2 = p空gH,代入(3)式，得：口某 gH P空 gH = P水 g(h 1 h2)即 口某=蹂(h1 h2)/H+P空=10 3(0.120 -0.1248)/25 + 1.283=1.088 kg/m11 .以2”的普通壁厚的水

15、煤氣鋼管輸送15c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)量流速和體積流量。解：管子，查得外徑 60mm,壁厚橫截面積 A = (n/4)M(0.060 2父0.0035)2 =2.206M10J3m2水的密度=999Kg/m3體積流量 V = uA=1.5 2.206 103=3.309 10 二m3/s質(zhì)量流量 W =UA ： =1.5 2.2076 10工 999 =3.306Kg /s質(zhì)量流速 G = u ： =1.5 999 = 1499kg/(s m2)12.如圖所示,質(zhì)量為3.5kg,面積為40X 46cm的一塊木板沿著涂有油的斜面 等速向下滑動。已知

16、v=1.2m/s,（r=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。= mgsin - =3.5 9.81 2/（40 46 10-4） = 71.77 N/m 2 A13=也=Vdy 、= = 71.77 父1.5父10-3/1.2 = 0.0897 Pa s V13.以壓縮空氣將某液體自儲槽壓送到高度H=5.0m壓強(qiáng)p2為2.5at （表壓）的容器內(nèi)，如圉。已知液體密度p =1800kg/m3,流體的流動阻力為4.0J/kg。問: 所需的壓縮空氣壓強(qiáng)仍至少為多少at （表壓）？ 解：H =5.0m, P2 =2.5at（表），P = 1800kg/m3工 hf =4.0J/kg, P =?2 2

17、%=gH +1+萬+2 M略去了）2.5 9.81 104二 R（表）=1800（9.81 父5.0+4.0）1800一 一 一 5 = 3.407 10 Pa 14.水以70nn/h的流量流過傾斜的異徑管通。 如圓。已知小管內(nèi)徑dA=100mm 大管內(nèi)徑dB=150mm B、A截面中心點(diǎn)高度差h=0.3m, U形壓差計(jì)的指示液為汞。若不計(jì)AB段的流體流動阻力，試問：U形壓差計(jì)哪一支管內(nèi)的指使液液面較高? R為多少？解:也/+幺=3+” 72：2(Pm ) A -(Pm)B =(i - P)gR70/360070/3600U A =2 - 2.48m/s UB =2 -1.10m/s(二/4)

18、(0.15)2(二 /4)(0.15)2由，式得（P，一2弗）2UA ：2即（13.6-1.0） 103 9.81R _ 1.102 -2.482103一 2支管內(nèi)的高二R = -0.020m,可見，左支管內(nèi)指示液位比右 15.水以6.4 X10-4m/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。 型圖。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(jì)。已知壓差計(jì)內(nèi)水面上空是 p =2.5kg/m3的空氣，讀數(shù)R=100mm求水 由1至2截面的流動阻力三hf。46.4 10cccr ，角牛：U 1 =2 = 2.037m/s(二 / 4)(0

19、.020) _46.4 10U2 =2 = 0.385m/s(7. /4)(0.046)2(Pm) 2 (Pm)1 =(Pi P)gR = (1000 2.5) M 9.81 M 0.10 = 978.5Pa(Pm)1 -(Pm)2PU2-978.5 2.0372 -0.38521032= 1.02J /kg16 .水從噴嘴口 1-1截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持 圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑 d1=20mm出噴嘴口水流速 u=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22gz+ u，/2 +p1/ P = gz 2

20、+ U22/2 + ./ P1而力Z1 = 0 , Z2 = 5m , p1 = p 2鳴 J.u；/2 = gz 2 + U22/2i1152/2 = 9.81 X5+u2/211 口機(jī)U2 = 11.26m/s7又，u 1d12 = u 2d22，習(xí)題16附圖d2 = (u 1/U2)1/2d1 = .15/1126 0.020 = 0.0231 m17 .高、低水庫的水面高度差 H=42m水流量為30RT/S ,水流的總阻力為4.5mHO 如圖。已知透平的效率7 =0.78 ,試計(jì)算透平的輸出功率。解：Ul = U2=0, P1 = P2, Z2=0,11Zi=H=42m1-1與2-2間

21、列柏努利方程gz1 U12/2 p“。W = gz 2 U22/2 p/ P 三W = gz1+工 hf_ 一_ _一 _ _ 3 _ _ _= 9.81 42+4.5 9.81 10/10 = 368 J/kgM = WsV = -368 30 103=1.10 107 WM= Na = 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(diǎn)流速的探針頭位 置與管軸線的距離為r。問：測點(diǎn)相對位置：/R為多少時該點(diǎn)的點(diǎn)流速等于平 均流速？ 解：一般式：V 二 Vmax1 (r/R)2令rR時，V1 =U =Vmax/

22、2即 Vmax/2=Vmax1-(r"R)2.r / R =、2/2 =0.70719 .以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為管兩段壓差為一必。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&之比為多少？解：層流 P =32?二;二d2 d4.P2d2 d1V2d1 4= 0.75 =()= 1.28V1d220.在機(jī)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。如圖。設(shè)流動為層流。設(shè)間隙厚為 2y。，試證流體沿y軸向點(diǎn)流速呈如下拋1v =物線規(guī)律分布：解：

23、對長度L,高度y,寬度為1的流體元作受力與運(yùn)動分析（WPm）Ly -（-NdVL） =0即：dV=（警）ydydxdydx -1 -dPm y.V =一（m）!CJ dx 2又 y=y0,V=QCJ(右)(y2 一口1-dP 22FJ-y)21.粘度為卜,密度為p的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動,v隨y的變化液膜厚度為6 ,平壁寬度為Bo試推導(dǎo)任一流動截面上液體點(diǎn)流速規(guī)律，并證明平均流速 g3解：取寬為B,長為dx ,高為y的流體元作受力與運(yùn)動分析 r. dV（B dx y） ： g -（-B dx） =0dy即:dV = -g ydy,V = -又 y = ,V = 0, C

24、 =g / 22、V ”(y)dV 二V B dy 二2 r： gB 3-y )dy= V 二-。3 P gB . 3一)33VmB、：g、3322)串聯(lián)兩管 1、2, &=山2 , L=80m Re=1600,1hf1 = 0.54m液柱，工hf2 = 56mm 液柱，求L2。局部阻力可略。解： = Re = V-<c, R& / Re ,1 = d 1 / d 2 =1/2 ,.：dJ d, Re,2 = Re,1 /2 = 1600/2 = 800,兩管內(nèi)皆為層流又，好=32ul / (二gd2)工 32Vl / ( -d2?gd2)工 l/d 44工hf,2 /

25、工hf,1 = (d 1/d2)、l 2/I 1 即 56/540 = (1/2)4父| 2/8012 = 133 m23)原 R=920kg/m3, =1.30P,現(xiàn) Pz=860kg/m3,匕=1.15P,層流，WW1=1.30求：pf1/Apf2。局部阻力不計(jì)。解：層流，pf= 32ul/ d2= 32Wl / (-1d2；-d2)二 . p,2/pf,i= ( Mi)(W2/W1)(：i/：2)=115 1.30 920 = 1.231.3086024) 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(dá)為v=24y-200y2,式中：y 截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距離，m；

26、 v 該 點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：(1)管半徑中點(diǎn)處的流速。(2) 管壁處的剪應(yīng)力。該流體的粘度為 0.045PaS。解：若為層流，v = V ma01 (r/R) 2 = v ma(R2 1)/ R2 = V ma(R )(R +)/R 2=v ma>y(2R-y) / R 2 = 2 v may /R - vmaJ/R2可見，該流型為層流2vmax / R = 24 , vmax / R 2 = 200 ,二式相除，得(v max / R 2) / (2v max / R) = 1/(2R) = 200/24R = 0.06mi . y = 0.06/2 = 0.03m, v =

27、24y -200y2 = (24 M0.03) -(200x0.032)=0.54m/s11. dv/dy = 24 400y , dv/dy y=0 = 24 _ 2 w =妝 dv/dy ) y=0 = 0.045 24 = 1.08 N/m25) W= 35T/h , H= 20m 平108M4mm N = 2840cP , P = 952kg/m 3, n = 50%, N= 85kW ,求包括局部阻力當(dāng)量管長的總管長。解： W = 35T/h = 35103kg/hd = 108 4父2 = 100mm = 0.1m , R = 2840cP = 2.84Pa sM = N = 85

28、 103 0.5 = 4.25104 WW = N e/W = 4.25 104 3600/(35 103) = 4371 J/kg1-1與2-2間列柏努利方程gz1+U12/2+p 1/ + W = gz 2+ U22/2+p4 ：+三 hfZ1 = 0 , Z2 = H = 20m , U1= u 2= 0 , p1= p 2W = gH+ 三 hfN hf = Ws-gH = 4371 -9.81 父20 = 4175 J/kgV W u =A?A=35 103/ (3600 952 - 0.1 2) = 1.30 m/sRe =du： 0.10 1.30 9522.84=43.6 &l

29、t; 2000 二層流4175 0.102 /2/1.30 = 336 m1.4764 64=1.47Re 436三hf = ' l* u2/2 d. l Zle="hf d 2/u226) 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(shí)驗(yàn)予估實(shí)際氣流阻力。實(shí)際氣體流速為20.5m/s,密度為1.30kg/m3,運(yùn)動本度為0.16cm2/s。實(shí)驗(yàn)用水的密度為1000kg/m3,運(yùn)動粘度為 0.01cm2/s o為使二者動力相似，水流速應(yīng)為多少？若模型實(shí)驗(yàn)測得流動阻力為 15.2J/kg ,實(shí)際氣體的流動阻力是多少？欲滿足動力相似，必須

30、R,其=鼻水，設(shè)氣體管徑為d,日門川父20.5、Jd/2）MU 水、 . ?？?/即（）氣 =（）水 -U 水 -2.56m /s0.160.01動力相似，必 Eu,氣=Eu,水，Eu =1 2 fhf 15.2即（一r）氣=（2）7K ，£hf 氣=974.7kJ/kg20.52.5627.某實(shí)驗(yàn)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20c清水為工質(zhì)，水流速不超過3.0m/s；另一方案以p=1atm、20C 空氣（按干空氣計(jì)）為工質(zhì)，流速不超過 25.0m/s,要求最大凡= 1。"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

31、.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？方案一：=1000kg/m3/ =1CP,u =3.0m/s5 d 3.0 1000Re =10 = d = 0.0333m0.001采用中36 父 1mm,無縫鋼管，®/d =0.1/34 = 2.9410U =3.0m/s時，Re =0.034父3.0父103/10，=1.02父105查得=0.0274_1 u2 _ 32_“ hf 一 =0.0274 150 =18.4J/kg d 22方案二：=1.205kg/m3,=1.81 10*Pa s,u =

32、25m/sRe =105 =d 25 1.205 d = 0.060m 1.81 10采用中68M3mni無縫鋼管，s/d =0.1/62 = 1.6V 10U =25m/s時，Re =0.062 25 1.205/（1.81 10。= 1.03 105查得 =0.0242_ 225-=0.024 150 且=1125J/kg228.試證明流體在圓管內(nèi)層流時，動能校正系數(shù)C = 2解：V3dA (A 流動面積，A = nR2)U 3A層流：V_ 2-= Vmax1 Yr/R) ,U =Vmax/2u 3a3R2 32 二 Vmax0 Vmax1-(r/R)232Tdr =-mx0U 3aR2

33、31 -(r/R)23rdr令r/R=sin d則 1 -(r/R)2 = Cosier = 0,9 = 0； r = RQ = n / 2 3 一2 二 Vmax 二/2 一 6. 一.二 a = U 3A 0 Cos 日(Rsin 8)( RCos日 d0)322-：VmaxR二/273 -Cos 二 dCosuU 3A 0其中=Cos8e 0= 1/8二 /22 二(2U)3R3_ 28U 二 R2二2“、"29 .試按規(guī)律推導(dǎo)湍流的RVs = 0V2二 rdr =2二Vmax令1 -r/R=x,r =R(1 -x)R1(1 -r/R) 7rdr,dr - -Rdx012Vs

34、=2 二Vmax 1 x 7R(1 -x)(-Rdx) =2R Vmax11/7 一0(x - x8/ 7)dx甘木 7 r 78/7715/7 ,其中(= xx 8151 77490 8 15 120則.VmaxVs: R2Vmax2 49 49120 一6030.某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動, 的流速分布可表達(dá)為"2054/，式中: 離,m； v 該點(diǎn)的點(diǎn)流速，m/s。試求：管子內(nèi)半徑為50mm在管截面上y截面上任一點(diǎn)至管壁的徑向距 (1)流型；(2)最大點(diǎn)流速Vmax。角單：設(shè) V = V max (1 r/R) 1/6 = V ma ) 世R又 V Vmax/R1/6

35、= V maJ(0.050)= 2.54=(V ma/R1/6) y1/6 ,故該流型為湍流。 V max = 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38c的清水。 新管時管內(nèi)壁絕對粗糙度為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)。解：新管：Re =0.027 1.20 992.9/(0.6814 10)=4.72 104 s/d =0.1/27 =3.70父10六查得 0 = 0.0412 201.202“ hf =0.0296 =15.8J/kg0.0272舊

36、管：Re =4.72 104, ；/d =0.3/27 =0.011.查得，=0.041201.202hf =0.041=21.9J/kg0.0272二舊管阻力/新管阻力=21.9/15.8 = 1.39 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(jì)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。解:、8, lV20.3164 8lV2V1.75- hf =2 5- 二 -2 5 二.4.7521.75二 1 414 75. 11.24二 d ( 4V)o.25 二 d d 二 d"當(dāng) V2 =2V1,d2=

37、1.2d1則二也廣色)4.75“ hf1V/d233.如圖所示,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(jì)以汞為指示液。 試計(jì)算R值。1 11 -一 ,L I22Lr習(xí)題33附圖解：在1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+u,/2+p 1/P = gz 2+ u 22/2+p2/P+Ehf 或(pm,1pm,2)/ P = Ehf (u 1= U2)其中Re =與 (p- P)gRZ P = (0.3164/Re °。x L xu2/2 d=0.05 1.2 920/(0.8210-3)

38、 = 6.73104則(13.6-0.92)103 9.81R/920=0.3164/(6.73104) R (3/0.050)(1.2 2/2),R = 6.28 10-3 m34 .有一高位水槽，其水面離地面的高度為 H如圖。水槽下面接有2”普通壁 厚水煤氣鋼管130m長，管路中有1只全開的閘閥，4只全開的截止閥，14只標(biāo) 準(zhǔn)90 0彎頭。要求水流量為10.5m3/h,設(shè)水溫20C, e =0.2mm問：H至少需 多少米？解：管子規(guī)格： 60 3.5mm, d = 53mm10.5/360034U = = 1.32m/s,Re =0.053 1.32 103 / 0.001 = 7.0 1

39、04二 2 (0.053)24E/d =0.2/53 = 3.77x10： 查得九=0.0292截止閥（全開）之=6.4,le=17m閘 閥（全開）巴=0.17,le= 0.34m900標(biāo)準(zhǔn)彎頭占0.75,le=1.6m突然縮?。ˋj、/A大定0）U=0.5方法gH =1.51.32220.0292130 0.34 4 17 14 1.6 1.322x0.0532H = 10.93m、130 1.322、 1.322方法一：gH =0.0292父+ (0.17+4M 6.4 十 14M 0.75+1.5) x0.05322H -9.71m35 .承第34題，若已知H=20m問水流量多少 m/h

40、 ?解：設(shè) =0.029一 _ 一-2130 0 34 4 17 14 1 6 U 2=1.79m/ s36 81 20 =(1.5 0.0294) ju0.0532Re =0.053 1.79 103/0.001 =9.49 104, ；/d = 0.2/53 = 3.77 10“查得'=0.029所設(shè)上正確，計(jì)算有效23V = (0.053)2 1.79 3600 =14.2m3/h436.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 20c清水，流速皆為1.15 m/so豎直管內(nèi)水由下而上流過。試比較

41、兩種情況管兩端的額修正壓強(qiáng)差 與壓強(qiáng)差。要用計(jì)算結(jié)果說明。解：Re =0.020父1.15M103/0.001 =2.3Ml04,3d =0.2/20 = 0.01,查得兒=0.04052'、, hf =0.0405-81- =10.7J/kg (與管向無關(guān))0.020 2水平管:Pm,1 - Pm,2 = R - P2八 hf (Ui = U2)P Pm,1 -Pm,2 = Pi P2 = P£ hf =1000X10.7 = 1.07=1.07x104 Pa鉛垂管。流體向上流 動：Pm,1 -Pm,2 =1.07x104Pa(計(jì)算同)Pm,1 -Pm.,2 =0： 0乙)

42、-32： §Z2)二 R -P2 =(Pm,1 -Pm,2)十 P .g(Z2 -Z1) =1.07父104 十103 M9.81M8 = 8.92M104Pa 37.有 A、B 兩根管道并聯(lián)。已知：l A=8m dA=50mm l e=12m, dE=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、20c的空氣（按干空氣計(jì)）?？偭髁渴?00kg/h。問：B管的質(zhì)量流量是多少？分支點(diǎn)與匯合點(diǎn)的局部阻力可略。£皆為0.2mm 解空氣：P =1.205kg/m3, N =1.81M10,Pa sA管：8/dA =0.2/50 =0.004，在阻力平方區(qū)，kA

43、= 0.0285B管：a/dB =0.2/38 =5.26父10，在阻力平方區(qū)，九九B =0.031設(shè) A =0.0285, B -0.031.1,5，,5 Z_5_ _ _-WadA*B 'lB(50/89) M0.031M12。一=J-5 = 1= 2.54Wb VdB *a 1a 0.0285M8WA =200(2.54/3.54)=143.5Kg/h4 143.5/36004'ReA =5.61 父 10 , s/d =0.004，查得 九a =0.0302二 0.050 1.81 10WB =200 -143.5 = 56.5kg/h4 56.5/36004/日，Re

44、B= = 2.91父10 , s/dB =5.26父10 ，查得九B =0.034二 0.038 1.81 10再設(shè)九A =0.0302,% = 0.034，算得 Wa/Wb =2.58WA =144Kg /h,WB =56kg/h, Re,A =5.63父104,查得九=0.0302,Re,B =2.88父104，查得？1B =0.034因核算得的Aa,九B值與原設(shè)的一致，故 WA =144Kg / h,WB =56Kg /h38 .某水塔供水流程如附圖的a）圖所示,管長為L。現(xiàn)需增加50%勺流量，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

45、計(jì)，所有管內(nèi)流體流動的摩擦系數(shù) 入值均相等且為常數(shù)。問：b）方 案能否滿足要求。脩(A)H28 1Vl2二2gd5(B)H228' (1/2)(V2 /2)28 ' (1/2)V222525二 gd二 gd21 V；12.V12 = V22 ,V2 =1.265Vl2 42(B)不滿足流量增加50%的要求。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。Mo若總輸水管為1>普通壁厚水煤氣鋼管，各層樓自來水支管為''普通壁厚水煤氣鋼22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(jì)算：（1） 只開七樓的閥且閥全開時，V7為多少？

46、 （2）當(dāng)四樓及七樓的閥都全開，五、六 樓的閥全關(guān)，V4及M及各為多少？計(jì)算支管阻力時只計(jì)入局部阻力，直管阻力可略。設(shè)入皆為0.040 。解：總管為448M3.5mm,d總=41mm支管為421.25父2.75mm,d = 15.75mm,全開閥門閥，=6.4;突然縮?。ˋ、/A大0）,0 =0.5，三通（直入旁出），Le=1.2m;三通（直通），Le=0.35m只開七樓得閥：2.2 )(0.1476U7)0.041總管 U = (15.75/41)2U7 =0.1476U79.81 4.2 -(6.4 0.0421)”(0.5 0.040.015752U7=2.81m/sV7 =5.47 1

47、0“m3/s只開四.七樓的閥：2 2 8(V4 V7) (9.81 15.6) - (0.5 0.04上士)-(六一72 0.041 二 2 (0.041)-2128V= (6.4 0.04 1)74 (9.81 11.4)0.01575 二 2(0.01575)42. _二 2 (0.01575)4=(0.0411.4 3 °35) 2 8、? (6.4 0.04 1.21)0.041. ：2 (0.041)40.01575化簡，得 153.04-7.59 105 M V7)2 = 111.8 1.376 108V72 = 1.41 1 108V42經(jīng)試差得：V4 =1.035 1

48、0”m3/s,V7 =5.348 10“m3/s40 .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(jì)算摩擦系數(shù)入值。解：1-1與2-2間列柏努利方程：gz1+U12/2+p 1/ ：?+W = gz 2+ u 22/2+p 2/ P+三 hfZ1= 0 , Z2= 22 m , ui= 0 , Pi(表尸 0U2= V=42.5/( >0.12m3600) = 1.50 m/sp

49、2= 0.85at = 0.859.81 104 = 8.34104 Pa,-,VS= gz2+u12/2+p2/ P+Xhf 即 321.5= 9.81 ><22+1.502/2+8.34 x 104/103+Xhfhf =Jle u2/2 =110 1.50 2/2 = 21.2d0.1三 hf = 21.2 J/kg = 0.017141 . 35c的水由高位槽經(jīng)異徑收縮管向下流動。如圖。若不考慮流動阻力，為保習(xí)題41附圖”-1”至“3-3 ”列柏努利方程gz1+ p 1/ :?+U12/2= gz 3+ p 3/ + u 32/2證水在流經(jīng)收縮管時不發(fā)生汽化現(xiàn)象，收縮管的管

50、徑應(yīng)限制在多大尺寸以上？當(dāng) 地大氣壓為1atm, 35c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）。解：1Pl= P3, Z3 = 0 , U1 = 0.U3 = 2gzi = , 2 9.81 12 = 15.3 m/s2 “2- 2”至“3-3 ”列柏努利方程gz2+ p 2/ :+u22/2= gz 3+ p 3/ ：+ u 32/22截面剛液體汽化時，P2= 5.62kPa ,則9.81 8+5.62 103/994+U22/2 = 1.013105/994+15.3 2/2U2 = 16.4 m/s3 u3d32 = u

51、2d22即 15.3 x1502 = 16.4d 22d2 = 145 mm42 .如附圖所示，水泵抽水打進(jìn)B、C水槽。已知各管內(nèi)徑相等，且 A B段、A 一C段和OA1殳（不包括泵內(nèi)阻力）的管道長與局部阻力當(dāng)量管長之和 TJ+L相 等。設(shè)摩擦系數(shù)入值皆相同，過程定態(tài)。求 心。水 BV I R nE IA1水飛匚8.0m5.0m解：由習(xí)題42附圖gB'與“ C”可列下式Ea- Ec = Vc2Ea- Eb = a Vb2 二 Ec Eb = a (Vb2 V2) 代入數(shù)據(jù)：9.81 «8.0 -5.0) = 口 (V b2- VC2) 即： 29.4 =： (Vb2 V2)由

52、"O,B得W s= Eb+ 二(Vc+V)2+ = Vb2代入數(shù)據(jù)：150 = 9.815.0+ ： (Vc+VB)2+ ： Vb2即：101 = a (V c+Vb) 2+ «Vb2 (2)(2)/(1)，得01 = (V c+V) 2+V2/( VB2V2)= (Vc/Vb+1)2+1/1 - (Vc/V b) 229.4牟得：VC/Vb = 0.38743 .在（|）108X4mmi勺圓直管內(nèi)用畢托管測點(diǎn)流速。已知管內(nèi)流體是平均分子量 為35的混合氣體，壓強(qiáng)為200mm0（表壓），外界大氣壓為1atm,氣溫為32C, 氣體粘度為0.02cP。在測管軸心處vmax時，U

53、形壓差計(jì)讀數(shù)R為10mm壓差計(jì)指 示液為水。問：管內(nèi)氣體流量是多少 nVh?解:(0.20 103 9.81 1.013 105) 35p =8314 (273 32)=1.43kg / m3Vmax23：)gR2(1000-1.43) 9.81 0.010=.=11.7m/s：,1.43Rmax11.7 0.10 1.4330.20 10=8.37父104，查得Vmax= 0.81U =0.81 11.9=9.48m/s-T2_ 3V = 0.12 9.48 3600 =268m3/h444 .在內(nèi)徑為50mm勺圓直管內(nèi)裝有孔徑為25mm勺孔板，管內(nèi)流體是25c清水。 按標(biāo)準(zhǔn)測壓方式以U形壓差計(jì)測壓差，指示液為