第一章--流体流动习题课答案-化工级.doc

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1、_第一章 流体流动习题课答案一、U型管所测变量含义如图1所示，常温水从一与水平方向呈300角的倾斜缩径管中流过，在AA及BB截面接出一U型管压差计，其内为汞，读数R=600mm，截面AA处同时并联一压差计(一端通大气)，其读数R1=375mmHg，hA=1m，管段AB长4m，A、B二处管径分别为：dA=40mm，dB=15mm，当地压强Pa=750mmHg。试求：(1)A处的表压强及绝对压强，分别以N/m2、mmHg、atm、kgf/cm2、kgf/m2、mmH2O表示。(2)A、B两处的压强差()和B处的残压与真空度。(3)忽略阻力损失，求管段AB的流量为多少m3/h。(4)定性分析当流量为

2、已知时，如何判断流动方向。（考虑阻力）(5)改变管道的倾斜度（如改为垂直或水平放置），则压差()及读数R将如何变化。图1 习题1附图解：(1) =1052mmHg=1.38atm=1.43kgf/cm2=1.43104 kgf/m2=1.43104 mmH2O=302mmHg=0.40atm=0.41kgf/cm2=4.1103 kgf/m2=4.1103 mmH2O(2) =(残压或绝压)B处的真空度=(3) 在A-A和B-B两截面间列柏努力方程式（忽略阻力损失） （1）由静力学方程式整理得 (2)由(1)、(2)，得 代入数据 (3)因水为不可压缩流体，由连续性方程 即 (4)由方程(3)

3、、(4)解得 =1.73(m/s)(4)流量已知，可以计算出，假定流体由AB，在A-A和B-B两截面间列柏努力方程式由静力学方程式 由上面两式，得 (5)读出压差计的读数R，即可算出的大小若0，则AB；若0，则BA若=0，则静止。(5)由式(5)可以看出：与倾角无关，与倾角无关，所以读数R与管道的倾斜度无关。即读数R不随管子倾斜度的变化而变化。但由式(2)可以看出，A、B之间的静压力与倾角有关， 越大，A、B之间的静压力越大，既由水平到垂直，压差越来越大。二、复杂管路计算如图2所示，用效率为65%的离心泵将水由敞口水池输送至敞口高位槽E和F，调节阀门V2（E、F内液面高度保持不变），使R1降为

4、零时，D点压力表读数为0.05MPa。现重新调节阀门V2，使离心泵入口真空表B的读数为12kPa，与孔板流量计相连接的U形管压差计读数R2=400mmHg，求此时泵的轴功率。已知：各管段直管及所有局部阻力的总当量长度见表1。各段管路的摩擦阻力系数均取为0.03，孔板流量计的孔径为25mm，流量系数C0=0.625，流量计算公式为：。其他数据见附图。表1 例二附表管段代号ABCDDEDF管规格/mm10841084763.5763.5总当量长度/m58030-图2 习题2附图解：先求出高位槽E内的液面高度：设高位槽E高出D点H m，则当R1=0时，管路DE上无流体通过，由静力学方程可得容器E的高

5、度H： 求重新调节阀门V2后的总管流量：以0-0截面为基准水平面， 在截面0-1间列柏努利方程：其中： 代入方程中可得： uAB=1.324m/s体积流量： V总=0.01040m3/s=37.44m3/h 求出泵的有效压头：DF段体积流量：DE段体积流量： VDE=V-VDF=37.44-10.98=26.46m3/h DE段流速： D-E截面间的柏努利方程： 0-D截面间的柏努利方程： 两式相加： 其中： 代入数据可得： He=19.94m 求出轴功率：有效功率： 轴功率为： 三、阻力对管内流动的影响 1、简单管路内阻力对管内流动的影响图3 习题3附图1阀门由全开转为半开，试讨论各流动参数

6、的变化。解：1）在1-2截面间列柏努利方程： 阀门的阻力系数增大，而Z不变，因此管路中的流速u减小；hf,A-B增大，由于高位槽液而维持不变，故流道内流体的流速应减小。2）管路流速变小，截面1-1至A处的阻力损失下降。 可以判断：A点的静压强上升。（也可理解为：管路中流速下降，动能及阻力损失减小，而1截面端点条件未变，根据能量守恒原理，A截面的静压能将上升） 3）同理，由于管路流速小，导致B处到截面2-2的阻力损失下降，而截面2-2处的机械能不变，根据能量守恒，B截面的静压能增大。一般性结论 ：1）任何局部阻力的增大将使管内各处的流速下降 。2）下游的阻力增大将导致上游的静压强的上升。 3）上

7、游的阻力增大将使下游的静压强下降。 2、分支管路中阻力对管内流动的影响图3 习题3附图2某一支路阀门由全开转为半开，试讨论各流动参数的变化。解：1）阀门A关小，阻力系数A增大，根据题1结论判断得出：支管中的流速u2将下降，O点处的静压强将上升。2）根据1-O截面的柏努利方程判断：O点处静压强的上升将使总流速u0下降。3）根据O-3截面的柏努利方程判断：O点处静压强的上升使另一支管流速u3上升。 （忽略动能项）总之，分支管路中的阀门关小，其结果是阀门所在支管的流量减小，另一支管的流量增大，而总流量则呈现下降趋势。 3、汇合管路中阻力对管内流动的影响图3 习题3附图3阀门由全开转为半开，试讨论各流动参数的变化。解：根据题1的结论：阀门关小总管流量下降 汇合点静压强升高u1、u2降低。7_