第1章流体流动和输送Word文件下载.docx
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p1/+u12/2+gz1=p1/+u22/2+gz2
p1=p2，u1=0，z1=h，z2=0，u2=u
2gh=u2u=（2gh）1/2
qv=2u2=2（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×
，两支管尺寸分别为38mm×
和25mm×
。
已知椰子油在总管中的流速为s，且38mm×
与25mm×
两支管中流量比为。
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。
qv=×
=×
10-3m3/s
qv1+qv2=×
10-3m3/s
qv1=qv2
qv1+qv2=qv2=×
qv2=×
10-3/=×
10-4m3/sqv1==×
qm2=qv2=920×
10-4=sqm1=qv1=920×
10-3=s
u2=qv2/=×
10-4/×
=s
u1=qv1/=×
10-3/×
w2=u2=920×
=w1=u1=920×
=1161kg/
1-7用一长度为的渐缩管将输水管路由内径100mm缩至30mm。
当管内水流量为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
u1=qv1/=（3600×
Re1=d1u1/=×
1000/=1407<
2000
u2=qv1/=（3600×
Re2=d2u2/=×
1000/=4691>
4000
故可以发生转变
当Re=2000时，ud=Re/
ud=2000×
1000=
ud2=qv/=（3600×
10-4
两式相除d=×
10-4/=
由比例关系：
=：
x
x=直径为的稀奶油高位槽底部有一排出孔，其孔径为15mm。
当以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（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）
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=×
（2×
h）1/2=×
10-4h1/2
用qv=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=[（3600×
10-4）]2=
由物料衡算qv,in-qv,out=dV/d=d
令y=h1/2，则dh=2ydy，当h=H时，y=H1/2=
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，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）
p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hf
u1=0，z1=0，p2=0，z2=16m，hf=25J/kg
u2=（20×
60×
p1=2+×
16+25）×
1081=×
104Pa
1-10敞口高位槽中的葡萄酒（密度为985kg/m3）经38mm×
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=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。
p1=0，u1=0，z1=8m，p2=-8kPa，z2=3m，u2=u
8×
9,81=-8000/985+u2/2+3×
+
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，管路中水的流量为多少
u1=u2p1/+gz1=348×
103/1000+18×
=kg
p2/+gz2=415×
103/1000+10×
=kg
u12/2+=u22/2++×
（35/×
u2/2
qv=×
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=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
阀门全关时：
p0=RHgg=×
104Pa（表）
HH2Og=×
104+hH2Og=×
104+×
H=×
104/（1000×
=
阀门部分开时：
pA/+uA2/2+gzA=pB/+uB2/2+gzB+hfAB
pA=0，uA=0，zA=H=，hfAB=10J/kg，zB=0，uB=u
pB=×
×
104/1000+u2/2+10
u=sqvh=×
3600=h
阀门全开时：
pA/+uA2/2+gzA=pC/+uC2/2+gzC+hfAB+hfBC
zC=0，pC=0，uC=u
=u2/2++7u2u=s
pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC
zB=zC，pC=0，uB=uC
pB=1000×
7×
2=×
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（表压），泵入口压力表读数为多少Pa
（1）We=50+60+30=140J/kgqm=30×
100/3600=s
P=Weqm/=140×
103W
（2）在泵出入口间列柏努利方程：
p入/+We=p出/p入=1100×
106/1100-140）=×
105Pa
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的高度不变，釜内的操作压强为（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，连接管为57mm×
的钢管，其长度为[+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。
p1=0，u1=0，z1=x，p2=-10kPa，z2=0，u2=u=12/（3600×
Re=du/=×
1050/=×
104
取=mm，/d=，=；
入=，截止阀=，弯头=，回弯管=
hf=[×
（x+/++++]×
2=+
=-10000/1050+2++x=
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=×
；
指示剂为空气0=m3；
管内径d=50mm，管壁绝对粗糙度=。
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。
u1=u2，z2=z1+Lsinhf=（L/d）u2/2p/=gLsin+（L/d）u2/2
对倒U形压差计p1-gLsin-p2=R（-g）g=R（-g）g+gLsin
当u=2m/s时Re=2×
900/=6×
104/d=50==
p=950（gLsin+×
（1/×
22/2=950gLsin+874
由950gLsin+874=R×
+950gLsin
R=874/[×
]=
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（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
（1）p1/+u12/2+gz1=p2/+u22/2+gz2+hf
p1=2×
104Pa，u1=0，z1=4m，p2=0，u2=0，z2=，
入口=，出口=1，闸阀=，弯头=，hf=+1++3×
u2/2=
20000/1000+4×
+u=s
（2）闸阀’=hf=+1++3×
（3）hf=（p1-p2）/+（u12-u22）/2+g（z1-z2）=20000/1000+0+×
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，大气压为。
求鼓风机的有效功率。
p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+hf
pm=1×
105+30×
2≈1×
105Pam=pmM/RT=1×
105×
29/（8314×
323）=m3
p1=Pa，u1=0，z1=0，p2=0，u2=0，z2=20m
u=2000/（3600×
=s=×
10-5）=×
105
/d=200=×
10-4=
hf=×
50/++1）×
2+200×
=2832J/kg
+We=20×
+2832We=2756J/kg
qm=2200×
3600=s
P=Weqm=1820W
1-18用60mm×
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。
（1）原来p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d）u2/2
p1=p2，u1=0，z1=10m，u2=0，z2=0，u=15/（3600×
10×
=（L/d）×
2L/d=
后来p1/m+u12/2+gz1+We=p2/m+u22/2+gz2+L/d）u’2/2
p1=p2，u1=0，z1=10m，u2=0，z2=0，u’=25/（3600×
We=-10×
2=/kg
qm=25×
1000/3600=s
P=×
=1211W
（2）p1/m+u12/2+gz1=p2/m+u22/2+gz2+L/d”）u”2/2
u”=25/（3600×
d2）=×
10-3/d”2
d”）×
10-3/d”2）2d”=
1-19距某植物油罐A液面m深处用一根油管向油箱B放油，连接A、B的油管为45mm×
不锈钢管，长度20m，油出口距油箱B液面，如附图所示。
该植物油的=930kg/m3，=。
试求两液面高度稳定不变时，流经管道的流量。
p1=p2，u1=0，z1=，u2=0，z2=
+（×
20/+1+×
u2/2
设为层流，忽略进出口损失。
则：
=64/Re
=（64/du）×
（L/d）×
u2/2=32uL/d2，u=×
930/（32×
20）=m/s
930/=1060<
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（表），温度为25℃，流量为340m3/h，空气通过换热器的压降为。
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。
旁路的流量qv=340×
弯头=，调节阀=，=×
10-5，pm=×
106+1×
105=×
m=×
323）=sp=m（L/d+）×
（qv/2/2
106=×
（6/d+2×
d4）=×
10-3/d5+×
10-3/d5
取=，试差得：
d=，/d=，=，u=s，Re=×
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。
pB/+uB2/2+gzB=pC/+uC2/2+gzC+hfBC=pD/+uD2/2+gzD+hfBD
pC=pD，zC=zD，uC=1200/（3600×
=s
hfBC=7×
2=kguD=800/（3600×
d2）=d2
hfBD=4×
d2）2/2=d4
2+==d2）2/2+d4=d4
d=
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985kg/m3，粘度为。
试求：
（1）在阀1/2开度和全开两种情况下，流动处于阻力平方区时管路特性方程；
（2）流量为15m3/h时，两种情况下管路所需的压头及功率。
（1）阀全开时=
HL=p/g+u2/2g+z+（L/d+z）u2/2g=p/g+z+8（L/d+z）qv2/2d4g
=0+（10-3）+（80/+qv2/×
2×
=7+×
107qv2+×
104qv2
阀半开=
HL=7+（80/+qv2/×
105qv2
（2）当qv=15/3600=×
10-3m3/s时，
阀全开u=×
Re=×
985/=×
==
HL=7+×
107×
10-3）2+×
104×
10-3）2=
10-3×
985=630W
阀半开HL=7+×
985=658W
1-23压强为（表压），温度为25℃的天然气（以甲烷计）经过长100m（包括局部阻力的当量长度）25mm×
3mm的水平钢管后，要求压强保持（表压）。
如视为等温流动，天然气的粘度为，钢管的绝对粗糙度取为，大气压强为。
求天然气的质量流量。
pm=3×
105Pam=3×
16/（8314×
298）=kg/m3
p1-p2=ln（p1/p2）=ln=
p1-p2=w2[ln（p1/p2）+L/2d]/m3×
105=w2+100//
试差得：
u=m/sw=m/sRe=×
/d=19==qm=×
10-3kg/s
1-240℃的冷空气在直径为600mm的管内流动，将毕托管插入管的中心位置，以水为指示液，读数为4mm，试求冷空气的流量。
管中心流速为最大流速umaxumax=[2gR（a-）/]
0℃水a=m30℃空气=m3，=×
umax=[2×
Remax=dumax/=×
10-3）=351365（湍流）
由Remax与u/umax关联图查得：
u==×
qv=d2u/4=×
=m3/s=6732m3/h
1-25用一转子流量计测定温度为60℃，压强为的二氧化碳气体的流量。
该转子流量计上的刻度是由20℃、空气标定的，转子材料为铝材。
当转子流量计上读数为5m3/h时，二氧化碳的实际流量应为多少若将转子换为同形状、同大小的不锈钢转子，在此读数下二氧化碳的流量又为多少（铝与不锈钢的密度分别为f1=2670kg/m3，f2=7900kg/m3）
空气：
=kg/m3CO2：
=3×
44/（8314×
333）=m3
铝转子：
不锈钢转子：
1-26用离心泵将敞口贮槽中的大豆油（密度为940kg/m3，粘度为40cP）送住一精制设备中，如附图所示。
设备内压强保持（表压），贮槽液面与设备入口之间的垂直距离为10m，管路为57mm×
4mm的钢管（=），管道总长60m（包括除孔板流量计在外的所有局部阻力的当量长度）。
管路上装有孔径d0=16mm的孔板流量计。
今测得连接孔板的指示剂为水银的U型管差压计的读数R=250mm，孔板阻力可取所测得压差的80%。
试求泵消耗的轴功率，泵的效率取为65%。
A0/A1=（d0/d1）2=查得：
C0=
u=×
940/==64/Re=
孔板压差gR（i-）=×
（13600-940）=31048Pa
孔板阻力31048×
940=kg
（60/×
2+=kg
We=gz+p/+u2/2+hf=10×
106/940+2+=153J/kg
qm=×
940=s
153/=217W
1-27某油田用300mm×
15mm的钢管，将原油送到炼油厂。
管路总长160km，送油量为240000kg/h，油管允许承受的最大压强为（表）。
已知原油粘度为187×
，密度890kg/m3，忽略两地高差和局部阻力损失，试求中途需要多少个泵站
u=240000/（890×
3600×
890/=1682为层流=64/Re=
L=d2p/32u=×
6×
106/（32×
104m
160×
103/×
104）=应用3个泵站
1-28在用水测定离心泵的性能中，当排水量为12m3/h时，泵的出口压力表读数为，泵入口真空读数为200mmHg，轴功率为。
压力表和真空表两测压点的垂直距离为。
吸入管和压出管的内径分别为68mm和41mm。
两测点间管路阻力损失可忽略不计。
大气压强为。
试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。
u1=12/（3600×
=su2=12/（3600×
H=[×
106/（1000×
+200×
105/（760×
]++PL=×
12×
3600=
=2300=%
1-29某厂根据生产任务购回一台离心水泵，泵的铭牌上标着：
qv=h、H=32mH2O、n=、NSPH=。
现流量和扬程均符合要求，且已知吸入管路的全部阻力为水柱，当地大气压为。
（1）输送20℃的水时，离心泵允许的安装高度；
（2）若将水温提高到50℃时，离心泵允许的安装高度又为多少
（1）p0=1×
105Papv=2340Pa
Hg=p0/g-pv/g-NSPH-Hf=（1×
105-2340）/（1000×
（2）pv’=12340Pa
Hg’=（1×
105-12340）/（1000×
1-30某食品厂为节约用水，用一离心泵将常压热水池中60℃的废热水经68mm×
的管子输送至凉水塔顶，并经喷头喷出而入凉水池，以达冷却目的，水的输送量为22m3/h，喷头入口处需维持（表压），喷头入口的位置较热水池液面高5m，吸入管和排出管的阻力损失分别为1mH2O和4
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