上册 第1章 流体流动答案.pdf

A1 1 该设备的绝对压强 640 500 140mmHg 140 133 32 1 866 104Pa 2 分 A1 2 抛物线 2 d Re 减小 每个空 1 分 共 5 分 A1 3 y 或 d dy 2 分 牛顿 1 分 共 3 分 A1 4 粘性 粘滞 粘性摩擦 每空 1 分 共 3 分 A1 5 Re d 水平 每空 1 分 共 3 分 A1 6 促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力 2 分 A1 7 4 4 e d H r 2 4 2 分 a A1 8 据u1 u2 d2 d1 2 2d1 d1 2 22 4 2 分 A1 9 直管阻力 局部阻力 阻力系数 当量长度 每个空 1 分 共 4 分 A1 10 位 静压 每个空 1 分 共 2 分 A1 11 Pa S p或cp 1cp 1 10 2 p 1 10 3Pa S 每空 1 分 共 3 分 A1 12 de 4rH 4a 2 4a a 2 分 A1 13 流体静力学 任意截面 表压强 真空度 每个空 1 分 共 4 分 A1 14 零 滞流 或层流 内 薄 或小 A1 15 不 摩擦阻力 每空 1 分 共 2 分 A1 16 hf l le u2 2d 2 分 J kg 1 分 共 3 分 A1 17 总机械能 1 分 位能 动能和静压能 2 分 不一定相等 1 分 互相转换 1 分 A1 18 p1 p2 100 20 要求式中分母 用绝压 2 分 1 p A1 19 B 1 分 Tianjin Bohai Vocational Technical College 1 A1 20 由 64 Re 64 1500 0 0427 应选 B 2 分 Tianjin Bohai Vocational Technical College 2 A1 21 D 1 分 A1 22 D 2 分 A1 23 C 2 分 A1 24 由 u粗 u细 u粗 u细 2 50 100 2 1 4 得u粗 u细 4 4 1 4 1m s 应选 B 2 分 A1 25 D 2 分 A1 26 C 2 分 A1 27 C 2 分 A1 28hf lu2 2d当流体作滞流时 64 Re 64 du 代入得 hf 64 lu2 2du d 64u l 2d2 32u l d2 应选 B 2 分 A1 29 1 分 A1 30 1 分 A1 31 1 分 A1 32 1 分 A1 33 1 分 A1 34 1 分 A1 35 1 分 A1 36 表压强 绝对压强 当地外界大气压强 真空度 3 分 A1 37 在静止的同一种连续流体内部 处于同一水平面上各点的压强都相等 3 分 A1 38 三者之间可以用一个公式表示为 Ws Vs uA 3 分 A1 39 1 由于气体的密度是温度和压强的函数 因此对气体常采用质量速度 G 来表达其流动情况 3 分 2 G Ws A Vs A u kg m2s 2 分 共 5 分 A1 40 在流动过程中 若系统的参变量不随时间改变仅随所在空间位置而变的流动 称为定态流动 4 分 A1 41 1 涉及的机械能有位能 动能和静压能 3 分 2 以上三者之和称为总机械能 2 分 共 5 分 A1 42 1 流动时没有阻力的流体 即总能量损失为零 称这种流体为理想气 3 分 2 自然界中不存在理想流体 但引入这个概念可使复杂的流体流动问题得以简 化 3 分 共 6 分 A1 43 1 在流动过程中 输送机械对 1Kg 流体所做的功称为有效功 净功 以 We 表示 单位为 J kg 2 分 2 单位时间内输送机械对流体所做的有效功称为有效功率 以Ne表示 单位为 W 而Ne WeWs 2 分 3 有效功率 Ne 与输送机械的效率 的比值称为轴功率 以 N 表示 单位为 W 即 N Ne 2 分 共 6 分 A1 441kg流体在 1 1 与 2 2 两截面之间流动过程中 因克服摩擦阻力而损失的能量 称为总能量损失 3 分 A1 45 主要应用与以下三个方面 1 压强差与压强的测量 2 测量容器内的液面位置 3 计算液封高度 每问 1 分 共 3 分 A1 46 静止流体u1 u2 0 We 0 hf1 2 0 此时柏努利方程式即可化简为静力学基本 方程式 所以 静力学基本方程式是柏努利方程式的一个特例 5 分 A1 47 答 选取原则为 1 两截面一定要与流动方向相垂直 1 分 2 流体必须充满两个截面间的空间 1 分 3 所选的截面上各物理量除待求的外 必须是已知或可以算出的 2 分 4 计算输送机械有效功时 两个截面应选在输送机械的两侧范围内 2 分 A1 48 1 确定设备间的相对位置 2 确定输送机械的功率 3 确定管路中的压强或压强差 4 简单管路 分支管路 并联管路的计算 Tianjin Bohai Vocational Technical College 3 每个 方面 给 1 分 共 5 分 A1 49 1 液体粘度随温度升高而减小 气体则相反 2 分 2 液体粘度基本上不随压强而变 除了极高及极低的压强外 气体粘度几 乎不随压强而变 2 分 A1 50 1 滞流时流体质点作平行于管轴的直线运动 各质点互不干扰 2 分 2 湍流时流体质点作不规则的杂乱运动 迁移和碰撞 沿管轴向前运动的同时 还有附加的脉动运动 3 分 A1 51 答 由于在管壁附近流体速度很小 且湍流时管壁处速度也为零 故离管壁 很近的一薄层流体运动必然是滞流 这层流体称为滞流内层 5 分 A1 52 答 将流体流经阀门 管件等处的局部阻力折合为相当于长度的等径的直 管阻力 把称为阀门或管件的当量长度 4 分 e l e l A1 53 解 1 求空气的 0 已知MO2 32 MN2 28 MAr 40 单位均为kg kmol 先求出标准状况下空气的平均密度 Mm Mm MO2 O2 MN2 N2 MAr Ar 32 0 21 28 0 78 40 0 01 28 96kg kmol 2 分 0 P0Mm RT0 101 33 28 96 8 315 273 1 293kg m3 2 分 2 求 3 8 104Pa 20 时空气的平均密度 0RT0 P0T 1 293 3 8 104 273 101 33 103 273 20 0 452kg m3 2 分 由计算结果可看出 空气在标准状况下的密度与其在 3 8 104Pa 20 状态 下的密度相差很多 故气体的密度一定要标明状态 1 分 共 7 分 A1 54 解 1 先将已知的摩尔分数换算成质量分数 苯 0 4 可得 甲苯 1 0 4 0 6 1 分 两组分的摩尔质量分别为 M苯 78kg kmol M甲苯 92kg kmol 可得 Tianjin Bohai Vocational Technical College 4 Tianjin Bohai Vocational Technical College 5 a苯 x苯M苯 x苯M苯 x甲苯M甲苯 0 4 78 0 4 78 0 6 92 0 361 2 分 a苯 1 a苯 1 0 361 0 639 1 分 2 求 m m 1 a苯 苯 a甲苯 甲苯 1 0 361 879 0 639 867 871 29kg m3 2 分 共 6 分 A1 55 解 1 取U形管中处于同一水平面上的B C D三点 根据等压点的判定条件可得 到PB PC PC PD 于是可得PB PC PD 2 分 2 根据静力学基本方程式可得 PD Pa R Hgg Pa 0 25 Hgg PB 2 分 PA PB h H2Og PD h H2Og Pa 0 25 Hgg 0 20 H2Og 2 分 于是 A 处的绝对压强 PA 101330 0 25 13600 9 81 0 20 1000 9 81 136646Pa 136 646kPa 2 分 共 8 分 A1 56 解 1 根据兰州地区的条件 先求出操作时塔顶的绝对压强 绝对压强 当地大气压 真空度 8 53 104 8 26 104 0 27 104Pa 2 分 2 在天津操作时 要维持相同的绝压 则 真空度 当地大气压 绝对压强 101 33 103 0 27 104 98 63 103Pa 2 分 共 4 分 A1 57 解 1 PA PA 可以成立 因A与A 两点在静止的 连通的同一流体内 并且在同一 水平面上 2 分 而PB PB 因B与B 两点虽在静止流体的同一水平面上 但不是连通的同一种 流体中 2 分 2 求 h 在测压口处平面找出C与C 两点 见附图 很明显PC PC 符合等压点的四 Tianjin Bohai Vocational Technical College 6 个条件 1 分 Pc Pa h1 1g h2 2g 1 分 而PC Pa h 2g 1 分 因PC PC 故可得 Pa h1 1g h2 2g Pa h 2g 代入已知数据可得 0 7 800 0 6 1000 1000h h 1 16m 2 分 共 9 分 A1 58 解 取图中等压面 A A 则有 PA PA 1 分 而PA P1 h R 气g 1 分 PA Pa R 水g 1 分 联立两式并整理可得 P1 Pa R 水 气 g h 气g 1 分 因 气 P1说明压差计左侧指示液面高于右侧 如图所示 2 分 2 求 R P2 P1 示 Rg 1 分 代入已知值可得 368 6 1594 1000 9 81R 求得 R 0 0633m 63 3mm 即两侧的指示液面相差 63 3mm 2 分 共 14 分 A1 65 解 1 求 u u2 Ws A2 Vs d2 4 34 5 3600 4 0 070 2 2 49m s u Vs d2 4 34 5 3600 0 070 d2 4 2 49m s 1 分 2 求Ne 取水池液面为 1 1 截面 且定为基准水平面 取排水管出口与喷头连接处为 2 2 截面 如图所示 3 分 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 各量确定如下 z1 0 z2 26m u1 0 u2 u 2 49m s P1表 0 P2表 6 15 104Pa hf1 2 160J kg 1 分 将已知量代入柏式 可求出we We z2g u22 2 P2 hf1 2 26 9 81 2 49 2 2 6 15 104 1000 160 479 66 J kg 2 分 求Ne Ws Vs 34 5 3600 1000 9 853kg s 1 分 而Ne WeWs 479 6 9 583 4596 7 4 597kw 2 分 共 12 分 A1 66 解 1 算出Re准数后即可判断流动类型 u Ws A 16200 3600 1186 0 044 2 4 2 497 2 5m s 1 分 Re du 0 044 2 5 1186 2 3 10 3 56722 2 分 流型为滞流 1 分 2 求umax滞 滞流时 Re准数最大值为 2000 相应的流速即为 umax滞 1 分 Re dumax滞 1 分 代入已知值后 0 44 2 5 umax滞 2 3 10 3 2000 解得m s 1 分 共 7 分 088 0 max 滞 u A1 67 解 1 求 Pf 必须先求Re 确定流型后才能选用计算公式 求u及Re u Vs A 36000 3600 900 0 105 2 4 1 284m s 1 分 Re du 0 105 1 284 900 0 075 1617 84000 属湍流 1 分 应据Re值及 d值查莫狄图求 上册P44 图 1 24 Tianjin Bohai Vocational Technical College 10 Tianjin Bohai Vocational Technical College 11 相对粗糙度 d 0 15 10 3 0 105 1 43 10 3及Re 4853 4 查出 0 0215 1 分 hf lu2 2d 0 0215 15 1 105 4 6592 J kg 1 分 2 题阻力与 1 的结果比值为 22 79 4 659 4 892 说明对粘度大的流体 不 应选大的流速 2 分 共 13 分 A1 68 解 求 1 Re 当液体不变时 也不变 流量不变但内径变化 则此时有 Vs d2 4 所 以u 1 d2 引起u Re均发生变化 2 分 若原来的量用下标 1 改变内径后的量 用下标 2 Re1 Re2 d1u1 d2u2 d1u1 d2u2 d1 d2 d12 d22 1 4 4 分 所以 Re2 4Re1 4 1750 7000 1 分 2 7000 4000 流型属湍流 1 分 8 分 A1 69 解 1 取水池液面为 1 1 截面 且定为基准水平面 取高位槽液面为 2 2 截面 如图所示 3 分 2 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 各量确定 z1 0 z2 35m u1 0 u2 0 P1 P2 0 表压 we待求 必须先求出 hf1 2 及u 2 分 3 求u及 hf1 2 u Vs A 100 3600 0 156 2 4 1 453m s 1 分 hf1 2 l le u2 2d 0 02 1300 50 1 453 2 2 0 156 182 7J kg 2 分 4 求We Ws及N 把各有关量代入柏式可求出we We z2g hf1 2 35 9 81 182 7 526 05J kg 1 分 Ws Vs 100 3600 1000 27 78kg s 1 分 N Ne WeWs 526 05 27 78 0 65 22483 22 5kw 1 分 共 13 分 A1 70 解 1 要验算 核算 泵的轴功率是否能够满足生产要求 应根据输送情 况计算出We N 然后再进行比较 1 分 2 取反应器液面为 1 1 截面 且定为基准水平面 取管路出口内侧截面为 2 2 如图示 3 分 Tianjin Bohai Vocational Technical College 12 3 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 各量确定 z1 0 z2 15m u1 0 u2 0 P1表 2 67 104Pa P2表 0 1073kg m3 2 分 求u2 u Ws d2 4 2 104 3600 1073 0 068 2 4 1 43 m s 1 分 4 求We hf1 2 先求 hf1 2 hf1 2 l le 2d u2 2 1 分 求 Re du 0 068 1 43 1073 0 63 10 3 166 105 1 分 d 0 3 68 0 0044 0 5 分 由教材 P44 图 1 24 查出摩擦系数 0 03 1 分 求各管件 阀门的当量长度 Le 查教材上册P49 图 1 27 闸阀 全开 2 个 0 45 0 9m 标准弯头 5 个 2 2 5 11m 1 分 而 进 孔板 0 5 4 4 5 0 5 分 所以 hf1 2 0 03 50 0 9 11 0 068 4 5 1 453 2 2 32 52J kg 分 把各量代入柏式 可求出We We z2g u22 P2 P1 hf1 2 15 9 81 1 43 2 2 2 76 104 1073 32 52 205 6 J kg 2 分 5 求 N 及核算库存的泵轴功率能否满足要求 N WeWs 205 6 2 104 3600 0 66 1730 6w 1 73kw 3 71kw故库存的泵轴功率 能满足要求 2 分 共 19 分 A1 71 解 1 取水塔液面为 1 1 截面 排水管出口内侧为 2 2 截面 以水管出 口中心线所在平面为基准水平面 如图所示 3 分 2 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 Tianjin Bohai Vocational Technical College 13 各量确定 z1 12m z2 0 u1 0 u2 u we 0 P1 P2 0 表压 998kg m3 hf1 2 待求 代入柏式可得 2 分 3 hf1 2 l le u2 2d 12 9 81 u22 2 hf1 2 即 12 9 81 u22 2 125 25 u2 0 106 2 可得 u 12 2 9 81 150 0 106 1 1 2 235 44 1415 1 1 2 A 式 3 分 4 试差法 在上述 A 式中 有两个未知数 u和 一般可用试差法求u 先设一个 值 按一般规律 代入 A 式中 算出u值 再求出Re值 从 Re关系曲线可查出 值 若查出的 值与所设的 值相接近 则假设的 值可用 否则应重设一个 值 重复上述计算 管内流体湍流时 内 值一般在 0 02 0 03 输送液体时 先设 0 02 代入式 A 中 得 u 235 44 1415 0 02 1 1 2 2 83m s 2 分 求Re du 0 106 2 83 998 1 005 10 3 3 105 1 分 而 d 0 1 106 0 00094 1 分 查教材上册P44 图 1 24 得 0 0207 与假设值相接近 也可不在重算 1 分 若 要进行第二次试算 可再重设 0 0207 代入 A 式中 算出u 2 79m s 算出 Re 2 93 105 查图 1 24 可得 0 0206 与假设 值很接近 5 可按u 2 79m s来计算输水量Vh Vh 2 79 0 106 2 3600 4 88 59m3 h 若按u 2 83m s来计算Vh Vh 2 83 0 106 2 3600 4 89 86 m3 h 2 分 共 17 分 A1 72 解 1 取 A 槽液面为 1 1 截面 B 槽液面为 2 2 截面 且定为基准水平 面 如图示 3 分 2 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 l le u2 2d 2 分 各量确定 z1 6m z2 0 u1 0 u2 0 P1 P2 0 表压 we 0 998kg m3 L Le 100m d 0 20 850kg m3 上式可见化为 6 9 81 1000 0 2 u2 2 式 3 分 3 以上 式中有两个未知数 无法直接求解 考虑油品的粘度很大 在管内流 速必然很小 流型很可能是滞流 先设油品为滞流 而后验算 2 分 所以有 64 Re 64 du 64 0 2 u 850 0 1 0 03765 u 式 1 分 将 式代入 式中 可得 6 9 81 0 03765 u 1000 0 2 u2 2 解得 u 0 625m s 1 分 上述计算有效 5 求Vh 可按u 0 625m s来计算 Vh d2u 3600 4 0 2 2 0 625 3600 4 70 7m3 h 1 分 共 14 分 A1 73 解 1 将丙烯从贮槽送到塔内是否用泵 必须用柏努利方程式求出we值后 才能判断 1 分 2 取贮槽液面为 1 1 截面 且定为基准水平面 取塔内丙烯出口管的管口为 2 2 截面 如图示 3 分 3 在两截面间列出柏努利方程 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 各量确定 z1 0 z2 30m u1 0 u2可求出 P1 2011kPa 600kg m3 P2 1304kPa 150kJ kg 1 分 21 f h 4 求u2及we 求u2 Ws A 40 103 3600 600 0 145 2 4 1 12 m s 1 分 We z2 z1 g u22 u12 2 P2 P1 hf1 2 30 9 81 1 122 2 1 304 2 011 106 600 150 733 4 J kg 2 分 5 说明 We的涵义是外加功 计算结果We为负值 说明系统不需要用泵 而 依靠贮槽与塔两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求 2 分 共 12 分 A1 74 解 1 求空气的 Ws 求操作条件下空气的密度 已知 t 50 P 295kPa 0PT0 P0T 1 293 295 103 273 101 33 103 273 50 3 182kg m3 2 分 Ws uA 9 121 0 02 2 4 3 182 1 088kg s 2 分 2 操作条件下空气的流量vs Tianjin Bohai Vocational Technical College 14 Tianjin Bohai Vocational Technical College 15 Vs Ws 1 088 3 182 0 342m3 s 1 分 3 标准状况下空气的流量V0 s V0 s Ws 0 1 088 1 293 0 841m3 s 1 分 共 6 分 A1 75 解 1 1 2 3 三处压强不等 因为它们虽是静止 且在同一水平面上 但这三处 都不是连通着的同一种流体 2 分 2 4 5 6 三处压强相等 因为这三处是静止的 连通着的同一种流体 并在 同一水平面上 2 分 3 求PB及Pc 求PB 据静力学基本方程式有 已知PA Pa 101 33KPa P4 PA h2 h3 H2Og A 1 分 P5 PB h1 h3 H2Og h2 h1 Hgg B 1 分 P6 Pc h3 H2O h2 Hgg C 1 分 因P4 P5 联立 A B 两式可得 PA PB h2 h1 Hgg h2 h1 H2Og h2 h1 Hg H2O g 0 2 0 1 13600 1000 9 81 12361 Pa 2 分 PB 101330 12361 88969 Pa 即PB 12361Pa 真空度 1 分 求PC 联立 A C 两式得 因P4 P6 PA PC h2 Hg H2O g 0 2 13600 1000 9 81 24721 Pa 1 5 分 PC 101330 24721 76609 Pa 绝压 即PC 24721 Pa 真空度 1 分 A1 76 解 1 在油库原油贮槽液面 1 1 及炼油厂原油贮槽液面 2 2 间列柏 努利方程 并以 2 2 截面为基准面 3 分 可得 z1g u12 2 P1 We z2g u22 2 P2 hf1 2 2 分 已知 p1 p2 0 表压 u1 u2 0 z2 0 We 0