流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的 2 倍

流体流动 一填空 (1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的  2  倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4    倍。 (2）离心泵的特性曲线通常包括  H-Q    曲线、    η-Q   和    N-Q    曲线，这些曲线表示在一定  转速  下，输送某种特定的液体时泵的性能。 (3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是  静止的    、    连通着的    、  同一种连续的液体    。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用  皮托  流量计测量。 (4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位质量流体的机械能衡算式为 ； 单位重量流体的机械能衡算式为 ； 单位体积流体的机械能衡算式为 ； (5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z1ρg+（u12ρ/2）+p1+Wsρ= z2ρg+（u22ρ/2）+p2 +ρ∑hf ，各项单位为  Pa（N/m2） 。 (6）气体的粘度随温度升高而  增加    ，水的粘度随温度升高而  降低  。 (7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能  减小    。 (8) 流体流动的连续性方程是  u1Aρ1= u2Aρ2=······=  u Aρ                    ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为    u1d12 = u2d22 = ······= u d2      。 (9) 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  395mmHg      。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg。 (10) 并联管路中各管段压强降  相等      ；管子长、直径小的管段通过的流量    小    。 (11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将  增加      ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将  不变      。 (12) 离心泵的轴封装置主要有两种：  填料密封  和  机械密封  。 (13) 离心通风机的全风压是指  静风压  与 动风压  之和，其单位为  Pa  。 (14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。 降尘室的生产能力只与  沉降面积  和  颗粒沉降速度  有关，而与  高度  无关。 (15) 分离因素的定义式为  ut2/gR  。 (16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m，气体的切向进口速度为20m/s，则该分离器的分离因数为   800/9.8  。 (17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的   1/4  。 (18) 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的   2    次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的   0.5    次方成正比。 二选择 1  流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用A流量计测量。 A  皮托管    B  孔板流量计    C  文丘里流量计    D  转子流量计 2  离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生A。 A  气缚现象      B汽蚀现象      C  汽化现象        D  气浮现象 3  离心泵的调节阀开大时，    B    A  吸入管路阻力损失不变            B  泵出口的压力减小 C  泵入口的真空度减小              D  泵工作点的扬程升高 4  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，管道总阻力损失  C  。 A  增大        B  减小        C  不变          D  不能判断 5  流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的  C  项。 A  动能        B  位能        C  静压能          D  总机械能 6  在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数数值  C    A 与光滑管一样      B 只取决于Re      C 取决于相对粗糙度    D  与粗糙度无关 7  孔板流量计的孔流系数C0当Re增大时，其值    B    。 A  总在增大  B  先减小，后保持为定值  C  总在减小  D  不定 8  已知列管换热器外壳内径为600mm，壳内装有269根25×2.5mm的换热管，每小时有5×104kg的溶液在管束外侧流过，溶液密度为810kg/m3，粘度为1.91×10－3Pa·s，则溶液在管束外流过时的流型为  A  。 A  层流            B  湍流        C  过渡流            D  无法确定 9  某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应  C  。 A  停泵，向泵内灌液                  B  降低泵的安装高度 C  检查进口管路是否有泄漏现象        D  检查出口管路阻力是否过大 10  某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为u0，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p为原来的    C    倍。 A  4          B  8          C  16          D  32 三计算 1  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？ 解：由题意得：R=130mm，h=20cm，D=2m， 980kg/ ， 。 （1） 管道内空气缓慢鼓泡u=0，可用静力学原理求解。 （2） 空气的 很小，忽略空气柱的影响。 2  测量气体的微小压强差，可用附图所示的双液杯式微差压计。两杯中放有密度为 的液体，U形管下部指示液密度为 ，管与杯的直径之比d/D。试证气罐中的压强 可用下式计算： 证明：  作1-1等压面，由静力学方程得： （1） 代入（1）式得： 即 3  利用流体平衡的一般表达式 推导大气压p与海拔高度h之间的关系。设海平面处的大气压强为 ，大气可视作等温的理想气体。 解：  大气层仅考虑重力，所以： X=0，  Y=0，  Z=-g，  dz=dh 又理想气体 其中M为气体平均分子量，R为气体通用常数。 积分整理得 4  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？ 解：（1）两槽液面的高度差H 在压力表所在截面2-2′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，得： 其中，    ,  u3=0,  p3=0, p2=2.452×105Pa,  H2=5m,  u2=Vs/A=2.205m/s 代入上式得：    （2）泵所需的实际功率 在贮槽液面0-0′与高位槽液面3-3′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中，  ,  u2= u3=0,  p2= p3=0,  H0=0，  H=29.4m 代入方程求得：  We=298.64J/kg， 故    ，  η=70%， （3）真空表的读数 在贮槽液面0-0′与真空表截面1-1′间列柏努利方程，有： 其中，    ,  H0=0， u0=0,  p0=0,  H1=4.8m,  u1=2.205m/s 代入上式得，    5  两敞口贮槽的底部在同一水平面上,其间由一内径75mm 长200m的水平管和局部阻力系数为0.17的全开闸阀彼此相 连，一贮槽直径为7m，盛水深7m，另一贮槽直径为5m，盛 水深3m，若将闸阀全开，问大罐内水平将到6m时，需多长 时间？设管道的流体摩擦系数 。 解：在任一时间t内，大罐水深为H，小罐水深为h 大罐截面积= ， 小罐截面积= ， 当大罐水面下降到H时所排出的体积为： ， 这时小罐水面上升高度为x； 所以        而          在大贮槽液面1-1′与小贮槽液面2-2′间列柏努利方程，并以底面为基准水平面，有： 其中            大气压，  u为管中流速， ，        代入方程得： 若在dt时间内水面从H下降H-dH，这时体积将变化为-38.465dH，则： 故      6  用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为1.5×105Pa的密闭容器，两槽液面均恒定不变，各部分相对位置如图所示。输送管路尺寸为108×4mm的无缝钢管，吸入管长为20m，排出管长为100m（各段管长均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门为3/4开度时，真空表读数为42700Pa，两测压口的垂直距离为0.5m，忽略两测压口之间的阻力，摩擦系数可取为0.02。试求： (1)阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)； (2)压强表读数（Pa）； (3)泵的压头（m）； (4)若泵的轴功率为10kW，求泵的效率； (5)若离心泵运行一年后发现有气缚现象，试分析其原因。 解：（1）阀门3/4开度时管路的流量(m3/h)； 在贮槽液面0-0′与真空表所在截面1-1′间列柏努利方程。以0-0′截面为基准水平面，有： 其中，    , z0=0， u0=0,  p0=0（表压）,  z1=3m,  p1=-42700Pa（表压） 代入上式，得：  u1=2.3m/s，  Q= (2)压强表读数（Pa）； 在压力表所在截面2-2′与容器液面3-3′间列柏努利方程。仍以0-0′截面为基准水平面，有： 解得，  p2=3.23×105Pa（表压） （3）泵的压头（m）； 在真空表与压力表所在截面间列柏努利方程，可得， （4） 泵的有效功率 （5） 若离心泵运行一年后发现有气缚现象，原因是进口管有泄露。 7  如图所示输水系统，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，压力表之后管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000kg/m3，泵的效率为0.8，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/kg；（2）泵轴功率，kw；（3）压力表的读数，Pa。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg； 由题意知， 则   （2）泵轴功率，kw； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： 其中，  ,  u0= u1=0，  p1= p0=0（表压）,  H0=0，  H=20m 代入方程得：  又                故    ，  η=80%， B R″ A                          H    R′ R t    s 8  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57×3.5mm，泵出口垂直管段A、B截面上的测压口有软管与两支液柱压差计相连，其上指示剂水银柱的读数分别为R=40mm及R′=1200mm。右边压差计的左侧指示剂液面与截面A的垂直距离H=1000mm， 右侧开口支管的水银面上灌有一段R″=20mm的清水。A、B两截面间的管长（即垂直距离）为hAB =6m。管路中的摩擦系数为0.02。当地大气压强为1.0133×105Pa，取水的密度为1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试求：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB, J/kg；（2）水在管路中的流速u, m/s；（3）截面B上的压强pB, Pa；（4）截面A上的压强pA, Pa。 解：（1）截面A、B间的管路摩擦阻力损失∑hf,AB, J/kg； 取截面A为上游截面，截面B为下游截面，并以截面A为基准水平面。在两截面之间列柏努利方程式，即： gZA + + = gZB + + +             （1） 则： = (ZA - ZB )g + +                   （2） 其中：    ZA - ZB =（0-6）=-6m =0 （pA - pB）=hABρW g + R（ρHg – ρW）g =6×1000×9.8 + 0.04（13600 – 1000）×9.8 =63800 Pa 将诸值带入（2）式，得： =-6×9.8 +63800÷1000=4.94 J/kg （2）水在管路中的流速u, m/s； A、B之间的阻力损失与流速有关，可用如下公式表示： =                             （3） 其中，l=6m，d=0.05m， =0.02， =4.94 J/kg，带入（3）式： 4.94=0.02× × 可得，    u=2.029 m/s （3）截面B上的压强pB, Pa； 在右边压差计的左侧指示剂液面处作t-s等压参考面，由流体静力学原理可知，Pt=Ps 则： PB +（hAB +H）ρW g =Pa + ρW g + ρHg g 整理得：PB = Pa + ρW g + ρHg g - （hAB +H）ρW g =1.0133×105 + 0.02×1000×9.81 + 1.2×13600×9.81-（6+1）×1000×9.81 =193000 Pa （4）截面A上的压强pA, Pa。 PA = PB +ΔPAB = PB + hAB ρW g =193000 + 6×1000×9.81 =256000 Pa 9  某石油化工厂每小时将40吨重油从地面油罐输送到20m高处的贮槽内，输油管路为φ108×4mm的钢管，其水平部分的长度为430m，已知在输送温度下，重油的部分物性数据如下：   密度，kg/m3 粘度，cP 平均比热，kJ/kg?℃ 15℃的冷油 50℃的热油 960 890 3430 187 1.675 1.675         （1） 试比较在15℃及50℃两种温度下输送时，泵所消耗的功率（该泵的效率为0.60）。 （2）假设电价每千瓦小时（度）0.20元，每吨1.0atm（绝压）废热蒸汽1.80元，试比较用废热蒸汽将油加热到50℃再输送，比直接输送15℃冷油的经济效果如何？（1atm蒸汽潜热为2257.6kJ/kg） 解：（1）首先判断重油的流动类型，  d=108 - 4×2=100mm，重油在管内流速为： 15℃时    50℃时    雷诺准数： 15℃时      50℃时      （2）摩擦阻力损失：由于重油在两种不同温度下是流动类型均为层流，故可用泊谡叶方程式求摩擦阻力造成的压头损失： 15℃时      50℃时      （3）泵在两种温度下输送重油的压头： 15℃时    50℃时    （4）泵的轴功率 输送15℃重油时        输送50℃重油时        （5）经济效果的比较： 输送15℃重油比输送50℃重油多消耗的功率为： 144.06 - 12.54=131.52kw 若按1小时计算，则多消耗131.52kwh（即132.52度），1小时多消耗电费： 1×132.52×0.20=26.304元 将重油从15℃加热至50℃，每小时所需热量为： 消耗蒸汽量      加热重油所需消耗蒸汽的费用：1.04×1.80=1.872元/时 从以上计算可知，在上述蒸汽和电能的价值条件下，将重油加热后再输送比直接输送冷油是有利的。 10  内截面为1000 的矩形烟囱的高度为 。平均分子量为 、平均温度为 的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为 ，地面处的大气压强为 。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为0.05，试求烟道气的流量为若干 。 解：  取烟囱底端为上游截面 、顶端内侧为下游截面 ，并以截面 为基准水平面。在两截面间列柏式，即： 式中              由于烟道气压强变化不大，烟道气的密度可按 以 ： 因烟囱顶端内侧压强等于同高度处的大气压强，故 标准状况下空气的密度为 时空气的密度为： 于是    将以上各值代入柏式，解得： 其中  烟道气的流速为： 烟道气的流量为： 11 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气。烟囱的直径d=2m， 。烟气在烟囱内的平均温度为200 ，在此温度下烟气的密度 ，粘度 ，烟气流量 。在烟囱高度范围内，外界大气的平均密度 ，设烟囱内底部的压强低于地面大气压 ，试求烟囱应有多少高度？ 试讨论用烟囱排气的条件是什么？增高烟囱对烟囱内底部压强有何影响？ 解：  列烟囱底部（1截面）与顶部（2截面）柏努利方程 烟囱 ，  ，     ，查表得 1-2截面间柏努利方程为 烟囱得以排气的必要条件是 ， 若 ≮ 时， ≮0，即无法起到抽吸作用。 增加， 降低（即真空度增加），抽吸量增加。