流体流动-习题课

流体流动习题课作业中存在的问题1.计算时未选取进、出口截面与基准水平面，也未画出图形；2.图形画得太随意，应规范化；3.计算式中不用写量纲，只要保证计算式中的量纲均为SI制即可；4.柏努利方程书写错误；5.压力为表压时，一定要在压力值后面括号内写上“表压”二字；6.g=9.807，最好都与教材上一致；7.在查取当量长度le和摩擦系数λ值时存在误差；8.有同学物理量后边未写量纲；9.有个别同学抄他人作业的现象。例：图中开口的容器内盛有油和水，油层高度h1=0.7m，密度31/800mkg，水层高度h2=0.6m，32/1000mkg1）判断下列两关系是否成立PA＝PA’，PB＝PB’。2）计算玻璃管内水的高度h。密度为解：（1）判断题给两关系是否成立∵A，A’在静止的连通着的同一种液体的同一水平面上'AAPP因B，B’虽在同一水平面上，但不是连通着的同一种液体，即截面B-B’不是等压面，故不成立。'BBPP（2）计算水在玻璃管内的高度h'AAPPPA和PA’又分别可用流体静力学方程表示设大气压为Pa21ghghPPaA水油aAPghP水''AAPPghPghghPaa水水油21h10006.010007.0800mh16.1例如附图所示，常温水在管道中流过。为测定a、b两点的压力差，安装一U型压差计，试计算a、b两点的压力差为若干？已知水与汞的密度分别为1000kg/m3及13600kg/m3。123b3aφ60mmφ100mmφ50mmφ50mm体积流量:2.55×10－3m3/s求水在各段管内的速度m/s902.006.0785.01055.2423211dVuSm/s325.0)10060(902.0)(222112dduu33222AuAum/s650.0)50100(2325.0)(2223223dduu0kPaABC2160kPa1122oo'从容器A用泵B将密度为890kg/m3油品输送到塔C顶部。容器内与塔顶的表压力如本题附图所示，管子的规格为φ114mm×4mm。油品的输送流量为5.4×104kg/h，输送管路的全部阻力损失为122J/kg，试求泵的有效功率。(1)确定输送设备的有效功率或We解：取容器A内液面为截面1-1’，管路出口处为截面2-2’，并以O-O’为基准水平面。列截面1-1’和2-2’间的柏努利方程式。2211221222efupupgzWgzE22212121()2efuuppWgzzE42225.4101.91m/s10.7850.10689036004sWud已知：p1=0(表压)，p2=2.16×106Pa(表压)，d=114-2×4=106mm=0.106m,z1=2.1m,z2=36m,u1=0,,12122J/kgfE261.9102.161009.807(362.1)1222883.2J/kg2890eW45.4102883.243248W43.2kW3600esPeWW则泵的有效功率为：1122解：取回流罐内液面为截面1-1’，塔内回流管出口处为截面2-2’，并以截面1-1’为基准水平面。列截面1-1’和2-2’间的柏努利方程式。2211221222efupupgzWgzE已知：p1=2.0×106(表压)，p2=1.3×106Pa(表压)，d=0.14m,z1=0,z2=30m,u1=0,42224101.2m/s10.7850.1460036004sWud150J/kgfE22212121()2efuuppWgzzE2661.201.3102.0109.807(300)150721.7J/kg02600eW该结果表明不需要泵。则：如本题附图所示，为丙烯精馏塔的回流系统，即回流罐内的丙烯通过回流管返回至精馏塔顶。精馏塔顶的操作压力为1.3MPa(表压)，回流罐内液面上方压力为2.0MPa(表压)。塔内回流管口距回流罐内液面的垂直距离为30m，回流管内径为140mm，丙烯精馏塔的回流量为4×104kg/h，丙烯的密度为600kg/m3，回流管路的全部阻力损失为150J/kg。试问将丙烯从回流罐送到精馏塔顶是否需要泵？2211221222fupupgzgzE已知：p1=0(表压)，p2=4.0×104Pa(表压)，d=60-2×3=54mm=0.054m,z2=0,u1=0,222141.7m/s10.7850.05436004sVud22J/kgfE222121122fEuuppzzzggg解：取高位槽液面为1-1’，管子出口处为截面2-2’，并以截面2-2’为基准水平面。列截面1-1’和2-2’间的柏努利方程式。241.704.0100226.97m29.8078909.8079.807z则高位槽中的液面距塔进料口的高度为：A1122zPa从敞口高位槽向精馏塔供料，高位槽内液面维持不变，塔进料口处的压力为40kPa(表压)，原料液的密度为890kg/m3，管子直径为φ60mm×3mm，从高位槽至塔的进料管入口处的阻力损失为22J/kg。试问要维持14m3/h的进料量，高位槽中的液面须高出塔的进料口多少m?(2)确定容器间的相对位置例：水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动，管路直径恒定，水流经管路的能量损失可以忽略不计，计算管内截面2-2’,3-3’,4-4’和5-5’处的压力，大气压强为760mmHg，图中所标注的尺寸均以mm计。分析：求P求u机械能衡算式某截面的总机械能求各截面P理想流体(3)确定管道内流体压力解：在水槽水面1－1’及管出口内侧截面6－6’间列机械能衡算式，并以6－6’截面为基准水平面6266121122pugZpugZ，mmmZ110001式中：mZ06P1=P6=0（表压）u1≈0代入机械能衡算式2181.926uu6=4.43m/su2=u3=……=u6=4.43m/s常数pugzE22取截面2-2’为基准水平面,z1=3m，P1=101300Pa01u1013009.813130.8/1000EJkg对于各截面压力的计算，仍以2-2’为基准水平面，Z2=0，Z3=3m，Z4=3.5m，Z5=3m22222356249.8122222uuuuu各截面机械能总和为：（1）截面2-2’压强22222pugZE2--2222ugZEp)2(2222ugZEP1000)81.98.130(Pa120990（2）截面3-3’压强)2(2333ugZEp1000)81.9381.98.130(Pa91560（3）截面4-4’压强)2(4244gZuEp10003.59.81-81.9-8.130Pa86660（4）截面5-5’压强)2u-gZ-(2555Ep10009.87-39.81-8.130Pa91560从计算结果可见：P2P3P4，而P4P5P6，这是由于流体在管内流动时，位能和静压能相互转换的结果。例：分别计算下列情况下，流体流过φ76×3mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（1）密度为910kg/m3、粘度为72cP的油品，流速为1.1m/s；（2）20℃的水，流速为2.2m/s。解:(1)油品：200097310721.191007.0Re3ud流动为层流,摩擦系数可从Moody磨擦系数图查取,也可以用下式计算:0658.097364Re6422101.10.06585.69J/kg20.072fluEd5.690.58m9.81ffEhg9105.695178PaffpE（2）20℃水的物性：3kg/m2.998310005.1Pa·s531053.110005.12.22.99807.0udRe流动为湍流,求摩擦系数尚需知道相对粗糙度ε/d,查表1-1，取钢管的绝对粗糙度为0.2mm，00286.0702.0d根据Re=1.53×105及ε/d＝0.00286查图1-25，得λ＝0.02722102.20.0279.33J/kg20.072fluEd9.330.95m9.81ffEhg998.29.339313PaffpE1.流体流动的连续性方程是____________；适用于不可压缩流体流动的连续性方程是_____________。2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______，变______；后者是恒______，变_________。3.流体在管内做湍流流动时（不是阻力平方区），其摩擦系数λ随______和_________而变。4.处于同一水平面高的流体，维持等压面的条件是_____________。