01流體流動(dòng)習(xí)題答案

1、第一章流體流動(dòng)習(xí)題解答1 .某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為13.3103Pa,試計(jì)算設(shè)備內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)與表壓強(qiáng)。已知該地區(qū)大氣壓強(qiáng)為98.7X03Pa。解：真空度=大氣壓一絕壓p絕壓=PtmP空度498.7-13.33)Pia)表壓=真空度=-13.3103Pa2 .在本題附圖所示的貯油罐中盛有密度為960kg/m3的油品，油面高于罐底9.6m,油面上方為常壓。在罐側(cè)壁的下部有一直徑為760mm的圓孔，其中心距罐底800mm,孔蓋用14mm的鋼制螺釘緊固。若螺釘材料的工作應(yīng)力取為32.23106Pa,問(wèn)至少需要幾個(gè)螺釘？解：設(shè)通過(guò)圓孔中心的水平液面生的靜壓強(qiáng)為p,則p罐內(nèi)液體作用于孔蓋上的平均壓強(qiáng)p=：

2、；g：z609.81(9.-60=8)用麥壓)作用在孔蓋外側(cè)的是大氣壓pa,故孔蓋內(nèi)外所受的壓強(qiáng)差為Ap=82874Pa作用在孔蓋上的凈壓力為二2:二24pfpd=82575(一0.76)=3.7610N44每個(gè)螺釘能承受的最大力為：6、23F釘=322310-父0.014父4.396104螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)為3.76父104/4.96父103=7.58個(gè)所需的螺釘數(shù)量最少為8個(gè)3.某流化床反應(yīng)器上裝有兩個(gè)U管壓差計(jì)，如本題附圖所示。測(cè)得Ri=400mm,R2=50mm,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴(kuò)散，于右側(cè)的U管與B兩處的表壓強(qiáng)。習(xí)班3附圖大氣連通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50mm。

3、試求A、解：U管壓差計(jì)連接管中是氣體。若以Pg,Ph2o,PHg分別表示氣體、水與水銀的密度，因?yàn)閜g=pHg,故由氣柱高度所產(chǎn)生的壓強(qiáng)差可以忽略。由此可以認(rèn)為pA%pC,Pb之Pd。由靜力學(xué)基本方程式知Pa:pc=：；h20g&pgR?二10009.810:05136009.=7161Pa（表壓）Pb%Pd=Pa中H&R7161+136009.將10.4%.P5104.本題附圖為遠(yuǎn)距離制量控制裝置，用以測(cè)定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面位置。已知兩吹氣管出口的距離H=1m,U管壓差計(jì)的指示液為水銀，煤油的密度為820kg/m3。試求當(dāng)壓差計(jì)讀數(shù)R=68m時(shí)，相界面與油層的吹氣管出

4、口距離h。解：如圖，設(shè)水層吹氣管出口處為a,煤油層吹氣管出口處為b,且煤油層吹氣管到液氣界面的高度為Hu則Pa=P1P"P2Pa=P油g（H/h）+P7Kg（H-h）（表壓）Pb=%gH（表壓）U管壓差計(jì)中，P1-P2=PHggR（忽略吹氣管內(nèi)的氣柱壓力）Pa-Pb=P1-P2=：gR分別代入Pa與Pb的表達(dá)式，整理可得:油gh5g(H-h)=，gHh二以H一口:水一油10001.0-136000.0681000-820=0.418m根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知從壓差指示劑的讀數(shù)可以確定相界面的位置。并可通過(guò)控制分相槽底部排水閥的開(kāi)關(guān)情況，使油水兩相界面仍維持在兩管之間。5.用本題附圖中串聯(lián)U管

5、壓差計(jì)測(cè)量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，U管壓差計(jì)的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準(zhǔn)面的垂直距離分別為：h1=2.3m、h2=1.2m、h3=2.5m及h4=1.4m。鍋中水面與基準(zhǔn)面間的垂直距離h5=3m。大氣壓強(qiáng)Pa=99.3X03Pa。試求鍋爐上方水以P琲口kgf/cm2來(lái)計(jì)量）。習(xí)題5時(shí)圖解：如圖所示標(biāo)記等壓面2,P2=PapHgg(h1一h13,4,大氣壓記為paP3=P2-：H20g(h3-h)2P4P0PP4-：H20g(h5-h)4將以上四式相加并代入已知量Pa=99.3103Pa1Tl=2.mh2=1.mh3=2.mh4=1.mh5=1.3mP0=Pa(h

6、戈h3-1%)：Hgg-什5-1%!-1)20g1.=99.310+(2.31.22.5父1.4)父136009.8+(23)610104&.=3.645104Pa=3.72kgf/cm26.根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計(jì)的t數(shù)，計(jì)算管路中氣體的表壓強(qiáng)p。壓差計(jì)中以油和水為指示液，其密度分別為920kg/m3及998kg/m3,U管中油、水交界面高度差R=300mm。兩擴(kuò)大室的內(nèi)徑D均為60mm,U管內(nèi)徑d為6mm。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于大氣壓時(shí)，兩擴(kuò)大室液面平齊。解：可以知道當(dāng)微差壓差計(jì)的讀數(shù)p=pa時(shí)，兩擴(kuò)大室液面相齊。那么當(dāng)壓力不同時(shí)，擴(kuò)大室液面差A(yù)h與R的關(guān)系可用下式計(jì)算:當(dāng)R=3

7、00mm時(shí)，Ah=()2R=0.3()2=0.003mD60根據(jù)靜力學(xué)基本方程：p=(p水-p油)gR+p油9加u(998920)9,810.39209.8=257Pa(表壓)7.列管換熱器的管束由121根425mmM2.5mm的銅管組成?？諝庖?m/s速度在列管內(nèi)流動(dòng)?？諝庠诠軆?nèi)的平均溫度為50C、壓強(qiáng)為196X103Pa（表壓），當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.7X03Pa。試求：（1）空氣的質(zhì)量流量；（2）操作條件下空氣的體積流量；（3）將（2）的計(jì)算結(jié)果換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積流量。解：(1)ws=uAnu=9m/sn=121A=1nd2=工兀一(252.5父2)父10-312=0.000314m

8、244-_pM_(19698.4)103(29103)RT8.314(273500)=3.182kg/m3ws=90.0003143.182121=1.09kg/s(2)VS=uAn=90.000314121-0.342m3/s(3)p1V1_p0V0)T1一T0VPViT。（19698.7）0,34227308637Vo=二二0.863m/ST1p02735098.78.高位槽內(nèi)的水面高于地面8m,水從型08mmM4mm的管道中流出，管路出口高于地面2m。在本題特定條件下，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失可按工hf=6,5u2計(jì)算（不包括出口阻力損失），其中u為水在管內(nèi)的流速m/so試計(jì)算：（l）A-A

9、'截面處水的流速；（2）水的流量，以m3/h計(jì)。解：（1）取高位槽水面為上游截面1-1,管路出口內(nèi)側(cè)為下游截面2-21,如圖所示，那么Z|=8m,z2=2m（基準(zhǔn)水平面為地面）U1%0,P1=P2=0表壓），A-A1處的流速與管路出口處的流速相同，Ua=U2（管徑不變，密度相同）在截面1-11和2-21間列柏努利方程方程，得2g：z=M、h,其中hf=6.5u22U2代入數(shù)據(jù)+6.5u=9.81父（82）解得u=uA=2.9m/s232_3（2）Vh=uA=2,9-（108-42）103600=82m/h9.20c的水以2.5m/s的流速流經(jīng)438mmM2,5mm的水平管，此管以錐形管

10、與另一453mmM3mm的水平管相連。如本題附圖所示，在錐形管兩側(cè)A、B處各插入一垂直玻璃管以觀察兩截面的壓強(qiáng)。若水流經(jīng)A、B兩截面間的能量損失為1.5J/kg,求兩玻璃管的水面差（以m計(jì)），并在本題附圖中畫(huà)出兩玻璃管中水面的相對(duì)位置。解：取A,B兩點(diǎn)處所在的與管路垂直的平面分別為上游和下游截面AA'和B-B1,如圖所示，并取管路中心線所在的水平面為基準(zhǔn)面，那么Za=Zb=0,uA=2.5m/sdA238-2.522uB-uA()=2.5()=1.23m/sdB53-32在截面AA'和B-B間列柏努利方程:UaPaUbPbx.xhf,A上22：2222ua_Ub2.5一1.23

11、pBpA=(ABhfA_B)：=(-1.5)1000=868.5Pa2,2查表得到1Pa=0.102mmH2O,那么8685=88.5mmH2O0.102p2-p1>0,所以A點(diǎn)的壓力大于B點(diǎn)的壓力，即B管水柱比A管高88.5mm10.用離心泵把20c的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部分相對(duì)位置如本題附圖所示。管路的直徑均為泵入口處真空表的讀數(shù)為24.06103Pa；水流經(jīng)吸八管與排出管量損失可分別按£hf,1=2u2與工hf,2=10u2工試求泵或排出管的流速m/So排水管與噴頭連接處的壓強(qiáng)力解：取水槽中水面所在的平面為截面1的有效功率。么有表連接處垂直于管子的截面為2-20水洗塔出口處為截捕習(xí)題10附圖4=0z2=1.mz3=14mu1上0u2=u3=ur=0(表壓)P2=-24.6631RDa(表壓)p3=98.0731田&表壓)P=1000kg/m3在截面1-1'和2-2間列柏努利方程，得22旦g乙U半gz2£%hj"hf=2u2代入以上數(shù)值解得u