第1章流体流动与输送Word下载.docx

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即h=R1（d/D）2/[1+2（d/D）2]

所以p’=R1（0-）g/[2+4（d/D）2]

（2）茕桢广鳓鯡选块网羈泪。

相对误差为（p-p’）/p≤0.001

代入式

（1）和

（2）：

（p-p’）/p=1-1/[1+2（d/D）2]≤0.001

解得：

d/D≤0.02237即D/d≥44.7

1-5一虹吸管放于牛奶储槽中，其位置如图所示。

储槽和虹吸管的直径分别为D和d，若流动阻力忽略不计，试计算虹吸管的流量。

储槽液面高度视为恒定。

鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。

p1/+u12/2+gz1=p1/+u22/2+gz2

p1=p2，u1=0，z1=h，z2=0，u2=u

2gh=u2u=（2gh）1/2

qv=0.785d2u2=0.785d2（2gh）1/2

1-6密度为920kg/m3的椰子油由总管流入两支管，总管尺寸为57mm×

3.5mm，两支管尺寸分别为38mm×

2.5mm和25mm×

2.5mm。

已知椰子油在总管中的流速为0.8m/s，且38mm×

2.5mm与25mm×

2.5mm两支管中流量比为2.2。

试分别求椰子油在两支管中的体积流量、质量流量、流速及质量流速。

籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。

qv=0.785×

0.052×

0.8=1.57×

10-3m3/s

qv1+qv2=1.57×

10-3m3/s

qv1=2.2qv2

qv1+qv2=3.2qv2=1.57×

qv2=1.57×

10-3/3.2=4.91×

10-4m3/sqv1=2.2qv2=1.079×

10-3m3/s預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。

qm2=qv2=920×

4.91×

10-4=0.452kg/sqm1=qv1=920×

1.079×

10-3=0.993kg/s渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。

u2=qv2/0.785d22=4.91×

10-4/（0.785×

0.022）=1.564m/s

u1=qv1/0.785d12=1.079×

10-3/（0.785×

0.0332）=1.262m/s

w2=u2=920×

1.564=1438.6kg/（m2.s）w1=u1=920×

1.262=1161kg/（m2.s）铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。

1-7用一长度为0.35m的渐缩管将输水管路由内径100mm缩至30mm。

当管内水流量为0.52m3/h，温度为10℃时，问：

（1）在该渐缩管段中能否发生流型转变；

（2）管内由层流转为过渡流的截面距渐缩管大端距离为多少？

擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

u1=qv1/0.785d12=0.52/（3600×

0.785×

0.12）=0.0184m/s贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

Re1=d1u1/=0.1×

0.0184×

1000/0.0013077=1407<

2000

u2=qv1/0.785d22=0.52/（3600×

0.032）=0.20445m/s

Re2=d2u2/=0.03×

0.2045×

1000/0.0013077=4691>

4000

故可以发生转变

当Re=2000时，ud=Re/

ud=2000×

0.0013077/1000=0.0026154

ud2=qv/0.785=0.52/（3600×

0.785）=1.84×

10-4

两式相除d=1.84×

10-4/0.0026154=0.07035m

由比例关系（0.1-0.03）：

0.35=（0.1-0.07035）：

x

x=（0.1-0.07035）×

0.35/（0.1-0.03）=0.148m

1-8直径为1.0m的稀奶油高位槽底部有一排出孔，其孔径为15mm。

当以2.0m3/h的固定流量向高位槽加稀奶油的同时底部排出孔也在向外排出奶油。

若小孔的流量系数Cd为0.62（Cd为孔口实际流量与理想流量之比），试求达到出奶油与进奶油流量相等时高位槽的液位及所需的时间。

（假设高位槽最初是空的）坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。

设任一时刻槽内液位为h，则由柏努利方程得：

理论流速：

uth=（2gh）1/2实际流速：

u=Cd（2gh）1/2

流量：

qv=d2u/4=0.785×

0.0152×

0.62×

（2×

9.81×

h）1/2=4.85×

10-4h1/2蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。

用qv=2.0/3600m3/s代入上式,即为出奶油与进奶油流量相等时高位槽的液位H：

H=[2.0/（3600×

4.85×

10-4）]2=1.312m買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。

由物料衡算qv,in-qv,out=dV/d=0.785D2dh/d

令y=h1/2，则dh=2ydy，当h=H时，y=H1/2=1.145m

1-9用压缩空气将密度为1081kg/m3的蔗糖溶液从密闭容器中送至高位槽，如附图所示。

要求每批的压送量为1.2m3，20分钟压完，管路能量损失为25J/kg，管内径为30mm，密闭容器与高位槽两液面差为16m。

求压缩空气的压强为多少Pa（表压）?

綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。

p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hf

u1=0，z1=0，p2=0，z2=16m，hf=25J/kg

u2=1.2/（20×

60×

0.032）=1.415m/s

p1=（1.4152/2+9.81×

16+25）×

1081=1.987×

104Pa

1-10敞口高位槽中的葡萄酒（密度为985kg/m3）经38mm×

2.5mm的不锈钢导管流入蒸馏锅，如图所示。

高位槽液面距地面8m，导管进蒸馏锅处距地面3m，蒸馏锅内真空度为8kPa。

在本题特定条件下，管路摩擦损失可按hf=6.5u2J/kg（不包括导管出口的局中阻力）计算，u为葡萄酒在管内的流速m/s。

试计算：

（1）导管A—A截面处葡萄酒的流速；

（2）导管内葡萄酒的流量。

驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。

p1=0，u1=0，z1=8m，p2=-8kPa，z2=3m，u2=u

8×

9,81=-8000/985+u2/2+3×

9.81+6.5u2

0.0332×

2.86=2.443×

1-11如附图所示，水从离地面18m处用273mm×

5mm，长35m（包括局部阻力损失的当量长度）的管道连接到离地面10m处，并测得高低两处压强分别为345kPa和415kPa（表压）。

试确定：

（1）水的流动方向；

（2）若管路摩擦系数取0.026，管路中水的流量为多少？

猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。

u1=u2p1/+gz1=348×

103/1000+18×

9.81=524.58J/kg锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

p2/+gz2=415×

103/1000+10×

9.81=513.1J/kg

u12/2+524.58=u22/2+513.1+0.026×

（35/0.263）×

u2/2

qv=0.785×

0.2632×

2.578=0.14m3/s

1-12如图所示，槽内水位维持不变，槽底部与内径为50mm的钢管联结，管路中B处装有一U型管压差计。

当阀门关闭时读数R=350mmHg，h=1200mm。

（1）阀门部分开启时，测得R=250mm，h=1250mm，若AB段能量损失为10J/kg，问管内流量为多少m3/h？

（2）阀门全开时，若AB段与BC段的能量损失分别按hfAB=1.6u2J/kg，hfAC=7u2J/kg计算（不包括管出口阻力），u为管内流速。

问B点处（压差计处）的压强为多少？

構氽頑黉碩饨荠龈话骛。

阀门全关时：

p0=RHgg=0.35×

9.81=4.67×

104Pa（表）

HH2Og=4.67×

104+hH2Og=4.67×

104+1.2×

9.81=5.847×

104Pa輒峄陽檉簖疖網儂號泶。

H=5.847×

104/（1000×

9.81）=5.96m

阀门部分开时：

pA/+uA2/2+gzA=pB/+uB2/2+gzB+hfAB

pA=0，uA=0，zA=H=5.96m，hfAB=10J/kg，zB=0，uB=u

pB=0.25×

9.81+1.25×

9.81=4.562×

5.96×

104/1000+u2/2+10

u=2.388m/sqvh=0.785×

2.388×

3600=16.87m3/h尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。

阀门全开时：

pA/+uA2/2+gzA=pC/+uC2/2+gzC+hfAB+hfBC识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。

zC=0，pC=0，uC=u

9.81=u2/2+1.6u2+7u2u=2.535m/s

pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC

zB=zC，pC=0，uB=uC

pB=1000×

7×

2.5352/2=2.249×

104Pa（表）

1-13如图所示的一冷冻盐水循环系统，盐水循环量为30m3/h时，盐水流经换热器A的阻力损失为50J/kg，流经换热器B的阻力损失为60J/kg，管路中流动的阻力损失为30J/kg。

管路系统采用同直径管子，盐水密度为1100kg/m3（忽略泵进、出口的高差），试计算：

（1）若泵的效率为68%，泵的轴功率为多少kW？

（2）若泵出口压强为0.26MPa（表压），泵入口压力表读数为多少Pa？

凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

（1）We=50+60+30=140J/kgqm=30×

100/3600=9.17kg/s恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。

P=Weqm/=140×

9.17/0.68=1.89×

103W

（2）在泵出入口间列柏努利方程：

p入/+We=p出/p入=1100×

（0.26×

106/1100-140）=1.06×

105Pa鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。

1-14要求以均匀的速度向果汁蒸发浓缩釜中进料。

现装设一高位槽，使料液自动流入釜中（如附图所示）。

高位槽内的液面保持距槽底1.5m的高度不变，釜内的操作压强为0.01MPa（真空度），釜的进料量须维持在每小时为12m3，则高位槽的液面要高出釜的进料口多少米才能达到要求？

已知料液的密度为1050kg/m3，粘度为3.5cP，连接管为57mm×

3.5mm的钢管，其长度为[（x-1.5）+3]m，管道上的管件有180°

回弯管一个，截止阀（按1/2开计）一个及90°

弯头一个。

硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。

p1=0，u1=0，z1=x，p2=-10kPa，z2=0，u2=u=12/（3600×

0.052）=1.7m/s阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。

Re=du/=0.05×

1.7×

1050/0.0035=2.55×

104

取=0.2mm，/d=0.004，=0.027；

入=0.5，截止阀=9.5，弯头=0.75，回弯管=1.5氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。

hf=[0.027×

（x+1.5）/0.05+0.5+0.75+9.5+1.5]×

1.72/2=0.78x+18.872釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。

9.81x=-10000/1050+1.72/2+0.78x+18.872x=1.2m

1-15如附图所示，拟安装一倒U型管压差计测量L管段的阻力损失。

管内流体密度=900kg/m3，粘度=1.5×

10-3Pa.s；

指示剂为空气0=1.2kg/m3；

管内径d=50mm，管壁绝对粗糙度=0.3mm。

试推导：

（1）管路条件（L，d，）和流速u一定时，倾角与两测点静压差p的关系以及与R读数的关系；

（2）当流速为2m/s，L=1m时，R读数的预测值。

怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。

u1=u2，z2=z1+Lsinhf=（L/d）u2/2p/=gLsin+（L/d）u2/2谚辞調担鈧谄动禪泻類。

对倒U形压差计p1-gLsin-p2=R（-g）g=R（-g）g+gLsin

当u=2m/s时Re=2×

0.05×

900/0.0015=6×

104/d=0.3/50=0.006=0.023嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。

p=950（gLsin+0.023×

（1/0.05）×

22/2=950gLsin+874

由950gLsin+874=R（950-1.2）×

9.81+950gLsin

R=874/[（950-1.2）×

9.81]=0.094m

1-16水由水箱A经一导管路流入敞口贮槽B中，各部分的相对位置如图所示。

水箱液面上方压强为0.02MPa（表压），导管为108mm×

4mm的钢管，管路中装有一闸阀，转弯处均为90°

标准弯头。

（1）闸阀全开时水的流量（设直管阻力可忽略不计）；

（2）闸阀1/2开时水的流量（设直管阻力可忽略不计）；

（3）若此系统其它条件不变，仅输水管增长200m，此系统阻力为若干？

熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。

（1）p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hf

p1=2×

104Pa，u1=0，z1=4m，p2=0，u2=0，z2=1.5m，

入口=0.5，出口=1，闸阀=0.17，弯头=0.75，hf=（0.5+1+0.17+3×

0.75）×

u2/2=1.96u2鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。

20000/1000+4×

9.81=1.5×

9.81+1.96u2u=4.766m/s

0.12×

4.766=0.0374m3/s

（2）闸阀’=4.5hf=（0.5+1+4.5+3×

u2/2=4.125u2纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。

9.81+4.125u2u=3.285m/s

3.285=0.0258m3/s

（3）hf=（p1-p2）/+（u12-u22）/2+g（z1-z2）=20000/1000+0+9.81×

2.5=44.53J/kg颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。

1-17如附图所示某含有少量可溶物质的空气，在放空前需经一填料吸收塔进行净化。

已知鼓风机入口处空气温度为50℃，压强为30mmH2O（表压），流量为2200m3/h。

输气管与放空管的内径均为200mm，管长与管件、阀门的当量长度之和为50m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，空气通过塔内填料层的压降约为200mmH2O，管壁绝对粗糙度可取为0.15mm，大气压为0.1MPa。

求鼓风机的有效功率。

濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。

p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hf

pm=1×

105+30×

9.81/2≈1×

105Pam=pmM/RT=1×

105×

29/（8314×

323）=1.081kg/m3銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。

p1=294.3Pa，u1=0，z1=0，p2=0，u2=0，z2=20m

u=2000/（3600×

0.22）=17.69m/s=1.96×

10-5Pa.s挤貼綬电麥结鈺贖哓类。

Re=du/=0.2×

17.69×

1.081/（1.96×

10-5）=1.95×

105

/d=0.15/200=7.5×

10-4=0.02

hf=（0.02×

50/0.2+0.5+1）×

17.692/2+200×

9.81/1.081=2832J/kg赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

294.3/1.081+We=20×

9.81+2832We=2756J/kg

qm=2200×

1.081/3600=0.661kg/s

P=Weqm=1820W

1-18用60mm×

3.5mm钢管从敞口高位槽中引水至一常压吸收塔内。

高位槽液面与水喷头出口高差10m，管路流量最大可达15m3/h。

现需将流量增加到25m3/h，试求：

（1）管路不变，在管路中增加一台泵，该泵的功率；

（2）管路布局不变，换新的管子，管子的直径。

以上计算中摩擦系数可视为不变。

塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

（1）原来p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d）u2/2裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

p1=p2，u1=0，z1=10m，u2=0，z2=0，u=15/（3600×

0.0532）=1.89m/s仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。

10×

9.81=（L/d）×

1.892/2L/d=54.95

后来p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+L/d）u’2/2绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。

p1=p2，u1=0，z1=10m，u2=0，z2=0，u’=25/（3600×

0.0532）=3.15m/s骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

We=-10×

9.81+54.95×

3.152/2=174.4/kg

qm=25×

1000/3600=6.94kg/s

P=6.94×

174.4=1211W

（2）p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d”）u”2/2瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。

u”=25/（3600×

d2）=8.846×

10-3/d”2

9.81=54.95×

（0.053/d”）×

（8.846×

10-3/d”2）2d”=0.075m鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。

1-19距某植物油罐A液面2.5m深处用一根油管向油箱B放油，连接A、B的油管为45mm×

2.5mm不锈钢管，长度20m，油出口距油箱B液面0.5m，如附图所示。

该植物油的=930kg/m3，=40mPa.s。

试求两液面高度稳定不变时，流经管道的流量。

栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。

p1=p2，u1=0，z1=2.5m，u2=0，z2=0.5m

2.5×

9.81=0.5×

9.81+（×

20/0.04+1+0.5）×

u2/2

设为层流，忽略进出口损失。

则：

=64/Re

19.62=（64/du）×

（L/d）×

u2/2=32uL/d2，u=19.62×

0.042×

930/（32×

0.04×

20）=1.14m/s辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。

Re=du/=19.62×

930/0.04=1060<

1.14=1.43×

1-20为调节加热器出口空气的温度，在空气加热器的进出口并联一旁路（附图）。

已知鼓风机出口压强为0.03MPa（表），温度为25℃，流量为340m3/h，空气通过换热器的压降为0.01MPa。

若旁路管长6m，管路上标准弯头两个，截止阀一个（按1/2开计），试确定当旁路通过最大气量为总气量的15%时，所用管子的规格。

峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

旁路的流量qv=340×

0.15/3600=0.0142m3/s

弯头=0.75，调节阀=9.5，=1.96×

10-5Pa.s，pm=0.02×

106+1×

105=1.2×

105Pa詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。

m=1.2×

323）=1.296kg/sp=m（L/d+）×

（qv/0.785d2）2/2则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

0.01×

106=1.296×

（6/d+2×

0.75+9.5）×

0.01422/（2×

0.7852×

d4）=1.272×

10-3/d5+2.332×

10-3/d5胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。

取=0.2mm，试差得：

d=0.0473m，/d=0.00423，=0.0322，u=8.085m/s，Re=2.53×

104鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。

1-21温度为20℃的空气以2000m3/h的流量通过194mm×

6mm的钢管管路ABC于C处进入一常压设备，如附图所示。

现因生产情况变动，C处的设备要求送风量减少为1200m3/h。

另需在管道上的B处接出一支管BD，要求从此支管按每小时800m3的流量分气，于D处进入另一常压设备。

设管道BC间和BD间各管段局部阻力系数之和分别为7及4，试计算BD分气支管的直径。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC=pD/+uD2/2+gzD+hfBD陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

pC=pD，zC=zD，uC=1200/（3600×

0.1822）=12.82m/s

hfBC=7×

12.822/2=575.2J/kguD=800/（3600×

d2）=0.2831/d2沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

hfBD=4×

（0.2831/d2）2/2=0.1603/d4

12.822/2+575.2=657.4=（0.2831/d2）2/2+0.1603/d4=0.2004/d4钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

d=0.132m

1-22拟用泵将葡萄酒由贮槽通过内径为50mm的光滑铜管送至白兰地蒸馏锅。

贮槽液面高出地面3m，管子进蒸馏锅处高出地面10m。

泵出口管路上有一调节阀，管路总长80m（包括除调节阀以外的所有局部阻力的当量长度）。

葡萄酒的密度为9