第一章-流體流動答案

PAGEPAGE1緒論【0-1】1m3水中溶解0.05kmolCO2，試求溶液中CO2的摩爾分數(shù)，水的密度為100kg/m3解水CO2的摩爾分數(shù)【0-2】在壓力為101325、溫度為25℃條件下，甲醇在空氣中達到飽和狀態(tài)。試求：(1)甲醇的飽和蒸氣壓；(2)空氣中甲醇的組成，以摩爾分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)、濃度、質(zhì)量濃度表示。解(1)甲醇的飽和蒸氣壓(2)空氣中甲醇的組成摩爾分數(shù)質(zhì)量分數(shù)濃度質(zhì)量濃度【0-3】1000kg的電解液中含質(zhì)量分數(shù)10%、的質(zhì)量分數(shù)10%、的質(zhì)量分數(shù)80%，用真空蒸發(fā)器濃縮，食鹽結(jié)晶分離后的濃縮液中含50%、2%、48%，均為質(zhì)量分數(shù)。試求：(1)水分蒸發(fā)量；(2)分離的食鹽量；(3)食鹽分離后的濃縮液量。在全過程中，溶液中的量保持一定。解電解液1000kg濃縮液中1000×0.l=100kg=0.5（質(zhì)量分數(shù)）1000×0.l=100kg=0.02（質(zhì)量分數(shù)）1000×0.8=800kg=0.48（質(zhì)量分數(shù)）在全過程中，溶液中量保持一定，為100kg濃縮液量為200kg濃縮液中，水的含量為200×0.48=96kg，故水的蒸發(fā)量為800-96=704kg濃縮液中的含量為200×0.02=4kg，故分離的量為100-4=96kg

第一章流體流動流體的壓力【1-1】容器A中的氣體表壓為60kPa，容器B中的氣體真空度為Pa。試分別求出A、B二容器中氣體的絕對壓力為若干帕，該處環(huán)境的大氣壓力等于標準大氣壓力。解標準大氣壓力為101.325kPa容器A的絕對壓力容器B的絕對壓力【1-2】某設備進、出口的表壓分別為-12kPa和157kPa，當?shù)卮髿鈮毫?01.3kPa。試求此設備的進、出口的絕對壓力及進、出的壓力差各為多少帕。解進口絕對壓力出口絕對壓力進、出口的壓力差流體的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩爾分數(shù)為0.4，試求該混合液在20℃解正庚烷的摩爾質(zhì)量為，正辛烷的摩爾質(zhì)量為。將摩爾分數(shù)換算為質(zhì)量分數(shù)正庚烷的質(zhì)量分數(shù)正辛烷的質(zhì)量分數(shù)從附錄四查得20℃下正庚烷的密度，正辛烷的密度為混合液的密度【1-4】溫度20℃，苯與甲苯按4:6解20℃時，苯的密度為，甲苯的密度為。混合液密度【1-5】有一氣柜，滿裝時可裝混合氣體，已知混合氣體各組分的體積分數(shù)為操作壓力的表壓為5.5kPa，溫度為40℃。試求：(1)混合氣體在操作條件下的密度；(2)混合氣體的量為多少。解混合氣體的摩爾質(zhì)量(1)混合氣體在操作條件下的密度為(2)混合氣體，摩爾體積為混合氣體的量為液體質(zhì)量流量，體積流量流速氣體質(zhì)量流量密度（氣體的密度與壓力成正比，與溫度成反比）體積流量流速習題1-13附圖習題1-14附圖【1-14】如習題1-14附圖所示，從一主管向兩支管輸送20℃的水。要求主管中水的流速約為，支管1與支管2中水的流量分別為。試計算主管的內(nèi)徑，并從無縫鋼管規(guī)格表中選擇合適的管徑，最后計算出主管內(nèi)的流速。解主管的流量體積流量，流速管徑選擇無縫鋼管，內(nèi)徑為，主管內(nèi)水的流速連續(xù)性方程與伯努利方程【1-15】常溫的水在如習題1-15附圖所示的管路中流動。在截面1處的流速為，管內(nèi)徑為200mm，截面2處的管內(nèi)徑為100mm。由于水的壓力，截面1處產(chǎn)生1m高的水柱。試計算在截面1與2之間所產(chǎn)生的水柱高度差h為多少（忽略從1到2處的壓頭損失）?解習題1-15附圖習題1-15附圖習題1-16附圖另一計算法計算液柱高度時，用后一方法簡便?！?-16】在習題1-16附圖所示的水平管路中，水的流量為。已知管內(nèi)徑,，液柱高度。若忽略壓頭損失，試計算收縮截面2處的靜壓頭。解水的體積流量，截面1處的流速截面2處的流速在截面1與2之間列伯努利方程，忽略能量損失。截面2處的靜壓頭水柱習題1-17附圖負值表示該處表壓為負值，處于真空狀態(tài)。習題1-17附圖【1-17】如習題1-17附圖所示的常溫下操作的水槽，下面的出水管直徑為。當出水閥全關閉時，壓力表讀數(shù)為30.4kPa。而閥門開啟后，壓力表讀數(shù)降至20.3kPa。設壓力表之前管路中的壓頭損失為0.5m水柱，試求水的流量為多少?解出水閥全關閉時，壓力表讀數(shù)30.4kPa（表壓）能反映出水槽的水面距出水管的高度h閥門開啟后，壓力表讀數(shù)（表壓）從水槽表面至壓力表處的管截面列出伯努利方程，以求出水管的流速水的流量【1-18】若用壓力表測得輸送水、油（密度為）、98%硫酸(密度為)的某段水平等直徑管路的壓力降均為49kPa。試問三者的壓頭損失的數(shù)值是否相等？各為多少米液柱？解從伯努利方程得知，等直徑水平管的壓頭損失與壓力降的關系為。習題1-19附圖【1-19】如習題1-19附圖所示，有一高位槽輸水系統(tǒng)，管徑為。已知水在管路中流動的機械能損失為(u為管內(nèi)流速)。試求水的流量為多少。欲使水的流量增加20%，應將高位槽水面升高多少米？習題1-19附圖解管徑，機械能損失(1)以流出口截面處水平線為基準面，水的流量(2)習題1-20附圖高位槽應升高習題1-20附圖【1-20】如習題1-20附圖所示，用離心泵輸送水槽中的常溫水。泵的吸入管為，管的下端位于水面以下2m，并裝有底閥與攔污網(wǎng)，該處的局部壓頭損失為。若截面處的真空度為39.2kPa，由截面至截面的壓頭損失為。試求：(1)吸入管中水的流量，；(2)吸入口截面的表壓。解管內(nèi)徑，水密度截面處的表壓，水槽表面（表壓）(1)從為基準面，壓頭損失水的流量(2)從流體的黏度【1-21】當溫度為20℃及60解20℃水空氣水溫度升高，黏度減??；空氣溫度升高，黏度增大。雷諾數(shù)與流體流動類型【1-22】25℃的水在內(nèi)徑為50mm的直管中流動，流速為2m/s解25℃，水的黏度，密度，管內(nèi)徑，流速【1-23】(1)溫度為20℃、流量為的水，在的直管中流動，試判斷流動類型；(2)在相同的條件下，水改為運動黏度為的油，試判斷流動類型。解(1)流速雷諾數(shù)(2)雷諾數(shù)【1-24】20℃的水在的直管內(nèi)流動。試求：(1)管中水的流量由小變大，當達到多少時，能保證開始轉(zhuǎn)為穩(wěn)定湍流；(2)若管內(nèi)改為運動黏度為的某種液體，為保持層流流動，管中最大平均流速應為多少？解(1)水，20℃，體量流量(2)管內(nèi)流體流動的摩擦阻力損失習題1-25附圖【1-25】如習題1-25附圖所示，用U形管液柱壓差計測量等直徑管路從截面A到截面B的摩擦損失。若流體密度為，指示液密度為，壓差計讀數(shù)為R。試推導出用讀數(shù)R計算摩擦損失的計算式。習題1-25附圖解從截面A到截面B列伯努利方程，截面A為基準面，則得液柱壓差計1-1為等壓面由式得此式即為用U形管壓差計測量流體在兩截面之間流動的摩擦損失的計算式。【1-26】如習題1-26附圖所示，有的水平管與垂直管，其中有溫度為20℃的水流動，流速為。在截面A與截面B處各安裝一個彈簧壓力表，兩截面的距離為6m，管壁的相對粗糙度。試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數(shù)的差值是否相同？如果不同，試說明其原因。習題1-26附圖如果用液柱壓差計測量壓力差，則兩個直管的液柱壓力計的讀數(shù)R是否相同？指示液為汞，其密度為。習題1-26附圖解已知管內(nèi)徑，水的溫度t=20℃密度，黏度，流速雷諾數(shù)湍流管壁相對粗糙度查得摩擦系數(shù)這兩個直管的摩擦阻力損失相同，為(1)彈簧壓力表讀數(shù)之差值①水平管在A、B兩截面列伯努利方程因，故得②垂直管在A、B兩截面間列伯努利方程，以截面A為基準面，上述計算結(jié)果表明，垂直管的大于水平管的。這是因為流體在垂直管中從下向上流動時，位能增大而靜壓能減小。(2)U形管液柱壓差計的讀數(shù)R①水平管與前面相同，由伯努利方程得另從U形管壓差計等壓面處力的平衡，求得由式與式，求得②垂直管與前面相同，由伯努利方程得另從U形管壓差計等壓面處力的平衡，求得由式，求得從上述推導可知，垂直管與水平管的液柱壓差計的讀數(shù)R相同。有了讀數(shù)R值，就可以分別用式求得水平管及垂直管的?！?-27】有一輸送水的等直徑（內(nèi)徑為d）垂直管路，在相距H高度的兩截面間安裝一U形管液柱壓差計。當管內(nèi)水的流速為時，測得壓差計中水銀指示液讀數(shù)為R。當流速由增大到時，試求壓差計中水銀指示液讀數(shù)是R的多少倍。設管內(nèi)水的流動處于粗糙管完全湍流區(qū)。解從習題2-25與習題2-28可知，U形管液柱壓差計的讀數(shù)R與兩截面間流體流動的摩擦損失成正比，即。又知道，在粗糙管完全湍流區(qū)為阻力平方區(qū)，即摩擦損失與流體流速的平方成正比，。由上述分析可知因此【1-28】水的溫度為10℃，流量為，在直徑、長為100m的直管中流動。此管為光滑管。(1)試計算此管路的摩擦損失；(2)若流量增加到，試計算其摩擦損失。解水在10℃時的密度，黏度，光滑管。(1)體積流量流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)摩擦損失(2)體積流量因流量是原來的3倍，故流速雷諾數(shù)湍流對于光滑管，摩擦系數(shù)用Blasius方程式計算也可以從摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關聯(lián)圖上光滑管曲線上查得，。摩擦損失【1-29】試求下列換熱器的管間隙空間的當量直徑：(1)如習題1-29附圖(a)所示，套管式換熱器外管為，內(nèi)管為；(2)如習題1-29附圖(b)所示，列管式換熱器外殼內(nèi)徑為500mm，列管為的管子174根。習題1-29附圖解(1)套管式換熱器，內(nèi)管外徑，外管內(nèi)徑當量直徑(2)列管式換熱器，外殼內(nèi)徑，換熱管外徑，根數(shù)根當量直徑【1-30】常壓下35℃的空氣，以12m/s的流速流經(jīng)120m長的水平管。管路截面為長方形，高300mm，寬200mm，試求空氣流動的摩擦損失，設。解空氣，，流速。管路截面的高。當量直徑雷諾數(shù)摩擦損失【1-31】把內(nèi)徑為20mm、長度為2m的塑料管（光滑管），彎成倒U形，作為虹吸管使用。如習題1-31附圖所示，當管內(nèi)充滿液體，一端插入液槽中，另一端就會使槽中的液體自動流出。液體密度為，黏度為。為保持穩(wěn)態(tài)流動，使槽內(nèi)液面恒定。要想使輸液量為，虹吸管出口端距槽內(nèi)液面的距離需要多少米？解已知，體積流量流速從液槽的液面至虹吸管出口截面之間列伯努利方程式，以虹吸管出口截面為基準面光滑管，查得，管入口突然縮小U形管（回彎頭）習題1-31附圖習題1-31附圖習題1-32附圖【1-32】如習題1-32附圖所示，有黏度為、密度為的液體，從高位槽經(jīng)直徑為的鋼管流入表壓為的密閉低位槽中。液體在鋼管中的流速為，鋼管的相對粗糙度，管路上的閥門當量長度。兩液槽的液面保持不變，試求兩槽液面的垂直距離H。解在高位槽液面至低位槽液面之間列伯努利方程計算H，以低位槽液面為基準面。，液體密度雷諾數(shù)管長，閥門，高位槽的管入口，低位槽管出口，90°彎頭習題1-33附圖【1-33】如習題1-33附圖所示，用離心泵從河邊的吸水站將20℃的河水送至水塔。水塔進水口到河水水面的垂直高度為34.5m。管路為的鋼管，管長1800m，包括全部管路長度及管件的當量長度。若泵的流量為，試求水從泵獲得的外加機械能為多少？鋼管的相對粗糙度。習題1-33附圖解水在20℃時，流量流速湍流查得摩擦阻力損失以河水水面為基準面，從河水水面至水塔處的水管出口之間列伯努利方程。外加機械能【1-34】如習題1-34附圖所示，在水塔的輸水管設計過程中，若輸水管長度由最初方案縮短25%，水塔高度不變，試求水的流量將如何變化？變化了百分之幾？水在管中的流動在阻力平方區(qū)，且輸水管較長，可以忽略局部摩擦阻力損失及動壓頭。解在水塔高度H不變的條件下，輸水管長度縮短，輸水管中的水流量應增大。從水塔水面至輸水管出口之間列伯努利方程，求得習題1-34附圖習題1-34附圖因水塔高度H不變，故管路的壓頭損失不變。管長縮短后的長度與原來長度的關系為在流體阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)恒定不變，有故流速的比值為流量的比值為流量增加了15.5%管路計算【1-35】用的鋼管輸送流量為的原油，管長為，油管最大承受壓力為。已知50℃時油的密度為，黏度為。假設輸油管水平鋪設，其局部摩擦阻力損失忽略不計，試問為完成輸油任務，中途需設置幾個加壓站？解因為是等直徑的水平管路，其流體的壓力降為油管最大承受壓力為加壓站數(shù)需設置2級加壓，每級管長為50km，每級的，低于油管最大承受壓力?！?-36】如習題1-36附圖所示，溫度為20℃的水，從水塔用鋼管，輸送到車間的低位槽中，低位槽與水塔的液面差為12m，管路長度為150m（包括管件的當量長度）。試求管路的輸水量為多少，鋼管的相對粗糙度。解水，由伯努利方程，得管路的摩擦阻力損失為管內(nèi)水的流速未知，摩擦系數(shù)不能求出。本題屬于已知、，求的問題。驗算流動類型體積流量習題1-36附圖習題1-37附圖【1-37】如習題1-37附圖所示，溫度為20℃的水，從高位槽A輸送到低位槽B，兩水槽的液位保持恒定。當閥門關閉時水不流動，閥前與閥后的壓力表讀數(shù)分別為80kPa與30kPa。當管路上的閥門在一定的開度下，水的流量為，試計算所需的管徑。輸水管的長度及管件的當量長度共為42m，管子為光滑管。本題是計算光滑管的管徑問題。雖然可以用試差法計算，但不方便。最好是用光滑管的摩擦系數(shù)計算式（適用于）與及，推導一個之間的計算式。解水在水的流量，管長及管件當量長度閥門關閉時，壓力表可測得水槽離壓力表測壓點的距離。兩水槽液面的距離以低位槽的液面為基準面，從高位槽A的液面到低位槽B之間列伯努利方程，得管路的摩擦損失與的關系式為對于水力光滑管，與及之間的計算式為代入已知數(shù)習題1-38附圖求得管內(nèi)徑為習題1-38附圖驗證范圍湍流符合計算式中規(guī)定的范圍【1-38】如習題1-38附圖所示，水槽中的水由管C與D放出，兩根管的出水口位于同一水平面，閥門全開。各段管內(nèi)徑及管長（包括管件的當量長度）分別為ABBCBDd試求閥門全開時，管C與管D的流量之比值