流体力学与传热作业-含答案

1、1、当地大气压为745mmH测得一容器内的绝对压强为350mmH，则真空度为 mmHg。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg则其绝对压强为mmHg 。2、为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度 为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？3解：由题意得： R=130mm， h=20cm， D=2m，:, = 980kg/m ，PHg（1）管道内空气缓慢鼓泡 u=0,可用静力学原理求解。2）空气的亍很小，忽略空气柱的影响。H

2、 R-HgQH 二上下二13600 0.13=1.8mP9801 2 .W D2(H h) r4= 0.785 22(1.80.2) 980 = 6.15(吨)3、测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为-的液体，U形管下部指示液密度为:?2，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强 pB可用下式计算:PB 二 Pa -hg( 2 - 1)-hgdd2证明： 作1-1等压面，由静力学方程得:Pa hjg = PBhg hg(1)2 :2h1D2 =h d244d2-m代入（1）式得:Dd2Pa Z恰沆心d 2即 Pb 二 Pa - hg （-二1）g - hg 1

3、3、查阅资料，写出比重计(密度计)的设计原理4、本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度 hi=0.7m、密度 p i=800kg/m，水层高度 h2=0.6m、 密度 p 2=1000kg/m3(1)判断下列两关系是否成立，Pa=p aPb=P b(2)计算水在玻璃管内的高度1h-A与A两点在静止的连通着的同一流体内,解：(1)判断题给两关系式是否成立并在同一水平面上。所以截面A-A称为等压面。Pb=Pb的关系不能成立。因B及B两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通着的同一种流体，即截面B-B不是等压面。(2)计算玻璃管内水的高度h由上面讨论知，Pa=p a，而Pa=P a都可以用流

4、体静力学基本方程式计算，即卩Pa=P a的关系成立。因Pa=p a+ p 1gh1+ p 2gh2Pa=p a+ p 2ghPa+ p 1gh1+ p 2gh2=pa+ p 2gh曰是简化上式并将已知值代入，得800 X 0.7+1000 X 0.6=1000h解得 h=1.16m5、如本题附图所示，在异径水平管段两截面(1-1、2-2连一倒置U管压差计，压差计读数 R=200mm。试求两截面间的压 强差。解：因为倒置 U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为 截面a-a为等压面，则Pa=Pa又由流体静力学基本方程式可得Pa=P1 p gMPa=P2 p g ( M R) p ggR联

5、立上三式，并整理得：P1 P2= ( p p g) gR由于p gp，上式可简化为p1 P2 p gR 所以 P1 P2 1000 X 9.81 X 0.2=1962PaP g与p,根据流体静力学基本原理,6、如本题附图所示，蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，截面2、4间充满水。已知对某基准面而言各点的标高为zo=2.1m，Z2=0.9m， Z4=2.0m，Z6=0.7m， zz=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。解：按静力学原理，同一种静止流体的连通器内、同一水平面上的压强相等，故有Pl = P2,卩3=卩4,卩5=卩6对水平面1-2而言，p2=pi，即P2=pa+p ig ( Z0-

6、 Z1)对水平面3-4而言，P3=P4= P2- p g ( Z4 Z2)对水平面5-6有P6=P4+ p ig ( Z4 Z5)锅炉蒸汽压强P=P6 p g ( Z7 Z6)P=Pa+p ig ( Z0 Z1) + p ig ( Z4 Z5) p g (Z4 Z2) p g ( Z7 Z6)R乙二 63.5cm，求乙？则蒸汽的表压为P Pa= p ig ( Z0 Zl+ Z4 Z5) p g ( Z4 Z2+Z7 Z6)=13600X 9.81 X (2.1 0.9+2.0 0.7) 1000 X 9.81 X(2.00.9+2.5 0.7)=3.055X 10 Pa=305kPa【1-7】

7、图示，“ U管压差计甲的上部管内充满了水，下部为 汞，汞的液面落差为 3cm，求.：P12 ?若再接一“ U管压差 计乙，其上部仍为水，下部放置不知名的液体，且测得巾=：13.6 -1.0.03.9.81.103=3.708Kpa。【1-8】水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动， 管路直径没有变化，水流经管路的能量损失可以忽 略不计，试计算管内截面2-2、3-3、4-4和5-5处 的压强。大气压强为1.0133X 105Pao图中所标注 的尺寸均以mm计。解：为计算管内各截面的压强，应首先计算管内水的流速。先在贮槽水面 柏努利方程式，并以截面 写为1-1及管子出口内侧截面6-6间列6-6为基准

8、水平面。由于管路的能量损失忽略不计，即Zhf =0 ,故柏努利方程式可gZi2U2P22U1P12gZ222 t式中 乙=1m Z6=0 p1=0 （表压）p6=0 （表压）U1& 0将上列数值代入上式，并简化得29.81仁也2解得U6=4.43m/s由于管路直径无变化，则管路各截面积相等。根据连续性方程式知 Vs=Au=常数，故管内各截面的流速不 变，即卩U2=U3= U4=U5= U6=4.43m/s2 2 2 2 2U2=U3_=Ui=UL=Ul=9.81J/kg2 2 2 2 2因流动系统的能量损失可忽略不计，故水可视为理想流体，则系统内各截面上流体的总机械能 即E相等,2E = gZ

9、 U P =常数2 P总机械能可以用系统内任何截面去计算，但根据本题条件，以贮槽水面1-1处的总机械能计算较为简便。现取截面2-2为基准水平面，则上式中Z=2m, p=101330Pa, u疋0,所以总机械能为,101330E =9.81 3130.8J/kg1000计算各截面的压强时，亦应以截面2-2为基准水平面，则 Z2=0, Z3=3m ,乙=3.5m, Z5=3m。（1）截面2-2的压强P2 二E 2 -gZ2 J - 130.8 -9.811000 =120990Pa截面3-3的压强P3 = E(3)截面4-4的压强2 守-gz3 r 二 130.8 -9.81 -9.81 3100

10、0 =91560PaP4 = E(4)截面5-5的压强2E -号-gZ5 J 二 130.8 -9.81 -9.81 3 1000 =91560Pa从以上结果可以看出，压强不断变化，这是位能与静压强反复转换的结果。【1-9】用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为101.33 x 103pa,蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa （真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面 15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管 路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm。解：取贮槽液面为 1 1截面，管路出口内侧为 22截面, 并

11、以1 1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。解：取贮槽液面为 1 1截面，管路出口内侧为 2 2截面, 努利方程。gZi2 2U1P1U2P2-1We=gZ222=hf2 J e m 2 2式中 Zi=0Z2=15m p1=0 （表压）p2= 26670Pa （表压）U1=020u2 =36002 =1.97m/s0.785 0.06 2Zhf =120J/kg将上述各项数值代入，则o .97 226670We =15 9.81120246.9J/kg21200泵的有效功率 Ne为：Ne=We ws式中ws 二Vs t = 2 1200 =6.67kg/s3600Ne=246.9 x 6

12、.67=1647 W=1.65kW实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率NeN 一n，实际上泵所消耗的功率（称轴功率）N为设本题泵的效率为 0.65，则泵的轴功率为:N 二165 =2.54kW0.65180回弯头一3m3/h的流量流入Z应为多少米）。=861kg/m3;粘度卩2.密度解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面1 1与管出口截面2 2间列柏努利方程【1-9】料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96x 10Pa （表压），输送管道为$ 36 x 2mm无缝钢管，管 长8m。管路中装有 90。标准弯头两个， 个，球心阀（全开）一个。为使料液以 塔中，问

13、高位槽应安置多高？（即位差 料液在操作温度下的物性：3=0.643 x 10 Pa s。gZ1七式中 Zi=Z Z2=0P1=0 （表压）u仟 0 P2=1.964x 10 PaVsu2-d2430.785 0.032= 1.04m/s阻力损失齐什1+八u2_hfl d丿2取管壁绝对粗糙度 e =0.3mm，则:Z 0.30.00938d 32c duP 0.032 心.04X861, “ 一门4八辿任 i0.643 10 Re. .34.46 10 湍流 由图1-23查得入=0.039局部阻力系数由表1-4查得为进口突然缩小（入管口）Z =0.590标准弯头Z =0.75180 回弯头 球心

14、阀（全开） 旳=；0.039-=10.6WZ =1.5Z =6.40.5 2 0.75 1.5 6.4 仙所求位差=196 10 卫匚空 =3 46m截面2 2也可取在管出口外端，此时料液流861 9.812 9.819.81Z =1，故两种计算方法结果相入塔内，速度U2为零。但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失 同。【1-10】一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量损失变为原来的多少倍?.、I 5 2, 一V1h1 一 1.丁.。d2-2d1，u22u1，d1 2g匕疋d22 4/ 4、d2.u2. P、， l U2 2空筲晋F务号h,1 ,2 64 /2

15、 ；，1 。 h 2 = 2. .h1 o22 d2 2g 16 1【1-11】如图所示，水在管内作稳定流动，设管路中所有直管管 路的阻力糸数为，=0.03，现发现压力表上的读数为 若管径为100mm,求流体的流量及阀的局部阻力糸数？5mH 20 ,图示，在1-1, 2-2面间列板努利方程2 2 U1p1U2Z1丄=z22g -g2g10 o 0=0 5 丄2 汉 9.81du2u22g 进 2g5 二u2.亠+0.03.219.810.1+ 0.5.12 9.81i2 9.81= 68.9m/h oJ.二.d2u =0.0194u =2.44S在2-2, 3-3面间列柏努利方程. 2 2 2

16、0 5=0.d.2 出.习 石=8。5 二 2.442亠+0.03生亠12 汉 9.810.1 2 汉 9.81即流体的流量为局部阻力糸数为【1-12】高位槽内贮有20C的水，水深1m并维持不变。高位槽 底部接一长12m直径100mm的垂直管。若假定管内的阻力系数为0.02，试求(1) 管内流量和管内出现的最低压强各为多少？(2) 若将垂直管无限延长，管内流量和最低点压强有何改变？1.在断面1-1和2-2间列机械能衡算式得2g（H h）2 9.81 （12 - 13精馏塔底部用蛇管加热如图所示，液体的饱和蒸汽压为1.093 X105N m-2,液体密度为950kg m-3,采用口形管出料，口形

17、管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连。试求(1) 为保证塔底液面高度不低于1m,二形管高度应为多少？(2) 为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封 h高度至 少应为多少？）=8.1m/s1210.5 0.020.1二 0.12汉 8.1 =6.34d0m3/s4从管入口点B至管出口没有任何局部阻力。故B点压强最低。在断面1-1和B-B间列机械能衡算式 (以断面B-B为基准面)ghPapPbp2 22 2U bPb =（ : gh Pa）-（1 B）-2/5、1000 汇 8.12（1000 9.81 1 1.013 105） -1.5 242=6.19X 10 N/m20C水饱和蒸汽压 Pv=

18、2338N/m2,故水在断面1-1和2-2之间是连续的，以上计算结果有效。2.当管长H无限延长，上式中水深 h,入口损失和出口动能皆可忽略。2_2 2V = - 0.12 9.9=7.77 10 m2/s4此时管内最低压强Pb （，gh Pa）=（1B）PuB21000 9.92242=3.763 10 N/m5=1000 9.81 1 1.013 10 -1.5解：1. 假设液体排出量很小， 塔内液体可近似认为处于静止状态。由于连通管的存在， 塔内压强Pa等于二形管顶部压强Pb。在静止流体内部，等压面必是等高面，故二形管顶部距塔底的距离 H = 1m。2. 塔内蒸汽欲经二形管逸出，首先必须将

19、管段BC内的液面压低降至点 C。此时，C点的压强Pc= Pa = Pa+ rgH，。为防止蒸汽逸出，液封的最小高度55H，= U09310 山 10 g950 9.811 - 14如图，水(；-H2o=1000kg mi 从水槽沿内径为100 mm的管子流出。A. 当阀门关闭时，U型压力计读数 R=600 mmHg，此时h = 1500 mm，当阀门部分开启时，R=400mmHg，而h=1400mm,管路的摩擦系数=0.025，出口的局部阻力系数=0.4,求水的体积流量为多少m3 h-1?B. 当阀门全开，2 - 2面的压强为多少Pa?假设，仍为0.025,阀门的当量长度为 1.5 m , g

20、=13600kg m-3。 (1)88.5 m3 h-1;(2)32970Pa解：(1)阀门部分开启，对1-1 &2-2 面，由B.E.P1Pz1gU1z2g22P1=0(表压)P2=g(Hg R H2Oh) =9.81(13600 0.4-1000 1.4)=39630N/m (表压)U1=0,z2=0,hf1 才 4 fl u22kc 2二 4 0.0062515 u0.9 220.5U2.13u22(u =U2)阀门关闭，贝U Z1可求得Ph RPH2og(Z1 +h) = pHg gR,h=1.5m,R=0.6m,乙 h = 6.66h2o2.13u239630100029.81 6.

21、66 二2u=3.13m/s,Vh= 36000.123.13 =88.5m3 / h4阀门全开，对 1-1 &3-3 面，有P1PZ1g=牛 z3g2u3-h_ h f 1 -3Z3=0 Z1 =6.66m,u1=0,p1=p32 2l ie U2351.5 U22e kc)(4 0.006250.5)4.81u2d20.126.66 9.812u24.81u22U1 P22u2T * h f 1 _22U=3.51m/s 对 1-1 &2-2P1., 2Z1gz2gP 22 PPi=O(表压),zi=6.66m,Z2=0,ui=0,U2=3.51m/s2 2l +le u2153.512h

22、f1 3 =(4f- kc)(4 0.006250.5)26.2J / Kg1-d20.123 52p9& S6-沁洁32972(表压)1、（20分）一敞口高位水槽A中水流经一喉径为14mm的文丘里管，将浓碱液槽B中的碱液（密谋为1400 kg/m3 ）抽吸入管内混合成稀碱液送入 C槽，各部分标高如附图所示；输水管规格为旳7X 3mm,自A至文丘里喉部 M处 管路总长（包括所有局部阻力损失的 当量长度在内）为20m,摩擦系数可 取 0.025。（1）当水流量为8m3/h时，试计算 文丘里喉部M处的真空度为多 少 mmHg;（2）判断槽的浓碱液能否被抽吸入 文丘里内（说明判断依据）。如 果能被吸

23、入，吸入量的大小与 哪些因素有关？解 1:主管道 u =Vs/A =（8/3600）/（二/4） 0.0512 =1.09m/s（1）文丘里喉部 M 处 u2=Vs/A2=（8/3600）/（： /4） 0.0142= 14.4m/s在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：P2 / g =0 Z2)-(U22/2g)，(1/d)(u2/2g)2 2= 8-14.4 /2g -0.025(20/0.051) (1.09 /2g)= _3.16mH2O 232mmHg(真空度) h 碱碱=水h水 h 水=1.5 为400/1000= 2.1m H2O (3.6m H 2O )故浓碱液能被吸入管

24、内。在 B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得:Pa/(g) = h u 2/(2g) P2/(初 hf吸(Pa-P2)/(8)=h u2/(2g) hf 吸可见吸入量的大小不仅与 M处的真空度、B槽液面与M处的位差有关，而且与 吸入管的管路情况（管径、管长、粗糙度等）有关。30.密度为850kg/m3的溶液，在内径为0.1m的管路中流动。当流量为 4.2 10-3m3/s时，溶液在6m长的水平 管段上产生450Pa的压力损失，试求该溶液的黏度。解:流速Vs4.2工10c u /u0.535m/s2 20.785d0.785 0.1设液体在管内为层流流动，则32lu黏度= 0.0438Pa

25、s：Pfd 2450 0.12P 32lu 32汉6=0.535校核Re：ReQA0.1 850 0.535-0.0438=10382000流动为层流，以上计算正确。该液体的黏度为0.0438Pa s。C D题34附图34.如附图所示，高位槽中水分别从BC与BD两支路排出，其中水面维持恒定。高位槽液面与两支管出口间的距离为10m。AB管段的内径为 38mm、长为28m; BC与BD支管的内径相同， 均为32mm ,长度分别为12m、15m （以上各长度均包括管件及阀门全开时的当量长度）。各段摩擦系数均可取为 0.03。试求：（1）BC支路阀门全关而 BD支路阀门全开时的流量;（2）BC支路与BD支路阀门均全开时各支路的流量及总流量。解：（1）在高位槽液面与 BD管出口外侧列柏努利