03流体流动习题答案.docx

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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1示：urumax(y)7，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dVSurdA2rurdrRRRr)1/7umaxdrVS(2r)urdr0(2r)(0R那么uVS1R2umax1/7(1)AR20R1/7(Rr)rdr令Rrt那么drdt当r0时，tR;当rR时，t0182215R1/7R7R749(2)有R7(Rr)td

2、t1812001177代入(1)式，49u2umax120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?解：流量不变，uVS当d'dA时，u'4u2根据哈根~泊谩叶公式，有32lu当u'4u，d'dpf2时d232l4u32lu1616pfp'fd22(d)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

3、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20℃，地面处的大气压强为101.33×103。流体流经烟囱时的摩擦系数可取为，试求烟道气的流Pa0.05量为若干(kg/h)?解：这是B.E对压缩流体的应用p11013304903C空气)10P1a281空气＝1.20k5gm/(20p2p0gh1013301.2059.830100975Pap1p2100%1012811009750.3%20%100%p1101281可应用柏努利方程400C时，烟道气的密度(p1p2)M(101281100975)300103m0.542kg/m32RT

4、28.314673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p12p22gz1u1gz2u2hf,1222其中，p149Pa(表压)，p2烟道气gh0.5439.8130159Pa(表压)，l24abz10，z230m，u1u2，hf＝ude1.0m9de24rH2(ab)代入上式解得u19.m8s/wsuA19.811.20.543k1g2.s83/44k.6g2h10/20．每小时将2×104kg的溶液用泵从反应器输送到高位槽(见本题附图)。反应器液面上方保持26.7×

5、103Pa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p1gz1u12Wep2gz2u22hf,1222其中z10z215mu10p126.7103Pa(表压)p20(表压)424u2101.43m/s[(7642)10323600]1073p1p2u226.732g(z2z1)2h

6、f109.81151.43We2,121073hf2173hf其中，hfhf'hf对直管阻力hflu2d2du(768)31.431073101.656105Re6.31040.3mm那么/d0.3/(76.42)0.0044由/d和Re在图1－27可查得0.029502hf0.0291.4321J.8kg/8)32(7610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4'leu2u20.0290.6681.4321.4328.378J/kghfd2c26810324.52We1732

7、1.88.38203.2J/kg该流体的质量流量ws24/3600k5g.6s/10Ne203.25.61W128NNe/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3600m3在/h(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)，放空口与鼓风机

8、进口的垂直距离为20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为1.96×103。管壁的绝对粗糙度可取为，大气压Pa0.15mm