03流体流动习题答案

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1、17.流体通过圆管端流流动时，管截面的速度分布可按下面经验公式来表1y示：7urumax()，式中y为某点与壁面的距离，即y=R-r。试求其平均速度uR与最大速度umax的比值。解：在距离管中心r处取一厚为dr的流体薄层，并定义此处流体的速度为ur，则流体通过此环隙的体积流量dVSurdA2rurdrRRRr1/7V(2r)udr(2r)()udrSrmax00RV1R2umax1/7S那么u(Rr)rdr(1)21/70ARR令Rrt那么drdt当r0时，tR;当rR时，t01822R1/77715RR49有7(Rr)tdtR(2)01812

2、0117749代入(1)式，u2umax120于是u/umax49/600.817(0.82)18.一定量的液体在圆形直管内作层流流动。若管长及液体物性不变，而管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的若干倍?VdS解：流量不变，u当d'时，u'4uA2根据哈根~泊谩叶公式，有32ludpf2当u'4u，d'时d232l4u32lup'f21616pfd2d()219.内截面为1000mm×1200mm的矩形烟囱的高度为30m。平均摩尔质量为30kg/kmol、平均温度为400℃的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持49Pa的真空度

3、。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为20℃，地面处的大气3压强为101.33×10Pa。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(kg/h)?解：这是B.E对压缩流体的应用3p110133049010P1a281空气＝1.20k5gm/(20C空气)p2p0gh1013301.2059.830100975Pap1p2101281100975100%100%0.3%20%p1101281可应用柏努利方程400C时，烟道气的密度3(p1p2)M(101281100975)300103m0.542kg/m2RT28

4、.314673在烟囱的进出口之间列柏努利方程，以烟囱底端为上游截面11'，以烟囱顶端为下游截面22'，并以截面11'作位能基准面，有22p1u1p2u2gzgzh12f,1222其中，p149Pa(表压)，p2烟道气gh0.5439.8130159Pa(表压)，2lu4abz10，z230m，u1u2，hf＝de4rH1.0m9de22(ab)代入上式解得u19.8m/s4wuA19.811.20.543k1g2.s83/4k.6g2h10/s420．每小时将2×10kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保3持26.7

5、×10Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为76mm4mm的钢管，总长为50m，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计(局部阻力系数为4)、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7，求泵的轴功率。解：在反应器液面11'与管路出口内侧截面22'间列柏努利方程，以截面11'为基准水平面，得22p1u1p2u2gz1Wegz2hf,12223其中z10z215mu10p126.710Pa(表压)p20(表压)44210u2321.43m/s3600[(7642)10]1073232p1p2u226.7101.43

6、Weg(z2z1)hf,129.8115hf210732173hf'其中，hfhfhf2lu对直管阻力hfd23du(768)101.4310735Re1.6561046.3100.3mm那么/d0.3/(76.42)0.0044由/d和Re在图1－27可查得0.0292501.43hf0.02921J.8kg/3(768)102对局部阻力二个全开的闸阀20.3m30m.66五个标准弯头1.6m5m8进口阻力系数0.5孔板的局部阻力系数42222'leuu0.6681.431.43hfc0.02934.58.378J/kgd22681022We

7、17321.88.38203.2J/kg4该流体的质量流量ws210/3600k5g.6s/Ne203.25.61W128NNe/1128.9/0.7k1W.621.从设备送出的废气中含有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤3器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m/h(在操作条件下)，其物理性质与50℃的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的U管压差计，其读数为30mm。输气管与放空管的内径均为250mm，管长与管件、阅门的当量长度之和为50m(不包括进、出塔及管出口阻力)，放

8、空口与鼓风机进口的垂直距离为20m，已估计气体通过3塔内填料层的压强降为1.96×10Pa。管壁的绝对粗糙度可取为0.15mm，大气压3强为101.3