1、緒論【0-1】1m3水中溶解0.05kmol CO2,試求溶液中CO2的摩爾分數,水的密度為100kg/m 3.解水 1000 kg/ m31000 3 kmol/ m318CO2的摩爾分數0 054x8 99 101000 0 05 .18【0-2】在壓力為(1)甲醇的飽和蒸氣壓 質量濃度 A表示.101325 Pa、溫度為25 C條件下,甲醇在空氣中到達飽和狀態.試求：Pa ; (2)空氣中甲醇的組成,以摩爾分數y、質量分數A、濃度Ca、解甲醇的飽和蒸氣壓poAlgp0A 7.19736 23886 p0A 16.9kPa(2)空氣中甲醇的組成摩爾分數yA16.90167101.325&q

2、uot;""質量分數0.167 320 181A0.167 32 (1 0.167)29濃度cAPa16.9 6 8° 103 kmol/ m3RT8.314 298質量濃度AcAMA = 6.82 10 3 320.218 kg / m3【0-3 】1000kg的電解液中含 NaOH質量分數10%、NaCl的質量分數 10%、出.的質量分數80%,用真空蒸發器濃縮,食鹽結晶別離后的濃縮液中含NaOH 50%、NaCl 2%、H2O 48%,均為質量分數.試求：(1)水分蒸發量；(2)別離的食鹽量；(3)食鹽別離后的濃縮液量.在全過程中,溶液中的NaOH量保持宀解

3、電解液1000kg濃縮液中NaOH 1000 X0.l=100kgNaOH=0.5(質量分數)NaOH 1000X0.l=100kgNaCl=0.02(質量分數)巳01000X 0.8=800kgH2O=0.48(質量分數)在全過程中,溶液中NaOHt保持一定,為100kg濃縮液量為 100/0.5 200kg200kg濃縮液中,水的含量為200 XQ.48=96kg,故水的蒸發量為800-96=704kg濃縮液中 NaCl的含量為 200X0.02=4kg,故別離的NaCl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1.2

4、 104Pa.試分別求出A、B二容器中氣體的絕對壓力為假設干帕,該處環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Pa 101.325+60 161.325 kPa容器B的絕對壓力Pb 101.325 12 89.325 kPa【1-2】某設備進、出口的表壓分別為-12kPa和157kPa,當地大氣壓力為101.3kPa.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P進101.3 1289.3 kPa出口絕對壓力P出101.3157258.3 kPa進、出口的壓力差p157 ( 12)15712169kPa或 p 258.

5、3 89. 3169 kPa流體的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中,正庚烷的摩爾分數為0.4,試求該混合液在20C下的密度.解 正庚烷的摩爾質量為 100kg/ kmol,正辛烷的摩爾質量為114kg /kmol.將摩爾分數換算為質量分數正庚烷的質量分數正辛烷的質量分數0.4 1000.4 100 0.6 1140.36921 0.369 0.631從附錄四查得 20 C下正庚烷的密度,684kg / m3,正辛烷的密度為2 703 kg/m3混合液的密度10.3690.631696kg /m3m684703【1-4】溫度20 C,苯與甲苯按 4:6的體積比進行混合,求其混合液的密度.解

6、20 C時,苯的密度為879 kg/m3,甲苯的密度為867 kg / m3.混合液密度m 879 0.4 867 0.6 871.8 kg / m'【1-5】有一氣柜,滿裝時可裝6000m3混合氣體,混合氣體各組分的體積分數為H2 N2 COCO2CH40.4 0.2 0.32 0.070.01操作壓力的表壓為5.5kPa,溫度為40 C.試求：1混合氣體在操作條件下的密度；混合氣體的量為多少kmol.解 T 27340313K, p 101. 35. 5106. 8 kPa絕對壓力混合氣體的摩爾質量18.6 kg / kmol2 0.4 28 0.2 28 0.32 44 0.07

7、 16 0.011混合氣體在操作條件下的密度為PMmRT106.8 18.68.314 3130.763 kg / m3混合氣體V 6000m3,摩爾體積為Mm更 m*mol0.763混合氣體的量為nMm6000 0.763246 kmol流體靜力學【1-6】如習題1-6附圖所示,有一端封閉的管子,裝入假設干水后,倒插入常溫水槽中, 管中水柱較水槽液面高出2m,當地大氣壓力為 101.2kPa.試求：管子上端空間的絕對壓力；2管子上端空間的表壓；3管子上端空間的真空度；4假設將水換成四氯化碳,管中四氯化碳液柱較槽的液面高出多少米？解管中水柱高出槽液面2m,h=2m水柱.1管子上端空間的絕對壓力

8、p絕在水平面1 1'處的壓力平衡,有p絕gh 大氣壓力p絕 1012001000 9.81 281580 Pa絕對壓力2管子上端空間的表壓P表p表p絕-大氣壓力=81580 10120019620 Pa3管子上端空間的真空度p真p真=-p表 =-1962019620 Pa槽內為四氯化碳,管中液柱高度h'h'丄CCl4常溫下四氯化碳的密度,從附錄四查得為ccl41594 kg / m31000 2h'1.25 m1594【1-7】在20C條件下,在試管內先裝入12cm高的水銀,再在其上面裝入5cm高的水.水銀的密度為13550kg /m3,當地大氣壓力為101kP

9、a.試求試管底部的絕對壓力為多少Pa.解 水的密度 水=998kg/m3p 101 1030.12 135500.05 9989.81117.4 103Pa【1-8】如習題1-8附圖所示,容器內貯有密度為1250kg/m3的液體,液面高度為3.2m.容器側壁上有兩根測壓管線,距容器底的高度分別為2m及1m,容器上部空間的壓力表壓為29.4kPa.試求：1壓差計讀數指示液密度為1400kg /m ； 2A、B兩個彈黃壓力表的讀數.解容器上部空間的壓力p 29. 4 kPa表壓9.8156.4 103 Pa344.1 10 PaU形壓差計的指示液為水銀,其他管中液體密度1250 kg /m3,指示

10、液密度° 1400 kg /m31壓差計讀數R=?P'1P 2.2PPhp 3.2 1h R h g2.20gR 0g3.2 2R gRg 01Phg R因g0 0,故R 0PaP 3.21 g29.41032.21250Pbp 3.2 2g29.41031.2 12509.81【1-9】如習題1-9附圖所示的測壓差裝置,其在等壓面11' 上 口 P；習題1-9附圖皆為水.假設指示液讀數為R 150mm ,試求A、B兩點的壓力差.解 等壓面1 1', p p'1P1 Pa H 水 gp'1 Pb 0.5 H R 水g R 汞g由以上三式,得RP

11、a Pb R 汞 g °.5 R 水 g0.15m, 汞 13600kg / m3,PaPb 0.15 13600 9.810.5 0.151000 9.81313.64 10 Pa 13.64 kPa常溫的水在如習題 1-10附圖所示的管路中流動,為測量 A、B兩截面間的壓U形管壓差計,指示液為汞.測壓用的連接管中充滿水.兩U形U形壓差計的水銀液面為同一高度,試推導R、R2之間的關系式.【1-10】力差,安裝了兩個串聯的管的連接管中,充滿空氣.假設測壓前兩 兩點的壓力差p與液柱壓力汁的讀數解設測壓前兩線的距離為 H.在等壓面2U形壓差計的水銀液面,距輸水管中央P2PaH2'

12、處R_2水gRi汞gR1 R22P'2 PbHP2P'2 ,R22由上兩式求得水gR2汞gPaPb(RR2汞水2氣水Pa PbR1 R2汞-g【1-11】力了排除煤氣管中的少量積水, 附圖所示水封設備,使水由煤氣管路上的垂直管排出.已 知煤氣壓力為 10kPa 表壓,試計算水封管插入液面下的 深度h最小應為假設干米.p 10 10解 h 1.02mg 1000 9 81流量與流速【1-12】有密度為1800 kg / m3的液體,在內徑為60mm的管中輸送到某處.假設其流速為0.8m/s,試求該液體的體積流量m3/h、質量流量kg/ m2 s .解1體積流量qvd2u 0.06

13、2 0.844(2)質量流量qmqv2.2610 3 1800(3)質量流速=qm =4.07=1440 kgkg/s與質量流速4.07 kg / s2/ (m s)2.26 10 3A _ 0 0624'1-13附圖所示的套管式換熱器,其內管為f佻Plf痰圧I用如習題1-11習題1-11附圖m3 / s8.14 m3/ h33.5mm 3.25mm,外管為【1-13】如習題60mm 3.5mm.內管中有密度為1150kg/m3、流量為5000kg / h的冷凍鹽水流動.內、外管之間的環隙有絕對壓力為0.5MPa,進、出口平均溫度為0C,流量為160kg/h的氣體流動.在標準狀態下0

14、C,101.325kPa,氣體的密度為1.2kg/m3.試求氣體和鹽水的流速.解 液體1150 kg / m3內管內徑d內 33.5 3.25 2 27mm 0.027 m液體質量流量5000kg/h,體積流量qv50003 /m / h 1150流速qv4內氣體質量流量qm密度體積流量qv5000/1150 2.113600 _ 0 0272 4'160 kg/h1.2 05 型 5.92kg/m3(氣體的密度與壓力成正比, 101325型m/ h5.92與溫度成反比流速5.67 m/ su氣160 /5.922 23600 _ 0 0530 0335©e： - fOL/h

15、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 C的水.要求主管中水的流速約為1.0m/ s,支管1與支管2中水的流量分別為 20t/h與10t/h.試計算主管的內徑,并從 無縫鋼管規格表中選擇適宜的管徑,最后計算出主管內的流速.解 水：t主管的流量20C,qm體積流量qV亞998.2kg/m31000 kg / m33qm2 20 1030t/h 30 10 kg/h3010330m3 / h,流速 u 1.0m/s1000qmi30qv0.103m 103 mm 3600 u ' 3600 °785 j°4選擇 10

16、8mm 4mm無縫鋼管,內徑為 d 100mm,u qm/360030/36001.06 m/s4 W)2管徑 d主管內水的流速連續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.在截面管內徑為200mm,截面2處的管內徑為 100mm.由于水的壓力,截面 柱.試計算在截面 1與2之間所產生的水柱咼度差解 U10.5m/sh為多少忽略從1處的流速為 0.5m/s,1處產生 1m高的水1到2處的壓頭損失?P P1 P2di 0.2m, d20.1m20.5(2)2d222衛u1比u2222氏2比220.52222m / s1.8751.875U2 U1P1P21.87

17、5 1000 1875Pa2PiUi0.191m 191mm計算法h 7g計算液柱高度時,用后一方法簡便.g2g2 2U2 U1【1-16】在習題習題1-16附圖P2 U2g 2g220.522 9.810.191m1-16附圖所示的水平管路中,水的流量為2.5L/S.管內徑 d1 5cm,d22.5cm,液柱高度 h2處的靜壓頭.C|v2.5|_/s 2.510 3 m3 / s,qv32 5 10U11.274m /s-d120 0524422d10 05U2U11.2745.1m / sd20 0251m.假設忽略壓頭損失,試計算收縮截面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

18、與2之間列伯努利方程,忽略能量損失.2 2P1 U1 P2 U2g 2gg 2gP1dt 彳 0.05h1 -g 22274 21 0.025h22 9 811 0.0255.12 9.81截面2處的靜壓頭h20.218m水柱負值表示該處表壓為負值,處于真空狀態.【1-17】如習題1-17附圖所示的常溫下操作的水槽, F面的出水管直徑為57mm 3.5mm.當出水閥全關閉時,壓力表讀數為30.4kPa.而閥門開啟后,壓力表讀數降至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m3 / h ?解 出水閥全關閉時,壓力表讀數30. 4kPa 表壓能反映出水槽的水面距

19、出水管的高度3P表30.4 103g10 9.81h3.1m習題1-17附圖閥門開啟后,壓力表讀數P2 20.3kPa 表壓從水槽外表至壓力表處的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速2_P2+也 +g 2gHf乙 h 3.1m, Hf0.5 m水柱水的流量33.1學竺103 9.81 u23.23m/s2竺 0.52 9.81d 0.05m22333qVd U20.05 3.23 6.34 10 m /s 22.8 m /h44【1-18】假設用壓力表測得輸送水、油密度為880kg/m3 、98%硫酸密度為1830kg/m3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值

20、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Hf與壓力降 p的關系為Hf .g=p49103水g10009.81=p491031油g8809.81p49103硫酸g18309.814.99m水柱5.68m油柱2.73m硫酸柱H f硫酸=H f油H f水【1-19】如習題 1-19附圖所示,有57mm 3.5mm.水在管路中流動的機械能損失為欲使水的流量增加 解管徑d高位槽輸水系統,管徑為2hf 4.5牛u為管內流速.試求水的流量為多少 20%,應將高位槽水面升高多少米？0.05m ,m3 / h .2U71以流出口截面處水平線為基準面,Z15m, Z20,2機械能損失

21、hf 4.50,U2？2m/s流4.228.29310 m2qV4 d 氏(2)4q'V20.051 0.2qV1.2qV3/s 29.83i3/ h2Z；g 23(U»U 2(1.75)21.2u21.2 4.225.06高位槽應升高1-20】 如習題溫水.泵的吸入管為并裝有底閥與攔污網,Z'1239.817.18 5 2.18 m1-20附圖所示,用離心泵輸送水槽中的常 32mm 2.5mm,管的下端位于水面以下2 該處的局部壓頭損失為8 .假設截面2g7.18 m習題1-19附圖m/s2m,2 2'處的真空度為39.2kPa ,由1 1'截面至2

22、 2'截面的壓頭損1 2 -.試求：1吸入管中水的流量,m3 / h ;吸入口 1 1'截面2 2g的表壓.解 管內徑d 0.032 0.0025 20.027mm , 水密度1000 kg / m3失為f>-1工M2lr習題1-20附圖截面2 2'處的表壓 P,39.2kPa,水槽外表i P10 表壓(1)從 00'至22', 11'為基準面,Z02,Z25m,U00,U2?221 U2 + 2,1 u；壓頭損失Hf8U2=82g2 2g2 2gZ.po2U0Z2P22U2Hfg2gg2g0 339.21032U281U；10009.81

23、29.812 2 9.81U21.43m/ s水的流量qVd 2U2 36004才(0.027)21.43 36002.95 m3/ h從11'至22',乙0,z252PP2 1 U2Z2gg 22gp = 39.2 103 1 1.4321000 9.811000 9.812 2 9.81P110.4 103Pa 10.4kPa表壓流體的黏度【1-21】當溫度為 20 C及60 C時,從附錄查得水與空氣的黏度各為多少？說明黏度與 溫度的關系.解 20 C60 C水1.005 10 3 Pa s0469 10 3 Pa s空氣18.1 10 6 Pa s20.1 10 6 Pa

24、 s水溫度升高,黏度減??；空氣溫度升高,黏度增大.雷諾數與流體流動類型【1-22】25 C的水在內徑為50mm的直管中流動,流速為2m/s.試求雷諾數,并判斷其流動類型.解 25 C,水的黏度0.8937 10 3 Pa s,密度 997 kg / m3,管內徑 d 0.05m,流速u 2m/ s流動類型;解0.05 2 997 1.12 1054000 為湍流0.8937 1031溫度為20C、流量為4L/s的水,在57mm 3.5mm的直管中流動,試判斷4.4cm2 / s的油,試判斷流動類型.3 Pa s, 998.2 kg / m3【1-23】(2)在相同的條件下,水改為運動黏度為d

25、0.05m, q 4 10 3m3/s,1.005 104 10 3 2.038 m/s(0.05)2流速(1)s,qV_4d24du0.05 2.038 998.25雷諾數 Re31.01 104000為湍流1.005 102422 v 4.4cm /s 4.4 10 m /s雷諾數 Re dU °°5今8 232 2000為層流v 4.4 10【1-24】20 C的水在219mm 6mm的直管內流動.試求：1管中水的流量由小變大,當到達多少 m3/s時,能保證開始轉為穩定湍流；2假設管內改為運動黏度為0.14cm2/s的某種液體,為保持層流流動,管中最大平均流速應為多少

26、？解 水,20 C,998.2 kg/m【1.005 10 Pa s,d 0.207m3Redu40000.207 u 998.21.005 103體量流量qvd2u420.14cm /s 0.142-0.20744210 m /sRedu20000.207u0.14 104u 0.01945m/ s0.019456.5410 4m3/su 0.135m/s【1-25】如習題B的摩擦損失 hf 數R計算摩擦損失 解 從截面Pb液柱壓差計由式(1)與式管內流體流動的摩擦阻力損失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.假設流體密度為,指示液密度為0,壓差計讀數為R.試推導

27、出用讀hf的計算式.A到截面B列伯努利方程,截面A為基準面,那么得hf p Pa1-1為等壓面RPaPaPbPbRhfPbHpghfogh g此式即為用擦損失的計算式.【1-26】如習題垂直管,其中有溫度為形管壓差計測量流體在兩截面之間流動的摩1-26附圖所示,有 57mm 3.5mm的水平管與20 C的水流動,流速為3m/s.在截面 A6m ,管壁與截面B處各安裝一個彈簧壓力表,兩截面的距離為 的相對粗糙度/d 0.004.試問這兩個直管上的兩個彈簧壓力表讀數的差值是否相同？如果不同,試 說明其原因.如果用液柱壓差計測量壓力差,那么兩個直管的液柱壓力計的讀數R是否相同？指示液為汞,其密度為流

28、速313600 kg / m解管內徑 d 0.05m,水的溫度 t=20 C 密度998.2kg/m3,黏度 1.004 10 3 Pa s ,u 3m/s雷諾數Re屯0.05 3 998.231.004 1051.49 10 湍習題1-25附圖*管壁相對粗糙度-0.004 d0.0293查得摩擦系數這兩個直管的摩擦阻力損失相同,為d 2hf0.0293 乂 M0.05215.8 J / kg(1)彈簧壓力表讀數之差值水平管在A、B兩截面列伯努利方程2 gZA叢苓2Pb ub gZB- hf因 ZaZb, ua5 ,故得Pa Pbhf 998.215.815770 Pa 15.77kPa垂直管

29、在A、B兩截面間列伯努利方程,以截面A為基準面,ZA0,ZBL 6m, uA uB匕=gZB更hfpA PbgZB hf 998.2 9.81 6 998.2 15.8 74530Pa 74.53 kPa上述計算結果說明,垂直管的Pa Pb大于水平管的PaPb.這是由于流體在垂直管中從下向上流動時,位能增大而靜壓能減小.2U形管液柱壓差計的讀數R水平管與前面相同,由伯努利方程得Pa Pbhfa另從U形管壓差計等壓面處力的平衡,求得Pa R gPbR 汞 gR且g汞Pb)(b)由式a與式b,求得hf R - g汞998.2 15.89.81 13600998.2垂直管與前面相同,由伯努利方程得

30、PaPbgL另從U形管壓差計等壓面處力的平衡,求得g Pb L g、,L g汞0.1276m 汞柱127.6mm 汞柱hf(c)PaRPa Pb由式c與式d,求得hfR -g汞從上述推導可知,垂直管與水平管的液柱壓差計的讀數R相同.有了讀數R值,就可以分別用式 b及式d求得水平管及垂直管的Pa Pb.【1-27】有一輸送水的等直徑內徑為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.當管內水的流速為u時,測得壓差計中水銀指示液讀數為R.當流速由u增大到u'時,試求壓差計中水銀指示液讀數R'是R的多少倍.設管內水的流動處于粗糙管完全湍流區.解從習題2-25與習題2-2

31、8可知,U形管液柱壓差計的讀數R與兩截面間流體流動的摩擦損失 hf成正比,即 R hf.又知道,在粗糙管完全湍流區為阻力平方區,即摩擦損失hf與流體流速 u的平方成正比,hf u2.由上述分析可知 R u2因此 艮卑R'R uu【1-28】水的溫度為 10C,流量為 330L/h,在直徑 57mm 3.5mm、長為100m的直管中流動.此管為光滑管. 摩擦損失.解水在10 C時的密度 滑管.(1)體積流量(1)試計算此管路的摩擦損失;999.7kg/m3,黏度流速qV 330l / h 0.33m/ h qVO.332雷諾數3600_d4du Re: 0.04673600 _ 0 05

32、24'0.05 0.0467 999.71787摩擦系數摩擦損失hf1.306 10 3640.03581787-U0.0358d 264Re(2)假設流量增加到990LZ h,試計算其31.306 10 Pa層流2呼_ =0.0781 J/kgs, d 0.05m, l 100m,光(2)體積流量 因流量是原來的 雷諾數Re 對于光滑管,也可以從摩擦系數qV 990 L / h 0.993倍,故流速 u1787 3 5360 湍流摩擦系數0.3164與雷諾數2100005 m/ h0.0467 3 0.14 m/s用Blasius方程式計算叫 0.037 (5360)°.R

33、e的關聯圖上光滑管曲線上查得,2100(0.14)')=0.725 J / kg0.037.- =0.037d 20.052【1-29】試求以下換熱器的管間隙空間的當量直徑:摩擦損失hf1-29附圖所示,套管式換熱器外 管為 219mm 9mm ,內管為 114mm 4mm ; (2)如習題1-29附圖(b)所示,列管式 換熱器外殼內徑為500mm,列管為 25mm 2mm的管子174根.(1)如習題解(1)套管式換熱器,內管外徑 當量直徑de d2 d1 0.201(2)列管式換熱器,外殼內徑習題1-29附圖0.114m,外管內徑 d20.201m0.087md10.114d20.5

34、m,換熱管外徑d!0.025m,根數 n 174 根當量直徑d【1-30】常壓下22(d2 nd1 )4 4 _(d2 n d1)35 C的空氣,以(0.5)2174 (0.025)20.5 174 0.02512m/s的流速流經0.0291m120m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,a 0.3m,寬 b35C ,1.147kg/m3,18.85 10 6 Pa一 0.0005.des,流速u 12m/s.管路截面的高0.2m.當量直徑雷諾數2ab 2 0.3 0.2de0.24ma b 0.3 0.2Re 虬 0.24 J2 47 1

35、.75 105 湍流618.85 100.0005,查得 =0.0192, I 120m流速qVd241 7/36001.504m/s-0 0224'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2u2gRedu0.02 1.504 10003.01 104 湍流光滑管,查得0.0235,管入口忽然縮小0.5U形管回彎頭1.5習題1-31附圖20.020.5 1.50.617m2 9.81習題1-32附圖de摩擦損失hf 丄 0.0192 竺 蘭 691J/kgde 20.24 2y【1-31】把內徑為20mm、長度為2m的塑料管光滑管,彎成倒 U形,作為虹吸

36、管使用.如習題 1-31附圖所示,當管內充滿液體,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1000kg / m3,黏度為1mPa s.為保持穩態流動,使槽內液面恒定.要想使輸液量為1.7m3 / h,虹吸管出口端距槽內液面的距離h需要多少米？解 d 0.02m, l 2m,103kg/m3, =1mPa s,體積流量 qV 1.7m3 / h【1-32】如習題 1-32附圖所示,有黏度為1.7mPa s、密度為765kg / m3的液體,從高位槽經直徑為114mm 4mm的鋼管流入表壓為0.16 MPa的密閉低位槽中.液體在鋼管中的流速為1m/s,鋼管的相對粗糙度/d 0.

37、002,管路上的閥門當量長度le 50d.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.P1 0表壓,卩2 0.16 106Pa,兩槽流速 U1氏0 ,Z1 H ,Z20,管內流速 u 1m / s,管徑 d 0.106m液體密度765 kg/ m3,黏度 1.7 10 3 Pa s雷諾數Redu0.106 1 7651.7 10 34.77104湍流/ d 0.002,查得0.0267管長130160190m,閥門Ld50 ,咼位槽的管入口0.5,低位槽管出口=1, 90°彎頭0.75H止l le2 ugd2

38、g016 1061900 0267765 9.810.106【1-33】如習題1-33附圖所示,塔進水口到河水水面的垂直高度為12500 5 1 0 75 23 9m2 9 .81'用離心泵從河邊的吸水站將全部管路長度及管件的當量長度.假設泵的流量為20 C的河水送至水塔.水1800m,包括試求水從泵獲得的外加機械能為34.5m.管路為 114mm 4mm的鋼管,管長30m3 / h ,多少？鋼管的相對粗糙度d998.2kg/m3,l le 1800m 30m? / h30/3600解水在20 C時d 0.106m,流量qv流速Reducy24d0.1060.002.24(0.106)

39、0.9448 998.21.004 10 3 Pa s0.9448 m/ s查得摩i hf-1.004 10 30.0252 擦2U 0.02529.96 104 湍流d 2以河水水面為基準面,間列伯努利方程.阻18000.106力20 9448.191j/kg外加機械能從河水水面至水塔處的水管出口之2Z2g uhf 34.5 9.81 空邏f 2191530 J / kg2【1-34】如習題1-34附圖所示,在水塔的輸水管設計過程中,假設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,且輸水管較長,可以忽略局部摩擦阻力損失

40、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l u2d 2g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 I'與原來長度I的關系為在流體阻力平方區,摩擦系數恒定不變,有l'0.75l習題1-34附圖故流速的比值為u'u流量的比值為q'vCvH 'f2'l'(u')d 2g20.75l (u')Hfd 2g2g丄丄d 2g.0751.1551.155 流量增加了15.5%管路計算【1-35】用168mm 9mm的鋼管輸送流量為600

41、00kg /h的原油,管長為 100km,油管最大承受壓力為15.7MPa.50C時油的密度為890kg /m3,黏度為181mPa s.假設輸油管水平qVud24duRe 64640.0818 Re 782由于是等直徑的水平管路,其流體的壓力降為3100 100.152i =890 0.0818 d 2油管最大承受壓力為15.7 MPa加壓站數n 273 1.7415.7需設置2級加壓,每級管長為受壓力.【1-36】如習題1-36附圖所示,hf50km ,2=2.73 107Pa 2每級的 p 27.3/220 C的水,從水塔用 12m,管路長度為3m /h,鋼管的相對粗糙度溫度為到車間的低

42、位槽中,低位槽與水塔的液面差為度.試求管路的輸水量為多少解 水,t 20 C,998.2kg/m3, =1.004 10 3Pas由伯努利方程,得管路的摩擦阻力損失為hf Hg 12 9.81118管內水的流速u未知,摩擦系數 不能求出.hf 118J / kg,求u與qV的問題./ d 0.002、/d 2.512 51 1 004 102d hfc風hfu2J lg 3.7 d27.3 MPa13.65MPa,低于油管最大承108mm 4mm鋼管,輸送150m 包括管件的當量長0.002.J / kg此題屬于I 150m、d 0.1m、2 0 1 118lg0 00231501500.1

43、998.22 01 118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 d 0.15m, l 100km, qm 60000kg / h3890kg /m , 181mPa s60000/36003qV=0.01873 m / s8900.018731.06m / s-0 1524'3181 10°15 1.06 890782 層流2.55 m/ s驗算流動類型Redu0.1 2.55 998.21.004 10 32.54 1 05 湍流體積流量qV-0.1 2 2.554360072.1m3? h-d2u 36004習題1-36附圖廠%1

44、Ei習題1-37附圖【1-37】如習題1-37附圖所示,溫度為 20 C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1.7m3/h,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.此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2管的摩擦系數計算式0.311654適用于2.5103Re105與hf-U及u 竺,推導Re'd 2d一個hf與qv及d之間的計算式.解 水在 20C時998.2kg/m1.004 1

45、0 3 Pa s水的流量1.7m3/ h,管長及管件當量長度I 42m閥門關閉時,壓力表可測得水槽離壓力表測壓點的距離Ha與H b.HaHb兩水槽液面的距離H Ha Hb以低位槽的液面為基準面,從高位槽 的摩擦損失hf與H的關系式為Pa801038.17mg998.29.81Pb301033.06mg998.29.818.173.065.11mA的液面到低位槽B之間列伯努利方程,得管路對于水力光滑管,hf與qV及d之間的計算式為hf0.241l4 75 d .0.241l0.251 75qV.d .O.251 75qV.hfhfHg 5.11 9.8150.1 J / kg代入數d4.750.

46、241 421.004 10 3998.20.25(1.7/3600)1.7550.1求得管內徑為驗證Re范圍0.0205m1 7 4 998 2 00 3.14 1.004 10 3符合 計算式中規定的Re范圍【1-38】 如習題1-38附圖所示, 兩根管的出水口位于同一水平面,閥門全開. 括管件的當量長度分別為qvd290000.0205水槽中的水由管 各段管內徑及管長湍流C與D放出, 包AB50mm20mBC25mm7mBD25mm11mdl l試求閥門全開時,管C與管D的流量之比值,摩擦系數均取 0.03. 解從水槽的水面至出水口之間列伯努利方程,以出水口的水平面為基準面,得習題1-38附圖2h肛2gH fABH fBCBC管的壓頭損失H fBC2U D石(l le)BCdBCH fABH fBDBD管的壓頭損失H fBD2u C2?2(lle)BD U DdBD 2g(