流体力学与传热200612A(附参考标准答案)
,考试作弊将带来严重后果!
华南理工大学期末考试
《 流体力学与传热 》试卷
1. 考前请将密封线内填写清楚;
２. 所有答案请直接答在试卷上（或答题纸上)； 3.考试形式:闭卷；
、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍,阻力损失为原来的 4
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 1/２ 倍。
、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N －Q 和 η－Ｑ 曲线
、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 。
４、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。
、(１)离心泵最常用的调节方法是 Ｂ
（A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度
（C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮
）漩涡泵常用的调节方法是 B
（A ） 改变吸入管路中阀门开度
（B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。
6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。
、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在 壳程流动,加热器顶部设 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。
、(1)为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 Ａ
(A ）表面光滑,颜色较浅; （B)表面粗糙,颜色较深 （C ）表面粗糙,颜色较浅
(2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为C ︒100，空气进口温度为C ︒,出口温度为C ︒80，问此套管换热器内管壁温应是＿Ｃ__。
（A)接近空气平均温度 (B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度
、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。
二、问答题:（每题5分,共10分） 1．离心泵发生“汽蚀”的主要原因是什么?
离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。
如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。
但是，真空区压强太低,以致于低于体的饱和蒸汽压,则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。
含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。
因气泡的消失产生局部真空,周围的液体就以极高的速度流向气泡中心,瞬间产生了极大的局部冲击力,造成对叶轮和泵壳的冲击,使材料手到破坏。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为气蚀现象。
汽蚀是由于液体在一定的温度下达到了它的汽化压力,可见和输送介质，工况有密切的关系
造成汽蚀的主要原因有：
1.进口管路阻力过大或者管路过细;
2.输送介质温度过高；
３．流量过大，也就是说出口阀门开的太大； ４．安装高度过高,影响泵的吸液量;
5．选型问题,包括泵的选型，泵材质的选型等.
解决办法:1.清理进口管路的异物使进口畅通,或者增加管径的大小； ２.降低输送介质的温度； ３.减小流量； 4．降低安装高度;
2、保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施?
保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构.夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失.其次,瓶胆夹层内两表面均镀有银，铝等低黑度涂层,增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射。
三、(１5分)一敞口高位水槽A 中水流经一喉径为15m ｍ的文丘里管，将浓碱液槽B 中的碱液（密度为140０ ｋg/3m ）抽吸入管内混合成稀碱液送入Ｃ槽,各部分标高如附图所示;输水管规格为φ５７×3mm ，自Ａ至文丘里喉部M 处管路总长(包括所有局部阻力损失的当量长度在内)为2０ｍ，摩擦系数可取0.0２5。
（1） 当水流量为８m ３/h 时,试计算文丘里喉部M
处的真空度为多少m ｍH ｇ;
（2） 判断槽的浓碱液能否被抽吸入文丘里内（定
量计算说明判断依据)。
（3） 如果不能被吸入，可采取那些措施？(举两种
方法） 解1:主管道
s
m 2A Vs u /109.0)051
.0)4
(36008
(
/=⨯⨯==π
（１)文丘里喉部M 处s m A Vs u /58.12]015.0)4//[()3600/8(/2
22=⨯==π
在高位水槽上面与M 处界面间的列柏努利方程得:
真空度）
(12266.1)
2/09.1()051.0/20(025.0258.127)2/)(/1()2/()(/222222212mmHg O mH g g g u d g u Z Z g p =-=⨯--=---=λρ
（2) h 碱ρ碱=ρ水h 水 h 水=1．５×1400／1０00=2.1m O H 2(>1.66m O H 2）（真空度) 故浓碱液不能被吸入管内。
在B 槽液面与M 处水平截面间的列柏努利方程得：
吸 f 22h )/()2/()/(++'+'=g P g u h g Pa ρρ
吸 f 22h )2/()/()P Pa (+'+'=-g u h g ρ
可见吸入量的大小不仅与M 处的真空度、B 槽液面与Ｍ处的位差有关,而且与吸入管的管路情况(管径、管长、粗糙度等)有关，应增加M 点的真空度，可减少Ｂ与M 的位差,增加水的流量，减少A 与M 的位差。
四、 (20分) 用泵将20℃水从敞口贮槽送至表压为2×10５
Pa 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φ108×4mm 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300０0Pa ，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(m ３
／h); (2)压强表读数(Ｐａ)； (3)泵的压头（ｍ)；
(４)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：
∑-+++=++
10,1211020022f h g
p g u z g p g u z ρρ 其中，
2121211
0,204.081
.921.020
02.02u u g u d l l h
f =⨯⨯⨯=⋅+⋅=∑∑-λ,
z 0＝0, ｕ0=０, p ０＝0(表压), z 1=2m ， p 1=-300０0P ａ（表压) 代入上式，得： u 1＝4.1ｍ／s, Q ＝
h m u d /1161.41.04
4
322=⨯=
π
π
(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：
∑-+++=++
32,32332
2
2222f h g
p g u z g p g u z ρρ。
传热学习题(附参考答案)
传热学习题（附参考答案）一、单选题（共56题，每题1分，共56分）1.下列不能提高对流传热膜系数的是( )。
A、利用多管程结构；B、增大管径；C、在壳程内装折流挡板；D、冷凝时在管壁上开一些纵槽。
正确答案：B2.传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是( )A、管壁热阻；B、管内对流传热热阻；C、污垢热阻；D、管外对流传热热阻；正确答案：C3.在一输送系统中，改变离心泵的出口阀门开度，不会影响( )A、泵的工作点B、管路特性曲线C、管路所需压头D、泵的特性曲线正确答案：D4.用l20℃的饱和蒸汽加热原油，换热后蒸汽冷凝成同温度的冷凝水，此时两流体的平均温度差之间的关系为（Δtm）并流( )（Δtm）逆流A、大于B、小于C、不定D、等于正确答案：D5.橡胶与塑料和纤维比较，正确的是( )。
A、模量最大B、强度最大C、结晶度最大D、Tg最低正确答案：D6.某单程列管式换热器，水走管程呈湍流流动，为满足扩大生产需要，保持水的进口温度不变的条件下，将用水量增大一倍，则水的对流传热膜系数为改变前的( )A、2倍B、1.149倍C、1.74倍D、不变正确答案：C7.按照离心泵完好标准，轻石脑油返输用离心泵机械密封允许泄漏量( )。
A、允许每分钟5滴B、比液化气的允许泄漏量多5滴C、允许每分钟15滴D、允许每分钟10滴正确答案：D8.对于列管式换热器，当壳体与换热管温度差( )时，产生的温度差应力具有破坏性，因此需要进行热补偿A、大于50℃B、大于60℃C、大于45℃D、大于55℃正确答案：A9.下列哪个选项是离心泵的主要部件( )A、电机B、轴封装置和轴向力平衡装置C、密封环D、叶轮和泵壳正确答案：D10.蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值( )A、升高B、降低C、都可能D、不变正确答案：B11.以乙烯为原料经催化剂催化聚合而得的一种热聚性化合物是( )A、PB、PC、PVCD、PP正确答案：B12.关闭出口阀启动离心泵的原因是( )A、轴功率最大B、能量损失最小C、处于高效区D、启动电流最小正确答案：D13.若被输送液体的黏度增大时，离心泵的效率( )。
华南理工大学2006年考研流体力学与传热试题
7．写出恒压过滤方程式，并且标出各个物理量的单位。（5分）
8．传热有哪三种方式？指出它们的主要区别。（5分）
9．从液膜的分布形式，蒸汽冷凝可分为哪两种类型？（5分）
10．空气自然对流换热系数的范围是多少？（5分）
二、计算题（20分）
若用压力表测得输送水、油（密度880kg/m3）、98%硫酸（密度1830kg/m3）的某段水平等直径管路的压力降均为49kPa,问三者的压头损失的数值是否相等？各为多少米液柱？
三、计算题（30）
有一高位槽输水系统，管径为Φ57mm×3.5mm。已知水在管路中流动的机械能损失为∑hf= 4.5 u2∕2（u为管内流速）。试求水的流量。欲将水的流量增加20%，应将高位槽水面升高多少米？（水密度1000kg/m3）
四、计算题（20分）
某离心泵用15℃的清水进行性能实验，水的体积流量为540m3/h，泵出口压力表读数350 kPa,泵入口真空表读数30kPa,若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管与压出管内径分别为350 mm和310 mm，试求泵的扬程。（水密度1000kg/m3）
一、问答题（50分）
1．牛顿型流体与非牛顿型流体有什么区别？，画出它们的流变图。（5分）
2．管路系统的流动阻力可归结为哪两类？（5分）
3．用柏努利方程计算时，如果两截面之间的管道有散热损失，如何考虑？（5分）
4．离心泵中，闭式叶轮后盖板上开有平衡孔，其作用是什么？（5分）
5．描述离心泵性能主要有哪五个参数？（5分）
五、计算题（30分）
有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在壳程由120℃降到80℃，其对流换热系数α1=50W/m2·K。管程的冷却水从15℃升到90℃，其对流换热系数α2=2000W/m2·K。管壁热阻与污垢热阻皆可不计，管壁当平壁处理。当冷却水流量增加一倍时，试求：（1）水和空气的出口温度，忽略流体物性随温度的变化（20分）。（2）传热速率比原来增加多少？（10分）
传热学习题(附参考答案)
传热学习题（附参考答案）一、单选题（共56题，每题1分，共56分）1.安装在管路中的阀门( )A、需考虑流体方向B、不必考虑流体方向C、不必考虑操作时的方便D、不必考虑维修时的方便正确答案：A2.用水蒸气在列管换热器中加热某盐溶液，水蒸气走壳程。
为强化传热，下列措施中最为经济有效的是( )A、增大换热器尺寸以增大传热面积B、减少传热壁面厚度C、改单管程为双管程D、在壳程设置折流挡板正确答案：C3.下列不能提高对流传热膜系数的是( )。
A、增大管径；B、利用多管程结构；C、冷凝时在管壁上开一些纵槽。
D、在壳程内装折流挡板；正确答案：A4.离心泵是依靠离心力对流体作功，其作功的部件是( )。
A、电机B、泵轴C、叶轮D、泵壳正确答案：C5.对于活化能越大的反应，速率常数随温度变化越 ( )A、不确定B、大C、小D、无关正确答案：B6.有机玻璃是指( )。
A、聚甲基丙烯酸甲酯B、聚苯乙烯C、聚乙烯D、聚氯乙烯正确答案：A7.水在无相变时在圆形管内强制湍流，对流传热系数αi为1000W ／（m2·℃）若将水的流量增加1倍，而其他条件不变，则αi为( )A、不变B、500C、2000D、1741正确答案：D8.不属于换热器检修内容的是( )A、清扫管束和壳体B、管束焊口、胀口处理及单管更换C、检查修复管箱、前后盖、大小浮头、接管及其密封面，更换垫片D、检查校验安全附件正确答案：D9.间歇反应器的一个生产周期不包括( )A、出料时间B、反应时间C、加料时间D、设备维修时间正确答案：D10.可在器内设置搅拌器的是( )换热器A、套管B、釜式C、热管D、夹套正确答案：D11.流体流量突然减少，会导致传热温差( )。
A、始终不变B、下降C、升高D、变化无规律正确答案：B12.下列哪个选项不是列管换热器的主要构成部件。
( )A、封头B、管束C、外壳D、蛇管正确答案：D13.列管式换热器一般不采用多壳程结构，而采用( )以强化传热效果A、翅片板B、折流挡板C、隔板D、波纹板正确答案：B14.裂解气深冷分离过程中采用的主要方法是( )A、精馏法B、特殊精馏法C、萃取法D、吸附法正确答案：A15.下面关于裂解气分离流程说法正确的是( )A、一套乙烯装置采用哪种流程，主要取决于流程对所需处理裂解气的适应性、能量消耗、运转周期及稳定性、装置投资等几个方面。
(完整版)流体力学作业试题库及答案
(完整版)流体力学作业试题库及答案一、选择题1. 流体力学研究的对象是（）A. 固体B. 液体C. 气体D. 所有流体答案：D2. 下列哪个物理量表示流体的密度？（）A. 质量分数B. 体积分数C. 密度D. 比重答案：C3. 流体静力学的基本方程是（）A. 伯努利方程B. 连续性方程C. 纳维-斯托克斯方程D. 流体静力学方程答案：D4. 在理想流体中，流速与压强的关系符合（）A. 伯努利方程B. 连续性方程C. 纳维-斯托克斯方程D. 流体静力学方程答案：A5. 流体的粘性系数与温度的关系是（）A. 正比B. 反比C. 无关D. 随温度升高而减小答案：A二、填空题1. 流体的连续性方程表示流体在运动过程中，______保持不变。
答案：质量2. 流体的粘性系数与流体的______和______有关。
答案：温度、压力3. 在伯努利方程中，流速与压强的关系为：流速越大的位置，______越小。
答案：压强4. 流体力学中的雷诺数是用来判断流体流动的______。
答案：稳定性5. 流体的密度与流体的______和______有关。
答案：温度、压力三、判断题1. 流体力学是研究流体运动和平衡的科学。
（）答案：正确2. 理想流体是指粘性系数为零的流体。
（）答案：正确3. 流体的粘性系数随温度的升高而减小。
（）答案：错误（应为随温度的升高而增大）4. 在伯努利方程中，流速与压强的关系是：流速越大的位置，压强越小。
（）答案：正确5. 流体的连续性方程表示流体在运动过程中，质量保持不变。
（）答案：正确四、计算题1. 已知一流体的密度为ρ=800 kg/m³，流速为v=10 m/s，求该流体的压强。
答案：根据伯努利方程，流速与压强的关系为：P1 + 0.5ρv₁² = P2 + 0.5ρv₂²。
由于流速v1和v2相等，因此P1 = P2。
所以，该流体的压强为P =0.5ρv² = 0.5 * 800 * 10² = 40000 Pa。
传热学试卷2006-2007,2005-2006及答案.
(3)板1的反射辐射 (4)板1的有效辐射 (5)板2的有效辐射
四、分析简答(每题5分，共25分)
1、答：肋片表面上的换热热阻元大于肋片厚度方向的导热热阻，故截面上肋片温度可认为是均匀的，此时两个侧面并不是计算区域，故把其上的换热折算成整个截面上的体积热源。
2、
3、 4、
5、带有小孔的温度均匀的空腔就是黑体模型。就辐射特性而言，小孔具有和黑体表面一样的性质，制造空腔材料本身的吸收比的大小对黑体模型没有影响。在这样的等温空腔内部，辐射是均匀而各向同性的，空腔内表面的辐射就是同温度下黑体的辐射，不管空腔壁面自身的辐射特性如何。
2、定性温度
3、(2)“3”为绝热腔时： 间的等效热阻为
( )
标准答案和评分标准制定人：张丽徽2010年6月21日
任课教师：张丽徽2010年6月21日
系（教研室）主任：年月日
非正规状况阶段：在非稳态导热的此阶段中，物体的温度分布主要受初始温度分布的控制。
入口段：流体从大空间进入一根圆管时，流动边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。
黑体：吸收比为1的物体。
二、判断正误(每题2分，共14分)
1、F 2、T 3、F 4、T 5、2、3.03mm 3、 ，节点44
标准答案和评分标准
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一、名词解释(每题4分，共20分)
传热系数：冷热流体间温差1℃，传热面积为1㎡时的热流量的值。
接触热阻：两固体表面实际的接触仅仅发生在离散的面积元上，未接触的界面之间常常充满了空气，热量以导热的方式穿过这种气隙层。此种情况与两固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。
五、计算题(26分)
流体力学A卷参考答案
流体力学A卷参考答案一、简要回答(共32分,每小题4分)1．定常流动答：各空间点处质点的运动要素不随时间变化的流动。
2.表面力答：表面力是作用在流体表面或截面上且与作用面的面积成正比的力，表面力包括压应力和切应力。
3. 量纲答：量纲表征物理量性质和类别的标志，是物理量的质的特征,也称为因次。
4. 流线答：流场中人为做出的光滑曲线，在同一瞬时其上每点的切线与该点的速度矢量重合。
（流线具有瞬时性）5. 缓变流答：缓变流—流线为近似平行直线的流动或曲率半径很大处的流动。
6. 层流答：各层流体质点互不干扰混杂、有秩序地一层层的流动。
这种流动称为“层流”。
7. 水力光滑管答：当δ管的粗糙度层流底层厚度时，管壁的凹凸部分完全淹没在层流中，流体的∆<紊流核区不直接与管壁接触，∆对液体紊流无影响。
由于层流边层的存在，∆对层流阻力有一定影响，这种管称水力光滑管。
8. 力学相似答：力学相似——实物流动与模型流动在对应点上的对应（同名）物理量都应该具有固定的比例关系。
力学相似的3个条件是：几何相似、运动相似、动力相似。
二、雷诺数Re有什么物理意义？它为什么能起到判别流态的作用？（10分）答：雷诺数的物理意义是流体运动时所受到的惯性力与粘性力之比。
（3分）层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的摩擦阻力；紊流则有大小不等的涡流动荡于各流层之间，除了粘性阻力，还存在着由于质点掺混、互相碰撞所造成的惯性阻力。
（4分）层流受扰动后，当粘性力的稳定作用起主导作用时，扰动就受到粘性的阻滞而衰减下来，层流趋于稳定。
当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动作用衰减下来，于是流动便变为紊流。
因此，流动呈现什么状态，取决于扰动的惯性力作用和粘性的稳定作用相互制约的结果。
雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力和粘性力的对比关系，是一个无量纲的纯数。
因此，当圆管中流体流动的雷诺数小于2320时，其粘性起主导作用，层流稳定。
流体力学课后习题答案
第一章习题答案选择题（单选题）1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ）（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
1.2 作用于流体的质量力包括：（c ）（a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。
1.3 单位质量力的国际单位是：（d ）（a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。
1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ）（a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。
1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ）（a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。
1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ）（a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ⋅。
1.7 无黏性流体的特征是：（c ）（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p=ρ。
1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ）（a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。
1.9 水的密度为10003kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解： 10000.0022m V ρ==⨯=（kg ）29.80719.614G mg ==⨯=（N ）答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。
1.10 体积为0.53m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807899.3580.5m G g V V ρ====（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。
1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ⋅，其密度为8503/kg m ，试求其运动黏度。
流体力学习题及答案
第一章 绪论1-1 连续介质假设的条件是什么？答：所研究问题中物体的特征尺度L ，远远大于流体分子的平均自由行程l ，即l/L<<1。
1-2 设稀薄气体的分子自由行程是几米的数量级，问下列二种情况连续介质假设是否成立？ （1）人造卫星在飞离大气层进入稀薄气体层时； （2）假象地球在这样的稀薄气体中运动时。
答：（1）不成立。
（2）成立。
1-3 粘性流体在静止时有没有切应力？理想流体在运动时有没有切应力？静止流体没有粘性吗？ 答：（1）由于0=dy dv ，因此0==dydvμτ，没有剪切应力。
（2）对于理想流体，由于粘性系数0=μ，因此0==dydvμτ，没有剪切应力。
（3）粘性是流体的根本属性。
只是在静止流体中，由于流场的速度为0，流体的粘性没有表现出来。
1-4 在水池和风洞中进行船模试验时，需要测定由下式定义的无因次数（雷诺数）νUL=Re ，其中U 为试验速度，L 为船模长度，ν为流体的运动粘性系数。
如果s m U /20=，m L 4=，温度由C ︒10增到C ︒40时，分别计算在水池和风洞中试验时的Re 数。
（C ︒10时水和空气的运动粘性系数为410013.0-⨯和410014.0-⨯，C ︒40时水和空气的运动粘性系数为4100075.0-⨯和410179.0-⨯）。
答：C ︒10时水的Re 为：()()72410154.6/10013.04)/(20Re ⨯=⨯⨯==-sm m s m ULν。
C ︒10时空气的Re 为：()()72410714.5/10014.04)/(20Re ⨯=⨯⨯==-sm m s m ULν。
C ︒40时水的Re 为：()()82410067.1/100075.04)/(20Re ⨯=⨯⨯==-sm m s m ULν。
C ︒40时空气的Re 为：()()62410469.4/10179.04)/(20Re ⨯=⨯⨯==-sm m s m ULν。
流体力学与传热习题参考解答(英文)(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg?2222112f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ++-+U 1=012P =P10Z =W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ∆=-=-=2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm?22112212f U UZ g+W Z g+h 22ρρP P ++=++10P =5422200P x1.013x10 2.67x10N /m 760=-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg =22V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*.1Z 0=2Z 15=422.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002=-+++=N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ==3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation: h f =6.5U 2where U is the velocity in the pipe, find a. water velocity at section A-A'. b. water flow rate, in m 3 /h.22112212f U UZ g+Z g+h 22ρρP P +=++1U 0=12P =P1Z 6m =2Z 0=2f h 6.5U=22U 6x9.81 6.5U 2=+U 2.9m/s = 23V=UA=2.94x01x360082m /h =π/.4. Water passes through the variable pipe. The velocity in the small pipe is 2.5 m/s. The vertical glass tubes are inserted respectively at the section A and B to measure thepressure (see fig.) If the friction loss between two section is 15 J/kg, what is the water column difference between two glass tubes? By the way, draw the relative liquid column height of two tubes in the Fig.a ab b U A U A =2b U 2.5*(33/47)1.23m /s ==22aa b b a b f U U Z g+Z g+h 22ρρP P +=++a b Z =Z22abb a f U U h 22ρρP P -=-+221.23/2 2.5/21512.63=-+= a b P P R g ρ-=∆ 3312.63R=1.29x10m 9.8x10-∆=5. A centrifugal pump takes brine (density 1180 kg/m 3 , viscosity 1.2 cp) from the bottom of a supply tank and delivers it into another tank. The line between the tanks is 300 m of 25 mm diameter pipe (inner diameter). The flow rate is 2 m 3 /h. In this line, there are two gate valves, four elbows (90o ) and one return bend, what is the friction loss if the roughness of pipe is 0.025 mm?22f fst flocalU U h h h 4f k d 22l ∑=+=+∑31180kg /m ρ=300m, d=0.025m l =3-3v 2m /h =1.2cp=1.2x10Pa.s μ=k=0.025mm k/d=0.025/25=0.001c l r k =0.4 k =1 k =2x0.07=0.14 el re k 4x0.75 3 k 1.5-2.2===2u v /A 2/(3600x /4x0.025)1.13m /s π===4u dRe 2.78x10ρμ==f 0.063=2f 2h 4x0.0063x300/0.025x1.13/2+(0.4+1+2x0.07+4x0.7+1.5)x1.13/2 =197.86J/kg∑=6. The orifice meter (diameter of orifice 0.0001 m) is installed for measuring the flow rate. The indicating liquid of orifice is mercury if U shape pressure gauge reading is 0.6 meter and orifice coefficient can be taken as 0.61, what is the flow rate of water?0o o2gR()u c ρρρ-=20o 02gx0.6x(136001000)V u s 0.61x /4x0.0001x1000π-==835.8x10m /s -=7. Water flows through a pipe with a diameter di 100 mm as shown in figure.a. when the valve is closed, R is 600 mm and h equals 1500 mm. While the valve opens partially, R=400 mm and h=1400 mm, f=0.00625 (Finning factor) and k c =0.5 (contraction coefficient), what is the flow rate of water, in m 3 /h?b. If the valve opens fully, what is the pressure of section 2-2', in N/m 2 ? The equivalent length of the valve is 1.5 m and the Fanning factor f keeps the same?(ρH2O =1000kg/m 3, ρHg =13600kg/m 3)(1) the valve opens partially ,for selection 1-1’ and 2-2’ , we have22112212f 1-2u u gZ gZ h 22ρρP P ++=+++2212Hg H o 0 g(R h)39630N/m ρρP =P =-=2212f1-2c u u u 0 Z =0 h 4f +k 2.13ud 22===lWe can get Z1 from the valve closed21Hg H O h=1.5m R=0.6m Z gR/h 6.66m ρρ=-=229.81x6.66u /2 2.13u 39630/1000=++23h u=3.13m/s V 3600x /4x0.1x3.1388.5m /h π==(2) when the valve opens fully, for section 1-1’ and 3-3’, we have 22331113f1-3u u gZ gZ h 22ρρP P ++=+++311Z 0 Z 6.66m u =0==22e f1-3c u 3.1.5h (4f k )(4x0.00625x +0.5) 4.81ud 20.01l l ++=+==229.81x6.66u /2 4.81u =+ u 3.51m/s =For section 1-1’ and 2-2’22112212f1-2u u gZ gZ h 22ρρP P ++=+++112120 Z 6.66 Z 0 u 0 u 3.51P =====22f1-2c l u h (4f k )(4x0.00625x15/0.10.5)3.51/226.2J /kg d 2=+=+=22229.81x6.66 3.15/226.2N 32970m ρP=++P =8. The rotameter is installed to measure the water flow rate, as shown in figure. If the total length including equivalent length of pipeline A is 10 m and the reading of rotameter is 2.72 m 3 /h, what is the flow rate for pipeline B? (f A =0.0075, f B =0.0045)For parallel pipe linefA fB total A B 22A fAA 2A h h V V +V u (l+le) 2.72h 4f 4x0.0075x10/0.053/2()d 23600x /4x0.053π∑=∑=∑∑== 0.333J /kg =22B fB B B B 23B B B B u (l+le)h 4f 4x0.0045x2/0.3/2xu 0.333d 2u 2.36m /s V =u A 2.36x /4x0.23600m /hπ∑∑======10. A flat furnace wall is constructed of 120 mm layer of sil-o-cel brick, with a thermal conductivity 0.08 w/(m o C), backed by a 150 mm of common brick, of conductivity 0.8 w/(m o C), the temperature of inner face of the wall is 1400 o , and that of the outer face is 200o C.a. What is the heat loss through the wall in w per square meter.b. To reduce the heat loss to 600 w/m 2 by adding a layer of cork with k 0.2 w/(m o C) on the outside of common brick, how many meters of cork are requied? a.2Q t 1400200711N /m 11L R 0.080.80.120.15∑∆-===∑+b. 600=(1400-200)/(0.12/0.08+0.15/0.8+x/0.2) x=0.0625m13. Air at the normal pressure passes through the pipe (d i 20 mm) and is heated from 20o C to 100o C. What is the film heat transfer coefficient between the air and pipe wall if the average velocity of air is 10 m/s? The properties of air at 60 o C are as follows:density 1.06 kg/m 3 , viscosity 0.02 cp, conductivity 0.0289 w/(m o C), and heat capacity 1 kJ/kg-K443u d10x0.02x1.06 Re=1.06x10100.02x10ρμ-==> 12T +T 20100T=6022+==℃ 0.141ωμμ⎛⎫= ⎪⎝⎭10000.020.0010.6920.0289p c x x k μ==Pr=()()0.81/3081/34Nu 0027Re Pr0.027x 1.06x10x 0.69239.66==.=.()2i ii h d 39.66 h 39.66x0.0289/0.02=57.22w/m .k k==14. A hot fluid with a mass flow rate 2250 kg/h passes through a ∅25x2.5 mm tube. The physical properties of fluid are as follows:k=0.5 w/(m o C), C p =4 kJ/kg-K, viscosity 10-3 N-s/m 2 , density 1000 kg/m 3 Find:a. Heat transfer film coefficient h i , in w/(m 2 -K).b. If the flow rate decreases to 1125 kg/h and other conditions are the same, what is the h i ?c. If the diameter of tube (inside diameter) decreases to 10 mm, and the velocity u keeps the same as that of case a, calculate h i .d. When the average temperature of fluid and quantity of heat flow per meter of tube are 40 o C and 400 w/m, respectively, what is the average temperature of pipe wall for case a?e. From this problem, in order to increase the heat transfer film coefficient and enhance heat transfer, what kinds of methods can you use and which is better, explain?Hint: for laminar flow, Nu=1.86[Re Pr]1/3for turbulent flow Nu=0.023Re 0.8 Pr 1/3 (1)444N 2250x4u d Gd d 3600x x0.02Re 3.98x10100.001ρππμμμ=====>()()1/30.8081/3424Nu 0023Re Pr 0.023x 3.98x10220.10.5Nuk 220.1x0.5hi 5500w /m k d 0.02⎛⎫== ⎪⎝⎭===.=.(2)12w 2w =4421Re Re /2=2x1010=>0.80.82211Nu Re 0.5Nu Re ⎛⎫== ⎪⎝⎭0.8i2i1h 0.5h = ()0.82i2h 5500x0.53159w /m k ==(3) 44333u d 2000x0.01Re 2x10100.001ρμ===>0.81/3Nu 0.023Re Pr =()2hi=6347w/m k(4)i i w w Q=h A (t-t )=400=500x2x0.02(t-t )πw t=40t 39.41=℃ ℃(5) there methods : increase u or hi or decrease d The first is better15. In a double pipe exchange (Φ23x2 mm), the cold fluid (Cp=1 kJ/kg, flow rate 500 kg/h) passes through the pipe and the hot fluid goes through the outside. The inlet and outlet temperatures of cold fluid are 20 and 80 o , and the inlet and outlet temperatures of hot fluid are 150 and 90o , respectively. The h i (film coefficient inside pipe) is 700 w/(m 2 o C)and overall heat transfer coefficient U o (based on the outside surface of pipe) is 300w/(m 2 o C), respectively. If the heat loss is ignored and the conductivity of pipe wall (steel) is taken as 45 w/(m o C), find: (1) heat transfer film coefficient outside the pipe h o ?(2) the pipe length required for counter flow, in m?(3) what is the pipe length required if the heating medium changes to saturatedvapor(140 o C) and it condenses to saturated liquid and other conditions keep unchanged?(4) When the exchanger is used for a year, it is found that it cannot meet the need of production (the outlet temperature of cold fluid cannot reach 80 o C), explain why? (a)0m o 0i i m d l d 111230.002x23h Vo h d kd 300700x1945x21⎛⎫=-+=-- ⎪⎝⎭ 1/h0=1/U0-(do/hidi+bdo/kdm)=1/300-23/700*19-0.002*23/45*21 ()20h 642.9w/m k =12t +t LMTD=702∆∆℃=Q=UoAo ∆Tm=mcCp(Tcb-Tca)300*2π*0.023*70L=500/3600*1000*(80-20)L=5.4m (c) 8020LMTD=86.514020ln14080-=--℃1122L t 70/86.5L t ∆==∆ 2L 0.81L1 4.4m == (d) scale is formed on the outside ,V 0 is decreased16. Water flows turbulently in the pipe of Φ25x2.5 mm shell tube exchanger. When the velocity of water u is 1 m/s, overall heat transfer coefficient Uo (based on the outer surface area of pipe) is 2115 w/(m 2 o C). If the u becomes 1.5 m/s and other conditions keep unchanged, Uo is 2660 w/( m 2 o C ). What is the film coefficient ho outside the pipe? (Heat resistances of pipe wall and scale are ignored)oi h h Uo 111+= (1)o i o h h U 1'1'1+= (2) (1)-(2)=0.80.80.80.81211111121152660u C u C 1C 1.5C-=-=-C=2859 io h Uo h 111-= ho=8127W/(m2K)17. Water and oil pass parallelly through an exchanger which is 1 m long. The inlet andoutlet temperatures of water are 15 and 40 o C, and those of oil are 150 and 100 o C, respectively. If the outlet temperature of oil decreases to 80 o C, and the flow rates and physical properties and inlet temperatures of water and oil maintain the same, what is the pipe length of new exchanger? (Heat loss and pipe wall resistance are neglected) ()()h h 12c c 21m Q W C T -T W C t t VA t ==-=∆ ()()h h 12c c 21W C T -T 'W C t 't =- 2150100401515080t 15--=-- 2t 50=℃212m1112m2L T T 't 1508092.51.85L T T t 15010069.8-∆-===-∆- 2m1m2L 1.85m L1=1m t 92.5 t 69.8=∆=∆=18. Air which passes through the pipe in turbulent flow is heated from 20 to 80 o C. The saturated vapor at 116.3 o C condenses to saturated water outside the pipe. If air flow rate increases to 120% of the origin and inlet and outlet temperatures of air stay constant, what kind of method can you employ in order to do that? (Heat resistance of pipe wall and scale can be ignored))(111ca cb pc c m i i T T C m T A h -=∆=1Q)'(2212ca cb pc c m i T T C m T A h -=∆=2Q 128.012112i22.12.1h m m c c m i m T T m m T h T ∆∆===∆∆ )803.116/()203.116ln(20801---=∆m T)80/()20ln(20802---=∆h h m T T TTh=118.5oC19. Water flows through the pipe of a Φ25x2.5 mm shell-tube exchanger from 20 to 50 o C. The hot fluid (C p 1.9 kJ/kg o C, flow rate 1.25 kg/s) goes along the shell and the temperatures change from 80 to 30 o C. Film coefficients of water and hot fluid are0.85kw/(m 2 o C) and 1.7 kw/(m 2 o C). What is the overall heat transfer coefficient Uo and heat transfer area if the scale resistance can be ignored? (the conductivity of steel is 45w/(m o C).W=1.25Kg/s Cp=1.9Kj/kg ℃()()2h p 12Q W C T T 1.25x1.9x 80-30119Kw =-==m 3010t 30ln 10-∆= ()200m 00i i m 1V 472w/m k d l d 1h h d kd ++==32i 0m Q 119x10A 13.9m V t 472x18.2===∆20. A spherical particle (density 2650 kg/m 3) settles freely in air at 20 o C (density of air 1.205 kg/m 3 , viscosity 1x10-5 Pa.s). Calculate the maximum diameter of particle if the settle obeys the Stoke s’ Law?Re ≤1 ()2p t p D g U 18D ρρμμρP -== ()23p 18D g μρρρP =-()1/3-10p 18x10D 1.205x9.81x 2650-1.205⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭=3.85x10-521. A filter press(A=0.1 m 2 ) is used for filtering slurry. The vacuum inside the filter is 500 mm Hg. One liter filtrate can be got after filtering of 5 min and 0.6 more liter filtrate is obtained after 5 more min. How much filtrate will be got after filtering of 5 more min?for filter press 22e V 2VV =KA θ+5 min 22e 12V 0.1x5K +=(1)10min 22e 1.62x1.6V 0.1x10K +=(2)From (1) (2),we can see Ve=0.7 K=4815 min 22V 2x0.7V=48x0.1x15+ V=2.07m 3/h22. The following data are obtained for a filter press (A=0.0093 m 2) in a lab.------------------------------------------------------------------------------------------------pressure difference (kg f /cm 2 ) filtering time (s) filtrate volume (m 3 )1.05 502.27⨯10-3660 9.10⨯10-33.50 17.1 2.27⨯10-3233 9.10⨯10-3Find1) filtering constant K, q e , t e at pressure difference 1.05 kg f /cm 2 ?2) if the frame of filter is filled with the cake at 660 s, what is the end filtering rate (dV/dt)E at P 1.05 kg f /cm 2 ?3) compressible constant of cake s?For p=1.05Kg/cm 22e 2e 2e q 2qq K 0.002270.0002272x q 50K 0.00930.000930.000910.000912x q 660K 0.000930.00093θ+=⎛⎫+= ⎪⎝⎭⎛⎫+= ⎪⎝⎭ We can see K=0.015 qe=0.026For p=3.5Kg/cm 21-s K=2k ∆P 1-s K'=2k '∆P1s K 'K '-∆P ⎛⎫= ⎪∆P ⎝⎭ ()2E e V KA 2V+V d d θ⎛⎫= ⎪⎝⎭23. A slurry is filtered by a 0.1 m 2 filter press at constant pressure if the cake is incompressible. The filter basic equation is as follows:(q+10)2 = 250(t+ 0.4)where q---l/m 2 t----minfind (1) how much filtrate is got after 249.6 min?(2) if the pressure difference is double and the resistance of cake is constant, how much filtrate can be obtained after 249.6 min? (cake is imcompressible)（1）let θ=249.6 ()()2q+10250x 249.60.4=+q=240 V=qA=240*0.1=24 (2) K2k=∆P=∆P K'2k'∆P=∆P K'2K500'2==()()2q'+10500x249.60.4=+q’=343.6 v=34.36。
流体力学习题与参考答案
09流体力学习题1及参考答案一、单项选择题（共15分，每小题１分）1、下列各力中，属于质量力的是（ ）。
A ．离心力B ．摩擦力C ．压力D ．表面力2、下列关于流体粘性的说法中，不准确的说法是（ ）。
A ．粘性是实际流体的固有属性B ．构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力C ．流体粘性具有传递运动和阻碍运动的双重性D ．动力粘度与密度之比称为运动粘度3、在流体研究的欧拉法中，流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成，当地加速度反映（）。
A ．流体的压缩性B ．由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率C ．流体速度场的不稳定性D ．流体速度场的不均匀性4、重力场中流体的平衡微分方程为（ ）。
A ．gdz dp -=B ．gdz dp ρ=C ．dz dp ρ-=D ．gdz dp ρ-=5、无旋流动是指（ ）的流动。
A ．速度环量为零B ．迹线是直线C ．流线是直线D ．速度环量不为零6、压强的量纲[]p 是（ ）。
A .[]2-MLt B .[]21--t ML C .[]11--t ML D .[]1-MLt7、已知不可压缩流体的流速场为 则流动不属于（ ）。
A ．非均匀流B ．非稳定流动C ．稳定流动D ．三维流动8、动量方程的适用条件是( ) 。
0 ),,(),(⎪⎩⎪⎨⎧===w t z xf z y f u υinout QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑A．仅适用于理想流体作定常流动B．仅适用于粘性流体作定常流动C．适用于理想流体与粘性流体作定常或非定常流动D．适用于理想流体与粘性流体作定常流动9、在重力场中作稳定流动的系统，沿流动方向总水头线维持水平的条件是( ) 。
A．管道是水平放置的B．流体为不可压缩流体C．管道是等径管D．流体为不可压缩理想流体10、并联管道系统中,其各支管单位质量流体的能量损失（）。
A．不相等B．之和为总能量损失C．相等D．不确定11、边界层的基本特征之一是（）。