第1章 流体流动1-1.容器A 中气体的表压力为60kPa ,容器B 中的气体的真空度为Pa 102.14⨯。
试分别求出A 、B 二容器中气体的绝对压力为若干Pa 。
该处环境大气压等于标准大气压。
(答:A,160kPa ;B,88kPa )解:取标准大气压为kPa 100,所以得到:kPa 16010060=+=A P ;kPa 8812100=-=B P 。
1-2.某设备进、出口的表压分别为 12kPa -和157kPa ,当地大气压为101.3kPa ,试求此设备进、出口的压力差为多少Pa 。
(答:169kPa -) 解:kPa 16915712-=--=-=∆出进P P P 。
1-3.为了排除煤气管中的少量积水,用如图示水封设备,水由煤气管道上的垂直支管排出,已知煤气压力为10kPa (表压)。
问水封管插入液面下的深度h 最小应为若干? (答:m 02.1)解:m 02.18.910101033=⨯⨯=∆=g P H ρ习题1-3 附图1-4.某一套管换热器,其内管为mm,25.3mm 5.33⨯φ外管为mm 5.3mm 60⨯φ。
内管流过密度为3m 1150kg -⋅,流量为1h 5000kg -⋅的冷冻盐水。
管隙间流着压力(绝压)为MPa 5.0,平均温度为C 00,流量为1h 160kg -⋅的气体。
标准状态下气体密度为3m 1.2kg -⋅,试求气体和液体的流速分别为若干1s m -⋅?( 答:1L s m 11.2U -⋅=;1g s 5.69m U -⋅= )习题1-4 附图解:mm 27225.35.33=⨯-=内d ,m m 5325.360=⨯-=外d ;对液体:122s m 11.2027.011503600/500044/-⋅=⨯⨯⨯===ππρ内d m A V u l l l l l ; 对气体:0101P P =ρρ⇒3560101m kg 92.51001325.1105.02.1-⋅=⨯⨯⨯==P P ρρ,()224内外内外D d A A A g -=-=π()2322m 1032.10335.0053.04⨯=-=π,13s m 69.592.51032.13600/160/--⋅=⨯⨯===ggg gg g A m A V u ρ。
1-5.C 250水在内径为50mm 的管内流动,流速为1s 2m -⋅。
试求雷诺准数为若干? ( 答: 51012.1⨯ )解:51012.1Re ⨯===μρdu。
(C 250下水的ρ,μ查物性手册) 1-6.(1)设流量为1s 4L -⋅,水温C 200,管径为mm 5.3mm 57⨯φ,试判断流动类型。
(2)条件与上相同,但管中流过的是某种油类,油的运动黏度为12s cm 4.4-⋅⋅,试判断流动类型。
(答:(1)51001.1⨯,湍流 ;(2) 2000231<,层流) 解:⑴mm 5025.357=⨯-=d ,1232s m 04.205.010444--⋅=⨯⨯⨯===ππd q A q u V V , 查物性手册得C 200下水的密度和粘度分别为:3m kg 2.998-⋅=ρ,s Pa 10004.13⋅⨯=-μ,40001001.110004.104.205.02.998Re 53>⨯=⨯⨯⨯==-μρdu 所以流体在管内的流动类型为湍流; ⑵ρμν=⇒2000231104.404.205.0Re 4<=⨯⨯===-νμρdu du 所以流体在管内的流动类型为层流。
1-7.密度为3m 1800kg -⋅的某液体经一内径为mm 60的管道输送到某处,若其流速为1s 8m .0-⋅,求该液体的体积流量13h m -⋅,质量流量1s kg -⋅和质量流速12s mkg --⋅⋅。
(答:13h m 148-⋅⋅;1s kg 074-⋅⋅;12s m kg 1440--⋅⋅) 解:48.006.0422⨯⨯===ππu d Au q V 13133h m 148s m 1026.2---⋅⋅=⋅⨯=, 13s kg 07418001026.2--⋅⋅=⨯⨯==ρV m q q ,122s m kg 1440)06.00785/(07.4/--⋅⋅=⨯==A q u m m 。
1-8.有一输水管路,C 200的水从主管向两支管流动,主管内水的流速为1s m 06.1-⋅,支管1与支管2的水流量分别为13h kg 1020-⋅⨯与13hkg 1010-⋅⨯。
支管为mm 5.3mm 89⨯φ。
试求:(1)主管的内径;(2)支管1内水的流速。
(答:(1)0.1m d =;(2)1s 1.053m -⋅)习题1-8 附图解:⑴Au q ρ=,21q q q +=⇒233m 1088.706.12.9983600/10)1020(-⨯=⨯⨯+==u q A ρ, 42d A π=⇒m 1.01088.7443=⨯⨯==-ππAd ;⑵11Au q ρ=,⇒()423111025.3892.9983600/10204-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯==πρA q u 12s m kg 053.1--⋅⋅=。
1-9.已知水在管中流动。
在截面1处的流速为1s 0.5m -⋅。
管内径为0.2m ,由于水的压力产生水柱高为1m ;在截面2处管内径为0.1m 。
试计算在截面1、2处产生水柱高度差h 为多少?(忽略水由1到2处的能量损失) (答:0.191m )习题1-9 附图解:1222112s m 21.02.05.0-⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=dd u u , 对截面1与截面2列伯努利方程:g Pg u g P g u ρρ22212122+=+⇒gu u g P P 2_212221=-ρ, gh P P P ρ=-=∆21,∴m 191.08.925.022_22212221=⨯-==-=∆=g u u g P P g P h ρρ。
1-10.图示吸液装置中,吸入管尺寸为mm 5.2mm 32⨯φ,管的下端位于水面下m 2,并装有底阀及拦污网,该处的局部压头损失为g u 282。
若截面2-2'处的真空度为kPa 2.39,由1-1'截面至2-2'截面的压头损失为gu 2212 。
求:(1)吸入管中水的流量,13h m -⋅;(2)吸入口1-1'处的表压。
(答:(1)13h 2.95m -⋅ ;(2)Pa 101.044⨯)习题1-10 附图解:以水面为基准面,在基准面与1-1'截面间列伯努利方程:f h uP g Z u P g Z ∑+++=++2221112000ρρ,00=Z ,00=P (表压),00=u ,m 21-=Z ,guh f 2821=∑,代入上式得:guu P 2828.92021211+++⨯-=ρ⇒2962.19211uP -=ρ ……①在1-1'截面与2-2'截面间列伯努利方程:212222211122-∑+++=++f h u P g Z u P g Z ρρ,m 21-=Z ,21u u =,m 32=Z ,kPa 2.392-=P (表压),gu h f2212121=∑-, 代入上式得:41000102.398.951213u P +⨯-+⨯=ρ ……② 由①与②解得: 11s m 43.1-⋅=u , 1214u d Au q V π==()1342h m 95.4360043.11025.2324--⋅=⨯⨯⨯⨯-=π;由①式可以解得:Pa 1004.141⨯=P 。
1-11.在图示装置中,出水管直径为mm 5.3mm 57⨯φ 。
当阀门全闭时,压力表读数为30.4kPa ,而在阀门开启后,压力表读数降至20.3kPa ,设总压头损失为0.5m (水柱),求水的流量为若干13h m -⋅ ? ( 答:13h 22.8m -⋅ )习题1-11附图解:取水面为00'-截面,压力表处为11'-截面,以压力表管中心线为基准面。
故00=P ,01=Z 。
当阀门全关闭时:kPa 4.301=P , 由流体静力学原理得: ρρ1100P g Z P g Z +=+m 1.38.91000104.30310=⨯⨯==⇒g P Z ρ,当阀门打开后,在00'-截面与11'-截面间列伯努利方程:f hg u g P Z g u g P Z +++=++2221112000ρρ式中00=u ,kPa 3.201=P ,水柱m 5.0=hf ,11s m 22.3-⋅=⇒u ,1214u d Au q V π==()132h m 8.223600422.325.357-⋅=⨯⨯⨯-⨯=π。
1-12.在水平管道中,水的流量为13-3s m 102.5-⋅⨯,已知管内径cm 5.25cm ,21==d d ,及1m 1=h 。
若忽略能量损失,问联接于该管收缩断面上的水管,可将水自容器内吸上高度2h 为多少? ( 答:0.234m + )习题1-12 附图解:12321s m 27.105.0105.244--⋅=⨯⨯⨯===ππd q A q u V V , 1222112s m 08.5025.005.027.1-⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=dd u u , 以管中心线为基准面,取1d 处为1-1'面,2d 处为2-2'面,在1-1' 面与2-2'面间列伯努利方程:g ug P Z g u g P Z 2222222111++=++ρρ,又有021==Z Z ∴gu u g P P 2212221-=-ρ, m 234.018.9227.108.52221212222=-⨯-=--=-=h g u u g P h ρ。
1-13.求常压下C 350的空气以1s m 21-⋅的流速流经m 120长的水平通风管的能量损失,管道截面为长方形,高300mm ,宽200mm 。
(0005.0=dε设) (答:66.1m 气柱,这个答案与读图很有关系) 解:()()m 24.02.03.022.03.0424=+⨯⨯=+=b a ab de ,56108.11035.181224.01465.1Re ⨯=⨯⨯⨯==-μρdeu ,由0005.0=dε,查图得018.0=λ,气柱m 1.668.921224.0120018.0222=⨯⨯⨯==g u de l h f λ。
1-14.如图所示,某一输油管路未装流量计,但在A 与B 点压力表读数分别为MPa 47.1=A p ,MPa 43.1=B p 。
试估计管路中油之流量。