流体流动、流体输送机械习题主要计算公式:1、流体静力学基本方程式：P P°gh或z 气常数2、流体的速度、体积流量、质量流量及质量流速之间的关系：不可压缩、有外功加入的实际流体柏努利方程:6、摩擦因数（系数）层流（R e 2000）:层流时直管摩擦阻力：64 64 R e duh f 32 lug d2湍流R e 3 103 ~105，且在光滑管内流动时:q v uA圆管:q m q v uAq m q vA3、稳定流动时的连续性方程:uA对任一截面：q m 常数对不可压缩流体: 4、柏努利方程：2U i P i uA常数gZ22u1P1 2 u?gz12W e gz222u PW e g z h f或2h fh f5、流体通过直管的摩擦阻力：l_u^ d 2 P211、 毕托管(皮托管) 12、 孔板流量计：q v C °A 0,2gR(p p0.3164柏拉修斯 (Blasius )式7、局部阻力计算 hf 2 l e U(1)当量长度法 hfu 2(2)阻力系数法 &流体输送设备消耗的功率 Pe p gqH nQ m W eF e p gqn9、并联管路 V V V 2 V 3hf 1 h f2 h f 3 h fA—vV 1AZV 2AV 3/ B ]1 10、分支管路 01 2gZ oP)2U 1U 2 gZ 2gZ ihf0 1hf0 2常数2gR( p p13、离心泵的安装高度（防止汽蚀） （1）允许吸上真空（高）度HS :是指泵入口处P1可允许达到的最高真空度，其表达式为: P PH S 冬上 pgHS —离心泵的允许吸上真空高度, m 液柱；Pa — 大气压，N/m2； —被输送液体的密度，kg/m3 如图，以贮槽液面为基准，列出槽面0—0与泵入口 则： H gP a P i2U12gH f(a )HgH S2U12gH f此式用于计算泵的安装高度U12 Ui管件Hf(2)汽蚀余量 2业） g 2g静压头动压头 将此式代入上面的（Pv (P 1Pva ）式中, 有: Hg豆pg习题： 1、用离心泵将池中水送到高位槽，已知管路总长 100m （包括当量长），其中压力表后为80m ，管路摩 擦系数，管内径0.05m ,当流量为10m3/h 时泵效率 为80%,求：（1）泵的轴功率；（2）压力表读数。

（取?=1000kg/m3） 解：（1）如图取1-1、2-2截面，以1-1截面为基准列Hf 1柏努利方程:(2)以3-3截面为基准，在3-3、2-2截面间列柏努利方程:2、欲用离心泵将20r水以30m3/h的流量由水池打到敞口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m, 泵的吸入口在水池上方2m处，泵的吸入管路全部阻力为1m水柱，压出管路全部阻力为3m水柱，泵效率60%。

求：(1)泵的轴功率；(2)若允许吸上真空高度为5m,用上述安装高gZ iP l 2 U i2W e gZ2P2 2U22W fQ z 0； z2 2 18 20m; 5 P2； U iU2 0W e gZ2 W f W fl l e U2d 2q vd2410/36000.785 0.0521.415m/s]W fl l e U2d 20.0252100 1.4150.05 250.06[ J / kg]W e gZ2 W f 9.81 20 50.06 246.26[J/kg]有效功率P e q m W e q v W e 1000 246.263600684[J /s] 轴功率P空空a80%855[J /s]gz32Pa U32gz2P2 2U2 Wf 3 2Q Z3 0; z218m; p20; u20; u3 u 1.415m/ sgz3 W f 3 2Wf 3 2l l e u2d 20.025800.0521.415240.04[J / kg]E Lgz3Wf 3 2u29.81 18 40.04 于215.6[J/kg]1度是否合适？ （ ？=1000kg/m3;动压头可略）解：（1）如图，取1-1、2-2截面，以1-1截面为基准列柏努利方程:2P 1 U 1P 2 2U pZ 1H eZ 2g 2gg 2g已知.Z 1 0, Z 2 18m, p 1 P2U U 2 0H e z 2h f1 2 18 1 3 22(m)泵的轴功率:P e 込^3022 10009.812997.53kw 3600 60%3、如图所示，已知管内径d=50mm ,在正常输水 中管总长（包括当量长）为60m ,摩擦系数为， 泵的性能曲线方程是H 19 0.88q^。

问：（1）流量为10m3/h 时输送每立方米的水需 外加功为多少？此泵是否可以胜任？（2）当调节阀门使流量减到 8m3/h 时，泵的轴 功将如何变化？（不考虑泵效率改变） 解：（1）如图，取1-1、2-2截面，以1-1截面为 基准列柏努利方程式：(2)H g2H s U 1H f 5 0 1 4( m)2gH g2m, 安装咼度合适。

P 1 2U 1 P 22U2hg 乙W e 2gz 2hf1 22 Z 1 0; Z 2 10m ; P 1 P 2; U 1U 2 0W e gz 2h f1 2q v 10/3600 -d 2 4 0.785 0.0521.415[m/s]hf 1 2l l e U 2d 20.02360 0.0521.415 227.6[J / kg]P a1 2W e gz2h f1 29.81 10 27.6 125.7[J/kg]即每千克质量水需要功，每m3水需要x 103J，或H H 需 故泵可以胜任P gq v H选截面1-1、2-2，以1-1截面为基准列柏努利方程式:P 1 2 U 1 H e Z 2P 2 2U 2h f1 2z2g 2g ggz0； Z 220m ; P 1P 2；U 1 u 22u2.272H e Z 2 h f1 220 25OHor no20 2526.6[m]2g2 9.81H 30.8m H e 可用刻附图所示，用泵将It 槽中的棊油品以4ta 讪的潦量输送至高便槽，两槽的脱也恒定卜 且MS 2Qm,输送管rtiJ /jlOCmm,管予总也为45m （包括所寺局部阻力的当宣长度人已 加诫品S90kgm\粘度為0 试计算泵所盂凶点效功率，v 40/解："二一^-二人聲九41帥"*0.785x0 1-■此时需要压头为： H 需W e125.712.8[J/N] 12.8[m]g9.81泵在此时可提供的压头为: H 19 0.88 100'813.4[m]当q v38m / h 时:19 0.8880.814.4[m] 巳改 H q v g/ Hq v g/H q v Hq v巳原即变化后轴功率是原来的倍 14.4 813.4 100.86或巳改H q v Hq v或 巳原Hq v即变化后轴功率降低了 14%。

4、从水池用离心泵向高位槽送水，要求水的流量为 18m 3/h ,已知进出泵的输水管为 O x mm 的钢管, 高位槽水面距水池面高 20m ，全管线总阻力损失为 25倍动压头 14.4 8 13.4 1013.4 1014%q v 20m 3/h,H今有一台离心泵，其性能为30.8m,0.62 （最高效率点），问此泵能否用？ 解：管内流速： q vud 218/36003.14(60 2 3.5)2 . [m S]4 ( 1000)91A = 20 x 9.81 +11L2 = 307.4J / kg浪 Uy H 卩「p 二 307.4 x 4%6OO X890 = 3039公护电3.04kW传热1、现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传热系数K值。

已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80C，出口温度为50C ；冷水走壳程，测得进口温度为15C，出口温度为30C，逆流流动。

(取水的比热cp= x 103J/kg • K)解：换热器的传热量：Q= qmcp(T2—T1) = 1500/3600XX 103X (80- 50)=传热温度差△ tm：热流体80 - 50冷流体30 ・15△ t仁50,△ t2=35匕502t235传热温度差△ tm可用算数平均值：t m 50 3542.532、一列管换热器，由 © 25X 2mm 的126根不锈 钢管组成。

平 均比热为4187J/kg 「C 的某溶液在管内作湍流流动，其流量为 15000kg/h,并由20C 加热 到80C,温度为110C 的饱和水蒸汽在壳方冷凝。

已知单管程时管壁对溶液的传 热系数a i 为520W/m2 •C,蒸汽对管壁的传热系数 a 0为x 104W/m2・C,不 锈钢管的导热系数 入二17W/m ・C,忽略垢层热阻和热损失。

试求：（1）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）（2）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为126根）（总传热系数：丄丄d mp 丄弘以管平均面积为基准，Kidi 0d 。

）解：（1）传热量：Q = qmcp （t2—11）=15000/3600X 4187X （80— 20）〜x 106W总传热系数：（以管平均面积为基准）A m n d mL ；7Q A t m2 425615W/m 21 1 d mK i d i£ d m11 23 0 d °K 520 21 0.00217 1.16 1 104 23 25 解得：K = m2 •C 对数平均温差：110 20 110 80 △ t1 90△ t2 30t mt 1In上2t 1t 290 30 ln 90 30 54.61C传热面积:KA m t mA mQ Ki m105 106434.19 54.61244.28m 2列管长度:A mn d m44.28 126 3.140.0234.87m（2）管程为 强制湍流时： 4程A有 i（4 程）=a i （单程）=x 520= m2 •C J4程时：K1 d m b 1 d m 1 1 23 i d i0 d 0K1576.34 21 123417 1.16 104250.00234程时，只是a i变大：a i =（入/d）, u 变大，Re= du p / 变大 =1/4A （单程），贝U: 4程时u z=4u （单程）K =m2•C△ t1 = 88 △ t2 = 23LA 亿141.88m4程列管长：n d m 126 3.14 0.0233、有一列管式换热器，装有 © 25x 2.5mm 钢管320根，其管长为2m ,要求将 质量为8000kg/h 的常压空气于管程由20C 加热到85C,选用108C 饱和蒸汽于 壳程冷凝加热之。