03流体流动习题答案.doc

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1、17.流体通过圆管端流流动时,管截面的速度分布可按下面经验公式来表示:,式中y为某点与壁面的距离,即y=R-r。试求其平均速度u与最大速度umax的比值。解:在距离管中心处取一厚为的流体薄层,并定义此处流体的速度为,则流体通过此环隙的体积流量那么(1)令那么当时,;当时,有(2)代入(1)式,于是18.一定量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长及液体物性不变,而管径减至原有的1/2,问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍?解:流量不变,当时,根据哈根~泊谩叶公式,有当,时19.内截面为1000mm×1

2、200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol、平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值,大气温度为20℃,地面处的大气压强为101.33×103Pa。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05,试求烟道气的流量为若干(kg/h)?解:这是B.E对压缩流体的应用(20空气)可应用柏努利方程400时,烟道气的密度在烟囱的进出口之间列柏努利方程,以烟囱底端为上游截面,以烟囱顶端为下游截面,并以截面作位能基准面,有其中,(表压)

3、,(表压),,,,代入上式解得20.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管,总长为50m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。解:在反应器液面与管路出口内侧截面间列柏努利方程,以截面为基准水平面,得其中(表压)(表压)其中,对直管阻力那么由和在图1-27可查得对局部阻力二个全开的闸阀

4、五个标准弯头进口阻力系数0.5孔板的局部阻力系数4该流体的质量流量21.从设备送出的废气中含有少量可溶物质,在放空之前令其通过一个洗涤器,以回收这些物质进行综合利用,并避免环境污染。气体流量为3600m3/h(在操作条件下),其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示,气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计,其读数为30mm。输气管与放空管的内径均为250mm,管长与管件、阅门的当量长度之和为50m(不包括进、出塔及管出口阻力),放空口与鼓风机进口的垂直距离为20m,已估计气体通过塔内

5、填料层的压强降为1.96×103Pa。管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm,大气压强为101.33×103Pa。求鼓风机的有效功率。解:这是有外加功的可压缩流体,首先验证以过测压口中心的截面和放空管内侧截面为衡算截面。(表压)以鼓风机进口压差计连接处为截面,放空管出口内侧为截面,过截面的中心线作基准水平面,在两截面间列柏努利方程,其中,(表压)(表压)在和间压强变化很小,温度认为恒定且管径相同,可近似有,但为提高计算结果的精确度,计算流体速度时以平均压强计。(表压)(洗涤器中压力有变化,导致气体体积变化,由

6、于等温,以做变换)(一般来讲,局部阻力损失包括了进出口的情况,但常用的局部阻力计算为当量长度法,而进出口则多采用阻力系数法)题给条件下,空气的密度为,黏度为(见本教材附表六:干空气的物理性质),查摩擦系数图,代入前式有效功率22.如本题附图所示,贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连,管路上装有一个闸阀,距管路入口端15m处安有以水银为指示液的U管压差计,其一臂与管道相连,另一臂通大气。压差计连接管内充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长度为20m。(1)当闸阀关闭时,测得R=6

7、00mm、h=1500mm,当闸阀部分开启时,测得R=400mm、h=1400mm。摩擦系数λ可取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出水若干立方米?(2)当闸阅全开时,U管压差计测压处的静压强为若干(Pa,表压)?闸阀全开时,摩擦系数仍可取0.025。解:在该题所示的附图内,标出几个需列方程的平面。为贮水槽所在的平面,和为U管压计和管路出口的截面,并取水平管中心线所在的水平面为基准面(1)闸阀关闭时(H为贮槽水面的高度)代入数据,解得当阀门开启之后(表压)在贮槽液面与间列柏

8、努利方程,得(1)其中(表压)(表压)(2)将(2)代入(1)式,整理可得到:解得水的流量在(1)中,由于贮槽中水位不变,时稳态流动,故水平管中水的流速不变,只需求。为此需用柏努利方程,但在哪两个面之间应用?没有相关量且阀门开度不知道,阻力系数难以计算。在贮槽与压差计之间用柏努利方程。在(2)中:欲求,仍应使用柏努利方程,此时闸阀全开,,对水平管,,故.可求出,然后代入到的式中可知,为求应在与间列柏努利方程(2)当闸阀全开时,

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