第四章 流体通过颗粒层的流动docWord格式.docx

1、 习题4附图 习题5附图 5. 用一复式U形压差计测定水管A、B两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h1 =1.20m，h2 =0.3m，h3 =1.30m，h4 =0.25m，试以N/m2为单位表示A、B两点的压差p。 6. 附图为一气柜，其内径9m，钟罩及其附件共重10吨，忽略其浸在水中部分所受之浮力，进入气柜的气速很低，动能及阻力可忽略。求钟罩上浮时，气柜内气体的压强和钟罩内外水位差h （即“水封高”）为多少？ 习题6附图 习题7附图 7. 附图所示的汽液直接接触混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液与水沿大气腿流至地沟排出，现已知器内真空度为82kPa，当地大气压为100kPa，问其

2、绝对压为多少Pa？并估计大气腿内的水柱高度H为多少米？ 8. 如图所示，在A、B两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为i。容器及测压导管中均充满水，试求： （1） 读数R与H之间的关系； （2） A点和B点静压强之间的关系。 习题8附图 习题9附图 *9. 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为1的液体，U形管下部指示液密度为2，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强pB可用下式计算： *10. 试利用流体平衡的一般表达式（1-9），推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为pa，大气可视作等温的理想气体。 质量守恒 11

3、. 某厂用1144.5mm的钢管输送压强p=2MPa（绝压）、温度为20的空气，流量为6300Nm3/h（N指标准状况,0,1atm）。试求空气在管道中的流速、质量流量和质量流速。 机械能守恒 12. 水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由100mm突然扩大到200mm，见附图。A、B两点的垂直距离为0.2m。在此两点间连接一U形压差计，指示液为四氯化碳，其密度为1630kg/m3。若忽略阻力损失，试求： （1） U形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少mm？ （2） 若将上述扩大管道改为水平放置，压差计的读数有何变化？ 习题12附图 习题13附图 13. 某鼓风机吸入管直径为20

4、0mm，在喇叭形进口处测得U形压差计读数R=25mm，指示剂为水。若不计阻力损失，空气的密度为1.2kg/m3，试求管道内空气的流量。 14. 图示为马利奥特容器，其上部密封，液体由下部小孔流出。当液体流出时，容器上部形成负压，外界空气自中央细管吸入。试以图示尺寸计算容器内液面下降0.5m所需的时间。小孔直径为10mm。 设小孔的孔流系数C0=0.62。 习题14附图 习题15附图 15. 水以3.7710-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm，粗管直径D=80mm，倒U形压差计中水位差R=170mm。求水流经该扩大管段的阻力损失Hf，以J/N表示。 16. 图示为30的水由高

5、位槽流经直径不等的两管段。上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。不计所有阻力损失，管路中何处压强最低？该处的水是否会发生汽化现象？ *17. 在一水平管道中流着密度为的液体，收缩管前后的压差为（p1-p2），管截面积为A1及A2。忽略阻力损失，试列出流速u1和u2的计算式。 习题16附图 习题17附图 动量守恒 18. 水由喷嘴喷入大气，流量V=0.025m3/s，d1 =80mm，d2 =40mm，p1 =0.8MPa（表压）。求水流对喷嘴的作用力。 习题18附图 习题19附图 19. 流体流经突然扩大管道时伴有机械能损失（见附图）。试用动量守恒定律证明 其中A1、A2分别为1,2

6、截面面积，u1为小管中的流速。 提示：可假定Fn =p1 （A2 -A1 ），并忽略管壁对流体的摩擦阻力Ff。 *20. 水由直径为0.04m的喷口流出，流速为uj=20m/s。另一股水流以us =0.5m/s的流速在喷嘴外的导管环隙中流动，导管直径为D=0.10m。设图中截面1各点虚拟压强P1相同，截面2处流速分布均匀，并忽略截面1至2间管壁对流体的摩擦力，求： （1） 截面2处的水流速度u2； （2） 图示U形压差计的读数R。 习题20附图 习题21附图 流动的内部结构 21. 活塞在气缸中以0.8m/s的速度运动，活塞与气缸间的缝隙中充满润滑油。已知气缸内径D=100mm，活塞外径d=9

7、9.96mm，宽度l=120mm，润滑油粘度为100mPas。油在气缸壁与活塞侧面之间的流动为层流，求作用与活塞侧面的粘性力。 *22. 图示为一毛细管粘度计，刻度a至b间的体积为3.510-31，毛细管直径为1mm。若液体由液面a降至b需要80s，求此液体的运动粘度。毛细管两端b和c的静压强都是1atm，a与b间的液柱静压及毛细管表面张力的影响均忽略不计。 习题22附图 习题24附图 *23. 湍流时圆管的速度分布经验式为 试计算（1）之值；（2）动能校正系数之值。 *24. 粘度为、密度为的液膜沿垂直平壁自上而下作均速层流流动，平壁的宽度为B，高度为H。现将座标原点放在液面处，取液层厚度为

8、y的一层流体作力平衡。该层流体所受重力为（yBH）g。此层流体流下时受相邻液层的阻力为BH。求剪应力与y的关系。并用牛顿粘性定律代入，以推导液层的速度分布。并证明单位平壁宽度液体的体积流量为式中为液膜厚度。 管路计算 25. 某水泵的吸入口与水池液面的垂直距离为3m,吸入管直径为50mm的水煤气管（=0.2mm）。管下端装有一带滤水网的底阀，泵吸入口附近装一真空表。底阀至真空表间的直管长8m，其间有一个90。标准弯头。试估计当泵的吸水量为20m3/h时真空表的读数为多少kPa？操作温度为20。又问当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增大还是减少？ 26. 一高位槽向用水处输水，上游用管径为50

9、mm水煤气管，长80m，途中设90。弯头5个。然后突然收缩成管径为40mm的水煤气管，长20m，设有1/2开启的闸阀一个。水温20，为使输水量达310-3m3/s，求高位槽的液位高度z。 习题25附图 习题26附图 27. 用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽。输送流量为0.10m3/min，输送管路为383mm无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m，在压送过程中设为不变。管路总长20m，设有一个闸阀（全开），8个标准90。弯头。求压缩空气所需的压强为多少MPa（表压）？ 操作温度下硫酸的物性为=1830kg/m3，=12 mPa习题27附图 习题28附图 *28. 粘

10、度为30 mPas 、密度为900kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视作不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m （均包括局部阻力的当量长度）。当阀全关时，阀前、后的压强计读数分别为0.09MPa与0.045MPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求： （1）管路的流量； （2）阀前、阀后压强计的读数有何变化？ 29. 在20下苯由高位槽流入某容器中，其间液位差5m且视作不变，两容器均为敞口。输送管为323mm无缝钢管（=0.05mm），长100m（包括局部阻力的当量长度），求流量。 *30. 某工业燃烧炉产生的烟

11、气由烟囱排入大气。烟囱的直径为2m，/d=0.0004。烟气在烟囱内的平均温度为200，在此温度下烟气的密度为0.67kg/m3，粘度为0.026 mPas ，烟气流量为80000m3/h。在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度为1.15kg/m3，设烟囱内底部的压强低于地面大气压20mmH20，求此烟囱应有多少高度？ 试讨论用烟囱排气的必要条件是什么？增高烟囱高度对烟囱内底部压强有何影响？ *31. 某水槽的截面积A=3m2，水深2m。底部接一管子323mm，管长10m（包括所有局部阻力当量长度），管道摩擦系数=0.022。开始放水时，槽中水面与出口高差H为4m，试求水面下降一米所需的时间。

12、习题30附图 习题31附图 32. 附图所示管路，用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。输送流量要求为2.510-3m3/s。高位槽上方气体压强为0.2MPa（表压），两槽液面高差为6m，液体密度为1100kg/m3。管道403mm，总长（包括局部阻力）为50m，摩擦系数为0.024。求泵给每牛顿液体提供的能量为多少？ 习题32附图 习题33附图 *33. 两敞口容器其间液面差6m，底部用管道相联。A槽底部出口有一直径600mm、长3000m的管道BC，然后用两根支管分别与下槽相通。支管CD与CE的长度皆为2500m，直径均为250mm。若已知摩擦系数均为0.04，试求A槽向下槽的流量。设所有的局

13、部阻力均可略去。 *34. 水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m，内径41mm。BC段长15m，内径25mm。BD段长24m，内径25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度，但不包括出口动能项，分支点B的能量损失可忽略，试求： （1）D、C两支管的流量及水槽的总排水量； （2）当D阀关闭，求水槽由C支管流出的出水量； 设全部管路的摩擦系数均可取0.03，且不变化，出口损失应另作考虑。 习题34附图 习题35附图 *35. 某水槽的液位维持恒定，水由总管A流出，然后由B、C两支管流入大气。已知B、C两支管的内径均为20mm，管长lB = 2m，lO = 4m。阀门以外

14、的局部阻力可以略去。 （1）B、C两阀门全开（=0.17）时，求两支管流量之比； （2）提高位差H，同时关小两阀门至1/4开（=24），使总流量保持不变，求B、C两支管流量之比； （3）说明流量均布的条件是什么？ 设流动以进入阻力平方区，两种情况下的=0.028，交点O的阻力可忽略。 *36. 欲将5000kg/h的煤气输送100公里，管内径为300mm，管路末端压强为0.15MPa（绝压），试求管路起点需要多大的压强？ 设整个管路中煤气的温度为20，=0.016，标准状态下煤气的密度为0.85kg/m3。 流量测量 37. 在一内径为300mm的管道中，用毕托管来测定平均分子量为60的气体流

15、速。管内气体的温度为40，压强为101.3kPa，粘度0.02mPa已知在管道同一横截面上测得毕托管最大读数为30mmH2O。问此时管道内气体的平均速度为若干？ 38. 在一直径为5 cm的管道上装一标准的孔板流量计，孔径为25mm，U形管压差计读数为220mmHg。若管内液体的密度为1050kg/m3，粘度为0.6 mPas ，试计算液体的流量。 39. 有一测空气的转子流量计，其流量刻度范围为4004000l/h， 转子材料用铝制成（铝=2670kg/m3）， 今用它测定常压20的二氧化碳，试问能测得的最大流量为若干l/h？ 非牛顿流体流动 40. 图示为钢板表面涂塑过程，钢板宽度为1m，

16、以0.5m/s的速度移动。板与模口的间隙为0.001m。在加工温度下，塑料糊的流动特性服从幂律式。求模口中塑料糊的剪切率、拉动该板所需的力和功率？ 习题40附图 41. 用泵将容器中的蜂蜜以6.2810-3m3/s的流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）l+le=20m，管径为0.1m，蜂蜜流动特性服从幂律，密度=1250kg/m3，求泵需提供的能量J/kg？ 习题41附图 习题42附图 42. 已知融熔态巧克力浆的流动服从如下的卡森（Casson）方程： （a）式中为很大的粘度，Pa今由仪器测得40下巧克力浆的剪应力与剪切率的关系如下：du/dy （1/s）0.51.05.010

17、.050100（Pa）3442.183.2123377659试用最小二乘法求出式（a）中的屈服应力y及粘度。 43. 图示容器中盛有密度为=1200kg/m3的芥末酱，容器底部有一直径d=10mm、长1m的直管。当容器中液面不断下降至H=0.35m时，管壁处剪应力w等于流体屈服应力y，芥末酱在管内不再流动。对管径为d、管长为L的管内流体作力平衡可得 式中p为直管上下二端的压强差，试求该芥末酱的屈服应力y。 44. 已导出圆管内流动时的剪应力分布为式（1-63）， （a）若为幂律流体作层流流动， （b）联立（a）、（b）两式积分，取边界条件r=R处，u=0。试证管内流体的速度分布为 （C）流量为 （d）试证管内平均流速为 （e） 习题44附图