第一章--流體流動(dòng)

1、【0-1】1m3水中溶解0.05kmolCO2,試求溶液中C02的摩爾分?jǐn)?shù)，水的密度為100kg/m 3 解水 1000 kg/ m3鯉 kmol/ m318C02的摩爾分?jǐn)?shù)0.05xX ecu 10000 05 .188.99 10【0-2】在壓力為101325 Pa、溫度為25 C條件下，甲醇在空氣中達(dá)到飽和狀態(tài)。試求:(1)甲醇的飽和蒸氣壓 質(zhì)量濃度Pa ； (2)空氣中甲醇的組成，以摩爾分?jǐn)?shù)yA、質(zhì)量分?jǐn)?shù)A、濃度A表示。解 (1)甲醇的飽和蒸氣壓 p Alg p.A 7.197361574.9925 238.86.p A 16.9kPa(2)空氣中甲醇的組成摩爾分?jǐn)?shù)yA16.9101.

2、3250.167質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.167 320.167 32 (1 0.167) 290.181濃度CaPaRT36.82 10 kmol/ m8.314 298質(zhì)量濃度AcaM a = 6.82 10 3 320.218 kg / m【0-3】1000kg的電解液中含 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10%、H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%，用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分離后的濃縮液中含NaOH 50%、NaCl 2%、H2O 48%，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試求：(1)水分蒸發(fā)量；(2)分離的食鹽量；(3)食鹽分離后的濃縮液量。在全過(guò)程中，溶液中的NaOH量保持宀解電解液1000kg濃縮液中NaOH10

3、00 X0.l=100kgNaOH=0.5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH1000X 0.l=100kgNaCl=0.02(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HO1000X0.8=800kgH2O=0.48(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在全過(guò)程中，溶液中NaOHt保持一定，為100kg濃縮液量為 100/0.5 200kg200kg濃縮液中，水的含量為200 X0.48=96kg，故水的蒸發(fā)量為800-96=704kg濃縮液中 NaCl的含量為 200X0.02=4kg，故分離的NaCl量為100-4=96kg第一章流體流動(dòng)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 104Pa。試分別求出A、B二容器中氣體的

4、絕對(duì)壓力為若干帕，該處環(huán)境的大氣壓力等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。解標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為101.325kPa容器 A 的絕對(duì)壓力Pa 101.325+60 161.325 kPa容器B的絕對(duì)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?01.3kPa。試求此設(shè)備的進(jìn)、出口的絕對(duì)壓力及進(jìn)、出的壓力差各為多少帕。解進(jìn)口絕對(duì)壓力P進(jìn)101.3 1289.3 kPa出口絕對(duì)壓力P出101.3157258.3 kPa進(jìn)、出口的壓力差p157 ( 12)157 12169kPa 或 p 258. 389. 3169 kPa0.4，試求該混

5、合液在20 C下流體的密度【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)正辛烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4 1000.4 100 0.6 1140.36921 0.369 0.631從附錄四查得 20 C下正庚烷的密度1 684kg / m3，正辛烷的密度為2 703 kg/m3混合液的密度10.3690.631684703696kg / m3【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(shí)，苯的密度為879kg / m3

6、，甲苯的密度為867 kg/m3?；旌弦好芏萴 879 0.4 867 0.6 871.8 kg / m3【1-5】有一氣柜，滿裝時(shí)可裝6000m3混合氣體，已知混合氣體各組分的體積分?jǐn)?shù)為h2n2coco2ch40.4 0.2 0.32 0.070.01(1)混合氣體在操作條件下的密度;操作壓力的表壓為5.5kPa，溫度為40 C。試求:混合氣體的量為多少kmol。解 T 27340313K，p 101. 35. 5106. 8 kPa（絕對(duì)壓力）混合氣體的摩爾質(zhì)量Mm 2 0.4 28 0.2 28 0.3244 0.07 16 0.01 18.6 kg / kmol(1)混合氣體在操作條件

7、下的密度為pMm m RT106$ 18.6 0.763 kg/m38.314 313(2)混合氣體V6000m3，摩爾體積為Mm 竺 m3/kmol0.763混合氣體的量為V nMm6000 .763246 kmol18.6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高出2m,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.2kPa。試求： 管子上端空間的絕對(duì)壓力；(2)管子上端空間的表壓；(3)管子上端空間的真空度;氯化碳液柱較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)管子上端空間的絕對(duì)壓力p絕(4)若將水換成四氯化碳，管中四

8、在水平面1 1處的壓力平衡，有P絕gh 大氣壓力p絕 101200 1000 9.81 2 81580 Pa（絕對(duì)壓力）習(xí)題1-6附圖管子上端空間的表壓p表p絕-大氣壓力=81580 10120019620 Pa(3)管子上端空間的真空度p真p真=-p表 =-1962019620 Pa槽內(nèi)為四氯化碳，管中液柱高度h水hhCCl41000 2h1.25 m1594【1-7】在20 C條件下，在試管內(nèi)先裝入 12cm咼的水銀，再在其上面裝入5cm咼的水。試求試管底部的絕對(duì)壓力為多少Pa。101kPa。水銀的密度為 13550kg /m3，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榻?水的密度 水=998kg / m3103P

9、a3p 101 100.12 135500.05 9989.81117.4【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(cè)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31400kg / m ）； （2）A、B兩個(gè)彈簧壓力壓）為29.4kPa。試求：（1）壓差計(jì)讀數(shù)（指示液密度為表的讀數(shù)。解容器上部空間的壓力p 29.4kPa（表壓）液體密度31250kg/m，指示液密度 1400kg /（1）壓差計(jì)讀數(shù) R=?在等壓面P1P1P1 P2. 2 h3.2h RghgR2.2 h0gg R0gPARg0,故 R

10、 03.2 1 g【1-9】如習(xí)題 1-929 4103 2 212509 8156 429 4 1031 2 12509.8144 1附圖所示的測(cè)壓差裝置，其1 er-j1I1 11二習(xí)題1-8附圖3 m103 Pa103Pa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，p p1PiPa H 水 gP1 Pb0.5 H R 水 g R 汞g習(xí)題1-9附圖由以上三式，得0.15m,汞13600 kg / m3,Pb0.1513600 9.810.513.64103 Pa 13.64kPaPa已知R0.151000 9.81【1-

11、10】常溫的水在如習(xí)題1-10附圖所示的管路中流動(dòng)，為測(cè)量A、B兩截面間的壓力差，安裝了兩個(gè)串聯(lián)的U形管壓差計(jì)，指示液為汞。測(cè)壓用的連接管中充滿水。兩管的連接管中，充滿空氣。若測(cè)壓前兩兩點(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。U形壓差計(jì)的水銀液面為同一高度，試推導(dǎo)解設(shè)測(cè)壓前兩 U形壓差計(jì)的水銀液面,距輸水管中心線的距離為 H。在等壓面22處R1R1P2PaHT水gRi汞gR2P 2PbH2水gR2汞g因P2 P2 ,由上兩式求得水氣PaPb(R1&)汞2g因氣水R22Pa PbR1R2水汞-g【1-11】力了排除煤氣管中的少量積水,附圖所示水封設(shè)備，使水由煤氣管路上的垂直管排出。

12、已知煤氣壓力為 10kPa (表壓)，試計(jì)算水封管插入液面下的深度h最小應(yīng)為若干米。解 h上1.02mg 1000 9.81流量與流速F處內(nèi)f痕圧I用如習(xí)題1-11的管中輸送到某處。若其流速為習(xí)題1-11附圖【1-12】有密度為1800 kg / m3的液體，在內(nèi)徑為60mm0.8m/ s，試求該液體的體積流量(m3/ h)、質(zhì)量流量kg / s與質(zhì)量流速kg/ m2 s 。解(1)體積流量0v一 d2u 0.0620.8442.26 10 3m3 /s 8.14 m/h(2)質(zhì)量流量qm3qV2.26 1018004.07 kg / sq 4 072(3)質(zhì)量流速=土 = 一:=1440 k

13、g/(m s)A _ 0 0624【1-13】如習(xí)題 1-13附圖所示的套管式換熱器，其內(nèi)管為33.5mm 3.25mm，外管為60mm 3.5mm。內(nèi)管中有密度為1150kg/m、流量為5000kg/ h的冷凍鹽水流動(dòng)。內(nèi)、外管之間的環(huán)隙有絕對(duì)壓力為0.5MPa,進(jìn)、出口平均溫度為0C，流量為160kg/h的氣體流動(dòng)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0 C,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4內(nèi) 33.5 3.25 2 27mm 0.027 m液體質(zhì)量流量5000kg / h，體積流量50003 /qvm/流速5000/1150氣體

14、質(zhì)量流量160 kg/h密度流速體積流量160 /5.92習(xí)題1-13附圖qm器mA h1.2 血 5.92kg/1013255.67 m/ s2 23600 0 0530 0335410l/h習(xí)題1-14附圖2.11236000 0274【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1.0m/ 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(wú)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/ m31000 kg/m3主管的流量qmqm1qm2201030t/h 30103

15、kg/h體積流量qv險(xiǎn)30 103100030m3/h，流速u(mài) 1.0n/ s管徑 d3600 0.785 1.0300.103m 103 mm選擇 108mm 4mm無(wú)縫鋼管，內(nèi)徑為 d 100mm,主管內(nèi)水的流速30/36001.06 m / s4dW)2【1-15】若管內(nèi)湍流速度分布為1/ 7rUmax 1，試推倒此時(shí)的RmaxR丄R/7解 Vs 0 2 |rdr 2 Vmax 0 1 r Rrdr令-PR x, r R 1 x ,dr RdxRdx122 R Vmaxdx其中8151 77490 8151207877157=_ X - x則衛(wèi) 二匚949VmaxR Vmax12060連

16、續(xù)性方程與伯努利方程1處的流速為 0.5m/s，【1-16】常溫的水在如習(xí)題1-16附圖所示的管路中流動(dòng)。在截面1處產(chǎn)生 1m高的水管內(nèi)徑為200mm，截面2處的管內(nèi)徑為 100mm。由于水的壓力，截面柱。試計(jì)算在截面 1與2之間所產(chǎn)生的水柱咼度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）解U1 0.5m/sd1 0.2m, d20.1mU2U1d1d220.52(2) 2m / sP1P22U2P P1 P22U1.P22U222U11.8751875h g 1000 9.812220.522 151.875 1000 1875Pa0.191m 191mm另一計(jì)算法習(xí)題1-16附圖2 2piUiP

17、2U2g 2g g 2gh pi P2 u； u； 22 0520191mg 2g 2 9.81計(jì)算液柱高度時(shí)，用后一方法簡(jiǎn)便?！?-17】在習(xí)題1-17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,d22.5cm，液柱高度 h2處的靜壓頭。習(xí)題1-18附圖解水的體積流量CV2.5|_/s 2.510 3 m3 / s，截面1處的流速Q(mào)vU12.5 10 31.274m /sd：0 0524422截面2處的流速U2 U1d111.2740.055.1m / sd20.0251m。若忽略壓頭損失，試計(jì)算收縮截面在截面1與2之間列伯努利方程，忽略能量損失。2P1U1P22

18、U2g 2gg2gP1 h d110.051 0.025g22221.2745.11 0 025 h2 2 9.812 9.81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)?！?-18】如習(xí)題1-18附圖所示的常溫下操作的水槽， 下面的出水管直徑為 57mm 3.5mm。當(dāng)出水閥全關(guān)閉時(shí)， 壓力表讀數(shù)為30.4kPa。而閥門(mén)開(kāi)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0.5m水柱,試求水的流量為多少 m3 / h ?解 出水閥全關(guān)閉時(shí)，壓力表讀數(shù)30. 4kPa （表壓）閥門(mén)開(kāi)啟后，壓力表讀數(shù)330 4 1033.1 m103 9 81-P表

19、 hgP220.3kPa （表壓）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U22竺+竺+g 2gHf水的流量qVd2U24乙 h 3.1m, H f20.3 1033.13109.81u23.23m/s0.5 m水柱2U20.52 9.81d 0.05m2333-0.053.236.34 10 m /s 22.8 m /h4【1-19】若用壓力表測(cè)得輸送水、油（密度為880 kg/m3 ）、98% 硫酸（密度為 1830 kg/m3）的某段水平等直徑管路的壓力降均為49kPa。試問(wèn)三者的壓頭損失的數(shù)值是否相等？各為多少米液柱?解 從伯努利方程得知，等直徑水平管的壓頭損失H

20、f與壓力降p的關(guān)系為H f P。g=p49103水g10009.81=p491031油g8809.81p49103硫酸g18309.815.68m油柱2.73m硫酸柱H f油H f硫酸H f水4.99m水柱【1-20】如習(xí)題1-20附圖所示，有高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為57mm 3.5mm。已知水在管路中流動(dòng)的機(jī)械能損失為使水的流量增加2hf 45 U2 （u為管內(nèi)流速）。試求水的流量為多少20%，應(yīng)將高位槽水面升高多少米？3/h。欲解管徑d0.05m，機(jī)械能損失hf 45（1）以流出口截面處水平線為基準(zhǔn)面，0, U2？2U2乙 5m, Z20,2U2Ng習(xí)題1-20附圖U2 465 91.46

21、m/s23水的流量qv 4d2U223330.051.462.87 10 m /s 10.3 m/h(2)qv1 0.2 qv1.2qvU 21.2U21.2 1.46 1.75 m/s2Z；g 23(U2)Zi四 7.81 m23 9.81高位槽應(yīng)升高7.18 52.18 m【1-21】如習(xí)題1-21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)，該處的局部壓頭損失為2128二。若截面2 2處的真空度為 39.2kPa，由1 1截面至2 2截面的壓頭損失為- 二。2g2 2g試求：（1）吸入管中水的流量，m3/h ; （

22、2）吸入口 1 1截面的表壓。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，水槽表面初 0 （表壓）(1)從00至22, 00為基準(zhǔn)面，乙0,Z23 m, u00,u2?U； + 1 u；1 U；壓頭損失Hf8=82g 2 2g2 2gZ1P02U07P2Z22U2Hfg2gg2g0 339.21032U281U；10009.812 9.812 2 9.81U21.43m/ s水的流量qvd2u2 3600(0.027)21.43 36002.95 m/ h44從11至22,乙0,Z25PZ2P221 U2gg22

23、gP539.2 10311.4321000 9.811000 9.8122 9.81P110.4103Pa 10.4kPa(表壓)流體的黏度【1-22】當(dāng)溫度為 20 C及60 C時(shí)，從附錄查得水與空氣的黏度各為多少？說(shuō)明黏度與溫度的關(guān)系。解20 C60 C水31.005 10 Pa s30.469 10 Pa s空氣18.1 10 6 Pa s20.1 10 6Pa s水溫度升卜高，黏度減小；空氣溫度升高，黏度增大。雷諾數(shù)與流體流動(dòng)類(lèi)型【1-23】25 C的水在內(nèi)徑為50mm的直管中流動(dòng)，流速為2m/s。試求雷諾數(shù)，并判斷解 25 C,水的黏度其流動(dòng)類(lèi)型。0.8937 10 3 Pa s，密

24、度997kg / m3，管內(nèi)徑 d 0.05m，流速u(mài) 2m/ sRedu0.05 2 99730.8937 1051.12 104000為湍流57mm 3.5mm的直管中流動(dòng)，試判斷【1-24】（1）溫度為20 C、流量為4L/s的水，在流動(dòng)類(lèi)型；（2）在相同的條件下，水改為運(yùn)動(dòng)黏度為4.4cm2/s的油，試判斷流動(dòng)類(lèi)型。解 d 0.05m, qV4 10 3 m / s,1.005 10 3 Pa s, 998.2kg/ m3流速 u -qV2.038 m/s4d27(0.05)2雷諾數(shù) Re 吒 5 2.038 警 1.01 1054000為湍流1.005 103242(2) v 4.4

25、cm /s 4.4 10 m /s雷諾數(shù)Re乎詈器232 2000為層流【1-25】20 C的水 在219mm 6mm的直管內(nèi)流動(dòng)。試求：（1）管中水的流量由小變大，當(dāng)達(dá)到多少 m3/s時(shí)，能保證開(kāi)始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流；（2）若管內(nèi)改為運(yùn)動(dòng)黏度為0.14cm2/s的某種解(1)水，20 C,液體，為保持層流流動(dòng)，管中最大平均流速應(yīng)為多少？998.2kg / m3,1.005 10 3 Pa s,d 0.207mRedu40000.207 u 998.21.005 10u 0.01945m/ s體量流量.2qV嚴(yán)0.207 20.019456.5410 4m3/s2420.14cm / s 0.14

26、10 m /sRedu20000.207u0.14 10 4u 0.135m/ s管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦阻力損失【1-26】如習(xí)題1-26附圖所示，用 U形管液柱壓差計(jì)測(cè)量等直徑管路從截面A至懺面B的摩擦損失hf。若流體密度為，指示液密度為o，壓差計(jì)讀數(shù)為R。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pA Hg pBhfp Pa Pb Hpghf1液柱壓差計(jì)1-1為等壓面Pa R g Pb H g R 0g2P Pa Pb R 0g H g由式(1)與式2 得hf R 0g此式即為用 U形管壓差計(jì)測(cè)量流體在兩截面之間流動(dòng)的摩擦損失的計(jì)算式?！?

27、-27】如習(xí)題1-27附圖所示，有57mm 3.5mm的水平管與垂直管，其中有溫度為20 C的水流動(dòng)，流速為 3m/s。在截面 A與截面 B處各安裝一個(gè)彈簧壓力表，兩截面的距離為6m,管壁的相對(duì)粗糙度/d 0.004。試問(wèn)這兩個(gè)直7管上的兩個(gè)彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同？如果不同，試說(shuō)明其原因。如果用液柱壓差計(jì)測(cè)量壓力差，則兩個(gè)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998.2kg/m3，黏度 1.004 10 3 Pa s , 流速u(mài) 3m/s雷諾數(shù)Re 虬 5 3 乎1.49 105湍流

28、1.004 10管壁相對(duì)粗糙度0.004d查得摩擦系數(shù)0.0293這兩個(gè)直管的摩擦阻力損失相同，為2 2hf0.0293 - 15.8 J /kgf d 20.05 2(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2 2 gZA匹號(hào)gZB色尋hf因 Za Zb, ua UB ,故得Pa Pb hf 998.2 15.8 15770Pa 15.77kPa垂直管Za 0,Zb L 6m, Ua UbBA= gZBPa 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從下向上流動(dòng)時(shí)，位能增大而靜壓能減小。P

29、b大于水平管的Pa Pb。這是因?yàn)榱黧w在垂直管中（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PaPb hf另從U形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡,求得PaR g Pb R 汞 gpAR g(汞Pb)(b)由式a與式（b），求得hfR -g(汞)998.2 15.80 1276 m汞柱9.81 (13600998.2)127.6mm 汞柱垂直管與前面相同，由伯努利方程得Pa PbgLhf(c)另從U形管壓差計(jì)等壓面處力的平衡，求得Pa R gPbL gr Pa Pb Lg(汞)由式c與式d，求得hfR -g（汞）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。有了讀數(shù)R值，就

30、可以分別用式b及式d求得水平管及垂直管的（pA pB）?！?-28】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(shí)，測(cè)得壓差計(jì)中水銀指示液讀數(shù)為R。當(dāng)流速由u增大到u時(shí)，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(dòng)處于粗糙管完全湍流區(qū)。解 從習(xí)題2-26與習(xí)題2-29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(dòng)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，hfu2。由上述分析可知因此R2uRu【1-29】水的溫度為2u2u10C,流量為 330L

31、/h，在直徑57mm 3.5mm、長(zhǎng)為100m的直管中流動(dòng)。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990LZ h，試計(jì)摩擦損失。解水在10 C時(shí)的密度999.7kg/m3，黏度1.306 10 3 Pa s, d0.05m, l 100m，光滑管。(1)體積流量q 330L/h 0.33m3/hqV0.33流速 uV0.0467 m/s2 23600 -d 3600 0 0544du0.05 0.0467 999.7Re31787層流1.306 10 36464小 cc c0.0358Re1787hf2 2l u100(0 0467)u0.0358( .) =0.078

32、1 J / kgd 20.052雷諾數(shù)摩擦系數(shù)摩擦損失 體積流量qV 990L/h 0.99 m, h雷諾數(shù)Re1787 3 5360 湍流對(duì)于光滑管，摩擦系數(shù)用Blasius方程式計(jì)算0.31640.31640 250 250037Re.(5360).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,摩擦損失hf丄耳=0.037 (0.14) =0.725 J/kg因流量是原來(lái)的3倍，故流速 u0.0467 3 0.14 m/sd 20.052【1-30】試求下列換熱器的管間隙空間的當(dāng)量直徑:0.037。(1)如習(xí)題1-30附圖所示，套管式換熱器外 管為 219mm 9mm ,內(nèi)管為

33、114mm 4mm ; (2)如習(xí)題1-30附圖(b)所示，列管式1內(nèi)管鵡尋1苛子呻荒 p/ /卜iui心、童旨式擔(dān)嚴(yán)器Ort列式檢牌|習(xí)題1-30附圖d1解（1）套管式換熱器，內(nèi)管外徑0.114m，外管內(nèi)徑 d20.201m當(dāng)量直徑de d2 d1 0.2010.1140.087m（2）列管式換熱器，外殼內(nèi)徑d20.5m，換熱管外徑d10.025m，根數(shù) n 174 根當(dāng)量直徑d2 24 (d2 ndi )4 -(d2 nd1)(0.5)2174 (0.025)20 5 174 0 0250.0291m【1-31】常壓下35 C的空氣，以 12m/s的流速流經(jīng)120m長(zhǎng)的水平管。管路截面為長(zhǎng)

34、方形，高300mm，寬200mm，試求空氣流動(dòng)的摩擦損失，設(shè)& o.。005。解空氣,335C ,1.147kg/m ,18.8510 6Pa s，流速u(mài) 12m/s。管路截面的高a 0.3m,寬 b0.2m。當(dāng)量直徑雷諾數(shù)Re.2ab 2 0.3 0.2024de0.24ma b 0.3 0.2deu0.24 12 1.147618.85 101.75105湍流& 0.0005,查得=0.0192 l 120m摩擦損失hf0.0192 de 20.241222691J / kg【1-32】把內(nèi)徑為e20mm、長(zhǎng)度為2m的塑料管（光滑管），彎成倒 U形，作為虹吸管為保持穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，使槽內(nèi)液面恒定

35、。h需要多少米?使用。如習(xí)題 1-32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(huì)使槽中的液體自動(dòng)流出。液體密度為1000kg/ m3，黏度為1mPa s。解已知d0.02m, l 2m,103kg / m3, =1mPa體積流量qV 1.7m3/h流速qV1 7/3600旦 一 1.504m/sd2 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，u2lh2gd以虹吸管出口截面為基準(zhǔn)面2u2gdu0.02 1.504 1000伙 沁任Re33.01 10 湍流1 103要想使輸液量為1.7m3 / h，虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離【1-33】如習(xí)題1-33附圖所示，有黏

36、度為1.7mPa s、密度為 765kg / m3的液體，從高位槽經(jīng)直徑為 114mm4mm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(duì)粗糙度/d 0.002，管路上的閥門(mén)當(dāng)量長(zhǎng)度le 50d。兩液槽的液面保持不變，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。光滑管，查得0.0235，管入口突然縮小0.5U形管（回彎頭）1. 521 5042h 1 0.02350.5 1.50 .617m0.022 9.81pi0（表壓）,p2 0.16 106 Pa,兩槽流速 ui U2 0 ,H,Z20,管內(nèi)流速

37、u 1m / s,管徑d 0.106m液體密度765 kg/ m3，黏度1.7 10 3Pa s雷諾數(shù)Redu 0.106 1 76531.7 104.77104湍流/d 0.002,查得 0.0267管長(zhǎng)I 30160 190m，閥門(mén)d 50,高位槽的管入口0.5，低位槽管出口=1, 90彎頭 0.75H匹g0 16I led1060 0267765 9 812U跖1900 106500 5 1 0 75 丄2 9 8123.9 m【1-34】如習(xí)題1-34附圖所示,塔進(jìn)水口到河水水面的垂直高度為用離心泵從河邊的吸水站將20 C的河水送至水塔。水34.5m。管路為 114mm 4mm的鋼管，

38、管長(zhǎng)1800m，包括全部管路長(zhǎng)度及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度。若泵的流量為 30m3 / h，試求水從泵獲得的外加機(jī)械能為多少?鋼管的相對(duì)粗糙度 -d0.002。I習(xí)題1-34附圖d 0.106m,l le 1800m流量qv30m3 / h流速30/36000.9448m/sck2 2- (0.106)Redu0.106 0.9448 998.21.004 10 39.96 104 湍流查得0.0252摩擦阻力損失 0.0252 黑 竺邏 191J/kg以河水水面為基準(zhǔn)面,l lhfd 20.1062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Z2g 才hf 34.5 9.81 09；48

39、191 530 J / kg【1-35】如習(xí)題1-35附圖所示，在水塔的輸水管設(shè)計(jì)過(guò)程中，若輸水管長(zhǎng)度由最初方 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(dòng)在阻力平方區(qū)，且輸水管較長(zhǎng)，可以忽略局部摩擦阻力損失及動(dòng)壓頭。解 在水塔高度 H不變的條件下，輸水管長(zhǎng)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. 2H Hf 丄f d 2g因水塔高度H不變，故管路的壓頭損失不變。管長(zhǎng)縮短后的長(zhǎng)度I與原來(lái)長(zhǎng)度I的關(guān)系為I0.751在流體阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)恒定不變，有H f l(u)2d 2g 0.75l (u )2Hfd 2gd 2

40、g丄丄d 2g故流速的比值為uu流量的比值為0751.155qvq1.155 流量增加了 15.5%管路計(jì)算【1-36】用168mm油管最大9mm的鋼管輸送流量為60000kg /h的原油，管長(zhǎng)為100km ,承受壓力為15.7MPa。已知50C時(shí)油的密度為 890kg/m3，黏度為181mPa s。假設(shè)輸油管水平鋪設(shè)，其局部摩擦阻力損失忽略不計(jì)，試問(wèn)為完成輸油任務(wù)，中途需設(shè)置幾個(gè)加壓站?解 d 0.15m, l 100km, qmqv60000kg/h3890kg /m , 181mPa s60000/3600=0.01873 m / s890qVd240 018731.06m / s0 1

41、52415 1 890782 層流181 10 364 竺 0.0818Re 782 因?yàn)槭堑戎睆降乃焦苈?，其流體的壓力降為2=890 0.0818d 2油管最大承受壓力為15.7 MPahf3100 100.152106 =2.73 107 Pa227.3 MPa加壓站數(shù) n 2731.7415.7需設(shè)置2級(jí)加壓，每級(jí)管長(zhǎng)為50km，每級(jí)的 p 27.3/213.65MPa，低于油管最大承受壓力?！?-37】如習(xí)題1-37附圖所示,溫度為20 C的水，從水塔用108mm4mm鋼管，輸送到車(chē)間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m，管路長(zhǎng)度為150m （包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）。試求管路的輸水

42、量為多少m3/h，鋼管的相對(duì)粗糙度0.002。解 水，t 20C,998.2kg/m3,=1.004 10 3 Pa s由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為hf Hg 12 9.81118J / kg管內(nèi)水的流速u(mài)未知，摩擦系數(shù) 不能求出。本題屬于已知I 150m、d 0.1m、/ d 0.002、hf 118J / kg，求 u與 qV 的問(wèn)題。u/d372.51 ld 2dhf2 0 1 118 0 002 2 一g冇1502.51 1.004 100.1 998.21500.1 1182.55 m/ s體積流量qv _d2u 36004習(xí)題1-37附圖0.1 2 2.55 360072.

43、1m, hL - A習(xí)題1-38附圖【1-38】如習(xí)題1-38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1.004 10 3驗(yàn)算流動(dòng)類(lèi)型Re毗 2.55警 2.54 105湍流槽的液位保持恒定。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)水不流動(dòng)，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(mén)在一定的開(kāi)度下，水的流量為1.7m3/h，試計(jì)算所需的管徑。輸水管的長(zhǎng)度及管件的當(dāng)量長(zhǎng)度共為42m，管子為光滑管。本題是計(jì)算光滑管的管徑問(wèn)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)算式更禦（適用于2.5 103 Re 105 ）與hf-U及u ，推導(dǎo)Re.d 2d一個(gè)hf與q

44、V及d之間的計(jì)算式。解 水在 20C時(shí)998.2kg /m3,1.004 10 3 Pa s水的流量1.7m3/h，管長(zhǎng)及管件當(dāng)量長(zhǎng)度I 42m閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，壓力表可測(cè)得水槽離壓力表測(cè)壓點(diǎn)的距離Ha與Hb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Pa80103Ha8.17mg998.29.81Pb30103Hb3.06mg998.29.81H Ha Hb8.173.065.11m兩水槽液面的距離的摩擦損失hf與H的關(guān)系式為hfHg 5.11 9.8150.1 J / kg對(duì)于水力光滑管，hf與及d之間的計(jì)算式為0.251 75hf0.241lqV.4.75 d代

45、入已知數(shù)求得管內(nèi)徑為驗(yàn)證Re范圍0vdd4.75d4.750.2410.0205m424 998 2- 00 3 14 1 004 10 3符合計(jì)算式中規(guī)定的Re范圍【1-39】 如習(xí)題1-39附圖所示,兩根管的出水口位于同一水平面，閥門(mén)全開(kāi)。括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）分別為AB. 251.750.2411 _qXhf1.004 10 3998.2290000 0205水槽中的水由管0.25(1.7/3600)1.75501湍流C與D放出,各段管內(nèi)徑及管長(zhǎng)BC BD50mmle 20m試求閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，管 C與管D的流量之比值，（包25mm 25mm7m 11m摩擦系數(shù)均取0.03。習(xí)題1-39附圖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BCBD2H且2g管的壓頭損失管的壓頭損失將式b與式c代入式HfAB HH fBCH fBD2u DfBC二2g2(l le)BC U CdBC 2g2u D(Ile)BDd BDH fABH fBD(a)(b)(c)1(lle) BC2dU Cd BC1(lle)BDdBDA(1le)BD11110.03UCd BC0.025Udt1(1le)BCt10.