第一节量纲分析
6-1-1量纲和单位
量纲：表征物理量性质和类别的标志。如长度、
、加速度等等
加速度等等。
速度、
。
、速度
时间、质量
质量、
单位：为衡量物理量大小而规定的此类物理量的
。
等等。
标准量。如m s kg m/s m/s2等等
基本量纲：不能用其它物理量表达的量纲称为基本量纲。
长度L，时间T，质量M 为基本力学量纲。导出量纲：由两个或两个以上基本量纲通过乘除关系导出的量纲称为导出量纲。
量纲用dim (dimension)来表示
dim a b c L T M
χ=??dim 1
v LT ?=量纲的分类：
1、几何量：b=0 c=0
2、运动量：a=0或a ≠0 b ≠0 c=0
3、动力量：a=0或a ≠0 b=0或b ≠0 c ≠0
6-1-3 瑞利法
板书））
瑞利法（（板书
板书））6-1-4 π定理（板书
第二节流动相似的概念
6－2－1 几何相似
几何相似是指流动空间几何相似。即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例。
对应角相等，对应线段成比例。
33l V 22n
n l A λ
只有几何相似，才有相应的点，相应的断面等“相应”的概念。
所以几何相似是相似的前提，是先决条件。
运动相似关系就可以进行换算：
6－2－3动力相似
流动的动力相似，要求同名力作用同名力作用，，相应的同名力成比例同名力成比例。。
这里所提的同名力，指的是同一物理性质的力。例如重力、粘性力、压力、惯性力、弹性力。所谓同名力作用，是指原型流动中，如果作用着粘性力、压力、重力、惯性力、弹性力，则模型流动中也同样的作用着粘性力、压力、重力、惯性力、弹性力。相应的同名力成比例，是指原型流动和模型流动的同名力成比例。
式中，ν、P、G、I、E分别表示粘性力、压力、重力、惯性力、弹性力。
动力相似是运动相似的保证。
6－2－4 初始条件和边界条件的相似对于非恒定流动，要求初始条件的相似，但对于恒定流动，不必要求。
边界条件的相似十分重要，例如壁面粗糙度决定了管道的阻力规律。
雷诺数相等的管道，Δ/d 相同就是边界条件相似，沿程阻力系数相同。
第三节相似准则
暂不考虑弹性力的作用，看如何满足动力相似，作用在流体微团上的力：
小，将其与另外三力建立等式有：
?第一章 绪论 １-２．２0℃的水2．5m 3 ，当温度升至80℃时,其体积增加多少? ［解］ 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1－4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干? [解］ 在地球上静止时： g f f f z y x -===；0 自由下落时: 00=+-===g g f f f z y x ； 第二章 流体静力学 ２—1．一密闭盛水容器如图所示,U 形测压计液面高于容器内液面h ＝1.5m,求容器液面的相对压强。 ［解］ gh p p a ρ+=0 kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ ２—３．密闭水箱,压力表测得压强为4900P ａ.压力表中心比Ａ点高０．5ｍ，A 点在液面下1.5ｍ.求液面的绝对压强和相对压强.
［解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000 =+-=+=' 2．８绘制题图中AB 面上的压强分布图。 h 1 h 2 A B h 2 h 1 h A B 解: B ρgh 1 ρgh 1 ρgh 1 ρgh 2
A B ρg(h2-h1) ρg(h2-h1) B ρgh
大学水力学课件 大学水力学课件 水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。 水力学课件 【开课单位】环境科学与工程学院【课程模块】学科基础【课程编号】【课程类别】必修 【学时数】48（理论48实践0）【学分数】3 一、课程描述 本课程大纲根据20**年本科人才培养方案进行修订。 （一）教学对象：环境工程专业本科生 （二）教学目标及修读要求 1、教学目标 掌握基本概念。包括：流体的主要物理性质及作用于流体的力，静水压强及其特性，压强的测量与表示方法，恒定一元流，理想液体，微小流束，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，水头损失，液体运动的两种型态，管道的基本概念，明渠的类型，明渠均匀流，水力最佳断面，允许流速，明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与
陡坡，明渠恒定非均匀渐变流，水跃，共轭水深，堰流的类型，闸孔出流。 掌握基本理论。包括：静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡，实际液体恒定总流的能量方程及应用，恒定总流的动量方程及应用，量纲分析与π定理，液流型态及水头损失液体运动的两种型态，谢才公式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析，棱柱体水平明渠的水跃方程，水跃的能量损失，堰流与闸孔出流。 掌握基本计算。一是建筑物所受的水力荷载，即所承受的静水压力、动水总作用力等的计算；二是建筑物的过水能力计算；三是水流的流动形态及水头损失计算；四是水流的能量消耗计算。 2、修读要求 水力学是力学的一个分支，通过课程学习和训练，使学生掌握水力学基本概念、基本原理、基本技能和方法；培养学生分析解决问题的能力和实验技能，并为学习专业课程和处理工程实际中的技术问题打下基础。通过课堂讲授和讨论、课后辅导、习题和练习、实验和实践教学等教学环节，运用多媒体或实验等直观教学手段，完成教学大纲要求的基本内容。由于水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，但应以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的'基本概念和基本原
塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (1)
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T
1 塔器设计概述 1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。 1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。 1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。 1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。 1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。 1.6 设计中主要考虑的问题 1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程） 通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。 1.6.2 塔压的设定
第一章导论 1、体积模量K 值越大，液体越容易压缩。 ( ) 2、液体的内摩擦力与液体的速度成正比。 ( ) 3、水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。 ( ) 4、影响水的运动粘度的主要因素为 ( ) (1)水的温度； (2)水的容重； (3)当地气压； (4)水的流速。 5、理想液体是（） (1)没有切应力又不变形的液体；(2)没有切应力但可变形的一种假想液体； (3)切应力与剪切变形率成直线关系的液体； (4)有切应力而不变形的液体。 6、A、B为相邻两液层，A层流速大于B层流速。则A层对B层的切应力τ1_____________ B层对A 层的切应力τ2 。其中τ1 的方向与流向__________，τ2 的方向与流向______________。 7、单位质量力的量纲为__________________；运动粘度的量纲为 _______________；动力粘度的量纲为 ____________________。 8、物体在外力作用下产生 _______________，在除去外力后能恢复原状消除变形的性质，称为 _______。 9、已知二元明渠断面的流速分布为抛物线，如图示，则其切应力分布τ~y为_______________________ 分布，切应力最大值在 _________________处。 10、水力学中最基本的、贯穿始终的假定是 ________________________假定。 11、图为管道过水断面水流流速分布图，从其对应部位取出水体A，则水体顶面切应力的方向与流向 , 底面切应力的方向与流向。 12、平板面积为 40×45cm2,厚度为 1.0cm，质量 m=5kg，沿着涂有厚度δ=1.0mm油的斜面向下作等速运动，其速度u=1.0m/s,带动油层的运动速度呈直线分布，则油的粘度μ=______________，ν =__________________ (油的密度ρ＝950 kg/m3)。
水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1
2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。
《水力学》复习指南 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2 =98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力 c p z =+γ d y d u μ τ=
第一章 1.1 静水压强有哪些特性？静水压强的分布规律是什么？ 特性：1.静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面； 2.作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。 分布规律：由静水压强公式可知，静水压强呈线性分布规律 1.2 试分析图中压强分布图错在哪里？ 1.3 何谓绝对压强，相对压强和真空值？它们的表示方法有哪三种？它们之间 有什么关系？ 压强的三种表示方法：单位面积上所受的压力，液柱高度和工程大气压（或 标准大气压） 1工程大气压=9800N/m2=10m 水柱高 =0.736m 汞柱高 三种压强之间的关系： 1.4 图示一密闭水箱，试分析水平面A －A ，B －B ，C －C 是否皆为等压面？何 谓等压面？等压面的条件有哪些？ ' a k p p p p =-=-
图1.4 A-A是等压面，B-B和C-C不是等压面。 等压面：在静止液体中，压强相等的各点连接成的面。 等压面的条件：在重力作用下，同一连续液体的水平面是一个等压面。1.5一密闭水箱（如图）系用橡皮管从C点连通容器Ⅱ，并在A、B两点各接 一测压管问。 （1）AB两测压管中水位是否相同？如相同时，问AB两点压强是否相等？（2）把容器Ⅱ提高一些后，p0比原来值增大还是减小？两测压管中水位变化如何？ （1）A、B两测压管水位相同，但A、B两点的压强不等； （2）把容器Ⅱ提高一些后，p0比原来值增大，两测压管中水位升高。1.6 什么叫压力体？如何确定压力体的范围和方向？ 由静水中曲线边界上每一点引垂直于自由面的垂线形成的柱面和自由面组成的封闭柱体叫压力体。（自由面上的压强为大气压强） 压力体由下列周界面所围成：1.受压曲面本身； 2.液面或液面的延长面； 3.通过液面的四个边缘向液面或液面的延长 面所作的铅垂平面。
水 水银 题1图 1 2 3 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?-==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分） 。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.1542 8.042.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分）。 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。
解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 1 222121-= -=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?=' =右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。
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塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T
塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T/2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N、A f 气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T减去总的降液管顶部横截面积∑A D(包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。
第一章 导 论 1、体积模量 K 值越大，液体越容易压缩。 ( ) 2、液体的内摩擦力与液体的速度成正比。 ( ) 3、水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。 ( ) 4、影响水的运动粘度的主要因素为 ( ) (1)水的温度； (2)水的容重； (3)当地气压； (4)水的流速。 5、理想液体是 （ ） (1)没有切应力又不变形的液体； (2)没有切应力但可变形的一种假想液体； (3)切应力与剪切变形率成直线关系的液体； (4)有切应力而不变形的液体。 6、A 、B 为相邻两液层，A 层流速大于B 层流速。则A 层对B 层的切应力τ1_____________ B 层对A 层的切应力τ2 。其中τ1 的方向与流向 __________，τ2 的方向与流向______________。 7、单位质量力的量纲为__________________；运动粘度的量纲为 _______________；动力粘度的量纲为 ____________________。 8、物体在外力作用下产生 _______________，在除去外力后能恢复原状消除变形的性质，称为 _______。 9、已知二元明渠断面的流速分布为抛物线，如图示，则其切应力分布τ~y 为_______________________ 分布，切应处。 10、水力学中最基本的、贯穿始终的假定是 ________________________假定。 11、图为管道过水断面水流流速分布图，从其对应部位取出水体A ，则水体顶面切应力的方向与流向 , 底面切应力的方向与流向 。 12、平板面积为 40×45cm 2 ,厚度为 1.0cm ，质量 m=5kg ，沿着涂有厚度δ=1.0mm 油的斜面向下作等速运动， 其速度u =1.0m/s,带动油层的运动速度呈直线分布，则油的粘度μ=______________，ν =__________________ (油的密度 ρ＝950 kg/m 3 )。
三计算题 一、粘性 1．一平板在油面上作水平运动，如图所示。已知平板运动速度V=1.0m/s ，板与固定边界的距离δ＝1mm ，油的粘度μ＝0.09807Pa ·s 。 试求作用在平板单位面积上的切向力。 2. 一底面积为2 cm 5045?， 质量为6kg 的木块，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动， 木 块运动速度s m 2 .1=u ，油层厚度 mm 1=δ，斜面角C 02ο=θ（如图所示） ，求油的动 力粘度μ。 δ u θ 二静力学 1．设有一盛水的密闭容器，如图所示。已知容器内点A 的相对压强为4.9×104 Pa 。若在该点左侧壁上安装一玻璃测压管，已知水的密度ρ＝1000kg/m 3 ,试问需要多长的玻璃测压管？若在该点的右侧壁上安装一水银压差计，已知水银的密度ρHg ＝13.6×103 kg/m 3 ,h 1=0.2m,试问水银柱高度差h 2是多大？ 2．如图所示的半园AB 曲面，宽度m 1=b ，直径m 3=D ，试求曲AB 所受的静水总压力。 D /2 A B 水 水 D
α O B O A H p a 3. 如下图，水从水箱经管路流出，管路上设阀门K ，已知L=6m,α=30°,H=5m, B 点位于出口断面形心点。假设不考虑能量损失，以 O-O 面为基准面，试问：阀门K 关闭时，A 点的位置水头、压强水头、测压管水头各是多少？ 4. 位于不同高度的两球形容器，分别贮有 2m kN 9.8=g A ρ的 油 和2m kN 00.10=g B ρ的盐水，差压计内工作液体为水银。 m 21=h ，m 32=h ，m 8.03=h ，若B 点压强2cm N 20=B p ，求A 点压强A p 的大小。 ? ? M M A B 汞 h h h γγA B 1 2 3 5. 球形容器由两个半球面铆接而成，有8个铆钉，球的半径m 1=R ，内盛有水， 玻璃管中液面至球顶的垂直距离2m . 1=H ，求 每个铆钉所受的拉力。 R H 6．设有一盛静水的密闭容器，如图所示。由标尺量出水银压差计左肢内水银液面距A 点的高度h 1=0.46m ，左右两侧液面高度差h 2=0.4m ， 试求容器内液体中A 点的压强，并说明是否出现了真空。已知水银的密度ρHg ＝13.6×103 kg/m 3 。
选择题（单选题） 1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ） （a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c ） （a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d ） （a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2 /s m 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ） （a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ） （a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ） （a ）2 /s m ；（b ）2 /m N ；（c ）m kg /；（d ）2 /m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征是：（c ） （a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合 RT p =ρ 。 1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ） （a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。 1.9 水的密度为10003 kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解： 10000.002m V ρ==?=（kg ） 29.80719.614G mg ==?=（N ） 答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。 1.10 体积为0.53 m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807 899.3580.5 m G g V V ρ= ===（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503 /kg m ，试求其运动黏度。 解：60.005 5.88210850 μνρ-= ==?（m 2/s ） 答：其运动黏度为6 5.88210-? m 2/s 。
水力学第四版课后答案
第一章 绪论 1-2．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2 21 1V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1 /23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度3 2 /83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ ρρ 则增加的体积为3 12 0679.0m V V V =-=? 1-4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干？ [解] 在地球上静止时： g f f f z y x -===；0 自由下落时： 0=+-===g g f f f z y x ； 第二章 流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。
[解] gh p p a ρ+=0Θ kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=??==-=∴ρ 2-3．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。 [解] g p p A ρ5.0+=表 Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=?-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000 =+-=+=' 2.8绘制题图中AB 面上的压强分布图。
B h 1 h 2 A B h 2 h 1 h A B 解： B ρgh 1 ρgh 1 ρgh 1 ρgh 2 A B ρg (h 2-h 1) ρg (h 2-h 1)
GBL-T5102丝网波纹填料塔内件设计说明书 2.1设计方案的确定 根据用户要求，本设计采用BX(500)丝网波纹填料塔进行分离。BX(500)的相关参数见第4节。 2.2水力性能的计算 2.2.1填料塔上段 (1)喷淋密度 32248454 3.0168/3.1410431.4S L m m h S L ?===?? (2)泛点气速 118420.213lg ()()()F l l v A K l g v l w u a w νρρμρρε??=-????? 112 840.23403353785000.3044lg ()()0.30 1.759.811024.50.90.30440.451042.5()F u ??=-????? u F =5.44m/s (3)空塔气速 3.62/u m s == = (4) 液泛率 3.6266.5%5.44 F u u = = (5)持液量 质量 m=4033×0.042=169.386Kg 体积
3169.3960.162481042.5 V m == 填料体积 2 '34.154224V H m D π== 持液量 V/V ’=0.16248/4.15422=0.039112 m 3/ m 3 (6)压降 △P=2.7×5×10=135Pa （7）操作弹性 由所选液体分布器：308个小孔直径为2mm ，布液管直径为20mm ，分配管及液位管直径130mm 当分配管内液流速最大0.3m/s 时，求得最大允许流量 2 max 1042.5360014936.250.3Kg/h 40.13Q π ?==??? 而填料允许最小喷淋密度为1 m 3/(m 2h)时 2min 1042.536001604.761Kg/h 4 1.4Q π??==?? 液相负荷上限 4845×1.2=5814 Kg/h ＜Qmax 液相负荷下限 4845×0.5=2422.5 Kg/h ＞Qmin 操作弹性为 14936.75/1604.76=9.3 所以设计合理。 2.2.2中段 （1）液泛气速 112840.23458759325000.3044lg ()()0.30 1.759.8160210.90.3044()0.451021()F u ??=-?????
第一章 导 论 1、体积模量 K 值越大，液体越容易压缩。 ( ) 2、液体的内摩擦力与液体的速度成正比。 ( ) 3、水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。 ( ) 4、影响水的运动粘度的主要因素为 ( ) (1)水的温度； (2)水的容重； (3)当地气压； (4)水的流速。 5、理想液体是 （ ） (1)没有切应力又不变形的液体； (2)没有切应力但可变形的一种假想液体； (3)切应力与剪切变形率成直线关系的液体； (4)有切应力而不变形的液体。 6、A 、B 为相邻两液层，A 层流速大于B 层流速。则A 层对B 层的切应力τ1_____________ B 层对A 层的切应力τ2 。其中τ1 的方向与流向 __________，τ2 的方向与流向______________。 7、单位质量力的量纲为__________________；运动粘度的量纲为 _______________；动力粘度的量纲为 ____________________。 8、物体在外力作用下产生 _______________，在除去外力后能恢复原状消除变形的性质，称为 _______。 9、已知二元明渠断面的流速分布为抛物线，如图示，则其切应力分布τ~y 为_______________________ 分布，切应处。 10 ________________________假定。 11、图为管道过水断面水流流速分布图，从其对应部位取出水体A ，则水体顶面切应力的方向与流向 , 底面切应力的方向与流向 。 12、平板面积为 40×45cm 2,厚度为 1.0cm ，质量 m=5kg ，沿着涂有厚度δ=1.0mm 油的斜面向下作等速运动， 其速度u =1.0m/s,带动油层的运动速度呈直线分布，则油的粘度μ=______________，ν =__________________ (油的密 度ρ＝950 kg/m 3)。 A 的极薄的平板以速度 u 平行移动。x 为平板距上边界的距离。求：平板所受的拖力T ，（缝隙内的流速按直线分布）。 （A x x u T )(-??+ =μ） 14、已知200C 时海水的密度3cm /g 03.1=ρ，试用国际单位制表示其密度值，并求其比重和重度。 （33/094.10,03.1,/1030m kN S m kg ===γρ）
第一章绪论 1.水力学的研究方法：理论分析方法、实验方法，数值计算法。2.实验方法：原型观测、模型试验。3.液体的主要物理性质：①质量和密度②重量和重度③易流动性与粘滞性④压缩性⑤气化 特性和表面张力。4.理想液体：没有粘滞性的液体(μ=0)。5.实际液体：存在粘滞性的液体（μ≠0）。6. 牛顿液体：τ与du/dy呈过原点的正比例关系的液体。 7.非牛顿液体：与牛顿内摩擦定律不相符的液体。8. 作用在液体上的力：即作用在隔离体上的外力。9.按物理性质区分：粘性力、重力、惯性力、弹性力、表面张力。10.按力的作用特点区分：质量力和表面力两类。 11.质量力：作用在液体每一质点上，其大小与受作用液体质量成正比例的力。12.表面力：作用于液体隔离体表面上的力。第二章水静力学 1.静水压强特性： ①垂直指向作用面②同一点处，静水压强各向等值。 2.静水压强分布的微分方程：dp=ρ(Xdx+ Ydy+ Zdz)，它表明静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。 3.等压面：液体压强相等各点所构成的曲面。等压面概念的应用应注意，它必须是相连通的同种液体。 4.压强的单位可有三种表示方法：①用单位面积上的力表示：应力单位Pa，kN/m2②用液柱高度表示：m（液柱），如p=98kN/m2，则有p/γ=98/9.8=10m（水柱）③用工程大气压Pa的倍数表示：1p a=98kP a。 5.绝对压强p abs：以绝对真空作起算零点的压强（是液体的实际压强，≥0）p abs=p o+γh 6.相对压强pγ：以工程大气压p a作起算零点的压强，pγ=p abs-p a= (p o+γh)-p a 真空：绝对压强小于大气压强时的水力现象。真空值p v：大气压强与绝对压强的差值。 7.帕斯卡原理：在静止液体中任一点压强的增减，必将引起其他各点压强的等值增减。应用：水压机、水力起重机及液压传动装置等。 8.压强分布图的绘制与应用要点：①压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面，两受压面交点处的压强具有各向等值性。②压强分布图与受压面所构成的体积，即为作用于受压面上的静水总压力，其作用线通过此力图体积的重心。③由于建筑物通常都处于大气之中，作用于建筑物的有效力为相对压强，故一般只需绘制相对压强分布图。④工程应用中可绘制建筑物有关受压部分的压强分布图。 9.水静力学基本方程z+p/γ=C，z——计算点的位置高度，p/γ——由p=γh，称为压强高度，z+p/γ——计算点处测压管中水面距计算基准面的高度，z+p/γ=C ——静止液体中各位置高度与压强高度之和不变。10.浮体：漂浮在液体自由表面的物体。潜体：沉没于液体底部的物体。浮力：物体在液体中所受铅锤向上的浮托力。11.压力体：以曲面为底直至自由表面间铅垂液体的体积。虚压力体：液体和压力体分居曲面两侧。实压力体：液体和压力体居曲面同一侧。12.阿基米德原理：物体在静止液体中所受曲面总压力p z，其大小等于物体在液体中所排开的同体积液体重量。第三章水动力学基础 1.描述液体运动的两种方法：拉格朗日法（把液体看成质点系，用质点的迹线来描绘流场中的运动情况），欧拉法（以空间点的流速、加速度为研究对象）。 2.迹线：某液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。 3.流线：同一时刻与流场中各点运动速度矢量相切的曲线。 4.流线特性：1、一般不会相交，也不会成90°转折。2、只能是一根光滑曲线。 3、任一瞬时，液体质点沿流线的切线方向流动，在不同瞬时，因流速可能有变化，流线的图形可以不同。5.流管：在流场中取一封闭的几何曲线C，在此曲线上各点作流线则可以构成一管状流面。6.过水断面：垂直于流线簇所取的断面A。元流：过水断面无限小的流股，成为元流。7.液流分类：1、恒定流（运动要素不随时间变化的流动）与非恒定流2、均匀流（流线簇彼此呈平行直线的流动）与非均匀流（又分为渐变流与急变流）3、有压流（过水断面全部边界都与固体边壁接触且无自由表面、液体压强大部分不等于大气压强的流动）与无压流。8.理想液体元流能量方程各项意义z—计算点距基准面的位置高度，又称位置水头p/r—测压管中水面距计算点的压强高度，又称为压强水头z+p/r—测压管水面距基准面的高度，又称测管水头或单位重量液体的总势能u2 /2g—流速u所转化的高度。H计算点处液体的总水头。9.水力坡度：单位长度上的水头损失。10.测管坡度：单位长度上的测管水头变化。11.控制断面：在总流中任取一流段作隔离体，其前后过水断面称为控制断面。12.什么是理想液体？什么为实际液体？没有粘滞性的液体称为理想液体，反之有粘滞性的液体称为实际液体。13.恒定流是否可以同时为急变流？均匀流是否可以同时为非恒定流？答：恒定流可以为急变流。恒定流是运动要素不随时间变化的流动，急变流是流线簇彼此不平行，流线间夹角大或流线曲率大的流动，二者定义之间不存在矛盾。均匀流不可以为非恒定流。均匀流中过水断面为平面，沿程断面流速分布相同，断面流速相等，而非恒定流的这些运动要素是随时间变化的。第四章水流阻力与水头损失 1.水头损失：单位重量液体在流动中的能量损失。2.沿程阻力：液体内摩擦力，它与液体流动的路程成正比 3.局部阻力：局部边界条件急剧改变引起流速沿程突变所产生的惯性阻力。 4.层流：液体质点在流动中互不发生混掺而是分层有序的流动 5.紊流：液体质点互相混
塔的水力学计算手册文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
塔的水力学计算手册
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大 量的雾沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高 的传质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的 可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。
3.名词术语和定义 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图(a)。 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图(a)。 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图(a),-(b)。 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图(a)。 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图(a)。 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = (D T /2)2 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 净面积(net area，free area)，A N 、A f
尾气吸收塔的设计 5.3.1.尾气吸收塔的工艺参数 尾气吸收塔T0201操作条件工艺参数如表5-9所示： 表5-9尾气吸收塔T0201操作条件工艺参数一览表 5.3.2. 塔类型的选择 填料塔不仅结构简单、阻力小，且便于用耐腐材料制造等。近年来，由于性能优良的新型填料不断被开发以及填料塔本身的优势，使填料塔被广泛应用到大型气液操作中。通过初步比较了板式塔与填料塔的特点，并结合体系的特点，另外考虑设备的制造、投资和维修，故选用填料塔。 5.3.3. 填料的初步选择 与规整填料相比，散装填料的成本较低，然而单位体积内的规整填料虽比散装填料贵得多，但是每个理论板的规整填料的压降要低得多，而且具有较低的等板高度（HETP）、较高的效率和处理能力，其中以孔板波纹填料为代表的规整填料优点更为突出[37]。本设计选用M250Y（孔板波纹填料），该填料的特性数据如表5-10所示：
表5-10 M250Y （孔板波纹填料）的特性数据表 型号 材质 比表面积m 2/m 3 倾斜角/° 孔隙率m 3/m 3 填料因子m -1 综合指数 M250Y 金属 250 45 0.93 310.81 0.61 5.3.4. 水力学数据 根据Aspen Plus 7.2的模拟结果，取乙二醇分壁塔T0801主塔和预分离塔各塔板的平均数据作为特征水力学数据进行设计，数据如下： （1）主塔水力学数据 液相体积流量30.0098/L m s = 气相体积流量310.863/V m s = 液相密度3892.261/L kg m ρ= 气相密度31.307/V kg m ρ= 液相平均表面张力29.476/dyne cm σ= 液相粘度0.578cP μ= （2）副塔水力学数据 液相体积流量30.00706/L m s = 气相体积流量31.444/V m s = 液相密度3961.855/L kg m ρ= 气相密度31.192/V kg m ρ= 液相平均表面张力31.417/dyne cm σ= 液相粘度 1.072cP μ= 5.3.5. 塔径的计算 以主塔的塔径计算为例，填料的泛点气速可由贝恩-霍根关联式计算即