化工原理：流体力学与传热作业-(含答案)VIP

1、1、 当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，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？观察瓶 压缩空气HRh解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m，980kg/，。（1） 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。（2） 空气的很小，忽略空气柱的

2、影响。 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，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强可用下式计算： 证明： 作1-1等压面，由静力学方程得： （1） 代入（1）式得： 即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h1=0.7m、密度1=800kg/m3，水层高度h2=0.6m、密度2=1000kg/m3。（1）判断下列两关系是否成立，即 pA=pA pB=pB（2）计算水在玻璃管内的高度h。解：（1）判断题给两关系式是否成立 pA=pA的关系成立。因A与A两点在静止的连通着的

3、同一流体内，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=pA，而pA=pA都可以用流体静力学基本方程式计算，即 pA=pa+1gh1+2gh2 pA=pa+2gh于是 pa+1gh1+2gh2=pa+2gh简化上式并将已知值代入，得 8000.7+10000.6=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

4、U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为g与，根据流体静力学基本原理，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=p1gM pa=p2g（MR）ggR联立上三式，并整理得： p1p2=（g）gR由于g，上式可简化为 p1p2gR 所以p1p210009.810.2=1962Pa6、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z0=2.1m， z2=0.9m， z4=2.0m，z6=0.7m， z7=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，

5、故有 p1=p2，p3=p4，p5=p6对水平面1-2而言，p2=p1，即 p2=pa+ig（z0z1）对水平面3-4而言， p3=p4= p2g（z4z2）对水平面5-6有 p6=p4+ig（z4z5）锅炉蒸汽压强 p=p6g（z7z6） p=pa+ig（z0z1）+ig（z4z5）g（z4z2）g（z7z6）则蒸汽的表压为 ppa=ig（z0z1+ z4z5）g（z4z2+z7z6） =136009.81(2.10.9+2.00.7)10009.81 (2.00.9+2.50.7) =3.05105Pa=305kPa【1-7】 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

6、差为，求？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，求？甲乙 P1 。【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1.0133105Pa。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1-1及管子出口内侧截面6-6间列柏努利方程式，并以截面6-6为基准水平面。由于管路的能量损失忽略不计，即=0，故柏努利方程式可写为式中 Z1=1m Z6=0 p1=0（表压） p6=0（表压） u10将上列数值代入上式，

7、并简化得 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 u2=u3=u4=u5=u6=4.43m/s则 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E相等，即 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，u0，所以总机械能为 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，Z4=3.5m，Z5=3m。（1）截面2-2的压强 （2）截

8、面3-3的压强 （3）截面4-4的压强 （4）截面5-5的压强 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101.33103Pa，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11截面，管路出口内侧为22截面，并以11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11截面，管路出口内侧为22截面，并以1

9、1截面为基准水平面，在两截面间列柏努利方程。 式中 Z1=0 Z2=15m p1=0（表压） p2=26670Pa（表压） u1=0 =120J/kg将上述各项数值代入，则 泵的有效功率Ne为： Ne=Wews式中 Ne=246.96.67=1647W=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，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： 【1-9】 料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。塔内压强为1.96104Pa（表压），输送管道为362mm无缝钢管，管长8m。管路中装有90标准弯头两个，180回弯头一个，球心阀（全开）一个。为使料液

10、以3m3/h的流量流入塔中，问高位槽应安置多高？（即位差Z应为多少米）。料液在操作温度下的物性：密度=861kg/m3；粘度=0.643103Pas。解：取管出口处的水平面作为基准面。在高位槽液面11与管出口截面22间列柏努利方程 式中 Z1=Z Z2=0 p1=0（表压） u10 p2=1.96104Pa 阻力损失取管壁绝对粗糙度=0.3mm，则： 由图1-23查得=0.039局部阻力系数由表1-4查得为进口突然缩小（入管口） =0.590标准弯头 =0.75180回弯头 =1.5球心阀(全开) =6.4 =10.6J/kg所求位差截面22也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，速度u2为零。

11、但局部阻力应计入突然扩大（流入大容器的出口）损失=1，故两种计算方法结果相同。【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？。， 。【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，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？10m50m25m图示，在1-1，2-2面间列板努利方程 = 。 在2-2，3-3面间列柏努利方程 =， ， 。 即流体的流量为局部阻力糸数为8。【1-12】高位槽内贮有20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

12、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）6.19104N/m220水饱和蒸汽压PV2338N/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。V此时管内最低压强113 精馏塔底部用蛇管加热如图所示，液体的饱和蒸汽压为1.093105Nm-2，液体密度为950kgm-3，采用形管出料，形

13、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，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？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等于形管顶部压强PB。在静止流体内部，等压面必是等高面，故形管顶部距塔底的距离H1m。2. 塔内蒸汽欲经形管逸出，首先必须将管段BC内的液面压低降至点C。此时，C点的压强PCPAPa。为防止蒸汽逸出，液封的最小高度 114如图，水 （rH2O=1000kgm3）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

14、mmHg，此时h1500 mm，当阀门部分开启时，R=400mmHg，而h=1400mm, 管路的摩擦系数l=0.025，出口的局部阻力系数x =0.4, 求水的体积流量为多少m3 h-1?B. 当阀门全开，22面的压强为多少Pa? 假设l仍为0.025，阀门的当量长度为1.5 m， rHg=13600kgm3。(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. P1=0(表压)p2=g(=9.81(13600-1000)=39630N/m2(表压)U1=0,z2=0,hf=阀门关闭，则Z1 可求得,h=1.5m,R=0.6m,u=3.13

15、m/s,Vh=(2)阀门全开，对1-1&3-3面，有 Z3=0 z1=6.66m,u1=0,p1=p3U=3.51m/s对 1-1&2-2P1=0(表压),z1=6.66m,z2=0,u1=0,u2=3.51m/s,p2=32970N/m2(表压)ACB8m1.5m1mM1、（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/）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573mm，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

16、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）。如果能被吸入，吸入量的大小与哪些因素有关？解1：主管道(1)文丘里喉部M处在高位水槽上面与M处界面间的列柏努利方程得：(2) h碱碱水h水 h水1.51400/10002.1m(3.6m)故浓碱液能被吸入管内。在B槽液面与M处水平截面间的列柏努利方程得： 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4.210-3m3/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 设液体在管内为层流流动，则 黏度 校核Re：2000流动为层流，以上计算正确。该液体的黏度为0.0438Pas。题34 附图1034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12