流体流动习题答案

1、此题附图所示的贮槽内径D为2m，槽底与内径d0为32mm的钢管相连，槽内无液体增补，其液面高度h1为2m(以管子中心线为基准)。液体在此题管内流动时的所有能量损失可按hf20u2计算，式中u为液体在管内的流速。试求当槽内液面降落1m时所需的时间。解：依据物料衡算，在d时间内，槽内因为液面降落dh而减少的液体量均由管路出口流出，于是有D2dhd2ud(1)44取管中心线所在的水平面位能基准面，在刹时截面11与管路出口截面2间列柏努利方程，得p1gz1u12p2gz2u22hf,1222此中，z1hz20p1p20(表压)u10hf,1220u2解得u0.692z20.0692h(2)将(2)式代

2、入(1)式，并在以下界限条件下积分10h12m2h21m120002dh4644s1.29h(32)20.692h12.此题附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3，循环量为36m3/h。管路的直径同样，盐水由A流经两个换热器而至B的能量损失为J/kg，由B流至A的能量损失为49J/kg，试计算：(1)若泵的效率为70%时，泵的轴功率为若干kW?(2)若A处的压强表读数为245.2103Pa时，B处的压强表读数为若干?解：对循环系统，在管路中任取一截面同时作上游和下游截面，列柏努利方程，能够证明泵的功率完整用于战胜流动阻力损失。(1)质量流量wsVS1100kg/m336m3

3、/3600s11kg/sWehf,ABhf,BA98.149147.1J/kgNeWews147.1111618.1J/sNNe/1618.1/0.72.31kW在两压力表所处的截面A、B之间列柏努利方程，以经过截面A中心的水平面作为位能基准面。pAuA2pBgzBuB2hf,ABgzA22此中，zA0，zB7m，uAuB，pA245.2kPa，hf,AB98.1J/kg将以上数据代入前式，解得pB(pAgzBhf,AB)6.2104Pa(表压)用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐化性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面保持恒定。管路直径均为60mm3.5mm，其余尺寸见此题附图。各管段的能

4、量损失为hf,ABhf,CDu2，hf,BC1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当R1，h时：(1)压缩空气的压强p1为若干?(2)=45mm=200mmU管压差计读R2数为多少?解：求解此题的重点为流体在管中的流速在B、C间列柏努利方程，得pBgzBuB2pCuC2hf,BC2gzC2pBpCg(zCzB)hf,BC(1)pBpC(Hg)gR1g(zCzB)59473Pa代入(1)式，同时已知1100kg/m3zCzB5mhf,BC1.18u2解得u2.06m/s在低位槽液面11与高位槽液面22之间列柏努利方程，并以低位槽为位能基准面，得p1gz1u12p2gz2u222hf,12

5、2此中z10z210mu1u20p20(表压)hf,12hf,ABhf,BChf,CD3.18u23.182.06213.5J/kg代入上式可得p1gz2hf,12p1(gz2hf,12)1100(9.811013.5)122760Pa(表压)若求R2重点在于pB，经过pB可列出一个含h的静力学基本方程HggR2ghpB(2)为此在低位槽液面11与截面B之间列柏努利方程，以低位槽为位能基准面，得p1gz1u12pBgzBuB2hf,1B22此中，z10，zB1073m，u10，uB2.06m/s，p1123kPa(表压)pB(p1gzBuB2hf,1B)2(1.227609.8131.52.0

6、62)1100110083385Pa(表压)8338511009.810.2代入(2)式：R29.81136000.610m610mm14.在实验室中，用玻璃管输送20的70%醋酸。管内径为1.5cm，流量为10kg/min。用SI和物理单位各算一次雷诺数，并指出流型。解：(1)用SI制计算从本教材附录中查得70%醋酸在20时的物理性质：3，1069kg/m2.5103Pas，d1.5cm0.015mu4ws410/600.882m/sd23.14(1.5102)21069Re1.51020.8821069/2.51035657流动种类为湍流。用物理单位计算1069g/cm3，0.025g/(

7、cms)，d1.5cm，u88.2cm/sRe1.588.21069/2.5103565715.在此题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以丈量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/h时，U管压差汁读数R为100mm。粗、细管的直径分别为60mm3.5mm与42mm3mm。计算：(1)1kg水流经两截面间的能量损失；(2)与该能量损失相当的压强降为若干?解：(1)取接入管路的U型管管线所在的平面与管截面垂直的平为面11和22，并取管路中心线所在的平面为基准面，那么z1z20在截面11和22间列Bernouli方程：p1gz1u12p2u22hf,122gz

8、22于是p1p2u12u22hf2对U型管压计：p1p2gR对水在水平管中的流动：VSwsuAA对粗管：d2603.5253mm；对细管：d1423236mm于是u110800kg2.95m/s1000kg/m3(3600s)(36103)24u2u1(d1)22.95(36)21.36m/sd253hf,12gRu12u222.9521.36229.810.124.41J/kg(2)pfhf10004.4074.41103Pa密度为850kg/m3、黏度为810-3Pas的液体在内径为14mm的铜管内流动，溶液的流速为1m/s。试计算：(1)雷诺准数，并指出属于何种流型；(2)局部速度等于均匀速度处与管轴的距离；(3)该管路为水平管，若上游压强为147103Pa，液体流经多长的管子，其压强才降落到103Pa?解：(1)du1410318501487.5流动种类属层流Re1038对层流流动的流体，其刹时速度和半径之间的关系以下：urpf(R2r2)4l而均匀速度upfR28于是当局部速度等于均匀速度时，有R2r21R2，即当rR时，管路中2