流体流动习题.docx

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流体流动习题

流体流动习题

【例】某一套管换热器，其内管为

外管为

。

内管流过密度为

，流量为

的冷冻盐水。

管隙间流着压力（绝压）为

，平均温度为

，流量为

的气体。

标准状态下气体密度为

，试求气体和液体的流速分别为若干

？

解：

，

；

对液体：

；

对气体：

，

，

。

【例】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1.0133×105Pa。

图中所标注的尺寸均以mm计。

（g=9.81m/s-2）

【例】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1.0133×105Pa。

图中所标注的尺寸均以mm计。

（g=9.81m/s-2）

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=1mZ6=0p1=0（表压）p6=0（表压）u1≈0

将上列数值代入上式，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，u≈0，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。

【例】如附图所示，某厂利用喷射泵输送氨。

管中稀氨水的质量流量为1×104kg/h，密度为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa。

管道的内径为53mm，喷嘴出口处内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的压力。

【例】如附图所示，某厂利用喷射泵输送氨。

管中稀氨水的质量流量为1×104kg/h，密度为1000kg/m3，入口处的表压为147kPa。

管道的内径为53mm，喷嘴出口处内径为13mm，喷嘴能量损失可忽略不计，试求喷嘴出口处的压力。

解：

取稀氨水入口为1-1′截面，喷嘴出口为2-2′截面，管中心线为基准水平面。

在1-1′和2-2′截面间列柏努利方程

其中：

z1=0；p1=147×103Pa（表压）；

m/s

z2=0；喷嘴出口速度u2可直接计算或由连续性方程计算

m/s

We=0；ΣWf=0

将以上各值代入上式

解得p2=－71.45kPa（表压）

即喷嘴出口处的真空度为71.45kPa。

喷射泵是利用流体流动时静压能与动能的转换原理进行吸、送流体的设备。

当一种流体经过喷嘴时，由于喷嘴的截面积比管道的截面积小得多，流体流过喷嘴时速度迅速增大，使该处的静压力急速减小，造成真空，从而可将支管中的另一种流体吸入，二者混合后在扩大管中速度逐渐降低，压力随之升高，最后将混合流体送出。

【例】料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。

塔内压强为1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm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ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。

【例】料液自高位槽流入精馏塔，如附图所示。

塔内压强为1.96×104Pa（表压），输送管道为φ36×2mm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ρ=861kg/m3；粘度μ=0.643×10－3Pa·s。

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

式中Z1=ZZ2=0p1=0（表压）

u1≈0p2=1.96×104Pa

阻力损失

取管壁绝对粗糙度ε=0.3mm，则：

由图1-23查得λ=0.039

局部阻力系数由表1-4查得为

进口突然缩小（入管口）ζ=0.5

90°标准弯头ζ=0.75

180°回弯头ζ=1.5

球心阀（全开）ζ=6.4

故

=10.6J/kg

所求位差

截面2－2也可取在管出口外端，此时料液流入塔内，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ζ=1，故两种计算方法结果相同。