流體流動習題答案

第一章流體流動習題解答

1.某設(shè)備上真空表的讀數(shù)為13.3X10：'Pa,試計算設(shè)備內(nèi)的絕對壓強與表壓

強。已知該地區(qū)大氣壓強為98.TXIO'Pa。

解：真空度=大氣壓一絕壓

表壓=一真空度=-13.3xlO3Pa

2.在本題附圖所示的貯油罐中盛有密度為960kg/m：’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力取為

32.23X106Pa,問至少需要幾個螺釘？

每個螺釘能承受的最大力為:

螺釘?shù)膫€數(shù)為3.76x104/4.96x103=7.58個

所需的螺釘數(shù)量最少為8個

3.某流化床反應器上裝有兩個U管壓差計，如本題附圖所示。測得帛=400mm,

兄=50mm,指示液為水銀。為防止水銀蒸氣向空間擴散，于右側(cè)的U管與大氣連

通的玻璃管內(nèi)灌入一段水，其高度R3=50min。試求A、B兩處

的表壓強。

解：U管壓差計連接管中是氣體。若以03，%夕,0為分

別表示氣體、水與水銀的密度，因為巴《0為，故由氣柱

高度所產(chǎn)生的壓強差可以忽略。由此可以認為以。4,

習題3附圖

PBXPD°

由靜力學基本方程式知

=7161Pa（表壓）

4.本題附圖為遠距離制量控制裝置，用以測定分相槽內(nèi)煤油和水的兩相界面

位置。已知兩吹氣管出口的距離年Im,U管壓差計的指示液為水銀，煤油的密度

3

為820kg/m0試求當壓差計讀數(shù)R=68m時，相界面與油層的吹氣管出口距離人

解：如圖，設(shè)水層吹氣管出口處為a,壓縮空氣

煤油層吹氣管出口處為瓦且煤油層吹氣

管到液氣界面的高度為〃。則

Pa=P\Pb=Pl

=。沌g（HI+h）+0水g（H一九）（表

壓）

習題4附圖

Pb=。油（表壓）

U管壓差計中，8-〃2=n“那/?（忽略吹氣管內(nèi)的氣柱壓力）

分別代入幾與外的表達式，整理可得:

根據(jù)計算結(jié)果可知從壓差指示劑的讀數(shù)可以確定相界面的位置。并可通過控

制分相槽底部排水閥的開關(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管壓差計測量蒸汽鍋爐水面上方的蒸汽壓，U管壓差計

的指示液為水銀，兩U管間的連接管內(nèi)充滿水。已知水銀面與基準面的垂直距離

分別為：hi=2.3m、h2=l.2m,h3=2.5m^.h4=l.4mo鍋中水面與基準面間的垂直

距離h5=3m。大氣壓強p“=99.3X10^2。試求鍋爐上方水蒸氣的壓強0。（分別以

Pa和kgf/cn?來計量）。

Q

習題5附圖習題6時圖

解：如圖所示標記等壓面2,3,4,大氣壓記為％

P2=P?+PHgg（9-%）⑴

P3=P「PH?g1％-心②

。4=。3+0/遙四-九4乂3）

Po=PLP/Og也一用）⑷

將以上四式相加并代入已知量

6.根據(jù)本題附圖所示的微差壓差計的讀數(shù)，計算管路中氣體的表壓強外壓

差計中以油和水為指示液，其密度分別為920kg/nf及998kg/m\U管中油、水交

界面高度差廬300mm。兩擴大室的內(nèi)徑砥為60mm,U管內(nèi)徑d為6mm。

當管路內(nèi)氣體壓強等于大氣壓時，兩擴大室液面平齊。

解：可以知道當微差壓差計的讀數(shù)p=p“時，兩擴大室液面相齊。那么當壓

力不同時，擴大室液面差M與R的關(guān)系可用下式計算：

當R=3OO/nm時，AA=（―）2R=0.3x（A）2=0.003團

D60

根據(jù)靜力學基本方程：

=751Pa（表壓）

7.列管換熱器的管束由121根。25如〃x2.5/w〃的銅管組成。空氣以9m/s速

度在列管內(nèi)流動。空氣在管內(nèi)的平均溫度為50℃、壓強為196X103pa（表壓），

當?shù)卮髿鈮簽?8.7X10*a。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⑵的計算結(jié)果換算為標準狀況下空氣的體積流量。

解：⑴wx=uApnu=9m/s〃=121

（2）14.=uAn=9x0.000314x121=0.342m3/5

⑶PM—

4一”

8,高位槽內(nèi)的水面高于地面8m,水從的管道中流出，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Z%=6.5/計算

（不包括出口阻力損失），其中U為水在管內(nèi)的流速m/s。試計算:

（1）A-4截面處水的流速；（2）水的流量，以m：'/h計。

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2-2、如

圖所示，那么Z]=8加/2=2加（基準水平面為地面）

/aO,Pi=P2=0（表壓），A-A'處的流速與管路出口處的流速相同，"A=“2（管

徑不變，密度相同）

在截面1?1，和2—2,間列柏努利方程方程，得

gAz=^+Z%，其中Z%=6.5"2

2

代入數(shù)據(jù)上+6.5/=9.81x（8-2）解得〃=2.9m/s

2

（2）V；,=?A=2.9X^X[（108-4X2）X10-3]2X3600=82//I3//Z

9.20℃的水以2.5m/s的流速流經(jīng)。38〃"〃x2.5/?wn的水平管，此管以錐形管

與另一姬3〃7加入3/〃加的水平管相連。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。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），并在本題附圖中畫出兩玻璃管中水面的

相對位置。

解：取A3兩點處所在的與管路垂直的平面分別為上游和下游截面A-4和

B-B',如圖所示，并取管路中心線所在的水平面為基準面，那么ZA=ZB=0,

uA=2.5m/s

在截面A-4和間列柏努利方程：

查表得到IPa=0.102/m仍Q,那么名竺=88.5加加4,0

20.1022

p2-p,>0,所以A點的壓力大于B點的壓力，即B管水柱比A管高88.5加加

10.用離心泵把20℃的水從貯槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。各部

……

泵入口處真空表的讀數(shù)為24.06X103pa；水流經(jīng)吸入管與排出管（不包括噴頭）的

能量損失可分別按X%j=2〃2與>>八2=10〃2計算，由于管徑不變，故式中u為吸

入或排出管的流速m/s。排水管與噴頭連接處的壓強為98.07X10：'Pa（表壓）。試

求泵的有效功率。

解：取水槽中水面所在的平面為截面1-:T,并定為基準水平面。泵入口真空

表連接處垂直于管子的截面為2-2、水洗塔出口處為截面3-31如圖所示，那

么有

z,=0z2=1,5mz3=14，〃M,?0