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第1章流体流动习题解答

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第一章 流体流动

1－1某敞口容器内盛有水与油。如图所示。已知水及油的密度分别为1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，问H为多少mm？

习题1-1附图 mHHHmkgmkgmmhmmh32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321油水，解：

1－2有一幢102层的高楼，每层高度为4m。若在高楼范围内气温维持20℃不变。设大气静止，气体压强为变量。地平面处大气压强为760mmHg。试计算楼顶的大气压强，以mmHg为单位。

127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055PPpmmHgppLndzpdpppgdzd②代入①，得②①解：

1－3某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N？外界大气压为1atm。

解：NdzgzPF64023501045.12/481.9103410013.13)(3水

1－4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。

543(1.013100.209.8110)291.439/8314293.2PMkgmRT解：

1－5有个外径为R2、内径为R1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。设球内空气重量可略。

3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(RRgRgRR（解：

1－6为放大以U形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U形压差计。指示液是ρ=920kg/m3的乙醇水溶液。气体密度为1.20kg/m3。读数R=100mm。问p1与p2的差值是多少mmHg？mmHg31.23.30820sin1.081.9)20.1920(20sin)(:0021＝解PagRPPi 1－7采用微差U形压差计测压差。如图示。已知U形管内直径d为6mm，两扩大室半径均为80mm，压差计中用水和矿物油作指示液，密度分别为1000及860kg/m3。当管路内气体压强p与外界大气压p0相等时，两扩大室油面齐平，U形管两只管内油、水交界面亦齐平。现读得读数R=350mm，试计算：（1）气体压强p（表）。（2）若不计扩大室油面高度差，算得的气体压强p是多少？（3）若压差计内只有水而不倒入矿物油，如一般U形压差计，在该气体压强p值下读数R0为多少？

习题1-7附图 mRRgRPPPagRPPPaDdgRgRPP0493.081.910008.4847.48035.081.9)8601000()(8.484160/6(35.081.986035.081.9)8601000()/()(00010120221120即③②）解：①

1－8某倾斜的等径直管道内有某密度ρ的液体流过。在管道的A、B截面设置了两套U形压差计测压差，下测用的是一般U形压差计，上测用的是复式U形压差计，所用的指示液均为密度是ρi的同一种液体。复式压差计中两段指示液之间的流体是密度为ρ的流过管道内的液体。试求读数R1与R2、R3的关系。

321321)()()(RRRgRgRgRiii解：

1－9将水银倒入到图示的均匀管径的U形管内，水银高度h1=0.25m。然后将水从左支管倒入，测得平衡后左支管的水面比右支管的水银面高出0.40m。试计算U形管内水与水银的体积比。

解： R1 =0.4m

R2

h1=0.25m 1 1

L=0.015m L

习题1-9附图

如图所示1--1为等压面, p1=p1’

水g(R1+R2) = 水银gR2

103(0.4+R2) = 13.6103R2

 R2 = 0.0317m

V水银 = 4d2(2h1+L) V水 = 4d2(R1+R2)

 V水银/ V水 = (2h1+L)/ (R1+R2) = (20.25+0.015)/(0.4+0.0317) = 1.19

1－10 一直立煤气管，在底部U形压差计h1=120mm，在H=25m高处的U形压差计h2=124.8mm。U形管指示液为水。管外空气密度为1.28kg/m3。设管内煤气及管外空气皆静止，求管内煤气的密度。

h2

H

h1

习题1-10附图

p2 p2’

解：

H

p1 p1’

p1－p1’= 水gh1 (1)

p2－p2’= 水gh2 (2)

(1)减(2)，得

(p1－p2)－(p1’－p2’) = 水g(h1－h2) (3)

其中 p1－p2 = 煤gH，p1’－p2’ = 空gH，代入(3)式,得：

煤gH－空gH = 水g(h1－h2)

即 煤 = 水(h1－h2)/H＋空 = 103(0.120－0.1248)/25＋1.28

= 1.088 kg/m3

1-11 以2”的普通壁厚的水煤气钢管输送15℃的清水，水在管内满流。已知水流速u=1.5m/s，求水的质量流量、质量流速和体积流量。

3232/99910206.2)0035.02060.0()4/(,60mkgmAmm水的密度壁厚横截面积解：管子，查得外径

smuAV/10309.310206.25.1333体积流量

skg/306.3999102076.25.1uAW3质量流量)/(14999995.12mskguG质量流速

1-12如图所示，质量为3.5kg，面积为40×46cm2的一块木板沿着涂有油的斜面等速向下滑动。已知v=1.2m/s，δ=1.5mm（油膜厚度）。求滑油的粘度。

13 5

12

v

习题1-12附图

13

解： 

 5

12

V 

G

从受力分析 Gsin = A

mg sin = A

 = mgAsin=3.59.81513/(404610-4) = 71.77 N/m2

 = dvdy = 

 = = 71.771.510-3/1.2 = 0.0897 Pas

1-13以压缩空气将某液体自储槽压送到高度H=5.0m、压强p2为2.5at（表压）的容器内。已知液体密度ρ=1800kg/m3，流体的流动阻力为4.0J/kg。问：所需的压缩空气压强p1至少为多少at（表压）？

atPaPuhuPgHPPkgJhmkgatPmHff473.310407.3)0.418001081.95.20.581.9(1800)()2(2?,/0.4/1800,(5.2,0.5541222221132表略去表）解：

1-14水以70m3/h的流量流过倾斜的异径管通。已知小管内径dA=100mm，大管内径dB=150mm，B、A截面中心点高度差h=0.3m，U形压差计的指示液为汞。若不计AB段的流体流动阻力，试问：U形压差计哪一支管内的指使液液面较高？R为多少？

支管内的高。左支管内指示液位比右可见，（即（由①，②式得②①解： ,020.0248.210.11081.910)0.16.132) /10.1)15.0)(4/(3600/70/48.2)15.0)(4/(3600/70)()()(2)(2)(2233222222mRRUUgRsmUsmUgRPPUPUPABBAiBmAmBBmAAmi

1-15水以6.4×10-4m3/s的流量流经由小至大的管段内。小管内径d1=20mm，大管内径d2=46mm。欲测1、2两截面处水的压差，为取得较大的读数R，采用倒U形压差计。已知压差计内水面上空是ρ=2.5kg/m3的空气，读数R=100mm。求水由1至2截面的流动阻力∑hf。

412422212222121236.4102.037/(/4)(0.020)6.4100.385/(/4)(0.046)()()(10002.5)9.810.10978.5()(978.52.0370.3851.02/2102mmimmfUmsUmsPPgRPaPPUUhJkg解：）（）

1-16水从喷嘴口1-1截面垂直向上喷射至大气。如图。设在大气中流束截面保持圆形，已知喷嘴内直径d1=20mm，出喷嘴口水流速u1=15m/s。问：在高于喷嘴出口5m处水流的直径是多大？忽略摩擦阻力。

解：1--1与2--2之间列柏努利方程 2 2

gz1＋u12/2＋p1/ = gz2＋u22/2＋p2/

z1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2

 u12/2 = gz2＋u22/2

152/2 = 9.81×5＋u22/2 1 1

 u2 = 11.26m/s

又， u1d12 = u2d22 习题1-16附图

d2 = (u1/u2)1/2d1 = 151126/.0.020 = 0.0231 m

1-17高、低水库的水面高度差H=42m，水流量为30m3/s，水流的总阻力为4.5mH2O。如图。已知透平的效率η=0.78，试计算透平的输出功率。

解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0， 1 1

z1=H=42m

1--1与2--2间列柏努利方程 H

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化工原理第1章答案 流体流动

化工原理第1章答案 流体流动

第一章 流体流动习题答案

第 页 1 第一章 流体流动

1．若将90kg相对密度为0.83的油品与60kg相对密度为0.71的油品混合，试求混合油的密度。

解：)/(777710608309060903mkgm

2．试计算空气在-40℃和41kPa(真空度)下的密度和重度，大气压力为1.013×105Pa。

解：335/902.0)4015.273(831429)104110013.1(mkgRTpM

33/902.0/85.881.9902.0mkgfmN

3．燃烧重油所得的燃料气，经分析测知其中含生8.5%CO2，7.5％02，76％N2，8%H20(均系体积百分率)。试求温度为500℃，压力为1.013×105Pa时，该混合气体的密度。

解：3/693.0)50015.273(8314441013002mkgRTpMCO

3/504.0)50015.273(8314321013002mkgRTpMO

3/441.0)50015.273(8314281013002mkgRTpMN

3/284.0)50015.273(8314181013002mkgRTpMOH

3/455.0mkgxiVim

第一章 流体流动习题答案

第 页 2 4．烟道气的组成约为含13％CO2，11％H20，76％N2(均系体积％),计算400℃时常压烟道气的粘度。

解：

cpMyMyiiiiim62/12/12/12/162/162/162/12/1101.302876.01811.04413.028100.3176.018100.2311.044100.3013.05．液体混合物的组成为乙烷40％和丙烯60％(均为摩尔百分率)，计算此液体混合物在-100℃时的粘度。乙烷和丙烯在-100℃时的粘度分别为0.19mPa·s和0.26mPa·s。

第一章流体流动习题及答案

第一章流体流动习题及答案

习题3附图 H H1 H2 第一章 流体流动 流体静止的基本方程 1．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？[答案：36.03kPa] 2．为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的贮存量为多少吨？ [答案：6.15吨] 3．如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定不变，输送管路尺寸为83×3.5mm，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H1为4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面高度H2为5m。当输水量为36m3/h时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg，压力表读数为2.452×105Pa，泵的效率为70%，水的密度为1000kg/m3，试求： （1）两槽液面的高度差H为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少kW？ （3）真空表的读数为多少kgf/cm2？ [答案：H=19.7m；实际功率为4.27kw；真空表读数为51.5kPa] 4．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133105 Pa。流体密度为800 kg/m3。精馏塔进口处的塔内压力为1.21105 Pa，进料口高于储罐内的液面8 m，输送管道直径为φ68 mm 4 mm，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg，求泵的有效功率。[答案：0.8kw] 习题4附图 121′ 2′ 习题7附图 5．20 ℃的水以2.5 m/s的平均流速流经φ38 mm×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一φ53 mm×3 mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。[答案：88.3mm] 6．如本题附图所示，贮槽内水位维持不变。槽的底部与内径为100 mm的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端15 m处安有以水银为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的直管长度为20 m。 （1）当闸阀关闭时，测得R=600 mm、h=1500 mm；当闸阀部分开启时，测得R=400 mm、h=1400 mm。摩擦系数可取为0.025，管路入口处的局部阻力系数取为0.5。问每小时从管中流出多少水（m3）？[答案：88.45m3/h] （2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少Pa（表压）。（闸阀全开时Le/d≈15，摩擦系数仍可取0.025。）[答案：33kPa] 7．常温的水（密度为1000Kg/m3）在本题所示的管道内由下向上做定态流动。管道内径由300mm逐渐缩至150mm。已测得图中1~1`及2~2`面上静压强分别为1.69×105及1.5×105（均为表压），两测压面间的垂直距离为1.5m。流动过程中能量损失略去不计，试求水在该管道中流动时的质量流量为若干Kg/h。 [答案：192×103kg/h] 8．每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为Ø76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。 习题5附图 习题6附图 习题8附图 管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为70%，求泵的轴功率。 附：各局部阻力系数 全开闸阀：ζ1 = 0.17 90℃标准弯头：ζ2 = 0.75 摩擦系数计算式：λ = 0.1( εd + 68Re )0.23 [答案：1.86kw] 9．在5.2mm38mm的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm，管中流动的是20 ℃的甲苯，采用角接取压法用U管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U管压差计的读数为600 mm，试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h）？[答案：5424kg/h]

流体力学试题及答案3

流体力学试题及答案3

考试试卷（A B卷）

学年第 二 学期

 课程名称：流体力学

一、判断题（20分）

1. 物理方程等式两边的量纲或因次一定相等。（T）

2. 为了减小压差阻力，就应该设法推迟边界层分离现象的发生。（T）

3. 压力体的体积表示一个数学积分，与压力体内是否有气体无关。（T）

4. 流体静止时，切应力为零。（T）

5. 温度升高液体的表面张力系数增大。（F）

6. 液滴内的压强比大气压小。（F）

7. 声音传播过程是一个等熵过程。（T）

8. 气体的粘性随温度的升高而增大。（T）

9. 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（F）

10. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（F）

11. 不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡。（T）

12. 对流程是指海拔11km以上的高空。（F）

13. 静止的流体中任意一点的各个方向上的压强值均相等。（T）

14. 在拉格朗日法中，流体质点轨迹给定，因此加速度很容易求得。（T）

15. 对于定常流动的总流，任意两个截面上的流量都是相等的。（T）

16. 紊流水力粗糙管的沿程水头损失系数与雷诺数无关。（T）

17. 在研究水击现象时，一定要考虑流体的压缩性。（T）

18. 雷诺数是一个无量纲数，它反映流动的粘性力与重力的关系。（F）

19. 线当马赫数小于一时，在收缩截面管道中作加速流动。（T）

20. 对于冷却流动dq小于0，亚音速流作减速运动，超音速流作加速运动。（T）

二、填空题（10分）

1. 流动相似指的是两个流动系统所有对应点的对应物理量之比相等，具体地说，就是要满足，几何相似、运动相似和动力相似。

2. 自由面上的压强的任何变化，都会 等值 地传递到液体中的任何一点，这就是由斯卡定律。

3.

流动相似的主导因素是动力相似，只有满足了这一点才能保证运动相似。 4. 从海平面到11km处是 对流层 ，该层内温度随高度线性地 降低 。

流体力学习题解答

流体力学习题解答

1 一、填 空 题

1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。

2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。

3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。

4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。

5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。

6．空气在温度为290K，压强为760mmHg时的密度和容重分别为1.2a kg/m3和11.77aN/m3。

7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。

8．压缩系数的倒数称为流体的弹性模量 ，以E来表示

9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6毫米汞柱高。

10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。

11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。

12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。

13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。

14．测压管是一根玻璃直管或U形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。

15．在微压计测量气体压强时，其倾角为30，测得20lcm 则h=10cm。

16．作用于曲面上的水静压力P的铅直分力zP等于其压力体内的水重。

17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。

18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。

19．静压、动压和位压之和以zp表示，称为总压。

20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。