说明:本答案包括两个班的全部作业 第一章漉体漉动与輪送 1-2某油水分离池液面上方为常压,混合液中油(o)与水(w)的体积比为5:1,油 的密度为po=830kgm3,水的密度为p=1000kgm3。池的液位计读数h=1.1m。试求混合液 分层的油水界面高hw和液面总高度(h+h) 解:如图所示 osho pgh=pgh 1000×1.1 518+P85×830+100=0214m ho+hw=6hw=6×0.214=1.284m 1-4如图所示,在流化床反应器上装有两个U型水银压差计,测得R1=420mm,R 45mm,为防止水银蒸汽扩散,于U型管通大气一端加一段水,其高度R3=40mm。试求A B两处的表压强。 解 =1000×9.81×0.04+13600×9810.045 =6396(表压) pB=pA+pHgR=6396+13600×9.81×0.42 =62431(Pa)(表压) 1-5为测量直径由d1=40mm到d2=80mm的突然扩大的局部阻力系数,在扩大两侧装 U型压差计,指示液为CCl4,po,=1600kg·m3。当水的流量为2.78×103m3s时,压 差计读数R为165mm,如图所示。忽略两侧压口间的直管阻力,试求局部阻力系数 解:在两测压口截面间列能量衡算式 2, PI +g2++ Z1=Z2 2.78×1 =2.21mS z×0.042 0.553m·s 等压面a-b,则 P,+pgh+ Paa, gR=p2+pg(h+r) P1-P2=(0-pa,)gR=(1000-1600×981×0.165=-971.2Pa
1 说明：本答案包括两个班的全部作业 第一章 流体流动与输送 1-2 某油水分离池液面上方为常压，混合液中油（o）与水（w）的体积比为 5:1，油 的密度为0 = 830kg·m-3，水的密度为 = 1000kg·m-3。池的液位计读数 hc=1.1m。试求混合液 分层的油水界面高 hw 和液面总高度(hw + ho)。 解：如图所示 0gh0 + ghw = ghc h0 : hw = 5:1 ∴ 50ghw + ghw = ghc m g g gh h w c w 0.214 5 830 1000 1000 1.1 5 0 = + = + = h0 +hw = 6 hw = 6 × 0.214 = 1.284m 1-4 如图所示，在流化床反应器上装有两个 U 型水银压差计，测得 R1 = 420mm，R2 = 45mm，为防止水银蒸汽扩散，于 U 型管通大气一端加一段水，其高度 R3 = 40mm。试求 A、 B 两处的表压强。 解：pA = gR3 + HggR2 = 1000×9.81×0.04 +13600×9.810.045 = 6396（表压） pB = pA + HggR1 = 6396 + 13600×9.81×0.42 = 62431（Pa）（表压） 1-5 为测量直径由 d1= 40mm 到 d2= 80mm 的突然扩大的局部阻力系数，在扩大两侧装 一 U 型压差计，指示液为 CCl4， 3 1600 4 − CCl = kgm 。当水的流量为 2.78×10-3m3·s-1 时，压 差计读数 R 为 165mm，如图所示。忽略两侧压口间的直管阻力，试求局部阻力系数。 解：在两测压口截面间列能量衡算式 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 u u gZ u p gZ p + + = + + + Z1 = Z2 1 2 3 1 2.21 0.04 4 2.78 10 − − = u = m s 1 2 3 2 0.553 0.08 4 2.78 10 − − = u = m s 等压面 a-b，则 ( ) p1 + gh + CCl4 gR = p2 + g h + R ( ) (1000 1`600) 9.81 0.165 1 2 4 p − p = − CCl gR = − = -971.2Pa
5=( 97122212-05332、/2212 =0.544 2 2 理论值5=(1-) 0.08 相对误差=0563-054×1009=349 0.544 1-6如图所示于异径水平管段两截面间连一倒置U型管压差计粗、细管的直径分别为 60×3.5mm与42×3mm当管内水的流量为3kgs1时,U型管压差计读数R为100mm,试 求两截面间的压强差和压强降 解:在两测压口截面间列能量衡算式 p1+n84 p=P2+PgZ2+p+ApI Z1=Z2 压强差p1-p2=pgR=10009.81×0.1=98lPa 一=0.003m3·s 1000 0.003 2.95m·s ×(0.042-0.006) 0.003 1.36n·s ×(0.06-0.007)2 压强降4,=1-D2+二2p=981+295-136×1001439 1-8若管路的长度和流体流量不变,用加粗管径来减小阻力损失。讨论下面三种情况 ,当管径增大30%时。阻力损失减少的百分 (1)流体在管内层流 (2)流体在光滑管内湍流,Re=105; (3)管内流动处于阻力平方区,=0.11(/d)025 解:4Pr (1)层流时λ= 64644 Re dup 32山32qB 's dup d o 2
2 2 ) 2 ( 2 1 2 2 2 p1 p2 u1 − u u + − = = 0.544 2 2.21 ) 2 2.21 0.533 1000 971.2 ( 2 2 2 = − + − 理论值 ) 0.563 0.08 0.04 (1 ) (1 2 2 2 2 2 / 1 = − = − = A A 相对误差 100% 3.49% 0.544 0.563 0.544 = − = 1-6 如图所示于异径水平管段两截面间连一倒置 U 型管压差计,粗、细管的直径分别为 60×3.5mm 与42×3mm.当管内水的流量为 3kg·s-1 时,U 型管压差计读数 R 为 100mm，试 求两截面间的压强差和压强降。 解：在两测压口截面间列能量衡算式 p f u p gZ u p + gZ + = + + + 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 Z1 = Z2 压强差 p1 - p2 = gR = 1000×9.81×0.1= 981Pa 3 1 0.003 1000 3 − q = = m s V 1 2 1 2.95 (0.042 0.006) 4 0.003 − = − u = m s 1 2 2 1.36 (0.06 0.007) 4 0.003 − = − u = m s 压强降 Pa u u p f p p 1000 4407 2 2.95 1.36 981 2 2 2 2 2 2 1 1 2 = − = + − = − + 1-8 若管路的长度和流体流量不变，用加粗管径来减小阻力损失。讨论下面三种情况 下，当管径增大 30%时。阻力损失减少的百分比。 (1) 流体在管内层流； (2) 流体在光滑管内湍流，Re =105； (3) 管内流动处于阻力平方区， = 0.11(/d) 0.25 解： 2 2 u d l p f = (1) 层流时 du 64 Re 64 = = 4 2 2 2 2 4 32 32 2 64 d B d q d l u d u l d l du p V f = = = =
B (1.3d)4 0.35 B1.34 (2)Re=105时,光滑管λ为常数 又∞头 Ap(1.3d) I 0.269 B (3)流动处于阻力平方区,λ=0.1(c/d)025,若E一定 c∞ 0.1(,) d 2 ,(1.3d)23 0.252 1.3 d 1-9列管换热器的管東有13根②25×25mm的钢管组成。平均温度为50℃的空气以 9m·s的速度在列管内流动,管内压强为1.96×105Pa(表压),当地大气压为987×10Pa, 标准状况下空气的密度p0=1293kgm3。试求换热器内 (1)空气的质量流量 (2)操作条件下空气的体积流量 (3)换算为标准状况下的体积流量。 解:操作压强P=1.96×105+9.87×104=2947×105Pa 操作条件下空气的密度为 PT =1293 2.947×10×273 3179kg·m-3 (273+50)×1.013×10 (1)qm=uAp=9×13×A×0.022×3.179=0.117kgs (2)qv=uA=9×13××0.022=0.0368m3sl (3) qa/po=0.117/1.293 1-10密度为830kgm3、粘度为5×10Pas的液体,在管径为20×25m的水平钢 管内输送,流速为0.6msl。试计算 (1)雷诺准数 (2)局部速度等于平均速度处距管轴的距离:
3 0.35 1.3 (1.3 ) 1 4 4 4 / = = = d B d B p p f f (2) Re = 105 时，光滑管为常数 5 / 2 2 2 ) 4 ( 2 2 d B d q d u l d l p V f = = = 0.269 1.3 (1.3 ) 1 5 5 / 5 / / = = = d B d B p p f f (3) 流动处于阻力平方区， = 0.11(/d) 0.25，若 一定： 5.25 / / 2 2 0.25 2 ) 4 ( 2 0.11( ) 2 d B d q d l d u d l p V f = = = 0.252 1.3 (1.3 ) 1 5.25 5.25 // 5.25 // / = = = d B d B p p f f 1-9 列管换热器的管束有 13 根25×2.5mm 的钢管组成。平均温度为 50℃的空气以 9m·s-1 的速度在列管内流动，管内压强为 1.96×105Pa(表压)，当地大气压为 9.87×104Pa， 标准状况下空气的密度0 = 1.293kg·m-3。试求换热器内： (1) 空气的质量流量； (2) 操作条件下空气的体积流量； (3) 换算为标准状况下的体积流量。 解：操作压强 P = 1.96×105 + 9.87×104 = 2.947×105Pa 操作条件下空气的密度为 3 5 5 0 0 0 3.179 (273 50) 1.013 10 2.947 10 273 1.293 − = + = = k g m TP PT (1) qm = uA = 9×13× 4 ×0.022 ×3.179 = 0.117kg ·s-1 (2) qV = uA = 9×13× 4 ×0.022 = 0.0368 m3·s-1 (3) qV,0 = qm/0 = 0.117/1.293 =0.0905 m3·s-1 1-10 密度为 830kg·m-3、粘度为 5×10-3Pa·s 的液体，在管径为20×2.5mm 的水平钢 管内输送，流速为 0.6 m·s-1。试计算： (1) 雷诺准数； (2) 局部速度等于平均速度处距管轴的距离；
(3)流体流程为15m管长时压强降多少帕? 解:(1、d=(20-2×2.5)×10×06×830 1494(层流) 5×10 (2)层流时半径r处的速度为u,而且 =um( 层流时平均速度u=0.5u 0.5L R r=√0.5R=0.707×7.5=5303mm (3)压降 32l32×5×10-3×15×06 6400P 0.0152 1-11采用如图所示装置测定90°弯头的局部阻力系数,已知AB段直管总长10m,管 径必57×3.5mm,摩擦系数λ为0.03,水箱水位恒定。测得AB两截面测压管的水柱高差△h =0.45m,管内水的流量为00023m3s。求弯头的局部阻力系数。 解:在A、B两截面间列能量衡算式 P P +∑h 式中ZB=0uA=uB=u 0.0023 0.0 P=(A+x)Pg PB=(A+x+ZPg 则∑h,AB=△Mhg =045×9.81=4415Jkgl ∑b,B=(1元+5) 10 1.172 003 =4415 0.05 90 解得 0.428 1-12如图水流经扩大管段,管径d=100mm,d2=200mm,水在粗管内流速u=22 msl。试确定水流经扩大管时水银压差计中哪一侧水银面高及压差计的读数。压差计测压 口间距离h=1.5m。计算时忽略水在管内流动的摩擦阻力 解:(1)在管路两测压口截面间列能量衡算式
4 (3) 流体流程为 15m 管长时压强降多少帕？ 解：(1) 1494 5 10 (20 2 2.5) 10 0.6 830 Re 3 3 = − = = − − du (层流) (2) 层流时半径 r 处的速度为 u，而且 (1 ) 2 2 max R r u = u − 层流时平均速度 5 max u = 0. u 0.5 (1 ) 2 2 max max R r u = u − ∴ r = 0.5R = 0.7077.5 = 5.303mm (3) 压降 Pa d lu p f 6400 0.015 32 32 5 10 15 0.6 2 3 2 = = = − 1-11 采用如图所示装置测定 90°弯头的局部阻力系数，已知 AB 段直管总长 10m，管 径57×3.5mm，摩擦系数为 0.03，水箱水位恒定。测得 AB 两截面测压管的水柱高差△h = 0.45m，管内水的流量为 0.0023 m3·s-1。求弯头的局部阻力系数。 解：在 A、B 两截面间列能量衡算式 + + = + + + f A−B B B A B A A h u gZ u p gZ p , 2 2 2 2 式中 ZB = 0 uA = uB = u 1 2 1.172 0.05 4 0.0023 − = u = m s pA = (h + x)g pB = (h + x + Z A )g 则 hf ,A−B = hg = 0.45×9.81 = 4.415 J·kg-1 2 ( ) 2 , 90 u d l hf A−B = + 4.415 2 1.172 ) 0.05 10 (0.03 2 90 = + = 解得 0.428 90 = 1-12 如图水流经扩大管段，管径 d1 = 100mm，d2 = 200mm，水在粗管内流速 u2 = 2.2 m·s-1。试确定水流经扩大管时水银压差计中哪一侧水银面高及压差计的读数。压差计测压 口间距离 h =1.5m。计算时忽略水在管内流动的摩擦阻力。 解：(1) 在管路两测压口截面间列能量衡算式
PI u1 p2 +82+=+∑h 即(2+g2)-2+g)=2+xb2 式中Z1-Z2=1.5mu2=22msh l1 2002=4 a, d u1=4u2=4×22=88ms1 突然扩大5=(1-)2=(1-)2=0.56 f,1-2 0.563 (P+g21) O2)20251)2-x2 P +0.563-=-0.18732<0 则压差计水银柱右侧高 (2)取等压面a-b P1+1.5pg+xpg+RPHgg=P2+(x+R)pg P2-P1 R=P2P-1.5=P 0.1873×8.82 0.117 (pm-p)g(pk-p)g(13600-1000991 1000 1-13某水泵的吸入口高出水池液面3m,吸入管直径为5omm(ε=0.2mm)。管下端装 有一带滤水网的底阀(2=10),底阀至真空表间的直管长8m,其间有一个90标准弯头(2=75) 试计算当吸输水量为005m3s1时,泵吸入口处水银压差计读数为多少mmHg?操作温度为 20℃。又问当泵的吸水量增加时,该真空表的读数是增大还是减小?(20℃时水的密度 p=998kgm3,μ=1.005×10Pas) 解:如图所示,取截面1-1、2-2 Ptg 式中z1=0Z2=3mp1=0(表压)u1=0 0.005 =2.55ms 0.05
5 + + = + + + ,1−2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 hf u gZ u p gZ p 即 + − − + − + = ,1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 2 ( ) ( ) f h u u gZ p gZ p 式中 Z1 -Z2 = 1.5m u2 = 2.2 m·s-1 u1A1 = u2A2 ) 4 100 200 ( ) ( 2 2 1 2 1 2 2 1 = = = = d d A A u u u1 = 4u2 = 4×2.2 =8.8 m·s-1 突然扩大 ) 0.563 4 1 (1 ) (1 2 2 2 1 = − = − = A A 2 0.563 2 2 2 ,1 2 u1 u1 hf − = = ∴ 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 0.1873 2 0.563 2 (0.25 ) ( ) ( ) u u u u gZ p gZ p + = − − + − + = ﹤ 0 则压差计水银柱右侧高。 (2) 取等压面 a-b p1 + 1.5g + xg + RHgg = p2 +(x+R)g m g g p p g p p g R Hg Hg 0.117 1000 (13600 1000) 9.81 0.1873 8.8 ( ) 1.5 ( ) 1.5 2 2 1 2 1 = − = − − − = − − − = 1-13 某水泵的吸入口高出水池液面 3m，吸入管直径为 50mm（ = 0.2mm）。管下端装 有一带滤水网的底阀(=10)，底阀至真空表间的直管长 8m，其间有一个 90标准弯头(=7.5)。 试计算当吸输水量为 0.05m3·s-1 时，泵吸入口处水银压差计读数为多少 mmHg? 操作温度为 20℃。又问当泵的吸水量增加时，该真空表的读数是增大还是减小？（20℃时水的密度 =998kg·m-3，=1.005×10-3Pa·s） 解：如图所示，取截面 1-1、2-2 + + = + + + ,1−2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 f h u gZ u p gZ p 式中 Z1 = 0 Z2 = 3m p1 = 0(表压) u1 = 0 1 2 2 2.55 0.05 4 0.005 − = u = m s
Re=005×255×998=3127×105 1.005×10-3 c/d=02/50=4×103查得=0.029 (0029 005+10+0.75)255 =50.04J·k P2=(21-22) ∑h =-3×998×9g122 998-1000×50.04=-8.27×104Pa(表压) Rpg=827×10 R 0.62mg 13600×981 由式(A)可知,流量增大,u增大,Σh;2增大,所以p减小(绝压),即真空度增 大,真空表读数增大。 1-15附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水密度为110kgm3,循环量为0.0125m3s。 管路的直径相同,盐水由A流径两个换热器而至B的能量损失为981Jkg2,由B流至A的 能量损失为49Jkgl,试计算: (1)若泵的效率为70%时,泵的轴功率为若干kW。 (2)若A处的压强表读数为25×105Pa时,B处的压强表读数为若干帕? 解:在A、B两截面间列能量衡算方程 Pa Pg +∑h ZA-ZB =7m Ua=uB 2.5×105Pa(表压) 2.5×105-7×1100×9.81-981×1100 =6.66×10Pa 在B、A两截面间列能量衡算方程 P P Z+=E+w=r+gZ +∑h W +g(ZA-2B)+∑h 2.5×105-666×104 9.81×7+49=147Jkg 1100 e=Wqvp=147×0.0125×110=2022W N.2022 N =289kW 0.7
6 5 3 1.27 10 1.005 10 0.05 2.55 998 Re = = − /d = 0.2/50 = 4×10-3 查得 =0.029 1 ,1 2 50.04 2 2.55 10 0.75) 0.05 8 (0.029 − − hf = + + = J k g + − − − = − + 1 ,1 2 2 2 2 1 2 1 2 2 ( ) p hf u u p Z Z g (A) = -3×998×9.81- - 2.552 2 ×998 -1000 ×50.04 = -8.27×104Pa(表压) Rg = 8.27×104 R 0.62mHg 13600 9.81 8.27 104 = = 由式(A)可知，流量增大，u2 增大，∑hf,1-2 增大，所以 p2 减小(绝压)，即真空度增 大，真空表读数增大。 1-15 附图所示为冷冻盐水循环系统。盐水密度为 1100kg·m-3，循环量为 0.0125m3·s-1。 管路的直径相同，盐水由 A 流径两个换热器而至 B 的能量损失为 98.1J·kg-1 , 由 B 流至 A 的 能量损失为 49 J·kg-1，试计算： (1) 若泵的效率为 70％时，泵的轴功率为若干 kW。 (2) 若 A 处的压强表读数为 2.5×105Pa 时，B 处的压强表读数为若干帕? 解：在 A、B 两截面间列能量衡算方程 + + = + + + f A−B B B A B A A h u gZ u p gZ p , 2 2 2 2 ZA-ZB = 7m uA = uB pA = 2.5×105Pa(表压) pB = pA +(ZA-ZB) g -∑hf,A-B = 2.5×105 - 7× 1100×9.81-98.1×1100 = 6.66×104Pa 在 B、A 两截面间列能量衡算方程 + + + = + + + f B−A A A A e B B B h u gZ p W u gZ p , 2 2 2 2 + − + − − = A B f B A A B e g Z Z h p p W , ( ) 1 5 4 9.81 7 49 147 1100 2.5 10 6.66 10 − − + = − = J k g Ne = WeqV = 147×0.0125×1100 = 2022W kW N N e 2.89 0.7 2022 = = =
1-16如图所示用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部,贮槽水位维持恒定,管 路的直径均为必76×25mm。在操作条件下,泵入口处真空表读数为-247×104Pa;水流经 泵前吸入管和泵后排出管的能量损失分别为∑h=2u2与Eh2=10u2,u为管内流速(ms) 排水管与喷头连接处的压强为9.5×104Pa(表压)。试求泵的有效功率 解:在贮槽液面1-1和真空表连接处2-2截面间列能量衡算式 P u1_ P2 +82+2+∑h 式中Z12=022=1.5mu=0∑h2=2u2 p=0(表压)p=-2.47×10Pa(表压) 2.47×10 +9.81×1.5+2+2u2=0 1000 解得u2=2msl 在贮槽液面1-1和排水管与喷头连接处截面3-3截面间列能量衡算式 PI P3 82Z3+"+∑h Z1=0z:=14mp1=0(表压)p=9.5×10Pa(表压) 2m.s" +981×14+(+2+10)×22=2823Jkg 1000 Ne=Wqvp=282.3×A×(0.076-2×2.5×103)2×2×1000=2235W 1-17某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径为2m、c/d=00004。烟气 在烟囱内的平均温度为200℃,在此温度下烟气的密度为067kgm3,粘度为2.6×105Pas, 烟气流量为222m3s。在烟囱高度范围内,外界大气的平均密度为1.15kgm3,设烟囱内 底部的压强低于地面大气压196Pa,求此烟囱的高度H 解:烟道内w 2 7.066 -×2 Re=2×706×067=3641×105 2.6×10 由Re=3.641×105及cd=0.0004查得λ=0.0175 =00175×H.70662 0.218H 如图,在烟囱底部和顶部间列动力学方程 +g21+ =2+g22 f,1-2 Z1=0Z2=Hu1=u2
7 1-16 如图所示用离心泵把 20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，贮槽水位维持恒定，管 路的直径均为76×2.5mm。在操作条件下，泵入口处真空表读数为-2.47×104Pa；水流经 泵前吸入管和泵后排出管的能量损失分别为∑hf,1 =2u2 与∑hf,2=10u2，u 为管内流速（m·s-1）。 排水管与喷头连接处的压强为 9.5×104Pa（表压）。试求泵的有效功率。 解：在贮槽液面 1-1 和真空表连接处 2-2 截面间列能量衡算式 + + = + + + ,1−2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 hf u gZ u p gZ p 式中 Z1 = 0 Z2 = 1.5m u1 = 0 ∑hf,1-2 = 2u2 2 p1 = 0 (表压) p2 = -2.47×104Pa (表压) 2 0 2 9.81 1.5 1000 2.47 10 2 2 2 2 4 + + + = − u u 解得 u2 = 2m·s-1 在贮槽液面 1-1 和排水管与喷头连接处截面 3-3 截面间列能量衡算式 + + + = + + + ,1−3 2 3 3 3 2 1 1 1 2 2 e hf u gZ p W u gZ p Z1 = 0 Z3 = 14m p1 = 0 (表压) p3 = 9.5×104Pa (表压) u1 = 0 u3 = u2 = 2m·s-1 2 1 4 2 10) 2 282.3 2 1 9.81 14 ( 1000 9.5 10 − + + + + = We = J k g Ne = WeqV = 282.3 × 4 × (0.076 – 2 × 2.5 ×10-3) 2 × 2 × 1000 = 2235W 1-17 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径为 2m、/d＝0.0004。烟气 在烟囱内的平均温度为 200℃，在此温度下烟气的密度为 0.67kg·m-3，粘度为 2.6×10-5Pa·s， 烟气流量为 22.2m3·s-1。在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度为 1.15kg·m-3，设烟囱内 底部的压强低于地面大气压 196Pa，求此烟囱的高度 H。 解：烟道内 1 2 7.066 2 4 22.2 − = w = m s 5 5 3.641 10 2.6 10 2 7.066 0.67 Re = = − 由 Re = 3.641×105 及 /d = 0.0004 查得 = 0.0175 H u H d H hf 0.218 2 7.066 2 0.0175 2 2 2 2 ,1−2 = = = 如图，在烟囱底部和顶部间列动力学方程 ,1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 + + = + + + hf − u gZ u p gZ p Z1 =0 Z2 = H u1 =u2
p=p2+Hpg+p烟h:12 p=-196Pa(表压)p内=-1.15×981H=-11.28H(表压) -196=-11.28H+0.67×9.81H+0.67×0.218H H=43 1-18附图所示为一测量气体的装置。在操作条件下,气体的密度为05kgm3,粘度为 0.02mPas,ab管段内径为10mm,阻力的当量长度为10m,其他阻力忽略不计。假设气体 密度不变,当水封管中水上升高度H=42mm时,求气体通过ab段的流速和流量。 解:在ab管段两端口内侧两截面间列能量衡算式 pa Pb g2b++∑b Za≈Z 64×10 假设为层流∑h2(P42(0010×05)×00D02128 0.02×10 pa-pb=p水gH=1000×9.81×0.042=412Pa Pa- pb =824J·kg 得u=644ms 验证:Re=如p001×644×051610层流 0.02×10-3 qy=6.44×4×0012=5.06×10+m3s1=1.82m3h1 1-20某测水的转子流量计,转子为不锈钢(pw=7920kgm3),测量范围为0250~250 m3h1。如将转子改为硬铅(p=10670kgm3),保持形状、大小不变,用来测水和乙醇(p =789kgm3),问转子流量计的测量范围各为多少? 解:不锈钢转子测水的流量为q求,铅转子测水的流量为q翻 P铅-P 10670-1000 =1.18 P钢P水 7920-1000 qv1=1.18×0.25=0.295m3h1 q水2=1.18×2.5=295m3h1 测量水的流量范围为0.295~295m3h1 9|水(Pm-9 100010670-789) 1.345 q水Vq(P-p水)V7897920-1000 qvz鹏1=1345×0.25=0.36m3h1 q(vzm2=1345×2.5=3.36m3h 测量乙醇的流量范围为0.336~3.36m3h
8 p1 = p2 + H 烟 g + 烟 hf,1-2 p1 = -196Pa (表压) p2,内 = -1.15×9.81H = -11.28H (表压) -196 = -11.28H + 0.67×9.81H + 0.67×0.218H H = 43m 1-18 附图所示为一测量气体的装置。在操作条件下，气体的密度为 0.5kg·m-3，粘度为 0.02mPa·s，ab 管段内径为 10mm，阻力的当量长度为 10m，其他阻力忽略不计。假设气体 密度不变，当水封管中水上升高度 H = 42mm 时，求气体通过 ab 段的流速和流量。 解：在 ab 管段两端口内侧两截面间列能量衡算式 + + = + + + f a−b b b a b a a h u gZ u p gZ p , 2 2 2 2 Za ≈ Zb ua = ub 假设为层流 a e a a a f u u u d l du h 128 2 0.010 0.02 10 0.010 0.5 64 10 2 64 3 2 ,1 2 = = = − − pa - pb = 水 gH = 1000 ×9.81×0.042 = 412Pa 1 824 0.5 412 128 − = = = − u J k g p p a a b 得 u = 6.44m·s-1 验证： 1610 0.02 10 0.01 6.44 0.5 Re 3 = = = − du 层流 qV = 6.44× 4 × 0.012 = 5.06 × 10-4m3·s-1 = 1.82 m3·h-1 1-20 某测水的转子流量计，转子为不锈钢（钢 = 7920kg·m-3），测量范围为 0.250～2.50 m3·h-1。如将转子改为硬铅（铅 = 10670kg·m-3），保持形状、大小不变，用来测水和乙醇（ 乙醇 = 789kg·m-3），问转子流量计的测量范围各为多少？ 解：不锈钢转子测水的流量为 qV,水，铅转子测水的流量为 q / V,铅 1.18 7920 1000 10670 1000 , / , = − − = − − 钢 水 铅 水 水 水 V V q q q / V,水,1 = 1.18 × 0.25 =0.295 m3·h -1 q / V,水,2 = 1.18 × 2.5 = 2.95 m3·h-1 测量水的流量范围为 0.295～2.95 m3·h-1 1.345 789(7920 1000) 1000(10670 789) ( ) ( ) , = − − = − − 乙醇 铅 水 水 铅 乙醇 水 乙醇 q q q q V q / V,乙醇,1 = 1.345 × 0.25 =0.336 m3·h-1 q / V,乙醇,2 = 1.345 × 2.5 =3.36 m3·h-1 测量乙醇的流量范围为 0.336～3.36 m3·h-1
1-22当流体在圆管内分别作层流和湍流流动时,试问皮托管放在什么位置可直接测管中 的平均流速?若圆管内径为300mm,皮托管安放位置离管壁的径向距离各为多少mm? 解:(1)层流时un=l(1 该式表明层流r处的速度u随r的分布 又层流的平均速度=05m050m=um(-2) m=0707R=0707×30=106mm距管壁径向距离=300-106=4m 即:层流时测速计应放在半径为0.707R处测平均速度 (2)在通常流体输送范围,湍流时,u,=(1--) 又u=0.821m 0.82 (1 ra=075R=0151×211m距管壁径向距离=300 300 2-1113=37mm 即:湍流时测速计应放在半径为0.751R处测平均速度 1-23用一油泵以每小时16m3的流量将常压贮槽的石油产品送往表压强为17KPa的 设备内,设备的油品入口高于贮槽液面55m。在操作条件下该油品的密度为750kgm3,饱 和蒸汽压为80kPa,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1m和4m。泵的气蚀余量 为26m,试计算所需泵的扬程和泵的允许安装高度。若油泵位于液面以下1m处,问泵能 否正常工作? 解:(1)在贮槽液面1-1与输送管出口外侧2-2截面间列能量衡算式 P+z1+ 2.*he +2+n+∑h 式中Z1=0Z2=55mu1=u2=0 p=0(表压)p2=1.77×105Pa(表压) ∑h;12=1+4=5m 5.5+5=34.56m 750×0.81 (2)安装高度g=P-P-Mh-∑ 1.013×108.0×10 750×981750×98126-1=-0705m 实际安装高度<允许安装高度,∴泵能正常工作
9 1-22 当流体在圆管内分别作层流和湍流流动时，试问皮托管放在什么位置可直接测管中 的平均流速？若圆管内径为 300mm，皮托管安放位置离管壁的径向距离各为多少 mm？ 解：(1) 层流时 (1 ) 2 2 max R r ur = u − 该式表明层流 r 处的速度 ur 随 r 的分布 又层流的平均速度 5 max u = 0. u ∴ 0.5umax = (1 ) 2 2 max R r u m − rm = 0.707R = 0.707 300 2 = 106mm 距管壁径向距离 = 300 2 - 106 = 44mm 即：层流时测速计应放在半径为 0.707R 处测平均速度。 (2) 在通常流体输送范围，湍流时， 7 1 2 2 max (1 ) R r ur = u − 又 82 max u = 0. u ∴ 82 max 0. u 7 1 2 2 max (1 ) R r u m = − rm = 0.751R = 0.751 300 2 = 113mm 距管壁径向距离 = 300 2 - 1113 = 37mm 即：湍流时测速计应放在半径为 0.751R 处测平均速度。 1-23 用一油泵以每小时 16m3 的流量将常压贮槽的石油产品送往表压强为 177kPa 的 设备内，设备的油品入口高于贮槽液面 5.5m。在操作条件下该油品的密度为 750 kg·m-3，饱 和蒸汽压为 80kPa，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为 1m 和 4m。泵的气蚀余量 为 2.6m，试计算所需泵的扬程和泵的允许安装高度。若油泵位于液面以下 1m 处，问泵能 否正常工作？ 解：(1)在贮槽液面 1-1 与输送管出口外侧 2-2 截面间列能量衡算式 + + + = + + + ,1−2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 hf g u Z g p He g u Z g p 式中 Z1 = 0 Z2 = 5.5m u1 = u2 = 0 p1 = 0 (表压) p2 = 1.77×105Pa(表压) ∑hf,1-2 = 1 + 4 = 5m He 5.5 5 34.56m 750 0.81 1.77 105 + + = = (2) 安装高度 = − − − ,1 0 f V h h g p g p Hg 2.6 1 0.705m 750 9.81 8.0 10 750 9.81 1.013 105 4 − − = − − = 实际安装高度 ﹤ 允许安装高度，∴ 泵能正常工作
1-24采用图示管路系统测定离心泵的气蚀余量。离心泵的吸入管内径为84mm,压出管 内径为52mm,在泵吸入口装有真空表,输出管路上装有孔板流量计,其孔径为38mm。实 验结果如下:流量计的U型管压差计读数R=750mmHg,吸入口真空度为7331×10Pa,此 时离心泵恰发生气蚀。设流量计孔流系数Co为0.75,水温20℃,p=2238Pa,大气压强 为1.013×103Pa。试求测定流量下,该离心泵的最小气蚀余量△hmn。我国标准规定允许气蚀 余量△h允=hm+0.3。求△h允。 解:泵的流量 2Rg(Po-P 0.75 2×0.75×981×(13600-1000 =10.21m·s 1000 d l=l2(20)2=10.21× 09 最小气蚀余量Mh PI u1 P Pg 2g pg 1013×103-7331×10420 2238 1000×981 2×9.811000×9.81 2.85m Mh=Mhn+0.3=285+0.3=3.15m
10 1-24 采用图示管路系统测定离心泵的气蚀余量。离心泵的吸入管内径为 84mm，压出管 内径为 52mm，在泵吸入口装有真空表，输出管路上装有孔板流量计，其孔径为 38mm。实 验结果如下：流量计的 U 型管压差计读数 R=750mmHg，吸入口真空度为 7.331×104Pa，此 时离心泵恰发生气蚀。设流量计孔流系数 C0 为 0.75，水温 20℃，pV = 2238Pa，大气压强 为 1.013×105Pa。试求测定流量下，该离心泵的最小气蚀余量△hmin。我国标准规定允许气蚀 余量△h 允= hmin+0.3。求△h 允。 解：泵的流量 2 ( ) 0 0 0 − = Rg u C 1000 2 0.75 9.81 (13600 1000) 0.75 − = 1 10.21 − = m s 0 2 2 1 0 ) 2.09 84 38 ( ) 10.21 ( − = = = ms d d u u 吸 吸 最小气蚀余量 g p g u g p h V = + − 2 2 1,min 1 min 1000 9.81 2238 2 9.81 2.09 1000 9.81 1.013 10 7.331 10 5 4 2 − + − = = 2.85m h允 = hmin + 0.3 = 2.85 + 0.3 = 3.15m