化工原理钟理02551习题解答第一章流体流动习题及解答上册Word下载.docx

1、P0，gRgH136009.810.310009.81（0.2+0.3）=3.51104N/ （表压）2.设P0加倍后，压差计的读数增为R，RR，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H，H。同理， 13单杯式水银压强计如图的液杯直径D100mm，细管直径d8mm。用此压强计测量容器内水面上方的压强p0，测压点位于水面以下h0.5m处，试求（1）当压强计读数为R300mm，杯内水银界面测压点A与细管的垂直距离a0.4m，容器内压强p0等于多少？（2）表压p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化，读数R为多少？（3）表压p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化，读数R为多少？习题13 附图（1） 3.

2、12104Nm2（表压）；（2）0.534m；（3） 0.536m1.因A、B两点位于同一平面，pA=pB，P0gRg（ha）136009.81（0.50.4）3.12104N/（表压）2.表压加倍后，设压强计读数为R，。若忽略杯内水银界面的变化，则3.与（1）相比，表压加倍后杯内水银面下降了，管内水银面上升，压强计读数的增加量为由以上两式可得根据等高面即等压面的原理此结果表明，使用单杯压强计，因h1h2，完全可以忽略杯内界面高度的变化，既方便又准确。14 水从倾斜直管中流过，在断面A和断面B接一空气压差计，其读数R10，两测压点垂直距离a0.3m，试求（1）A、B两点的压差等于多少？（2）若

3、采用密度为830kgm3的煤油作指示液，压差计读数为多少？（3）管路水平放置而流量不变，压差计读数及两点的压差有何变化？习题14 附图（1）3.04kPa；（2）58.8mm；（3）98.1Pa首先推导计算公式。因空气是静止的，故p1p2，即pA-gh1 = pB-gh2 + gR（-1） 在等式两端加上，1.若忽略空气柱的重量9.810.01100098.1N/2.若采用煤油作为指示液3.管路流量不变，不变，压差计读数R亦不多变。管路水平放置，ZA-ZB0，故15在图示管路中水槽液面高度维持不变，管路中的流水视为理想流体，试求（1）管路出口流速；（2）管路中A、B、C各点的压强（分别以N/和

4、m H2O表示）；（3）讨论流体在流动过程中不同能量之间的转换。习题15 附图（1）9.9ms-1；（2）PA=-39.24kPa=-4mH2O, PB=9.81kPa=1mH2O, PC=-29.43kPa=-3mH2O；（3）略1.以大气压为压强基准，以出口断面为位能基准，在断面1-1和2-2间列机械能守恒式可得2.相对于所取基准，水槽内每kg水的总机械能为WHg5gJ/kg。理想流体的总机械能守恒，管路中各点的总机械能皆为W，因此，A点压强PA-410009.81-3.924104N/m2（或-4m H2O）B点的压强C点压强由于管内流速在（1）中已经求出，从断面1-1至A、B、C各断面

5、分别列机械能守恒式，亦可求出各点的压强。3.相对于所取的基准，水槽内的总势能为5gJ/kg，水槽从断面1-1流至断面2-2，将全部势能转化为动能。水从断面1-1流至断面A-A，获得动能。但因受管壁约束，流体从断面1流至断面A，所能提供的位能只有g（z1zA）1g（J/kg），所差部分须由压强能补充，故A点产生4m H2O的真空度。水从断面A流至断面B，总势能不变。但同样因受管壁的约束，必有g（zAzB）5g的位能转化为压强能，使B点的压强升至1m H2O。同理，水从断面B流至断面C，总势能不变，但位能增加了g（zCzB）4gJ/kg，压强能必减少同样的数值，故C点产生了3m H2O的真空度。最

6、后，流体从断面C流至出口，有g（zCz2）3g的位能转化为压强能，流体以大气压强流出管道。16用一虹吸管将水从池中吸出，水池液面与虹细管出口的垂直距离为5m，虹吸管出口流速及虹吸管最高点C的压强各为多少？若将虹吸管延长，使池中水面与出口垂直距离增为8m。出口流速有何变化？（水温为30，大气压强为760Hg。水按理想流体处理） 习题16 附图9.9 ms-1, 32.7kPa；12.4 ms-11在断面11、22之间列机械能守恒式得在断面1-1和C-C之间列机械能守恒式，并考虑到uCu2，可得2.虹吸管延长后，假定管内液体仍保持连续状态，在断面1-1和2，-2，之间列机械能守恒式得因C点的压强小

7、于水在30oC的饱和蒸气压Pv=4242N/m2，故水在C点已发生气化。C点压强不能按上述算，而应保持为流体的饱和蒸气压。故在断面1-1和C，-C，之间列机械能守恒式得出口流速 u2=uC17如图，水通过管线（108x4 mm）流出, 管线的阻力损失（不包括出管子出口阻力）可以用以下公式表示： hf =6.5u2 式中u式是管内的平均速度，试求（1）水在截面AA处的流速；（2）水的体积流率为多少m3h-1。 习题17 附图（1）2.9 ms-1;（2）82 m3h-1解: 对槽液面与管出口列B.E.方程u=0, p=p, z=6m, z=0,h=6.5u69.81=, u=uA=2.9m/s,

8、v=uA=18高位槽内贮有20的水，水深1m并维持不变。高位槽底部接一长12m直径100mm的垂直管。若假定管内的阻力系数为0.02，试求（1）管内流量和管内出现的最低压强各为多少？（2）若将垂直管无限延长，管内流量和最低点压强有何改变？习题18 附图（1）6.34102 m3s-1,61.9kPa；（2） 7.77102 m3s-1,37.6kPa1.在断面1-1和2-2间列机械能衡算式得从管入口点B至管出口没有任何局部阻力。故B点压强最低。在断面1-1和B-B间列机械能衡算式（以断面B-B为基准面）6.19104N/m220水饱和蒸汽压PV2338N/m2，故水在断面1-1和2-2之间是连

9、续的，以上计算结果有效。2.当管长H无限延长，上式中水深h，入口损失和出口动能皆可忽略。V此时管内最低压强19 精馏塔底部用蛇管加热如图所示，液体的饱和蒸汽压为1.093105Nm-2，液体密度为950kgm-3，采用形管出料，形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连。试求（1）为保证塔底液面高度不低于1m，形管高度应为多少？（2）为防止塔内蒸汽由连通管逸出，形管出口液封h高度至少应为多少？习题19 附图（1）1m; （2）0.86m1.假设液体排出量很小，塔内液体可近似认为处于静止状态。由于连通管的存在，塔内压强PA等于形管顶部压强PB。在静止流体内部，等压面必是等高面，故形管顶部距塔底的距离H1

10、m。2.塔内蒸汽欲经形管逸出，首先必须将管段BC内的液面压低降至点C。此时，C点的压强PCPAPa。为防止蒸汽逸出，液封的最小高度 110 两容器的直径分别为D11000mm，D2400mm，容器A水面上方维持不变的真空度HV100mmHg，容器B为敞口容器，当阀门F关闭时，两容器的水面高度分别为Z12.5m，Z21.5m。试问：（1）当阀门开启时，两液面能否维持不变？（2）若不能维持原状，当重新达到平衡时，液面高度各有何变化？ 习题110 附图（1） 液面不能维持不变；（2） 容器A水面上升了0.05m, 容器B水面下降0.31m阀门开启后，若液体仍保持静止状态，液体面将维持不变。液体仍处于

11、静止状态的条件是其中任何两点，例如A点和B点的单位重量流体总势能相等。分别取地面和大气压为位能和压强势能的基准，则B点单位重量的总势能为A点单位重量的总势能为因，水将从容器2流向容器1，液面不能维持不变。1.设液体重新静止时，容器1水面上升了h1，容器2水面下降了h2，则由以上两式得在不可压缩的同一种静止流体内部，各点的单位总势能处处相等。在重力场内，单位总势能由位能和压强势能两部分组成。若以单位体积为基准，则式中各项的单位为J/m2或N/m3，刚好与压强相同，故（）可称为虚拟压强。若以单位质量为基准，则式中各项的单位为J/kg。若以单位重量为基准，则式中各项的单位为J/N或m，具有长度因次。

12、以上诸式是在流体为静止的前提下推导出来的，方程式得到成立的条件是：流体为静止，否则流体将由高势能向低势能流动。111高位槽内的甘油（1260kgm-3）沿直径为10mm的管道送至某容器，甘油温度为60，管内流量为1.9610-5m3s-1。若其他条件不变，将甘油升温至100，管内流量为多少？ 1.5110-4m3s-1已知：甘油的密度1260kg/m360甘油的粘度100cp，100时的粘度，13cp60时管内流速设温度升为100仍为层流，因管路两端的总势能差不变因故以上计算结果有效。112如图，两敞口储罐的底部在同一水平面上，其间由一内径为75mm，长为200m的水平管和局部阻力系数为0.1

13、7的全开阀门连接，一储罐直径为7m，盛水深为7m，另一储罐直径为5m，盛水深3m，若阀门全开，问大罐内水降低到6m时，需多长时间？设管道流体摩擦系数0.02，忽略进出口局部阻力。9543.4s 习题112 附图略113试从Navier Stokes方程出发，推导出牛顿型流体在圆管内稳定层流时的速度分布（速度与半径的关系），流体压降与平均速度的关系式。114水（粘度为1cp，密度1000kgm-3）以平均速度为1ms-1流过直径为0.001m的水平管路。（1）水在管路的流动是层流还是湍流？（2）水流过管长为2m时的压降为多少mH2O；（3）求最大速度及发生的位置；（4）求距离管中心什么位置其速度恰好等于平均速度。（1）层流；（2）6.53 mH2O；（3）2ms-1，在管中心；（4）3.