流體流動(dòng)習(xí)題答案

1、23. 10C的水以500L/min的流量流過一根長為300m的水平管，管壁的絕對(duì)粗糙度為0.05mm有6m勺壓頭可供克服流動(dòng)的摩擦阻力，試求管徑的最小尺寸解：這是關(guān)于試差法的應(yīng)用。10oC的水，999.7kg/m3130.77105Pas在管路兩端端列柏努利方程，以管子中心線所在的水平面為基準(zhǔn)面，得PaPbhf6mgg由范寧公式hflu2(1)gd2g(1)在該題中，假設(shè)不是最好的選擇，因?yàn)楣軓讲恢溃缓糜?d反查，且假設(shè)后由于不知道d，也不能求u和Re。(2) 假設(shè)管徑為待求量，但若假設(shè)d，由于實(shí)際生產(chǎn)中管子的規(guī)格多樣，范圍太廣，不易得到準(zhǔn)確范圍。(3) 可假設(shè)u根據(jù)本教材表11，選擇合

2、適的流速代入計(jì)算。自來水的流速為11.5m/s取水的流速為m/s。根據(jù)給出的也可判斷，所計(jì)算的阻力損失和管子的粗糙度有關(guān)，必定為湍流。且流體黏度比較大，必須使u在較大值時(shí)保證水是湍40.5/603.141.30.0904m90.4mmRe此時(shí)由(1)式計(jì)算的62gdlu2129.810.09043001.320.0210du0.09041.3999.713.751048.9910，/d0.05/(0.09041000)0.00055查摩擦系數(shù)圖，0.021，兩者之間一致，假設(shè)合理。管子的直徑為90.4mm24. 某油品的密度為800kg/m3、黏度為41cP，由附圖中所示的A槽送至B槽,A槽的

3、液面比B槽的液面高1.5m。輸送管徑為89mm3.5mm、長50m(包括閥的當(dāng)量長度），進(jìn)、出口損失可忽略。試求：（1）油的流量（m3/h）；（2）若調(diào)節(jié)閥門的開度，使油的流量減少20%此時(shí)閥門的當(dāng)量長度增加多少（m）解：題給條件下，油品的密度800kg/m3，黏度41cp41103Pas（1）在A、B兩槽間列柏努利方程，并以B槽液面為基準(zhǔn)面，得22PAgZAuaPb2ubgZB、2hf,AB其中，PaPb0（表壓），uaub0，zAzB1.5m將以上數(shù)據(jù)代入柏努利方程,g(ZAZB)hf,aB即U214.72此情況下，應(yīng)假設(shè)，求出u之后，計(jì)算Re，由于并未給出粗糙度的值,且流體黏度很大，可先

4、試驗(yàn)層流的磨擦系數(shù)關(guān)系式。假設(shè)流體處在層流區(qū)，有304.964u214.72du/解得u1.21m/sRedu382101.280041101920假設(shè)合理uA214(82103)2360022.99m3/h23m3/h（2）流量減少之后VS0.8VS0.82318.4m3/hVs-d240.8u0.81.210.97m/s此時(shí)流體仍處在層流區(qū),6464Redu/g(ZAZb)I'u264I'u2d2dud21'9討32u9.811.5(82103)2800廠362.21m32411030.87llel'l62.215012.21m閥門開度減小流速下降，直管阻力

5、損失減小，但由于閥門關(guān)小之后，局部阻力損失過大。所以總阻力損失沒變。25. 在兩座尺寸相同的吸收塔內(nèi)，各填充不同的填料，并以相同的管路并聯(lián)組合。每條支管上均裝有閘閥，兩支路的管長均為5m(包括除了閘閥以外的管件局部阻力的當(dāng)量長度)，管內(nèi)徑為200mm通過填料層的能量損失可分別折算為5u2與4u；，式中u為氣體在管內(nèi)的流速，m/s。氣體在支管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)入=。管路的氣體總流量為0.3nVs。試求：(1)當(dāng)兩閥全開時(shí)，兩塔的通氣量；(2)附圖中AB的能量損失。解：(1)并聯(lián)管路中，各支路的阻力損失相等，hfA1bhfA2B那么LAX5U12d2JU2d2直徑200mm管路上的全開閘閥le1.3

6、m，所以u(píng)1Vs,10.0251.3802u2VS,2”0.0251.30.2100.9013MV2V0.3m/s(1)由(1)、(2)解得V10.142m3/sV20.158m3/s(2)取任一支路進(jìn)行能量損失計(jì)算皆可hf,ABl1le1U1d25u；lle2d5)U2(0.0251.320.25)(40.142)3.140.22)109J/kg26. 用離心泵將20C水經(jīng)總管分別送至A、E容器內(nèi)，總管流量為89mVh，總管直徑為127mm5mm。泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)為x105Pa,容器B內(nèi)水面上方表壓為lkgf/cm2。總管的流動(dòng)阻力可忽略，各設(shè)備間的相對(duì)位置如本題附勺題加附圖圖所示。試求：(

7、1)兩支管的壓頭損失Hf,OA,Hf,OB；(2)離心泵的有效壓頭氣。解：(1)在總貯槽液面11'和主管路壓力表之后，記為截面22'，列柏努利方程，并以通過截面2主管路中心線的水平面作為位能基準(zhǔn)面，得P1Z12U1HeP2Z22U2Hf,12g2gg2g22Hep2P1(Z2、U2U1Z1)-Hf,12g2gHf,120其中，P21.93105Pa(表壓)z2z12mU24Vs489d2323600(12752)102.3m/s代入之后得到：He17.94m在截面2和容器A的液面之間列柏努利方程，得2P2U2Z2g2gg止ZA2Ua2gHf,2A其中p21.93105Pa(表壓

8、)pa0(表壓)u22.3m/suA0z2zA16mHf,2A2P2PaU2g2g(Z2zA)19.670.27163.94m由于主管路的阻力可以忽略,Hf,oaHf,2a3.94m同樣可列出截面2到容器B的液面的柏努利方程，解得Hf,OBHf,2B1.96m27.用效率為80%勺齒輪泵將黏稠的液體從敞口槽送至密閉容器內(nèi)，兩者液面均維持恒定，容器頂部壓強(qiáng)表的讀數(shù)為30X103Pa。用旁路調(diào)節(jié)流量，其流程如本題附圖所示。主管流量為14m3/h，管徑為66mm3mm，管長為80m（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。旁路的流量為5nVh，管徑為32mm2.5mm，管長為20m（包括除了閥門外的所有局部阻

9、力的當(dāng)量長度）。兩管路的流型相同,忽略貯槽液面至分支點(diǎn)C之間的能量損失。被輸送液體的黏度為50103Pas，密度為1100kg/m3。試計(jì)算：（1）泵的軸功率；（2）旁路閥門的阻力系數(shù)。4Vs414/3600弓21.38m/sd23.140.062解：（1）流體在總管中的速度U13Re込60105011001821.6，64乩0.0351821.6總管阻力損失:hf0.035匹d20.061.38244.44J/kg在敞口槽和密閉容器之間列柏努利方程，得We330103hf9.815110044.44120.76J/kgNe/WeVs/120.76191100/(0.833600)0.876k

10、W旁路的流速U2等血23sRe27103竺110050101443，戲竺0.044Re21443旁路是一循環(huán)管路，循環(huán)系統(tǒng)中,Wehf120.76(2上Id22.432120.760.0448.310.027(1)粗糙度解:(1)在高位槽液面11'和BC支管出口內(nèi)側(cè)截面CC'間列柏努利方程,并以截面CC'為位能基準(zhǔn)面，得P12gz1PcgZC2Uc2hf,1C(1)其中PiPc0(表壓)Z111mZc0U1將以上數(shù)值代入方程（1），整理得gZ1hf,1c2Uc2119.183臨dAB22丨BCUbc2UbcdBc2T58°03k2Uab30.033232101

11、2.52UBC22UBC228.本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離均為11mAB管段內(nèi)徑為38mm長為58mBC支管的內(nèi)徑為32m長為12.5mBD支管的內(nèi)徑為26mm長為14各段管長均包括管件及閥門全開時(shí)的當(dāng)量長度。AB與BCt段的摩擦系數(shù)入均可取為。試計(jì)算:當(dāng)BE支管的閥門關(guān)閉時(shí)，BC支管的最大排水量為若干（m3/h）當(dāng)所有閥門全開時(shí)，兩支管的排水量各為若干（m3/h）BD支管的管壁絕對(duì)可取為0.15mm，水的密度為1000kg/m3,黏度為Pas。根據(jù)連續(xù)性方程（ud2）AB（ud2）Bc，解得Uab0.71Ubc

12、代入式，解得uab1.77m/s，uBC2.49m/sVBCdBCuBc3.14(32103)22.4936007.2m3/h44(2)根據(jù)分支管路的流動(dòng)規(guī)律，有22PCgZcUchf,Bc匹gZDUdhf,BD由于出口管BCBD在同一水平面上，取兩支管出口外側(cè)為下游截面，則兩截面上乙p和u均相等。(3)式可簡化為hf,BChf,BD，記為方程(4)。但由于BC和BD是不連續(xù)的，u°dDUcdC不一定成立，c和d的關(guān)系也不能確定，需要試差計(jì)算。由于C為已知，應(yīng)假設(shè)D，這樣可確定Uc和Ud的比例。BD/dBD0.15/260.0058，查摩擦系數(shù)圖,得BD0.0318，將BC和BD代入

13、方程(4)，得12.5°03E2UBC20.031814uBD3261032UBC1.21uBD在高位槽液面11'和截面CC'間列柏努利方程,并以截面CC'作位能基準(zhǔn)面，得P1gZi2U1Pc2gZc2Uc2hf,1C其中，P1Pc0(表壓)U10Zc0z-i11mBhf,BC將以上數(shù)據(jù)代入方程(6)，整理得107.9hf,A2h(恤)Uabhf,AB(ABc)dAB2(0.03宀3810320.5烤23.15uAb(8)2lBCUBChf,BCBCO.°3dBC212.5ubbc32103225.86Ubc(9)由連續(xù)性方程，可得UABdABUbcdBCuBDdBD(10)代入方程(10)中，整理可得其中dAB38mm，dBC32mm，dBD26mm，Uab°.78ubc°.469Ubd(11)1.15uBD把Ubc21Ubd代入方程(11)，得到Uab把UBC1.21uBD、UAB1.15Ubd代入方程(11)得到Ubd1.6m/s校驗(yàn)BD:ReBD空區(qū)2610'1.6104.16104,BD/dBD11030.0058查得BD0.033，與前面的假設(shè)BD0.0318不相符，需重新計(jì)算。BD0