1、1流体流动一、填空(1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。(2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 -Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。(3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流 体 在 管 内 流 动 时 ， 如 要 测 取 管 截 面上 的 流 速 分 布 ， 应 选 用 皮 托 流 量 计 测 量 。(4) 如 果 流 体 为 理 想 流 体 且 无 外 加 功 的 情
2、 况 下 ， 写 出 ：单 位 质 量 流 体 的 机 械 能 衡 算 式 为 ；常 数gpuzE2单 位 重 量 流 体 的 机 械 能 衡 算 式 为 ；常 数2单 位 体 积 流 体 的 机 械 能 衡 算 式 为 ；常 数gpuzE2(5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z1g+（u 12/2）+p 1+Ws= z2g+（u 22/2）+p 2 +h f ，各项单位为 Pa（N/m 2） 。(6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。(7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。(8) 流体流动的连续性方程是 u1
3、A 1= u2A 2= u A ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d12 = u2d22 = = u d2 。(9) 当地大气压为 745mmHg 测得一容器内的绝对压强为 350mmHg，则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为 1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。2(10) 并联管路中各管段压强降 相等 ；管子长、直径小的管段通过的流量 小 。(11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 。(12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。(13) 离心
4、通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。(14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。(15) 分离因素的定义式为 u t2/gR 。(16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为 0. 5m，气体的切向进口速度为20m/s，则该分离器的分离因数为 800/9.8 。(17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。(18) 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。二、选择1 流 体
5、在 管 内 流 动 时 ， 如 要 测 取 管 截 面 上 的 流 速 分 布 ， 应 选 用 A流 量 计 测 量 。A 皮 托 管 B 孔 板 流 量 计 C 文 丘 里 流 量 计 D 转 子 流 量 计2 离 心 泵 开 动 以 前 必 须 充 满 液 体 是 为 了 防 止 发 生 A。A 气 缚 现 象 B 汽 蚀 现 象 C 汽 化 现 象 D 气 浮 现 象3 离心泵的调节阀开大时， B A 吸入管路阻力损失不变 B 泵出口的压力减小C 泵入口的真空度减小 D 泵工作点的扬程升高4 水由敞口恒液位的高位槽通过一 管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管道总阻力损失
6、 C 。A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断5 流体流动时的摩擦阻力损失 hf所损失的是机械能中的 C 项。3A 动能 B 位能 C 静压能 D 总机械能6 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数数值 C A 与光滑管一样 B 只取决于 Re C 取决于相对粗糙度 D 与粗糙度无关7 孔板流量计的孔流系数 C0当 Re增大时，其值 B 。A 总在增大 B 先减小，后保持为定值 C 总在减小 D 不定8 已知列管换热器外壳内径为 600mm，壳内装有 269 根252.5mm 的换热管，每小时有 5104kg 的溶液在管束外侧流过，溶液密度为 810kg/m3，粘度为1.91103
7、 Pas，则溶液在管束外流过时的流型为 A 。A 层流 B 湍流 C 过渡流 D 无法确定9 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 C 。A 停泵，向泵内灌液 B 降低泵的安装高度C 检查进口管路是否有泄漏现象 D 检查出口管路阻力是否过大10 某液体在内径为 d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的 C 倍。A 4 B 8 C 16 D 32二、简答题 1如何判断一流体的流动类型? Re2000 的流动称为层流流动，Re4000 的流动称为湍流流动。 2层流与湍流是如何定义的？ Re20
8、00 的流动称为层流流动，Re4000 的流动称为湍流流动。 3简述层流与湍流的区别。 4流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。 4什么是“当量直径”? 对非圆形截面的通道, 可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替, 此直径即称为“当量直径”。 5当量直径是如何计算的? 当量直径等于四倍的流通横截面积除以润湿周边。 6某液体分别在本题附图所示的三根管道中定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面 1-1的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面 2-2的流速
9、是否相等？ 答：三种情况中，下游截面 2-2的流速相等。 7某液体分别在本题附图所示的三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面 1-1的压强、流速也相等。问：在三种情况中，下游截面2-2的压强是否相等？如果不等，指出哪一种情况的数值最大，哪一种情况的数值最小？其理由何在？5答：三种情况中，下游截面 2-2的压强不相等，其中（a）的压强最大， （c）的压强最小。这是因为（c）管上不仅有一个阀门消耗能量，且管子末端垂直上升一段，又使得静压强降低。 三、计算1 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得 U 形压差
10、计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面 h=20cm，贮槽直径为 2m，液体密度为 980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m， 980kg/ ，3mHg。3/160mkg（1） 管道内空气缓慢鼓泡 u=0，可用静力学原理求解。（2） 空气的 很小，忽略空气柱的影响。gRHm8.13.09816.吨 ）(15.60)2.1(785.042hDW2 测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为 的液体，U 形管下部指示液密度为 ，管与杯的直径之比 d/D。试证气12罐中的压强 可用下式计算：Bp2112)(D
11、dhghgpa证明： 作 1-1 等压面，由静力学方程得：（1）PBa 211224dhD代入（1）式得：2观察瓶 压缩空气HRh6ghDdPghBa 2121即 2112)(daB3 利用流体平衡的一般表达式 推导大气压 p 与海拔高)(ZdzYyXxdp度 h 之间的关系。设海平面处的大气压强为 ，大气可视作等温的理想气体。a解： 大气层仅考虑重力，所以：X=0， Y=0， Z=-g， dz=dh又理想气体gdhpRTpM其中 M 为气体平均分子量，R 为气体通用常数。ThPdgpda0积分整理得 exphRTga4 如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸
12、为833.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度 H1为 4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度 H2为5m。当输水量为 36m3/h 时，进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452105Pa，泵的效率为 70%，水的密度为 1000kg/m3，试求：（1）两槽液面的高度差 H 为多少？（2）泵所需的实际功率为多少 kW？（3）真空表的读数为多少 kgf/cm2？解 ： （1）两槽液面的高度差 H在压力表所在截面 2-2与高位槽液面 3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得：HH1H
13、2732,3222 fhpugHpug其 中 ， , u3=0, p3=0, kJhf/9.432,p2=2.452105Pa, H2=5m, u2=Vs/A=2.205m/s代 入 上 式 得 ： 7498194.8.95（2）泵所需的实际功率在贮槽液面 0-0与高位槽液面 3-3间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：30,32020 fe hpugHWpugH其 中 ， , u2= u3=0, p2= p3=0, H0=0， kJhf /9.86430,H=29.4m代 入 方 程 求 得 ： We=298.64J/kg， skgVs /16故 ， =70%， wNse wNe27.
14、4（3）真空表的读数在贮槽液面 0-0与真空表截面 1-1间列柏努利方程，有：10,121020 fhpugHpugH其 中 ， , H0=0， u0=0, p0=0, H1=4.8m, u1=2.205m/skJhf/96.10,代 入 上 式 得 ， 221/5. 5.)96.5.841.(cmkgf Pap 5 两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径 75mm长 200m 的水平管和局部阻力系数为 0.17 的全开闸阀彼此相连，一贮槽直径为 7m，盛水深 7m，另一贮槽直径为 5m，盛水深 3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到 6m 时，需多长时间？设管道的流体摩擦系数 。02.解
15、：在任一时间 t 内，大罐水深为 H，小罐水深为 h大罐截面积= ，465.38741m小罐截面积= ，2298当大罐水面下降到 H 时所排出的体积为：，465.38)7(Vt这时小罐水面上升高度为 x；所以 Hx 96.1723.19/)(. 而 h672.3在大贮槽液面 1-1与小贮槽液面 2-2间列柏努利方程，并以底面为基准水平面，有：21,22121 fhgpuzgpuz其 中 大 气 压 ， u 为 管 中 流 速 ，02121， Hz Hz96.722210, 7.)05.1.0()( uggudlhf 代入方程得： 2769.2uH.1u若在 dt 时间内水面从 H 下降 H-d
16、H，这时体积将变化为 -38.465dH，则：dHt465.3872./).69.2)075.(4（故 1.0/).16(7850382ddt（）sHdt4.95346.1379.085.126731.85).1(. 675.0676 用泵将 20水从敞口贮槽送至表压为 1.5105Pa 的密闭容16m3m9器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为1084mm 的无缝钢管，吸入管长为 20m，排出管长为 100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度） 。当阀门为 3/4 开度时，真空表读数为 42700Pa，两测压口的垂直距离为 0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系
17、数可取为 0.02。试求：(1)阀门 3/4 开度时管路的流量(m 3/h)；(2)压强表读数（Pa） ；(3)泵的压头（m） ；(4)若泵的轴功率为 10kW，求泵的效率；(5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。解：（1）阀门 3/4 开度时管路的流量(m 3/h)；在贮槽液面 0-0与真空表所在截面 1-1间列柏努利方程。以 0-0截面为基准水平面，有：10,121020 fhgpuzgpuz其 中 ， , 21212110, 04.8.9.uudlhf z0=0， u0=0, p0=0（ 表 压 ） , z1=3m, p1=-42700Pa（ 表 压 ）代 入 上 式 ，
18、得 ： u1=2.3m/s， Q= hu/6542(2)压强表读数（Pa） ；在压力表所在截面 2-2与容器液面 3-3间列柏努利方程。仍以 0-0截面为基准水平面，有：32,32322 fhgpuzgpuz81.923.0.105.610.532 解 得 ， p2=3.23105Pa（ 表 压 ）（3）泵的压头（m） ；在 真 空 表 与 压 力 表 所 在 截 面 间 列 柏 努 利 方 程 ， 可 得 ，HgzHf8.37 081.9042723.5)( 551212 （ 4） 泵 的 有 效 功 率%87.6/ 687.10235.102NekwQ故10（5） 若离心泵运行一年后发现有
19、气缚现象，原因是进口管有泄露。7 如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m，压力表之后管路长度为 80m，管路摩擦系数为 0.03，管路内径为 0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为 0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压力表的读数，Pa。解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；由题意知， smAVus /12.)405.36(2则 kgJudlhf /.3522（2）泵轴功率，kw；在贮槽液面 0-0与高位槽液面 1-1间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有：10,12020 fe
20、hpugHWpugH其 中 ， , u0= u1=0， p1= p0=0（ 表 压 ） , H0=0， H=20mkJhf/1.35代 入 方 程 得 ： kgJhgfe /3528.9又 skVs /743605故 ， =80%， wWNese.1 kwNe72.18 用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为573.5mm，泵出口垂直管段 A、B 截面上的测压口有软管与两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mm 及 R=1200mm。右边压差计的左侧指示剂液面与截面 A 的垂直距离H=1000mm， 右侧开口支管的水银面上灌有一段 R=20mm 的清
21、水。A、B 两截面间的管长（即垂直距离）为 hAB =6m。管路BRA H RRt sH=20mH1=2m11中的摩擦系数为 0.02。当地大气压强为 1.0133105Pa，取水的密度为1000kg/m3，水银的密度为 13600kg/m3。试求：（1）截面 A、B 间的管路摩擦阻力损失h f,AB, J/kg；（2）水在管路中的流速 u, m/s；（3）截面 B 上的压强pB, Pa；（4）截面 A 上的压强 pA, Pa。解 ： （ 1） 截面 A、B 间的管路摩擦阻力损失h f,AB, J/kg；取 截 面 A 为 上 游 截 面 ， 截 面 B 为 下 游 截 面 ， 并 以 截 面
22、 A 为 基 准 水 平 面 。 在 两 截面 之 间 列 柏 努 利 方 程 式 ， 即 ：gZA + + = gZB + + + （ 1）2upA2upBfBh则：= (ZA - ZB )g + + （ 2）fBhBABA其中： ZA - ZB =（ 0-6） =-6m=02u（ pA - pB） =hAB W g + R（ Hg W） g=610009.8 + 0.04（ 13600 1000） 9.8=63800 Pa将诸值带入（2）式，得：=-69.8 +638001000=4.94 J/kgfABh（2）水在管路中的流速 u, m/s；A、B 之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式
23、表示：= （ 3）fh2udl其中， l=6m， d=0.05m， =0.02， =4.94 J/kg， 带入（3）式：fABh4.94=0.02 05.62u可得， u=2.029 m/s（3）截面 B 上的压强 pB, Pa；在右边压差计的左侧指示剂液面处作 t-s 等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps则：PB +（ hAB +H） W g =Pa + W g + Hg gR整理得： PB = Pa + W g + Hg g - （ hAB +H） W gR=1.0133105 + 0.0210009.81 + 1.2136009.81-（ 6+1）10009.81=193000
24、Pa（4）截面 A 上的压强 pA, Pa。12PA = PB +P AB= PB + hAB W g=193000 + 610009.81=256000 Pa9 某石油化工厂每小时将 40 吨重油从地面油罐输送到 20m 高处的贮槽内，输油管路为 1084mm 的钢管，其水平部分的长度为 430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下：密度，kg/m 3 粘度，cP 平均比热，kJ/kg15的冷油50的热油96089034301871.6751.675（1） 试比较在 15及 50两种温度下输送时，泵所消耗的功率（该泵的效率为 0.60） 。（2）假设电价每千瓦小时（度）0.20 元，每
25、吨 1.0atm（绝压）废热蒸汽 1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热到 50再输送，比直接输送 15冷油的经济效果如何？（1atm 蒸汽潜热为 2257.6kJ/kg）解：（1）首先判断重油的流动类型， d=108 - 42=100mm，重油在管内流速为：15时 smu/47.1.0785.96301421 50时 92雷诺准数：15时 层 流 ）(205.41034.1Re31 50时 层 流 ）7687952（2）摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶方程式求摩擦阻力造成的压头损失：15时 mgdluhf 06.731.0896104)23(4321 50
26、时 lf .9.5)(7222（3）泵在两种温度下输送重油的压头：15时 mhgupzHfe 7306.81.92470211 50时 fe 9522（4）泵的轴功率13输送 15重油时 kwN06.1460.93608.74输送 50重油时 528（5）经济效果的比较：输送 15重油比输送 50重油多消耗的功率为：144.06 - 12.54=131.52kw若按 1 小时计算，则多消耗 131.52kwh（即 132.52 度） ，1 小时多消耗电费：1132.520.20=26.304 元将重油从 15加热至 50，每小时所需热量为：hkJQ/23450)150(67.40消耗蒸汽量 t
27、kgrD./.8.23加热重油所需消耗蒸汽的费用： 1.041.80=1.872 元/时从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热后再输送比直接输送冷油是有利的。10 内截面为 1000 的矩形烟囱的高度为 。平均分子量为m120m30、平均温度为 的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 的kmolg/30C4 Pa49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 ，地面处C2的大气压强为 。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟Pa310.道气的流量为若干 。hkg/解： 取烟囱底端为上游截面 、顶端内侧为下游截面 ，并以截面12为基准水平面。在两截面间列柏式
28、，即：1fhPugZPugZ2212式中 01m30221u由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按 计 算 ， 即 ：及 CPa403.5 335/4.027106.8mkgRTM）（以 ：端 大 气 压 强 ， 即分 别 表 示 烟 囱 底 端 与 顶与表 示 大 气 的 密 度 ， 21aPPa49114因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故 212gZPa标准状况下空气的密度为 时空气CPamkg20103./293.15、， 所 以的密度为：3/.02739.1于是 PaPaa 581.1将以上各值代入柏式，解得： kgJhaaf /2630.9543.0)()9(11 2ud
29、elf其中 m09.1)(.4烟道气的流速为：us/7.19305.26烟道气的流量为：hkgAwa /4621053311 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径 d=2m，。烟气在烟囱内的平均温度为 200 ，在此温度下烟气的密度04./d C，粘度 ，烟气流量 。在烟3/67mkg烟 气 smPa026.hmqV/803囱高度范围内，外界大气的平均密度 ，设烟囱内底部的压强低3/15.kgir于地面大气压 ，试求烟囱应有多少高度？kP.)(1真 空试讨论用烟囱排气的条件是什么？增高烟囱对烟囱内底部压强有何影响？解： 列烟囱底部（1 截面）与顶部（2 截面）柏努利方程 212211 fhugzPugz烟烟 烟囱 ， 21d21， 0zH)(1真PagHair215221udHhf)/(08.785.036/422 smquV5316.126.dRe，查表得04./07.1-2 截面间柏努利方程为2)(1 udHgPair烟烟 真 H)208.71.08967.015(67.023 98H)(.43m烟囱得以排气的必要条件是 ，外烟 若 时， 0，即无法起到抽吸作用。烟外 1P增加， 降低（即真空度增加） ，抽吸量增加。H
