流体流动习题课
工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答
2 2 d2
习题3-14解题示意图1
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
Fx1 =
y x
H1
D
H2
图 3-26 习题 3-11 附图
1 1 ρ gH1 × ( DL) = × 1000 × 9.8 × 4 × (4 × 10) = 784000 N=784kN 2 2 1 D 1 4 Fx 2 = ρ gH 2 × ( L) = × 1000 × 9.8 × 2 × × 10 = 196000 N=196kN 2 2 2 2
H
h
由此得： H ≥ 122mm + h ≥ 244mm (2) 结合以上正负压操作时结果有：
p / ρ g ≤ h ≤ H − | p| / ρ g
图 3-23 习题 3-8 附图
→ 122mm ≤ h ≤ 178mm
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-6
习题 3-8 旋风除尘器如图 3-23 所示，其下端出灰口管段长 H，部分插入 水中，使旋风除尘器内部与外界大气隔开，称为水封；同时要求出灰管内液面 不得高于出灰管上部法兰位置。设除尘器内操作压力 ( 表 压 ) p = −1.2 kPa~ 1.2kPa。 净化空气 (1) 试问管段长 H 至少为多少 mm? (2) 若H=300mm，问其中插入水中的部分h应在 什么范围？(取水的密度 ρ =1000kg/m3) 含尘 解：(1) 正压操作时，出灰管内液面低于管外液 面，高差为 h′ = p / ρ g ；为实现水封，出灰管插入深 度 h 必须大于此高差，即
化工原理课后习题答案
第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。
流体流动习题课
2 1
2 2
实际流体流动过程中的柏努利方程
2 m u12 m p1 m u2 m p2 m gz m Qe m We m gz2 m Wf 1 2 2
2 u12 p1 u 2 p2 或 : gz1 Qe We gz2 Wf 2 2
实验证明，流体在管内稳定流动时，当Re≤______时， 流动类型为滞流，滞流时的摩 擦系数λ与______成反比， 而与管壁的_______无关；湍流时，当Re一定，则λ随 ε/d的增加而_________。
2000；Re；粗糙度；增大
P/(ρg)的物理意义是表示流动系统某截面处单 位____流体所具有的静压能，称为__________。
5．离心泵吸入口压强为30 KPa，当地大气 压强为100 KPa，则泵吸入口真空表的读数 为 。 A．130 KPa B．70 KPa C．65 KPa B D．30 KPa 6．可压缩流体在等径水平直管中流动时，下 列说法正确的是 。 A．流体的平均流速为定值； B B．流体的质量流量为定值； C．流体的体积流量为定值； D．流体的体积流量、质量流量均为定值。
qv , m / h
3
例：水在一倾斜管中流动，如附图所示， 已知压差计读数为200mm，试问测量段 的阻力为多少？ 解：在两测压孔之间列柏努利方程式：
u P u P2 1 z1 z2 Hf 2 g g 2 g g
2 u12 u2 P P2 H f ( z1 z2 ) ( ) ( 1 ) 2g 2g g g
连通的、同一液体、同一水平面。
某液体在套管环隙内流动，大管规格为φ56×3mm，小 管规格为φ30 ×2.5mm,液体粘度为1mN· 2，密度为 s/m 1000kg/m3，流速为1m/s则该液体在套管环隙内流动 的Re=_________。
第一章流体流动习题
第一章流体流动习题1. 引言本习题集旨在帮助读者巩固并深入理解流体力学中的流体流动相关知识。
通过解答各式作业题和习题，读者将能够提高对流体流动的理论知识的掌握，并能运用所学知识解决实际问题。
2. 流体等压流动2.1 定常流动1.习题1：在一水力发电站，重力因子为9.8 m/s²，一台水轮机的进口直径为10 m，出口直径为4 m，水流的速度在进口和出口处分别为12 m/s和48 m/s。
求水轮机的功率。
2.习题2：一根水平管道中水流的速度为2 m/s。
管道的截面面积为1.0 m²，密度为1000 kg/m³。
若管道上安装了一过滤器，则过滤器前后水流速度分别为2.5 m/s和1.5 m/s。
求过滤器对水流影响的大小。
2.2 无粘流动1.习题3：一个圆柱体在某无粘流体中运动，其直径为1 m，流体的密度为1 kg/m³，流速为10 m/s。
若圆柱体沿流速方向行进距离为100 m，在这一过程中流体对圆柱体所做的阻力是多少？2.习题4：一道湍流水流通过一个圆柱体。
圆柱体的直径为2 m，流速为5 m/s，流体密度为1.2 kg/m³。
若圆柱体所受到的阻力为1000 N，求流过圆柱体的湍流水流的体积流量。
3. 流体定常流动3.1 流管与元素流量1.习题5：一条河的宽度为10 m，平均流速为2 m/s。
设河水的密度为1000 kg/m³。
求河水的体积流量。
2.习题6：某水管直径为0.2 m，输送液体的流速为3 m/s。
求液体的质量流量。
3.2 动量定理与波动方程1.习题7：一个质量为1000 kg的船以速度10 m/s行驶，船上一个质量为10 kg的人以速度2 m/s从船头跳进水中。
求船在跳水后的速度。
2.习题8：一个质量为500 kg的小汽车以速度20 m/s驶入河流。
汽车下沉后速度降为8 m/s。
求汽车所受的阻力大小。
4. 流体非定常流动4.1 欧拉方程与伯努利方程1.习题9：一水管中水的流速为2 m/s。
流体力学第一章 流体流动习题课6
第一章 习题课1．何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？（A ）某设备的表压强为100kPa ，则它的绝对压强为____kPa ；另一设备的真空度为400mmHg ，则它的绝对压强为____。
（当地大气压为101.33 kPa ）[答：201.33 kPa ，360mmHg]解析：表压 = 绝对压强 - 大气压 ；真空度 =大气压 - 绝对压强（B ）某设备的表压强为50KPa ，则它的绝对压强为____，另一设备的真空度为50KPa ，则它的绝对压强为____。
（当地大气压为100KPa ） [答：150 kPa ，50 kPa]2．气体的密度如何计算？（A ）若外界大气压为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。
[答：1.447Kg/m 3]解析：理想气体状态方程 得 3．流体静力学基本方程式有几种表达形式？分别说明什么问题？静力学方程式的应用条件？简述静力学方程式的应用其分析问题时如何确定等压面？①2211gz p gz p +=+ρρ J/kg 总势能守恒（静压能+位能）②)(2112z z g p p -+-=ρ Pa 等压面③gh p p ρ+=02 Pa 巴斯噶原理（传递定律） 适用条件：重力场中静止的，连续的同一种不可压缩流体。
确定等压面：静止的联通着的同一种连续流体，处于同一水平面上各点压强相等。
（A ）如图所示，容器中盛有ρ＝800kg/m 3的油品，U 形管中指示液为水(ρ＝1000kg/m 3)，a 1、a 2、a 3在同一水平面上，b 1、b 2、b 3及b 4也在同一高度上，h 1=100mm ，h 2=200mm ，则各点的表压pa 1=____，pa 2=____，pb 2=____，pb 3=____，h 3=____。
（表压值以mmH 2O 表示）[答：0，100，200，300，340，200]RT Mm PV =3/447.115.293314.829325.1012.1m Kg RT PM =⨯⨯⨯==ρ=0 pa3= p a =0 （表压）解析：静力学基本方程式 pa1= p a=ρg （h1+ h2）（表压） pa2 = pb2（表压）pb2= pb1pb3= pa2+ρ油g（h1+ h2）（表压）pb3+ρ油g h3=ρg （h1+ h2+ h3）（表压）（B）如图所示，在两个压强不同的密闭容器A，B内充满了密度为的液体，两容器的上部与下部分别连接两支规格相同的U行管水银压差计，连接管内充满密度为的液体。
化工原理习题课
3.某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为50mm， 某敞口高位槽送水的管路如图所示，所有管径均为 某敞口高位槽送水的管路如图所示 ， 管长L 管长 OC=45m， LCB=15m（均包括所有局部阻力当量长 ， （ ），当阀 全关， 当阀a全关 打开时， 度），当阀 全关，阀b打开时，压力表 B的读数为 打开时 压力表P 2.4×104Pa。假设阻力系数 均为 均为0.03，水的密度为 × 。假设阻力系数λ均为 ， 1000kg/m3。 （1）试计算B管道 ）试计算 管道 （CB段）的流速； 段 的流速； （2）若维持阀 的开度 ）若维持阀b的开度 不变，逐渐打开阀a， 不变，逐渐打开阀 ， 直到CB、 两管中流 直到 、CD两管中流 速相等，此时B管的流 速相等，此时 管的流 速又为多少？ 速又为多少？
化工原理习题课
流体流动及流体输送机章
1.用离心泵把 ℃的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持 用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部， 用离心泵把 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。 恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 Φ76mm×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 × ，在操作条件下， 24.66×103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量 × ；水流经吸入管与排出管（不包括喷头） 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出 损失可分别按与 计算，由于管径不变，故式中 为吸入或排出 管的流速m/s。排水管与喷头连接处的压强为 管的流速 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa × 表压）。 （表压）。 试求：（ ）水在管内的 试求：（1） ：（ 流速u；（ ；（2） 流速 ；（ ）泵的有效 功率；（ ；（3） 功率；（ ）已知泵的效 率为60%，求操作条件下 率为 ， 泵的轴功率。 泵的轴功率。
化工原理(祁存谦版本) 第一章流体流动
1-6 (1)设流量为 4L·s-1，水温为 20℃，管径为 φ57×3.5mm，试判断流动类型。(2)条件与
上相同，管中流过某种油类，油的运动黏度为 4.4cm2·s-1，试判断流动类型。
−3 解：流速 u = 4V 2 = 4 × 4 × 102 = 2.04m / s π ⋅d π × 0.05
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
说明：祁存谦版的化工原理第一版课后的习题解答。如有错的地方请给指正。 第一章流体流动 1-1 容器 A 中气体的表压力为 60kPa，容器 B 中气体的真空度为 1.2×104Pa。试分别求出
A、B 二容器气体中的绝对压力为多少（Pa）？该处环境大气压等于标准大气压。 解：设标准大气压为 100kPa 容器 A 中气体的绝对压力=表压+大气压=60+100=160(kPa) 容器 B 中气体的绝对压力=大气压-真空度=100×103－1.2×104=88×103(Pa) 1-2 某设备进、出口的表压分别为-12Kpa 和 157Kpa，当地大气压为 101.3kPa。求此设备
W=V·ρ=8.14×1800=4.07(kg·s-1) G=u·ρ=0.8×1800=1440(kg·m-2·s-1) 1-8
有一输水管路， 20℃ 的水从主管向两支管流动，如图所示，主管内水的流速为
1.06m·s-1 ， 支 管 1 与 支 管 2 的 水 流 量 分 别 为 20×103kg·h-1 与 10×103kg·h-1 ， 支 管 为
d
ε
h2
d2
V 4 × 2.5 × 10 −3 = = 1.27m / s A1 π × 0.052
h
化工原理习题解答 第一章流体流动（祁存谦版本） 龙岩学院化学与材料学院章汝平
工程流体力学-第一次习题课
一、填空题 1.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动 压头___________,静压头___________。 答案：减少， 减少， 增加。 2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______, 变_____；后者是恒_________,变_________。 答案：截面；压差；压差；截面 3.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关 系为______________，所以,流速随着管径的减小而________ 。 答案：υ /υ =d 2 /d 2 增大
（2）C点压强p3 ? 2,3间列柏努利方程 p3 ?
2 3
p3 p2 p3 z3 z2 6m 2g g 2 g g g
2 2
(3)当虹吸管伸入B池水中后，管内流量由 两液位差决定。 限制条件： h H 10m
2.某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一 敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在 管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 [J/kg ],因扩大生 产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的 输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统 增高多少?
【解】∵u1≈0≈u2
p1=p2
（z1 z 2）g
H
f 1 2
u 20.6 u 2.39m / s 2
2
u2 z1 z 2 20.6 z1 15.14m 2g z z1 z1 4.14m
3.如图所示，水以3.78升/秒的流量流经一扩大管段，已知d1＝ 40mm，d2＝80mm，倒U形压差计中水位差R＝170mm， 试求：水流经扩大管段的摩擦损失hf。
化工原理课后习题答案第一章流体流动答案
第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm= Pa=760 mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为p =461097.8)10082.0(10132576.00⨯=⨯--⨯N/m 2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8⨯Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa混合气体的摩尔质量Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol混合气体在该条件下的密度为：ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4××.3=10.858 kg/m33.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H代入上式得ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H对以上等式两边积分， pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15即：lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526（2）已知地平面处的压力为 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=×=45431 Pa将p 山顶代入上式ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。
流体流动——精选推荐
第一章 流体流动1．用如附图所示的U 型管压差计测定反应器内气体在A 点处的压强以及通过催化剂层的压强降。
在某气速下测得R 1为750mmH 2O ，R 2为80mmH 2g ，R 3为40mmH 2O ，试求上述值。
2．如附图所示，倾斜微压差计由直径为D 的贮液器和直径为d 的倾斜管组成。
若被测流体密度为ρ，指示液密度为ρ0，试导出用R 1表示的压强差计算式。
如倾角α为300时，若要忽略贮液器内的液面高度h 的变化，而测量误差又不得超过0.1%时，试确定D/d 比值至少应为多少？3．一水箱用如附图所示的锥阀封水，锥阀底直径为0.5m ，高为0.6m ，阀重50kg 。
当水位达1.5m 时，要求阀启动泄水，问外配锤重w 应为多少？232ρ习题1 附图习题2 附图习题3 附图5．某流场可用下述速度向量式表达：u （x ，y ，z ，t ）=xyz i +y j -3zt k 。
试求点（2，1，2，1）处的加速度向量。
（随体）6．国际标准大气压取海平面为基准（z=0）。
基准面上的物理量取为：t 0=288K ，p 0=101300Pa ，ρ0=1.225kg/m 3。
从海平面一直到11公里的高空是对流层。
对流层中温度与高度的关系可用下式表示：T=T 0-βz ，其中T 0=288K ，β=0.0065度/米。
11公里以上认为是温度不变（216.5K ）的同温层。
试分别求出对流层及同温层内压力、密度和高度的依赖关系。
可认为重力加速度为一恒量。
（静）7．不可压缩粘性流体在两无限大平行平板间作稳态层流，试推导其速度分布、截面上的平均流速、壁面处的剪切力。
（运动）8．不可压缩流体在两根同心的套管环隙间作轴对称的稳态层流，试导出其速度分布，截面上的平均流速，体积流量，壁面处的剪切力。
（运动） 9．不可压缩粘性流体在重力作用下，沿内径为R 的圆筒内壁面向下流动。
设流动是定常的平行直线运动，流体厚度为δ。
求流体速度分布、流量、平均流速、最大流速及作用在圆筒内壁面上的摩擦力（忽略端效应）。