第一章习题与作业.docx
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第一章习题与作业
第一章习题与作业
1、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。
2、水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器,当管道上的阀门开度减小后,水流量将,摩擦系数,管道总阻力损失。
3.277K的水粘度为1cP,在内径为20mm的管内作稳定连续层流时的最大流速为m*s-1。
4.产生流体阻力的根本原因是。
5.由实验可确定直管摩擦系数λ与Re的关系。
层流区,摩擦系数λ与管壁的无关,λ与Re的关系为。
而阻力平方区,摩擦系数λ与无关,仅与有关。
6.牛顿粘性定律的表达式为,动力粘度(简称为粘度)μ的SI单位为,运动粘度γ的SI单位为。
7.如图U形管压差计测得:
。
a.AB间的阻力损失b.AB间的压强差
c.AB间的位头差加阻力损失d.AB间位头差
8.如右图管中充满水,U形差压计的读数为零,则_____。
2
12
1
(A)管内流体肯定处于静止状态;
(B)管内流体肯定从1流向2;
(C)管内流体肯定从2流向1;
(D)以上三种答案都不对。
9.如图1所示,液体在等径倾斜管中稳定流动,则阀的局部阻力系数ξ与压差计读数R的关系式为_______。
10.如图三根等径管(其内径d1=d2=d3)内的流量相同,二测压点间距离相同。
du→dd
123456
(1)记ΔP1=P1-P2,ΔP2=P3-P4,ΔP3=P5-P6,则_______。
(2)差压计读数R1、R2、R3间关系为_________。
11、如图所示,液体分别从两容器中流出,液面保持不变,排出管径相同。
问
(1)图a中1-1′和2-2’截面的ul>u2还是ul=u2?
为什么?
(2)图a、b中Z3>Z4,其它条件不变,忽略阻力损失,则出口处的速度u3与u4哪个大?
为什么?
(3)图a、b中Z2=Z4,则截面2-2’处的速度与u4哪个大?
为什么?
12.在本题附图所示的列管换热器内,冷溶液与热苯溶液交换热量。
换热器的外壳内径600mm,壳内装有269根Ф25X2.5mm的热交换列管束。
215m3/h的热苯在管束内流过,从95oC被冷却到25oC,ε=0.2mm.试求
(1)苯在管束流过时因克服摩擦阻力引起的压降
(2)管束外溶液5×104kg/h,ρ=810kg/m3,求管束外流动的流型。
13.用泵将密度1100kg/m3、粘度1.2X10-3Pa*s的溶液从贮槽送至表压0.2Xl05Pa的密闭高位槽。
管子直径为Ф108*4mm、直管长度70m、各管件的当量长度之和为100m(不包括进口与出口阻力)。
ε=0.3mm,输送量为50m3/h,两槽液面恒定,其间垂直距离为20m,今用η=65%、N轴=7.5kW的库存离心泵,问该泵能否完成任务?
14.用泵将敞口贮槽中的溶液送往10m高的容器中去,容器表压强为0.05MPa。
泵的吸入管路为Ф57mm×3.5mm的无缝钢管,长6m,管路中泵进口处有一个止逆底阀,一个90。
弯头。
压出管路为Ф48mm×4mm无缝钢管,管长25m,装有闸阀(全开)一个,90。
弯头10个。
操作温度下溶液ρ=900kg/m3,μ=1.5mPa*s。
求流量为4.5×10-3m3/s时需向单位重量(每牛顿)液体补加的能量。
(ε=0.2mm)
1.包括所有局部阻力当量长度),当阀a全关,阀b打开时,压力表PB的读数为2.4×104Pa。
假设阻力系数λ均为0.03,水的密度为1000kg/m3。
(1)试计算B管道(CB段)的流速;
(2)若维持阀b的开度不变,逐渐打开阀a,直到CB、CD两管中流速相等,此时B管的流速又为多少?
[ф50,LOC=45,LCB=15,a关b开时PB=2.4×104Pa,λ=0.03,ρ=1000kg/m3.求(1)uCB;
(2)a打一至uCB=uCD,此时的uCB=?
]
如下图所示,用管路连接水槽A、B、C。
已知管径都为Φ32×2.5,点O至槽A、B、C的管长分别为6m、3m、5m(包括进出口、弯头及三通管件的局部当量长度),三槽水面维持恒定:
支管OC上有一闸阀K,全开时的阻力系数为0.17,管的摩擦因数估计为0.02,流体为常温水。
试求:
(1)闸阀的局部阻力系数为多少时OB管段的流速为零?
当闸阀全开时各管段内水的流向和流量。
[Φ32×2.5,LOA=6,LOB=3,LOC=5,ζ开=0.17,λ=0.02,求:
(1)ζ=?
uOB=0;
(2)全开时,流向及流量?
]
习题
1.燃烧重油所得的燃烧气,经分析测知其中含8.5%CO2,7.5%O2,76%N2,8%H2O(体积%)。
试求温度为500℃、压强为101.33×103Pa时,该混合气体的密度。
2.在大气压为101.33×103Pa的地区,某真空蒸馏塔塔顶真空表读数为9.84×104Pa。
若在大气压为8.73×104Pa的地区使塔内绝对压强维持相同的数值,则真空表读数应为多少?
3.敞口容器底部有一层深0.52m的水,其上部为深3.46m的油。
求器底的压强,以Pa表示。
此压强是绝对压强还是表压强?
水的密度为1000kg/m3,油的密度为916kg/m3。
4.为测量腐蚀性液体贮槽内的存液量,采用图1-7所示的装置。
控制调节阀使压缩空气缓慢地鼓泡通过观察瓶进入贮槽。
今测得U型压差计读数R=130mmHg,通气管距贮槽底部h=20cm,贮槽直径为2m,液体密度为980kg/m3。
试求贮槽内液体的储存量为多少吨?
5.一敞口贮槽内盛20℃的苯,苯的密度为880kg/m3。
液面距槽底9m,槽底侧面有一直径为500mm的人孔,其中心距槽底600mm,人孔覆以孔盖,试求:
(1)人孔盖共受多少液柱静止力,以N表示;
(2)槽底面所受的压强是多少?
6.为了放大所测气体压差的读数,采用如图所示的斜管式压差计,一臂垂直,一臂与水平成20°角。
若U形管内装密度为804kg/m3的95%乙醇溶液,求读数R为29mm时的压强差。
7.用双液体U型压差计测定两点间空气的压差,测得R=320mm。
由于两侧的小室不够大,致使小室内两液面产生4mm的位差。
试求实际的压差为多少Pa。
若计算时忽略两小室内的液面的位差,会产生多少的误差?
两液体密度值见图。
8.为了排除煤气管中的少量积水,用如图所示的水封设备,水由煤气管路上的垂直支管排出,已知煤气压强为1×105Pa(绝对压强)。
问水封管插入液面下的深度h应为若干?
当地大气压强pa=9.8×104Pa,水的密度ρ=1000kg/m3。
9.如图示某精馏塔的回流装置中,由塔顶蒸出的蒸气经冷凝器冷凝,部分冷凝液将流回塔内。
已知冷凝器内压强p1=1.04×105Pa(绝压),塔顶蒸气压强p2=1.08×105Pa(绝压),为使冷凝器中液体能顺利地流回塔内,问冷凝器液面至少要比回流液入塔处高出多少?
冷凝液密度为810kg/m3。
习题6附图习题7附图
习题8附图习题9附图
1―精馏塔;2―冷凝器
10.为测量气罐中的压强pB,采用如图所示的双液杯式微差压计。
两杯中放有密度为ρ1的液体,U形管下部指示液密度为ρ2。
管与杯的直径之比d/D。
试证:
11.列管换热器的管束由121根φ25×2.5mm的钢管组成,空气以9m/s的速度在列管内流动。
空气在管内的平均温度为50℃,压强为196×103Pa(表压),当地大气压为98.7×103Pa。
试求:
(1)空气的质量流量;
(2)操作条件下空气的体积流量;
(3)将
(2)的计算结果换算为标准状态下空气的体积流量。
注:
φ25×2.5mm钢管外径为25mm,壁厚为2.5mm,内径为20mm。
习题10附图习题11附图
1―壳体;2―顶盖;3―管束;
4―花板;5-空气进出口。
12.高位槽内的水面高于地面8m,水从φ108×4mm的管路中流出,管路出口高于地面2m。
在本题中,水流经系统的能量损失可按hf=6.5u2计算,其中u为水在管内的流速,试计算:
(1)A-A截面处水的流速;
(2)出口水的流量,以m3/h计。
13.在图示装置中,水管直径为φ57×3.5mm。
当阀门全闭时,压力表读数为3.04×104Pa。
当阀门开启后,压力表读数降至2.03×104Pa,设总压头损失为0.5m。
求水的流量为若干m3/h?
水密度ρ=1000kg/m3。
习题12附图习题13附图
17.图示一冷冻盐水的循环系统。
盐水的循环量为45m3/h,管径相同。
流体流经管路的压头损失自A至B的一段为9m,自B至A的一段为12m。
盐水的密度为1100kg/m3,试求:
(1)泵的功率,设其效率为0.65;
(2)若A的压力表读数为14.7×104Pa,则B处的压力表读数应为多少Pa?
习题16附图习题17附图1―换热器2―泵
18.在水平管路中,水的流量为2.5l/s,已知管内径d1=5cm,d2=2.5cm及h1=1m,若忽略能量损失,问连接于该管收缩面上的水管,可将水自容器内吸上高度h2为多少?
水密度ρ=1000kg/m3。
习题18附图习题19附图
20.有一输水系统如图所示。
输水管径为φ57×3.5mm。
已知管内的阻力损失按hf=45×u2/2计算,式中u为管内流速。
求水的流量为多少m3/s?
欲使水量增加20%,应将水槽的水面升高多少?
习题20附图习题21附图
23.90℃的水流入内径为20mm的管内,欲使流动呈层流状态,水的流速不可超过哪一数值?
若管内流动的是90℃的空气,则这一数值又为多少?
25.用φ168×9mm的钢管输送原油,管线总长100km,油量为60000kg/h,油管最大抗压能力为1.57×107Pa。
已知50℃时油的密度为890kg/m3,油的粘度为0.181Pa·s。
假定输油管水平放置,其局部阻力忽略不计,试问为完成上述输送任务,中途需几个加压站?
所谓油管最大抗压能力系指管内输送的流体压强不能大于此值,否则管子损坏。
26.每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见图)。
反应器液面上方保持26.7×103Pa的真空度,高位槽液面上方为大气压。
管路为φ76×4mm钢管,总长50m,管线上有两个全开的闸阀,一个孔板流量计(ζ=4)、五个标准弯头。
反应器内液面与管出口的距离为15m。
若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。
溶液ρ=1073kg/m3,μ=6.3×10-4Pa·s,ε=0.3mm。
习题26附图习题27附图
27.用压缩空气将密闭容器(酸蛋)中的硫酸压送到敞口高位槽。
输送流量为0.1m3/min,输送管路为φ38×3mm无缝钢管。
酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m,在压送过程中设位差不变。
管路总长20m,设有一个闸阀(全开),8个标准90°弯头。
求压缩空气所需的压强为多少(表压)?
硫酸ρ为1830kg/m3,μ为0.012Pa·s,钢管的ε为0.3mm。
28.粘度为0.03Pa·s、密度为900kg/m3的液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。
两容器均为敞口,液面视作不变。
管路中有一阀门,阀前管长50m,阀后管长20m(均包括局部阻力的当量长度)。
当阀全关时,阀前、后的压力表读数分别为8.82×104Pa和4.41×104Pa。
现将阀门打开至1/4开度,阀门阻力的当量长度为30m。
试求:
(1)管路的流量;
(2)阀前、阀后压力表的读数有何变化?
习题28附图习题29附图
31.一酸贮槽通过管路向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上2.5m。
管路由φ38×2.5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度)为25m。
由于使用已久,粗糙度应取为0.15mm。
贮槽及反应器均为大气压。
求每分钟可送酸多少m3?
酸的密度ρ=1650kg/m3,粘度μ=0.012Pa·s。
(提示:
用试差法时可先设λ=0.04)。
32.水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。
AB段管长6m,内径41mm。
BC段长15m,内径25mm。
BD长24m,内径25mm。
上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当量长度,但不包括出口动能项,分支点B的能量损失可忽略。
试求:
(1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量;
(2)当D阀关闭,求水槽由C支管流出的水量。
设全部管部的摩擦系数λ均可取0.03,且不变化,出口损失应另行考虑。
习题32附图习题33附图
33.用内径为300mm的钢管输送20℃的水,为了测量管内水的流量,采用了如图所示的安排。
在2m长的一段主管路上并联了一根直径为φ60×3.5mm的支管,其总长与所有局部阻力的当量长度之和为10m。
支管上装有转子流量计,由流量计上的读数知支管内水的流量为2.72m3/h。
试求水在主管路中的流量及总流量。
设主管路的摩擦系数λ为0.018,支管路的摩擦系数λ为0.03。
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