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流体流动习题课

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工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答

工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答

h 4 = 2H 4 → H =h
2 2 d2
习题3-14解题示意图1
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
Fx1 =
y x
H1
D
H2
图 3-26 习题 3-11 附图
1 1 ρ gH1 × ( DL) = × 1000 × 9.8 × 4 × (4 × 10) = 784000 N=784kN 2 2 1 D 1 4 Fx 2 = ρ gH 2 × ( L) = × 1000 × 9.8 × 2 × × 10 = 196000 N=196kN 2 2 2 2
H
h
由此得： H ≥ 122mm + h ≥ 244mm (2) 结合以上正负压操作时结果有：
p / ρ g ≤ h ≤ H − | p| / ρ g
图 3-23 习题 3-8 附图
→ 122mm ≤ h ≤ 178mm
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-6
习题 3-8 旋风除尘器如图 3-23 所示，其下端出灰口管段长 H，部分插入 水中，使旋风除尘器内部与外界大气隔开，称为水封；同时要求出灰管内液面 不得高于出灰管上部法兰位置。设除尘器内操作压力 ( 表 压 ) p = −1.2 kPa~ 1.2kPa。 净化空气 (1) 试问管段长 H 至少为多少 mm? (2) 若H=300mm，问其中插入水中的部分h应在 什么范围？(取水的密度 ρ =1000kg/m3) 含尘 解：(1) 正压操作时，出灰管内液面低于管外液 面，高差为 h′ = p / ρ g ；为实现水封，出灰管插入深 度 h 必须大于此高差，即
化工原理课后习题答案

化工原理课后习题答案

第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。

已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。

解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。

在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。

已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。

试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。

根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。

第一章流体流动习题

第一章流体流动习题

第一章流体流动习题1. 引言本习题集旨在帮助读者巩固并深入理解流体力学中的流体流动相关知识。

通过解答各式作业题和习题，读者将能够提高对流体流动的理论知识的掌握，并能运用所学知识解决实际问题。

2. 流体等压流动2.1 定常流动1.习题1：在一水力发电站，重力因子为9.8 m/s²，一台水轮机的进口直径为10 m，出口直径为4 m，水流的速度在进口和出口处分别为12 m/s和48 m/s。

求水轮机的功率。

2.习题2：一根水平管道中水流的速度为2 m/s。

管道的截面面积为1.0 m²，密度为1000 kg/m³。

若管道上安装了一过滤器，则过滤器前后水流速度分别为2.5 m/s和1.5 m/s。

求过滤器对水流影响的大小。

2.2 无粘流动1.习题3：一个圆柱体在某无粘流体中运动，其直径为1 m，流体的密度为1 kg/m³，流速为10 m/s。

若圆柱体沿流速方向行进距离为100 m，在这一过程中流体对圆柱体所做的阻力是多少？2.习题4：一道湍流水流通过一个圆柱体。

圆柱体的直径为2 m，流速为5 m/s，流体密度为1.2 kg/m³。

若圆柱体所受到的阻力为1000 N，求流过圆柱体的湍流水流的体积流量。

3. 流体定常流动3.1 流管与元素流量1.习题5：一条河的宽度为10 m，平均流速为2 m/s。

设河水的密度为1000 kg/m³。

求河水的体积流量。

2.习题6：某水管直径为0.2 m，输送液体的流速为3 m/s。

求液体的质量流量。

3.2 动量定理与波动方程1.习题7：一个质量为1000 kg的船以速度10 m/s行驶，船上一个质量为10 kg的人以速度2 m/s从船头跳进水中。

求船在跳水后的速度。

2.习题8：一个质量为500 kg的小汽车以速度20 m/s驶入河流。

汽车下沉后速度降为8 m/s。

求汽车所受的阻力大小。

4. 流体非定常流动4.1 欧拉方程与伯努利方程1.习题9：一水管中水的流速为2 m/s。

流体力学第一章 流体流动习题课6

流体力学第一章 流体流动习题课6

第一章 习题课1．何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？（A ）某设备的表压强为100kPa ，则它的绝对压强为____kPa ；另一设备的真空度为400mmHg ，则它的绝对压强为____。

（当地大气压为101.33 kPa ）[答：201.33 kPa ，360mmHg]解析：表压 = 绝对压强 - 大气压 ；真空度 =大气压 - 绝对压强（B ）某设备的表压强为50KPa ，则它的绝对压强为____，另一设备的真空度为50KPa ，则它的绝对压强为____。

（当地大气压为100KPa ） [答：150 kPa ，50 kPa]2．气体的密度如何计算？（A ）若外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。

空气分子量按29计。

[答：1.447Kg/m 3]解析：理想气体状态方程 得 3．流体静力学基本方程式有几种表达形式？分别说明什么问题？静力学方程式的应用条件？简述静力学方程式的应用其分析问题时如何确定等压面？①2211gz p gz p +=+ρρ J/kg 总势能守恒（静压能+位能）②)(2112z z g p p -+-=ρ Pa 等压面③gh p p ρ+=02 Pa 巴斯噶原理（传递定律） 适用条件：重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体。

确定等压面：静止的联通着的同一种连续流体，处于同一水平面上各点压强相等。

（A ）如图所示，容器中盛有ρ＝800kg/m 3的油品，U 形管中指示液为水(ρ＝1000kg/m 3)，a 1、a 2、a 3在同一水平面上，b 1、b 2、b 3及b 4也在同一高度上，h 1=100mm ，h 2=200mm ，则各点的表压pa 1=____，pa 2=____，pb 2=____，pb 3=____，h 3=____。

（表压值以mmH 2O 表示）[答：0，100，200，300，340，200]RT Mm PV =3/447.115.293314.829325.1012.1m Kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ=0 pa3= p a =0 （表压）解析：静力学基本方程式 pa1= p a=ρg （h1+ h2）（表压） pa2 = pb2（表压）pb2= pb1pb3= pa2+ρ油g（h1+ h2）（表压）pb3+ρ油g h3=ρg （h1+ h2+ h3）（表压）（B）如图所示，在两个压强不同的密闭容器A，B内充满了密度为的液体，两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的U行管水银压差计，连接管内充满密度为的液体。

化工原理习题课

化工原理习题课


3.某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为50mm， 某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为 某敞口高位槽送水的管路如图所示 ， 管长L 管长 OC=45m， LCB=15m（均包括所有局部阻力当量长 ， （ ），当阀 全关， 当阀a全关 打开时， 度），当阀 全关，阀b打开时，压力表 B的读数为 打开时 压力表P 2.4×104Pa。假设阻力系数 均为 均为0.03，水的密度为 × 。假设阻力系数λ均为 ， 1000kg/m3。 （1）试计算B管道 ）试计算 管道 （CB段）的流速； 段 的流速； （2）若维持阀 的开度 ）若维持阀b的开度 不变，逐渐打开阀a， 不变，逐渐打开阀 ， 直到CB、 两管中流 直到 、CD两管中流 速相等，此时B管的流 速相等，此时 管的流 速又为多少？ 速又为多少？
化工原理习题课
流体流动及流体输送机章
1.用离心泵把 ℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部， 用离心泵把 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 × ，在操作条件下， 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量 × ；水流经吸入管与排出管（不包括喷头） 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出 损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中 为吸入或排出 管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为 管的流速 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa × 表压）。 （表压）。 试求：（ ）水在管内的 试求：（1） ：（ 流速u；（ ；（2） 流速 ；（ ）泵的有效 功率；（ ；（3） 功率；（ ）已知泵的效 率为60%，求操作条件下 率为 ， 泵的轴功率。 泵的轴功率。
化工原理上册课后习题及答案

化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动二、本章思考题1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，将如何变化？1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度的关联图分为4个区域。

每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失与流速的一次方成正比？哪个区域的与成正比？光滑管流动时的摩擦损失与的几次方成正比？1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？三、本章例题例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。

已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。

压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。

已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。

试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。

HH1DR11CEFBA10mn11-1附图解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。

m首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。

化工原理(祁存谦版本) 第一章流体流动

化工原理(祁存谦版本) 第一章流体流动


1-6 (1)设流量为 4L·s-1，水温为 20℃，管径为 φ57×3.5mm，试判断流动类型。(2)条件与
上相同，管中流过某种油类，油的运动黏度为 4.4cm2·s-1，试判断流动类型。
−3 解：流速 u = 4V 2 = 4 × 4 × 102 = 2.04m / s π ⋅d π × 0.05
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
说明：祁存谦版的化工原理第一版课后的习题解答。如有错的地方请给指正。 第一章流体流动 1-1 容器 A 中气体的表压力为 60kPa，容器 B 中气体的真空度为 1.2×104Pa。试分别求出
A、B 二容器气体中的绝对压力为多少（Pa）？该处环境大气压等于标准大气压。 解：设标准大气压为 100kPa 容器 A 中气体的绝对压力=表压+大气压=60+100=160(kPa) 容器 B 中气体的绝对压力=大气压-真空度=100×103－1.2×104=88×103(Pa) 1-2 某设备进、出口的表压分别为-12Kpa 和 157Kpa，当地大气压为 101.3kPa。求此设备
W=V·ρ=8.14×1800=4.07(kg·s-1) G=u·ρ=0.8×1800=1440(kg·m-2·s-1) 1-8
有一输水管路， 20℃ 的水从主管向两支管流动，如图所示，主管内水的流速为
1.06m·s-1 ， 支 管 1 与 支 管 2 的 水 流 量 分 别 为 20×103kg·h-1 与 10×103kg·h-1 ， 支 管 为
d
ε
h2
d2
V 4 × 2.5 × 10 −3 = = 1.27m / s A1 π × 0.052
h
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
天大化工原理第3版课后习题答案1-3章

天大化工原理第3版课后习题答案1-3章

第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。

已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n mkg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。

设混合油为理想溶液。

解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。

若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

工程流体力学-第一次习题课

工程流体力学-第一次习题课

第一次流体动力学习题课
一、填空题 1.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动 压头___________,静压头___________。 答案：减少， 减少， 增加。 2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______, 变_____；后者是恒_________,变_________。 答案：截面；压差；压差；截面 3.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关 系为______________，所以,流速随着管径的减小而________ 。 答案：υ /υ =d 2 /d 2 增大
（2）C点压强p3 ? 2,3间列柏努利方程 p3 ?
2 3
p3 p2 p3 z3 z2 6m 2g g 2 g g g
2 2
(3)当虹吸管伸入B池水中后，管内流量由 两液位差决定。 限制条件： h H 10m
2.某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一 敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在 管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 [J/kg ],因扩大生 产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的 输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统 增高多少?
【解】∵u1≈0≈u2
p1=p2
（z1 z 2）g
H
f 1 2
u 20.6 u 2.39m / s 2
2
u2 z1 z 2 20.6 z1 15.14m 2g z z1 z1 4.14m
3.如图所示，水以3.78升/秒的流量流经一扩大管段，已知d1＝ 40mm，d2＝80mm，倒U形压差计中水位差R＝170mm， 试求：水流经扩大管段的摩擦损失hf。
化工原理课后习题答案第一章流体流动答案

化工原理课后习题答案第一章流体流动答案

第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm= Pa=760 mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为p =461097.8)10082.0(10132576.00⨯=⨯--⨯N/m 2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8⨯Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa混合气体的摩尔质量Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol混合气体在该条件下的密度为：ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4××.3=10.858 kg/m33.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H代入上式得ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H对以上等式两边积分， pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15即：lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526（2）已知地平面处的压力为 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=×=45431 Pa将p 山顶代入上式ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。

流体流动——精选推荐

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第一章 流体流动1．用如附图所示的U 型管压差计测定反应器内气体在A 点处的压强以及通过催化剂层的压强降。

在某气速下测得R 1为750mmH 2O ，R 2为80mmH 2g ，R 3为40mmH 2O ，试求上述值。

2．如附图所示，倾斜微压差计由直径为D 的贮液器和直径为d 的倾斜管组成。

若被测流体密度为ρ，指示液密度为ρ0，试导出用R 1表示的压强差计算式。

如倾角α为300时，若要忽略贮液器内的液面高度h 的变化，而测量误差又不得超过0.1%时，试确定D/d 比值至少应为多少？3．一水箱用如附图所示的锥阀封水，锥阀底直径为0.5m ，高为0.6m ，阀重50kg 。

当水位达1.5m 时，要求阀启动泄水，问外配锤重w 应为多少？232ρ习题1 附图习题2 附图习题3 附图5．某流场可用下述速度向量式表达：u （x ，y ，z ，t ）=xyz i +y j -3zt k 。

试求点（2，1，2，1）处的加速度向量。

（随体）6．国际标准大气压取海平面为基准（z=0）。

基准面上的物理量取为：t 0=288K ，p 0=101300Pa ，ρ0=1.225kg/m 3。

从海平面一直到11公里的高空是对流层。

对流层中温度与高度的关系可用下式表示：T=T 0-βz ，其中T 0=288K ，β=0.0065度/米。

11公里以上认为是温度不变（216.5K ）的同温层。

试分别求出对流层及同温层内压力、密度和高度的依赖关系。

可认为重力加速度为一恒量。

（静）7．不可压缩粘性流体在两无限大平行平板间作稳态层流，试推导其速度分布、截面上的平均流速、壁面处的剪切力。

（运动）8．不可压缩流体在两根同心的套管环隙间作轴对称的稳态层流，试导出其速度分布，截面上的平均流速，体积流量，壁面处的剪切力。

（运动） 9．不可压缩粘性流体在重力作用下，沿内径为R 的圆筒内壁面向下流动。

设流动是定常的平行直线运动，流体厚度为δ。

求流体速度分布、流量、平均流速、最大流速及作用在圆筒内壁面上的摩擦力（忽略端效应）。

目前最全 化工原理课后习题答案 (钟理版)

第一章 流体流动习题解答1－1 已知甲城市的大气压为760mmHg ，乙城市的大气压为750mmHg 。

某反应器在甲地操作时要求其真空表读数为600mmHg ，若把该反应器放在乙地操作时，要维持与甲地操作相同的绝对压，真空表的读数应为多少，分别用mmHg 和Pa 表示。

[590mmHg, 7.86×104Pa]解：P （甲绝对）=760-600=160mmHg 750-160=590mmHg=7.86×104Pa1－2用水银压强计如图测量容器内水面上方压力P 0，测压点位于水面以下0.2m 处，测压点与U 形管内水银界面的垂直距离为0.3m ，水银压强计的读数R ＝300mm ，试求 （1）容器内压强P 0为多少？（2）若容器内表压增加一倍，压差计的读数R 为多少？习题1－2 附图[(1) 3.51×104N ⋅m －2 (表压)； (2)0.554m] 解：1. 根据静压强分布规律 P A ＝P 0＋g ρH P B ＝ρ，gR因等高面就是等压面，故P A ＝ P B P 0＝ρ，gR －ρgH ＝13600×9.81×0.3－1000×9.81(0.2+0.3)=3.51×104N/㎡ (表压) 2. 设P 0加倍后，压差计的读数增为R ，＝R ＋△R ，容器内水面与水银分界面的垂直距离相应增为H ，＝H ＋2R∆。

同理， ''''''02Rp gR gH gR g R gH gρρρρρρ∆=-=+∆--000p g g p p 0.254m g g 10009.81g g 136009.812R H R ρρρρρρ⨯∆⨯⨯，，，4，，－（－）－ 3.5110＝＝＝＝－－－220.30.2540.554m R R R ∆，＝＋＝＋＝1－3单杯式水银压强计如图的液杯直径D ＝100mm ，细管直径d ＝8mm 。

流体力学习题课_(6)



rd

dz z
（1） V xyzr ,
（2） （3）
2
r xe x ye y ze z
2
（ c 为常数 ） （ c 为常数 ）
uc x y
vw0
u y 2 z, v z 2 x,
vr 0 v Γo 2r
r
2
习题六 1. 判断下列流场是否有旋？并分别求出其流线、计算oxy平面的单
位圆周上的速度环量。 ex [解] 计算旋度
ey ez
柱坐标 er
1 r r ur
Байду номын сангаас
u k rot V V ijk x y z x j u v w dx dy dz 计算流线 u v w 速度环量 Γ u rd V e rd
u ky
v kx
w
c 2k ( x y ) （ k c 为常量 ）
2
2
2
所确定的运动中，涡矢量与速度矢量方向相同，并求出涡量与速度间的数量关系。
[证] 按旋度计算式计算涡量场，确定涡量与速度之间的数量关系。
V
ex (
ex ey y v ez
r a
r
试求：该速度场的涡量场，并指出有旋和无旋流动的区域。
[解] 计算涡量
柱坐标
1 r 1 r er r 0 er r 0 re r 2 2 re a 2 2 ez z 0 ez z 0
[解] 计算涡量
ex ey ez z w
柱坐标
u k x j

华东理工大学化工原理考研资料课后习题第01章流体流动


2
64
习题 20 附图
习题 21 附图
流动的内部结构
21. 活塞在气缸中以 0.8m/s 的速度运动，活塞与气缸间的缝隙中充满润滑油。已知气缸内径 D=100mm，活塞外径 d=99.96mm， 宽度 l=120mm，润滑油粘度为 100mPa・s。油在气缸壁与活塞侧面之间的流动为层流，求作用与活塞侧面的粘性力。 *22. 图示为一毛细管粘度计，刻度 a 至 b 间的体积为 3.5×10-31，毛细管直径为 1mm。若液体由液面 a 降至 b 需要 80s，求此 液体的运动粘度。 提示：毛细管两端 b 和 c 的静压强都是 1atm，a 与 b 间的液柱静压及毛细管表面张力的影响均忽略不计。
机械能守恒
12. 水以 60m3/h 的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由 100mm 突然扩大到 200mm，见附图。A、B 两点的垂直距离为 0.2m。 在此两点间连接一 U 形压差计，指示液为四氯化碳，其密度为 1630kg/m3。若忽略阻力损失，试求： (1) U 形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少 mm？ (2) 若将上述扩大管道改为水平放置，压差计的读数有何变化？
习题 18 附图
习题 19 附图
19. 流体流经突然扩大管道时伴有机械能损失(见附图)。试用动量守恒定律证明
A1 u12 hf = 1 − A 2 2
其中 A1、A2 分别为 1,2 截面面积，u1 为小管中的流速。 提示：可假定 Fn =p1 (A2 -A1 )，并忽略管壁对流体的摩擦阻力 Ff。 *20. 水由直径为 0.04m 的喷口流出，流速为 uj=20m/s。另一股水流以 us =0.5m/s 的流速在喷嘴外的导管环隙中流动，导管直 径为 D=0.10m。设图中截面 1 各点虚拟压强 P1 相同，截面 2 处流速分布均匀，并忽略截面 1 至 2 间管壁对流体的摩擦力，求： (1) 截面 2 处的水流速度 u2； (2) 图示 U 形压差计的读数 R。

第一章_习题课_流体流动


2
1、粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都 具有粘性。（ √ ） 2、尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘 性的影响，对静止的流体可不考虑粘性的影响。（ √ ） 3、U型压差计测量的是两截面间静压强的差值。（ × ） 4、流体在圆形管道中作稳态流动，流速会因内摩擦力的存在 而减速。（ ×） 5、孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。 （ × ） 6、转子流量计工作时，流体作用在转子上下截面间的静压强 差不变。（ √ ）
u h f R( 0 ) g 2
2. 流体在流动过程中，由于速度的大小和方向发生变化 形体 而引起的阻力，称为______________ 阻力
3. 流体在水平等径直管中流动时的摩擦阻力损失hf所损 失的是机械能中的____ P/ 项。 升高 4. 一般情况下，温度升高，气体的粘度___________ ， 液体的粘度_____________ 。 降低
2
静力学方程式：
p1
gz1
p2

gz2
主要公式
虚拟压强：
P p ρgz
P p ρgz const 静力学基本方程： ρ ρ
非等径直管中稳态流动：
2 P1 P2 u2 u12 Rg( 0 ) （ ） hf ρ ρ 2 2
等径直管中稳态流动：
h f,前＝h f,后
l u2 l u' 2 d 2 d' 2
u' d' u d
Vh' u' d' 2 2.5 2 1.5 2.756 Vh u d
（2）有人建议将管路并联一根长度为l/2、内径为 50mm的管子（见图b）。（增加26.5%）

流体流动习题课


11、典型的简单管路。设各段管径相同，液体做稳态流动。 现将阀门由全开转为半开，试分析下述参数如何变化？
(1) u；（2）PA；（3）PB
（1）阀门关小，其阻力系数增大，h f , A B 增大
又Z1不变，即截面1流体的总机械能一定，故u减小。
（2）考察1、A两个截面间的能量转换关系：由u减小知，
( p3 p4 ) glB RB ( 0 ) g
( e)
( p5 p6 ) glC sin a RC ( 0 ) g
（f）
将（a）、（b）、（c）3式分别代入式（d）、（e）、（f）：
h f , A RA (0 )g
由（1）知
h f , B RB ( 0 ) g
（2）u1 / u2
Ａ．２；Ｂ．１／２；Ｃ．４；Ｄ．１／４；Ｅ．１
（3）ws1 / ws 2
Ａ．８；Ｂ．１６；Ｃ．４；Ｄ．２；Ｅ．１
（1）并联时
p f ,1 p f ,2
u1 l 2 d1 u 2 l1 d2 1 2 2 2 2
2
32l1u1 32l2u2 （2） 2 2 d1 d2

0.3164 Re
0.25
0.3164 0.0365 0.25 5664
l le u 2 100 0.7082 0.0365 9.14J / kg hf <12.2J/kg d 2 0.1 2
按20m3/h的流量计算的流动阻力小管路的推动力，因此 实际流量能达到20m3/h
分析：此题核心在于：上述两种情况下，用泊谡叶方程算
出的压强降 p f 与管路两截面的压强差 p 在数值上是否相同。
u 2 p We h f 由柏努利方程式 g 2

12流体流动习题课(多媒体教案不容错过)

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BUCT流体流动习题课10BUCT流体流动习题课
水通过倾斜变径管段（ 而流动。已知： 6、水通过倾斜变径管段（ A → B ）而流动。已知： 内径 d1 = 100mm ，内径 d 2 = 200 mm ，水的流 在截面A 处接一U 量 V = 120 m h ，在截面A与B处接一U形管水银压差 计，其读数R=18mm，A、B两点间的垂直距离 其读数R=18mm， R=18mm h=0 试求： h=0.3m。试求： 两截面间的压强差为若干； （1）A、B两截面间的压强差为若干； 管段的流动阻力为若干； （2）A、B管段的流动阻力为若干； 其它条件不变，将管路水平放置， （ 3） 其它条件不变 ， 将管路水平放置 ， U形管读数 两截面间压强差有何变化？ 及A、B两截面间压强差有何变化？
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流体流动习题课
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BUCT
流体流动习题课
5、本题附图所示为精馏塔顶回流装置系统。塔顶列管 本题附图所示为精馏塔顶回流装置系统。 式冷凝器壳方的冷凝液经直径为 φ 22 × 2 mm ，长度 包括所有局部阻力当量长度） 25m （包括所有局部阻力当量长度）为25m的钢管流入塔顶 以作为回流液。冷凝器液面高出管路出口4 以作为回流液。冷凝器液面高出管路出口4m。假设冷 凝器中各处压强相等，汞柱压差计读数R 430mm mm， 凝器中各处压强相等，汞柱压差计读数R1=430mm，塔 顶空间汞柱压差计读数R 450mm mm。 顶空间汞柱压差计读数R2=450mm。冷凝液的密 度 ρ = 920 kg / m 3 ，粘度 µ = 0 .025 Pa ⋅ s，求每小时塔顶的 回流流量？管路的摩擦系数可分别用下式估算： 回流流量？管路的摩擦系数可分别用下式估算： 若液体密度、 层流 λ = 64 Re 湍流 λ = 0.3164 Re 0.25 ;若液体密度、粘度均 比原来增加20 20% 试定性分析流量将如何变化？ 比原来增加20%，试定性分析流量将如何变化？
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2 1
2 2
实际流体流动过程中的柏努利方程
2 m u12 m p1 m u2 m p2 m gz m Qe m We m gz2 m Wf 1 2 2
2 u12 p1 u 2 p2 或 : gz1 Qe We gz2 Wf 2 2
实验证明，流体在管内稳定流动时，当Re≤______时， 流动类型为滞流，滞流时的摩 擦系数λ与______成反比， 而与管壁的_______无关；湍流时，当Re一定，则λ随 ε/d的增加而_________。
2000；Re；粗糙度；增大
P/(ρg)的物理意义是表示流动系统某截面处单 位____流体所具有的静压能，称为__________。
5．离心泵吸入口压强为30 KPa，当地大气 压强为100 KPa，则泵吸入口真空表的读数 为 。 A．130 KPa B．70 KPa C．65 KPa B D．30 KPa 6．可压缩流体在等径水平直管中流动时，下 列说法正确的是 。 A．流体的平均流速为定值； B B．流体的质量流量为定值； C．流体的体积流量为定值； D．流体的体积流量、质量流量均为定值。
qv , m / h
3
例：水在一倾斜管中流动，如附图所示， 已知压差计读数为200mm，试问测量段 的阻力为多少？ 解：在两测压孔之间列柏努利方程式：
u P u P2 1 z1 z2 Hf 2 g g 2 g g
2 u12 u2 P P2 H f ( z1 z2 ) ( ) ( 1 ) 2g 2g g g
连通的、同一液体、同一水平面。
某液体在套管环隙内流动，大管规格为φ56×3mm，小 管规格为φ30 ×2.5mm,液体粘度为1mN· 2，密度为 s/m 1000kg/m3，流速为1m/s则该液体在套管环隙内流动 的Re=_________。
20000
d e D d 50 30 20mm
1/16
油在管中作层流流动，若流量不变,管径，管长不变， 油温升高，粘度为原来的 1 / 2 ，则摩擦阻力损失为原 来的_____倍。
128l qV hf 4 g d
1/2
l u 64 l u hf d 2g Re d 2 g 2 32lu 64 l u 2 gd du d 2 g
雷诺准数的表达式为________________。当 密度ρ＝1000kg/m3,粘度μ=1cP的水,在内径为 d=100mm,以流速为1m/s在管中流动时,其雷诺准 数等于__________,其流动类型为_____.
Re=dｕρ/μ ; 105; 湍流
某流体在圆管中呈湍流流动,今用皮托管测得管中心 的最大流速为4m/s,此时管内的平均流速为_______.
0.0118m /s 1.5m/s
当20℃的水(ρ=998.2kg/m3,μ=1.005cP)在内径为 100mm的光滑管内流动时,若流速为1.5m/s时,其雷诺准 数Re为______,直管摩擦阻力系数λ为_______.
1.49X105; 0.0161
在流体阻力计算中,当量长度的定义是___________
直管阻力
l u hf ( ) d 2g 2 l u Pf ghf d 2
滞流流动
2
64 Re
局部阻力
u hl 2g
2
le u hf d 2g
2
He , m
~ qv
Hale Waihona Puke ,%H e ~ qvN e ,W
N e ~ qv
离心泵特性曲线
冲压头； 静压头
某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分 布是__________型曲线， 其管中心最大流 速为 平均流速的__________倍，摩擦系数λ与Re的 关系为________。 抛物线； 2倍； λ＝64/Re 流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区)，其摩擦系 数λ随____________ 和______________而变。

4
2 0
d
2 0
2 P P2 1




4
d
2 gR i

C0 S 0
2 gR i



转子流量计测量流量
qV CR S R
2( R )VR g AR
流动型态
Re
Re≤2000，滞流；
du

Re≥4000，湍流；
2000<Re<4000 ，过渡区。
不变
液柱压力计量是基于______________原理的测压装 置，用Ｕ形管压差计测压时，当一端与大气相通时， 读数R表示的是__________或___________。 流体静力学；表压；真空度
油在管中作层流流动，若流量不变，管径不变， 管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的______倍。
2
油在管中作层流流动，若流量不变，管长不变,管径增 加一倍，则摩擦阻力损失为原来的______倍。
减少
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__________。 测得另一容器内的表压强为1360mmHg，则其 绝对压强为_________。
395mmHg； 2105mmHg
套管由φ57×2.5mm和φ25×2.5mm的钢管组成， 则环隙的流通截面积等于__________，润湿周边等 于__________，当量直径等于__________。
重量：静压头
流体在圆管内流动时，由于流体具有粘性，使得____ 处速度为零，管的________处速度最大。
管壁；中心
选择题 1．若已知流体在管内流动的摩擦系数与雷诺准数 成反比，则管内的流动类型为 。 A．滞流 B．过渡流 C．湍流 D．紊流 A 2．液体在管内作稳定流动时，管内流速的大小变 化 。 A．与管径和流动方向的改变及管路上是否有阀门、 管件均有关系； B B．只与管径有关，而与流动方向的改变和管路上 是否有阀门、管件无关； C．与管径和管路上是否有阀门及管件有关，而与 流动方向的改变无关； D．只与流动方向和管路上有无阀门及管件有关， 而与管径无关。
3.2m/s
牛顿粘性定律用粘滞力的表达式为_______________. 用剪应力的表达式为_______________.
F=μAdu/dy; τ=μdu/dy
某物质的密度为791kg/m3,其比重为_________, 其比容为________.
0.791; 0.00126m3/kg
圆管中有常温下的水流动, 管内径d=100mm,测得 其中的质量流量为11.8kg/s,其体积流量为______. 平均流速为________. 3
3．国际单位制（SI）中，粘度的单位为Pa· ， s 其基本单位表达式为 。 A A．kg· -1· -1 s m B．kg· 3· -3 s m C．kg· s-2 m· D．kg-1· -1· -1 s m
4．流体在圆形直管中滞流流动时，若雷诺准数 一定，随着管壁相对粗糙度增大，则摩擦系数 。 A A．不变 B．增大 C．减小 ．无法确定
能产生与某局部阻力相当的直管长度, 称为该局部阻力的当量长度
计算管道流体局部阻力的方法有:___________, _______,其相应的阻力计算公式为:_____,_______
当量长度法; 阻力系数法;
le u hf d 2g
2
u hl 2g
2
流体流动形态用＿＿＿来判断，当＿＿＿时为湍流， 当＿＿＿＿＿时为滞流，当＿＿＿＿＿时为过渡流。
2
2
32l 4qV 2 2 gd d
128l qV 4 g d
孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前 者是恒_______，变__________； 后者是恒__________，变__________。
截面；压差；压差；截面
在测速管中，测压孔正对水流方向的测压管液位代表 ______，流体流过测速管侧壁小孔的测压管液位代表 __________。
Re； ε/d(相对粗糙度)
流体在圆管内流动时，我们把速度梯度显著存在的 区域称为_______。
流动边界层
液体在圆管内作稳定连续滞流流动时，其摩擦阻力损 失与管内径的___________次方成反比,与管长,流速 及粘度成_______比例 。
2, 正比
静止液体中两处压力相等的条件是___________。
2 u12 p1 Qe u2 p2 z1 H e z2 Hf 2 g g g 2 g g
U形管压差计
pe p1 z1 B g p f p2 z2 B g R A g
p1 p2 ( A B )gR
孔板流量计测量流量
qv C0 C0
2 1
2 2
u1 1m / s
d1 2 u2 ( ) u1 4u1 4m / s d2
由流体静力学方程
P gh P2 i gh (Z2 Z1 ) g 1
i P P2 1 ( Z 2 Z1 ) h g
2 u12 u2 P1 P2 H f ( z1 z2 ) ( ) ( ) 2g 2g g g 2 i u12 u2 h 2g 15 12.6 0.2 2 9.81 1.755m H2O
复习
第三章流体流动过程及流体输送设备
基本概念
密度、重度、比重、比容、压强、流量、流速、粘度
表压=绝压-当地大气压 真空度=当地大气压-绝压
1atm=1.033at=760mmHg=10.33mH2O =1.01325×105Pa
流量
体积流量qv 质量流量qm 摩尔流量qn