化工原理之流體的壓力

1、第一章流體的壓力【1-1】容器 A中的氣體表壓為60kPa ,容器B中的氣體真空度為1.2 104 Pa。試分別求出A、B二容器中氣體的絕對壓力為若干帕，該處環(huán)境的大氣壓力等于規(guī)范大氣壓力。解規(guī)范大氣壓力為101.325kPa容器 A 的絕對壓力pA 101.325+60 161.325 kPa容器B的絕對壓力 pB 101.325 12 89.325 kPa【1-2】某設(shè)備進(jìn)、出口的表壓分別為 -12kPa和157kPa ,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?101.3kPa。 試求此設(shè)備的進(jìn)、出口的絕對壓力及進(jìn)、出的壓力差各為多少帕。解進(jìn)口絕對壓力p進(jìn)101.3 12 89.3 kPa出口絕對壓力p出101.

2、3 157 258.3 kPa進(jìn)、出口的壓力差p 157 ( 12) 157 12 169kPa 或 p 258. 3 89. 3 169 kPa流體的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩爾分?jǐn)?shù)為0.4,試求該混合液在20c下的密度。解正庚烷的摩爾質(zhì)量為100kg/kmol,正辛烷的摩爾質(zhì)量為114kg/kmol。將摩爾分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)正庚烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 0.4 100 0.3690.4 100 0.6 114正辛烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 1 0.369 0.631從附錄四查得 20c下正庚烷的密度1 684kg/m3 ,正辛烷的密度為2 703kg/m3混合液的密度0 369 0 631

3、.6847033696 kg / m【1-4】溫度20 C,苯與甲苯按4:6的體積比進(jìn)行混合，求其混合液的密度。解 20 c時，苯的密度為879 kg/m3,甲苯的密度為867 kg / m3 o混合液密度 m 879 0.4 867 0.6 871 .8 kg / m3【1-5】有一氣柜，滿裝時可裝6000m3混合氣體，已知混合氣體各組分的體積分?jǐn)?shù)為H2 N2 COCO2CH40.4 0.2 0.32 0.07 0.01 操作壓力的表壓為 5.5kPa ,溫度為40 C。試求：(1)混合氣體在操作條件下的密度; 混合氣體的量為多少kmol。(2)解 T 273 40 313K, p 101.

4、 3 5. 5106. 8 kPa(絕對壓力)混合氣體的摩爾質(zhì)量Mm 2 0.4 28 0.2 28 0.32 440.07 16 0.01 18.6 kg/kmol(1)混合氣體在操作條件下的密度為PMmm -RT(2)混合氣體V 6000m3,摩爾體積為2公餐狀的二出V 6000 0.7631068 1863 0.763 kg/m3 8.314 313Mm維 m3/kmol 0.763仙：臺氣體日勺里為n 246 kmolMm 18.6m習(xí)題1-6附圖(4)若將水換成四氯化碳，管中流體靜力學(xué)【1-6】如習(xí)題1-6附圖所示，有一端封閉的管子，裝入若干水后，倒插入常溫水槽中,管中水柱較水槽液面

5、高出2m,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.2kPa。試求：(1)管子上端空間的絕對壓力；(2)管子上端空間的表壓；(3)管子上端空間的真空度;四氯化碳液柱較槽的液面高出多少M(fèi) ?解管中水柱高出槽液面2m , h=2m水柱。(1)管子上端空間的絕對壓力p絕在水平面1 1'處的壓力平衡，有p絕gh 大氣壓力Pfe 101200 1000 9.81 2 81580 Pa(絕對壓力)(2)管子上端空間的表壓p表p奔p縮-大氣壓力=81580 10120019620 Pa1 衣1 土巴（3）管子上端空間的真空度p真p真=-p表=-1962019620 Pa（4）槽內(nèi)為四氯化碳，管中液柱高度h'h,

6、CCl4常溫下四氯化碳的密度，從附錄四查得為ccl4 1594 kg/m3h'1000 2 1 251594【1-7】在20 c條件下,在試管內(nèi)先裝入12cm高的水銀， 再在其上面裝入5cm高的水。水銀的密度為 13550kg /m3當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01kPa。試求試管底部的絕對壓力為多少Pa。解水的密度水=998kg/p 101 1030.12 13550 0.05 998 9.81117 4103Pa【1-8】如習(xí)題1-8附圖所示，容器內(nèi)貯有密度為1250kg/m3的液體，液面高度為3.2m 。容器側(cè)壁上有兩根測壓管線，距容器底的高度分別為2m及1m ,容器上部空間的壓力（表壓）為

7、29.4kPa 。試求：（1）壓差計(jì)讀數(shù)（指示液密度為1400 kg / m3 ) ; (2)A、B兩個彈簧壓力表的讀數(shù)。解容器上部空間的壓力p 29. 4 kPa（表壓）液體密度1250kg/m3,指示液密度0 1400 kg / mr-j（1）壓差計(jì)t數(shù)R=?在等壓面1 1'±p1P'i習(xí)題1-8附圖P'i2.20,(2)PAP1P3.23.2h g2.2R 0gh g R 0gRgP 3.2 1 g29 41032 2 1250 9 81 56 4 103 Pa習(xí)題1-9附圖兩點(diǎn)的壓力差p與液柱壓力汁的讀數(shù) R、R2之間的關(guān)系式。解設(shè)測壓前兩 U形壓差計(jì)

8、的水銀液面，距輸水管中心線的距離為H 。在等壓面2'處P2Pa水gR1汞gRR22P'2 PbR2 2水g R2汞gPaPzPbp'2 ，(R由上兩式求得R2)汞pBp 3.2 2 g 29.4 103 1.2 1250 9.81 44.1 103Pa【1-9】如習(xí)題1-9附圖所示的測壓差裝置，其 U形壓差計(jì)的指示液為水銀，其他管中皆為水。若指示液讀數(shù)為R 150mm,試求A、B兩點(diǎn)的壓力差。解等壓面1 1', p1 p'1P1pa H 水 gp'1 pb 0.5 H R 水g R 汞g由以上三式，得pa pb R 汞g 0.5 R 水 g已知

9、R 0.15m, 汞 13600 kg/m3,pApB0.15 13600 9.810.5 0.15 1000 9.813 _13.64 10 Pa 13.64 kPa【1-10】常溫的水在如習(xí)題1-10附圖所示的管路中流動，為測量 A、B兩截面間的壓力差，安裝了兩個串聯(lián)的U形管壓差計(jì)，指示液為汞。測壓用的連接管中充滿水。兩U形管的連接管中，充滿空氣。若測壓前兩U形壓差計(jì)的水銀液面為同一高度，試推導(dǎo)A、B故 Pa PbR1 R2汞 2- g【1-11】力了排除煤氣管中的少量積水，用如習(xí)題1-11附圖所示水封設(shè)備，使水由煤氣管路上的垂直管排出。已 知煤氣壓力為 10kPa （表壓），試計(jì)算水封管

10、插入液面下的 深度h最小應(yīng)為若干M 。3解 h & 1.02mg 1000 9 81流量與流速60mm的管中輸送到某處。若其流速為【1-12】有密度為1800kg/m3的液體，在內(nèi)徑為0.8m/s,試求該液體的體積流量(m/h)、質(zhì)量流量kg/s與質(zhì)量流速2kg/ m s 。解(1)體積流量4 一 24 一一一- 0.060.8 2.26433 一3 .10 m / s 8.14 m/h(2)質(zhì)量流量qmqv2.26 10 3 1800 4.07 kg/s(3)質(zhì)量流速4 07A - 0 064.2-=1440 kg / (m s)2【1-13如習(xí)題1-13附圖所示的套管式換熱器，其內(nèi)

11、管為33.5mm 3.25mm ，外管為60mm 3.5mm。內(nèi)管中有密度為1150kg/m3、流量為5000kg/h的冷凍鹽水流動。內(nèi)、外管之間的環(huán)隙有絕對壓力為0.5MPa進(jìn)、出口平土勻溫度為0c ,流量為160kg/h的氣體流動。在規(guī)范狀態(tài)下(0C,101.325kPa),氣體的密度為 1.2kg / m3。試求氣體和鹽水的流速。解液體 1150 kg / m3內(nèi)管內(nèi)徑 d內(nèi) 33.5 3.25 2 27mm 0.027 m液體質(zhì)量流量qm 5000kg / h ,體積流量 qv 把00 m3/ hqv1150流速u液5000/1150 - 2.11 m / s2 內(nèi) 3600 0.02

12、72 4氣體質(zhì)量流量密度氣1.2體積流量0/qm 160 kg/h0.5 10635.92kg / m1013251603/、m/h5.92流速u氣160/5.925.67 m / s3600 0 0532 0 03352 .4一 事 期.卜-l&i/h習(xí)題1-13附圖習(xí)題 1-14附圖【1-14如習(xí)題1-14附圖所示，從一主管向兩支管輸送20 c的水。要求主管中水的流速約為1.0用/s,支管1與支管2中水的流量分別為 20t/h與10t/h。試計(jì)算主管的內(nèi)徑，并從 無縫鋼管規(guī)格表中選擇合適的管徑，最后計(jì)算出主管內(nèi)的流速。解水:t 20C,998.2kg/m3 1000 kg / m3

13、主管的流量 qm qm1 qm2 20 10 30t/h 30 103 kg/h體積流量管徑d100mm,主管內(nèi)水的流速u q600也幽1.06 m / s24d4(0.1)2選才I 108mm 4mm無縫鋼管，內(nèi)徑為 d習(xí)題1-15附圖習(xí)題1-16附圖連續(xù)性方程與伯努利方程【1-15】常溫的水在如習(xí)題 1-15附圖所示的管路中流動。在截面1處的流速為 0.5m/s,管內(nèi)徑為200mm ,截面2處的管內(nèi)徑為 100mm 。由于水的壓力，截面 1處產(chǎn)生1m高的水 柱。試計(jì)算在截面 1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?解 u1 0.5m/ sd1 0.2m, d2 0

14、.1m2d12U2 Ui -0.5 (2) 2m / sd2P12U12P22U22PiP222U2U12220.5221.875p p1p2 1.8751.875 1000 1875Pap 1875J 1000 9.810.191m 191mm另一計(jì)算法計(jì)算液柱高度時,P12U1P22U2g2gg2g22-2P1P2U2U120 5 .2gg用后一方法簡便。2-0.191m2 9 81【1-16】在習(xí)題1-16附圖所示的水平管路中,水的流量為 2.5L/S。已知管內(nèi)徑 d1 5cm,d2 2.5cm ,液柱高度1m。若忽略壓頭損失，試計(jì)算收縮截面2處的靜壓頭。解水的體積流量qv2.5L/s

15、2.5 10截面1處的流速U1qV4 d22 5 10 31.274m/s截面2處的流速U2d1u1d-d2-0 052 4.21.27420.050.0255.1m / s在截面1與2之間列伯努利方程,忽略能量損失。P1g2P1U1g2gJ 121 0 0251 274.P2g 0.05 "V 22U22g0.025截面2處的靜壓頭h20.218m水柱負(fù)值表示該處表壓為負(fù)值，處于真空狀態(tài)。h22 9 8125 1.9 81.【1-17如習(xí)題1-17附圖所示的常溫下操作的水槽，卜面的出水管直徑為 57mm 3.5mm °當(dāng)出水閥全關(guān)閉時,壓力表讀數(shù)為 30.4kPa 。而閥

16、門開啟后，壓力表讀數(shù)降至20.3kPa。設(shè)壓力表之前管路中的壓頭損失為試求水的流量為多少m3/h?0.5m水柱,習(xí)題1-17附圖I對解出水閥全關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)30. 4kPa （表壓）能反映出水槽的水面距出水管的高度晅 3 3.1mg 103 9.81閥門開啟后，壓力表讀數(shù)P220.3kPa （表壓）U2從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速2正+經(jīng)+ Hfg 2gZ1 h 3.1m, H f0.5m水柱3.1 3 上 0.510 9.81 2 9.81u2 3.23m/s d 0.05m習(xí)題1-20附圖水的流量2.qVd u24解從伯努利方程得知，等直徑水平管的壓頭損

17、失Hf與壓力降 p的關(guān)系為Hfp。 gH f 水=-p水g349 101000 9 814.99 m水柱【1-19如習(xí)題 1-19HY-p油g附圖所示，有49 103880 9 8149 1031830 9 815.68m油柱2.73m硫酸柱高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為57mm 3.5mm。已知水在管路中流動的機(jī)械能損失為2hf 45 (u為管內(nèi)流速2）。試求水的流量為多少欲使水的流量增加20% ,應(yīng)將高位槽水面升高多少解管徑d 0.05m,機(jī)械能損失hf 45（1）以流出口截面處水平線為基準(zhǔn)面,5m, Z2 0,0,U2?習(xí)題1-19附圖U2水的流量qV(2)q1v12Z'1g 23(u&

18、#39;2)高位槽應(yīng)升高2U22U245 22Z1g5-9.8146231.46 m/s4d2u20.2 qV0.0521.4633 一2.87 10 m /s10.3m3/ h1.2qV Ci 21.2U21.2 1.46 1.75 m/sZ,23 (1.75)219.817.81 m7.18 5 2.18 m0.052 3.23 6.34 10 3m3/s 22.8 m3 / h 4【1-18】若用壓力表測得輸送水、油（密度為 880kg/m3）、98%硫酸（密度為1830kg/m3）的某段水平等直徑管路的壓力降均為49kPa 。試問三者的壓頭損失的數(shù)值是否相等？各為多少M(fèi)液柱?【1-20

19、如習(xí)題1-20附圖所示，用離心泵輸送水槽中的常溫水。泵的吸入管為32mm 2.5mm,管的下端位于水面以下2m,并裝有底閥與攔污網(wǎng)，該處2的局部壓頭損失為8 上。若截面2 2'處的真空度為 39.2kPa ,由1 1'截面至2 2'截面的壓2g1 2頭損失為 一 一。試求：(1)吸入官中水的流重，m /h； (2)吸入口 1 1'截面的表壓。2 2g，一解管內(nèi)徑 d 0.032 0.0025 2 0.027mm,水密度 1000kg/m3截面2 2'處的表壓 p239.2kPa ,水槽表面 p1 0 (表壓)(1)從0 0'至2 2',

20、0 0'為基準(zhǔn)面,壓頭損失Hf乙0,Z23 m, Uo0,U221U2=82g2 2g22乙PoUoZ2P2U2g2gg2g12g 239.2382U2103%+ _Hf2U21000 9.812 9.812 9.81U21.43m/ s習(xí)題1-25附圖水的流量qV d 2u24(2)從 1 1'至2 2',乙23 .3600 (0.027)1.43 3600 2.95 m/h40,Z2 52Rr P21 U2Z2g g 22gp 339.2 10311.4325 -1000 9.811000 9.81 2 2 9.81Pi 10.4 103Pa 10.4kPa(表壓)

21、流體的黏度【1-21】當(dāng)溫度為 20c及60c時，從附錄查得水與空氣的黏度各為多少？說明黏度與 溫度的關(guān)系。解 20 C60 C水 1.005 10 3Pa s 0.469 10 3 Pa s空氣 18.1 106 Pa s 20.1 10 6Pa s水溫度升高，黏度減??；空氣溫度升高，黏度增大。雷諾數(shù)與流體流動類型【1-22】25 c的水在內(nèi)徑為 50mm的直管中流動，流速為 2m/s。試求雷諾數(shù)，并判斷 其流動類型。解 25 C,水的黏度0.8937 10 3 Pa s ,密度997kg / m3 ,管內(nèi)徑 d 0.05m ,流速Re du- 0.05 2 997 1.12 105 400

22、0 為湍流 0.8937 10 3【1-23（1）溫度為20C、流量為4L/s的水，在 57mm 3.5mm的直管中流動，試判斷流動類型；（2）在相同的條件下，水改為運(yùn)動黏度為4.4cm2/s的油，試判斷流動類型。解 （1） d 0.05m, qV 4 103m3/s,1.005 10 3 Pa s,998.2 kg/m3流速uqV4 10 32.038 m/s24d24 (0.05)中出物 du 0.05 2.038 998.25雷箱數(shù) Re 3 1.01 10400M湍流1.005 10242(2) v 4.4cm /s 4.4 10 m /s雷諾數(shù)Re du 044*232 2000為層

23、流（1）管中水的流量由小變大,【1-24】20 c的水在 219mm 6mm的直管內(nèi)流動。試求:當(dāng)達(dá)到多少 m3/s時，能保證開始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流；（2）若管內(nèi)改為運(yùn)動黏度為014cm2/s的某種液體，為保持層流流動，管中最大平均流速應(yīng)為多少？解（1）水，20 C,998.2kg /m3,1.005 10 3Pa s,d 0.207mRedu40000.207 u 998.21.005 10u 0.01945m/s體量流量 qV-d2u 0.207 2 0.01945 6.54 10 4 m3 /s44(2)2420.14cm / s 0.14 10 m /sdu0.207uRe 2000 4 u

24、 0.135m/s0.14 10管內(nèi)流體流動的摩擦阻力損失【1-25如習(xí)題1-25附圖所示，用 U形管液柱壓差計(jì)測量等直徑管路從截面A到截面B的摩擦損失 hf。若流體密度為 ，指示液密度為。，壓差計(jì)讀數(shù)為Ro試推導(dǎo)出用讀數(shù)R計(jì)算摩擦損失hf的計(jì)算式。解 從截面A到截面B列伯努利方程，截面A為基準(zhǔn)面,則得巫 Hg a hf p Pa Pb Hpghf1液柱壓差計(jì) 1-1為等壓面Pa R g Pb H g R 0g2Pa Pb R由式與式2得此式即為用U形管壓差計(jì)測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失的計(jì)算式?！?-26如習(xí)題1-26附圖所示，有57mm 3.5mm的水平管與垂直管，其中有溫度為 20

25、c的水流動，流速為 3m/s。在截面 A與截面 B處各安裝一個彈簧壓力表，兩截面的距離為6m,管壁的相對粗糙度/ d 0.004。試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同？如果不同，試說明其原因。如果用液柱壓差計(jì)測量壓力差，則兩個直管的液柱壓力計(jì)的讀數(shù) R是否相同？指示液為汞，其密度為 13600 kg /m3。解已知管內(nèi)徑 d 0.05m,水的溫度 t=20 C密度998.2 kg/m3 , 黏度 1.004 10 3 Pa s流速u 3m/s雷諾數(shù)Re du0.05 3 998.2 一八，c5 年江3 1.49 10 儷流1.004 103管壁相對粗糙度0.004 d查得摩擦系數(shù)

26、0.0293這兩個直管的摩擦阻力損失相同，為hfl u2600293 0.0515.8 J / kg(1)彈簧壓力表讀數(shù)之差值水平管在A、B兩截面列伯努利方程gZAPa2UagZBPb2 Ub 萬hf因 ZaZb, UaUb ,故得Pa Pbhf 998.215.815770Pa15.77kPa垂直管在A、B兩截面間列伯努利方程，以截面為基準(zhǔn)面,Za 0,Zb6m, Ua UbPa_gZB巫hfpA pBgZB hf 998.2 9.81 6 998.2 15.8 74530Pa 74.53 kPa上述計(jì)算結(jié)果表明，垂直管的Pa Pb大于水平管的Pa Pb。這是因?yàn)榱黧w在垂直管中從下向上流動時

27、，位能增大而靜壓能減小。（2）U形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R水平管與前面相同，由伯努利方程得Pa Pbhfa另從U形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡，求得Pa R gPb R 汞gr 2A EB（b）g（汞 ）由式a與式（b）,求得hf998 2 15 8R f- . 0 1276m 汞柱 127 6mm 汞柱g（汞）9.81 （13600 998.2）垂直管與前面相同，由伯努利方程得(c)Pa PbgL hf另從U形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡，求得Pa R g Pb L g R 汞 gPa Pb L gR g （汞 ）由式c與式d ,求得R g(汞hf從上述推導(dǎo)可知，垂直管與水平管的液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R相同。

28、有了讀數(shù)R值，就可以分別用式 b及式d求得水平管及垂直管的（pA pB）o【1-27】有一輸送水的等直徑（內(nèi)徑為d）垂直管路，在相距 H高度的兩截面間安裝一 U形管液柱壓差計(jì)。當(dāng)管內(nèi)水的流速為u時，測得壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)為Ro當(dāng)流速由u增大到u'時，試求壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)R'是R的多少倍。設(shè)管內(nèi)水的流動處于粗糙管完全湍流區(qū)。解從習(xí)題2-25與習(xí)題2-28可知，U形管液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R與兩截面間流體流動的摩擦損失 hf成正比，即 R hf。又知道，在粗糙管完全湍流區(qū)為阻力平方區(qū)，即摩擦損失hf與流體流速u的平方成正比，hf由上述分析可知 R u222因此 EjR'

29、 Ru4 R uu【1-28水的溫度為 10 C,流量為330LZh,在直徑57mm 3.5mm、長為 100m 的直管中流動。此管為光滑管。(1)試計(jì)算此管路的摩擦損失;(2)若流量增加到990L/ h ,試計(jì)算其摩擦損失。解水在10 c時的密度999.7 kg/ m3 ,黏度1.306 10 3 Pa s, d0.05m, l 100m ,光滑管。(1)體積流量qV 330L/h 0.33m3/ h因流量是原來的3倍，故流速u0.0467 3 0.14 m/s、qx/0 33流速 u q . 0.0467 m/s3600 d2 3600 - 0 05244.中坐將du005 0.0467

30、999.7 雷法數(shù) Re u- 3 1787 層流1.306 10摩擦系數(shù)竺_64 0.0358Re 178722摩擦損失hf- 00358 - J一7-=0.0781 Jd 20.052雷諾數(shù) Re 1787 3 5360湍流對于光滑管，摩擦系數(shù)用Blasius方程式計(jì)算0.31640.25Re0.3164(5360)0.250.037也可以從摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)聯(lián)圖上光滑管曲線上查得，0.037。.22摩擦損失hf- - =0.037 - (-)-=0.725 J/kgd 20.052【1-29】試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑：(1)如習(xí)題1-29附圖(a)所示，套管式換熱器外管

31、為219mm 9mm ,內(nèi)管為 114mm 4mm; (2)如習(xí)題1-29附圖(b)所示，列管式換熱器外殼內(nèi)徑為500mm ,列管為 25mm 2mm的管子174根。f對集骨亡梅林其內(nèi)行交百解（1）套管式換熱器，內(nèi)管外徑d1習(xí)題1-290.114m ,附圖外管內(nèi)徑 d2 0.201m當(dāng)量直徑de d2 d1 0.2010.1140.087m（2）列管式換熱器，外殼內(nèi)徑d2 0.5m,換熱管外徑d1 0.025m,根數(shù) n 174 根當(dāng)量直徑 de4if(d2,2、nd1 )nd1)_22(0.5)174 (0.025)0 5 174 0 0250.0291m120m長的水平管。管路截面為長【1

32、-30常壓下 35 c的空氣，以 12m/s的流速流經(jīng)方形，高300mm ,寬200mm，試求空氣流動的摩擦損失，設(shè)0.0005。det 35C,1.147kg/m3,18.8510 6 Pa s ,流速u 12m/s o管路截面的高a 0.3m,0.2m。當(dāng)量直徑2ab 2 0.3 0.2 de0.24ma b0.3 0.2雷諾數(shù)Redeu0.24 12 1.147-61.7518.85 10 6105湍流0.0005, de查得=00192, l 120m摩擦損失hfl 20.0192de 2120 1220 242691J / kg【1-31】把內(nèi)徑為20mm、長度為2m的塑料管（光滑管

33、），彎成倒 U形，作為虹吸管使用。如習(xí)題 1-31附圖所示，當(dāng)管內(nèi)充滿液體，一端插入液槽中，另一端就會使槽中的液體自動流出。液體密度為1000kg/m3,黏度為1mPas。為保持穩(wěn)態(tài)流動，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸?夜量為1.7m3 / h ,虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離h需要多少M(fèi) ?解 已知 d 002m, l 2m,103kg/m3, =1mPa體積流量qV 1.7m3 / h、士qV 1 7/3600流速 u 1.504m/s-d2- 0.02244從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式,Reulh2gddu0.02 1.504 1000以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面2u可光滑管，查得

34、1 1033.01 104 湍流0.0235,管人口突然縮小0.5U形管（回彎頭）1.52 h 1 0.0235 _0.02習(xí)題1-31附圖習(xí)題1-32附圖持不變,試求兩槽液面的垂直距離在高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計(jì)算H,以低位槽液面為基準(zhǔn)面。P10（表壓），p2 0.16106 Pa,兩槽流速 U1 U2 0 ,Z1H Z9, 20,管內(nèi)流速1m/s,管徑 d 0.106m液體密度765kg /黏度1.7 10 3Pa s雷諾數(shù)Redu0.1061 7651.7 10 34.77 104 湍流/ d 0.002,查得0.0267管長l 30160190m ,閥門50,高位槽的管入

35、口0.5,低位槽管出口=1, 90°_ 2一 1 504 一 一0.5 1.5 15° 0.617m2 9.81【1-32如習(xí)題 1-32附圖所示，有黏度為1.7mPa s、密度為765kg/m3的液體，從高位槽經(jīng)直徑為114mm 4mm的鋼管流入表壓為0.16 MPa的密閉低位槽中。液體在鋼管中的流速為1m/s,鋼管的相對粗糙度 /d 0002 ,管路上的閥門當(dāng)量長度le 50d。兩液槽的液面保彎頭 0.75P2H -g0 16 106.765 9 81 led0 02672 u 2g里50 0 106120 5 1 0 75.2 9 8123.9m（1-33 1如習(xí)題1

36、-33附圖所示,用離心泵從河邊的吸水站將20 c的河水送至水塔。水塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為34.5m 。管路為 114mm 4mm的鋼管，管長 1800m ,包括全部管路長度及管件的當(dāng)量長度。若泵的流量為水從泵獲得的外加機(jī)械能為多少？鋼管的相對粗糙度0.002。 d解 水在 20 c 時 998.2kg/m3,3 -1.004 10 Pa s30m3 / h ，試求習(xí)題1-33附圖d 0.106m, l le1800m流量qV30 m3/h流速qV4d230/36000.9448m/s(0.106)2duRe 0.1060.9448 998.231.004 104.、9.96 10湍流查

37、得 0.0252摩擦阻力損失hf2 _ _2u- 0.0252儂空幽0.1062191J/kg以河水水面為基準(zhǔn)面,從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程。外加機(jī)械能u20.94482Z2g hf 34.5 9.81 191 530 J / kg【1-34如習(xí)題1-34附圖所示，在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過程中，若輸水管長度由最初技術(shù)方案縮短 25% ,水塔高度不變，試求水的流量將如何變化？變化了百分之幾？水在管中的流動在阻力平方區(qū)，且輸水管較長，可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭。解 在水塔高度 H不變的條件下，輸水管長度縮短，輸水管中的水流量應(yīng)增大。從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程，求得l

38、 u2H H f d 2g因水塔高度 H不變，故管路的壓頭損失不變。管長縮短后的長度l'與原來長度l的關(guān)系為l'0.73在流體阻力平方區(qū),摩擦系數(shù)恒定不變，有習(xí)題1-34附圖故流速的比值為uj u 流量的比值為q,V qVH 'f Hf2 l'(u')d 2g0.75l (u')2d 2gd 2g2J_ u_ d 2g075 1.1551.155 流量增加了 15.5%100km ,油管最大s。假設(shè)輸油管水管路計(jì)算【1-35】用168mm 9mm的鋼管輸送流量為60000kg / h的原油，管長為承受壓力為15.7MPa。已知 50c時油的密度為

39、890kg/m3 ,黏度為181mPa 平鋪設(shè)，其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì)，試問為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個加壓站?解 d 0.15m, l 100km, qmqv60000kg/h3890kg/m ,60000/3600890181mPa s3 =0.01873 m /sqVd24hf2- - =890 0.0818 d 232100 101 067二 =2.73 107Pa0.1527.3 MPa0 018731.06m / s_ 0 152 . 4duRe 0.15 1.06 890 -c法3- 782層流181 10 364640.0818Re 782因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈?，其流體的

40、壓力降為油管最大承受壓力為15.7MPa加壓站數(shù) n氾1.7415.7需設(shè)置2級加壓，每級管長為50km ,每級的 p 27.3/213.65MPa ,低于油管最大承受壓力?！?-36如習(xí)題1-36附圖所示,溫度為20 c的水，從水塔用108mm 4mm鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m ,管路長度為150m （包括管件的當(dāng)量長度）。試求管路的輸水量為多少m3/ h ,鋼管的相對粗糙度0.002。解 水，t 20C,998.2kg/m3, =1.004 10 3Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為hf Hg 12 9.81 118J / kg管內(nèi)水的流速u未知，摩

41、擦系數(shù) 不能求出。本題屬于已知 l 150mA d 0.1m、/ d 0.002、 hf 118J/kg,求 u與 qV 的問題。ulg/d372.51 l d 2d hf2 0.1 1180.002150lg3.72.51 1.004 10 3 1500.1 998.22 0.1 1182.55 m/ s驗(yàn)算流動類型duRe 0.1 2.55 998.21.004 10 32.54 105 湍流體積流量qV4d2u36002一 0.12.5543600 72.1m3/ h習(xí)題1-36附圖習(xí)題1-37附圖【1-37如習(xí)題1-37附圖所示，溫度為 20 c的水，從高位槽A輸送到低位槽B,兩水槽的

42、液位保持恒定。當(dāng)閥門關(guān)閉時水不流動，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa。當(dāng)管路上的閥門在一定的開度下，水的流量為1.7m3/h ,試計(jì)算所需的管徑。輸水管的長度及管件的當(dāng)量長度共為42m ,管子為光滑管。本題是計(jì)算光滑管的管徑問題。雖然可以用試差法計(jì)算，但不方便。最好是用光滑2管的摩擦系數(shù)計(jì)算式-24 （適用于2.5 103 Re 105）與 hf ，u及u -q2 ,推導(dǎo)Re0.f d 2d2一個 hf與qv及d之間的計(jì)算式。解水在 20c時998.2kg/m3,1.004 10 3 Pa s水的流量1.7m3Xh ,管長及管件當(dāng)量長度l 42m閥門關(guān)閉時，壓力表可測得水槽離

43、壓力表測壓點(diǎn)的距離Ha與Hb兩水槽液面的距離H Ha Hb 8.17 3.06 5.11mHaPa801038.17mg998.29.81HbPb301033.06mg998.29.81以低位槽的液面為基準(zhǔn)面，從高位槽A的液面到低位槽 B之間列伯努利方程，得管路的摩擦損失hf與H的關(guān)系式為hf Hg 5.11 9.81 50.1 J / kg對于水力光滑管， hf與qv及d之間的計(jì)算式為0.251 75.hf0.241I 真d0.251 75.d4.750.2411 -qV一hf代入已知數(shù)d4.750241 4231.004 100 25.998.2_1 75(1.7/3600)50?1求得管

44、內(nèi)徑為d 0.0205m驗(yàn)證Re范圍,44 998.2.du_qV q600 29000d 3.14 1.004 100.0205湍流符合計(jì)算式中規(guī)定的Re范圍【1-38 如習(xí)題1-38附圖所示，水槽中的水由管C與D放出,兩根管的出水口位于同一水平面，閥門全開。各段管內(nèi)徑及管長（包括管件的當(dāng)量長度）分別為習(xí)題1-38附圖AB BC BDd 50mm 25mm 25mml le 20m 7m 11m試求閥門全開時，管 C與管D的流量之比值，摩擦系數(shù)均取0.03。解 從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程，以出水口的水平面為基準(zhǔn)面，得2gH fABBC管的壓頭損失BD管的壓頭損失H fBD2u DH fBCH fABH fBD2g2HfBC(b)dBC 2g2(J巫5(c)dBD 2g(a)將式b與式c代入式a ,得1 (l BC 21U cd BC1(lle )BDUcd BCUd 1 1(lLbc:d BC(l le)BD 2U DdBD111 0.030.025 1 231 0.03 0.025因dBC dBC ,故流量之比值qC= 4 1.23qVDUD【1-39】有一并聯(lián)管路，輸送 20c的水。若總管中水的流量為9000m3/h ,兩根并聯(lián)管的管徑與管長分別為d1 500mm,l1 1400m;d2 700mm,l2 800m °試求兩根并聯(lián)管中的流