冶金传输原理-动量传输-第4章 试题库

第4章 流动状态及能量损失

【4-1】某送风平直管道，内径d=300mm,流量m in,/2.743m Q =风温

25=t ℃，试判断管中流动状态。

解 管中平均风速为

s m A Q v /5.173.04

14.3602

.742

=⨯==

查相关表得25℃时空气的运动粘度为,/1053.1526s m -⨯=ν管内气流的雷诺数为

230010375.310

53.153.05.17Re 5

6>⨯=⨯⨯===

-νμρdu du 故空气在管道中做湍流流动。

【4-2】 设矩形截面（1.0m ×1.5m ）的砖砌烟道，排除温度t=600℃的烟气量Q=35000m 3/h,烟道长L=10m,表面粗糙度mm 5=∆,烟气的运动粘度,/109.024s m -⨯=ν烟气600℃时的密度,/403.030m kg =ρ求摩擦阻力。

解 烟气的平均流速

s m u /48.63600

5.10.135000=⨯⨯= 烟道的当量直径

m S A d e 2.1)

5.10.1(2)

5.10.1(44=+⨯==

Re 为

湍流）

(86400109.02

.148.6Re 4

=⨯⨯=

=

-ν

e

ud 烟道的相对粗糙度

00417.01200

5==∆d 查图4.9得03.0=λ,代入达西公式——式（4.26），得

22

2/115.22

48.6403.02.11003.02m N u d l p =⨯⨯⨯==∆ρλ

【4-3】 管道直径d=100mm,输送水的流量,/01.03s m q v =水的运动粘度,/10126s m -⨯=ν求水在管中的流动状态。若输送s m /1014.124-⨯=ν的石油，保持前一种情况下的流速不变，流动又是什么状态？

解 （1）雷诺数ν

vd

=

Re

)/(27.11.014.301

.04422s m d q v v =⨯⨯==

π 23001027.11011.027.1Re 5

6

>⨯=⨯⨯=∴

- 故水在管道中是湍流状态。 （2） 230011141014.11

.027.1Re 4

<=⨯⨯=

=

-ν

vd

故油在管道中是层流状态。

【4-4】 圆管直径d=200mm,管长l =1000m,输送运动粘度

s cm /6.12=ν的石油，流量,/1443h m q v =试求沿程损失。

解 判别流动状态

23005.1587106.12

.027.1Re 4<=⨯⨯==

-νvd

为层流

式中

)/(27.12.014.33600144442

2s m d q v v =⨯⨯⨯==π

油柱）m g v d l g v d l h l (57.16806

.9227.12.010005.1587642Re 6422

22=⨯⨯⨯===λ

【4-5】 输送润滑油的管子直径d=8mm,管长l =15m,如图4-1所示。油的运动粘度,/101526s cm -⨯=ν流量,/123s cm q v =求油箱的水头h(不计局部损失

)

图4-1 润滑油管路

解 管中平均流速

)/(239.0008

.014.31012442

6

2s m d q v v =⨯⨯⨯==-π 雷诺数23005.12710

15008

.0239.0Re 6

<=⨯⨯=

=

-ν

vd

为层流 列截面1—1和2—2的伯努利方程

'2

22211202w a a h g

v g p g v g p h +++=++αραρ 认为油箱面积足够大，取,01=v 则

)

(75.2806

.92239

.0008.0155.12764086.92239.022Re 64222

22

2222'

222m g

v d l g v h g v h w =⨯⨯⨯+⨯⨯=

+

=+=αα

【4-6】 输送石油的管道长,5000m l =直径mm d 250=，粗糙度

19.0=∆的旧无缝钢管，通过的质量流量,/100h t q m =运动粘度在冬季

,/1009.124s m -⨯=冬ν夏季,/1036.024s m -⨯=夏ν若取密度,/8853m kg =ρ试求

沿程水头损失各为多少？

解 首先判别流动所处的区域。

体积流量 )/(99.112885

1010033

h m q q m

V =⨯=

=ρ 平均流速

)/(64.025.014.3360099.112442

2s m d q v v =⨯⨯⨯==

π 雷诺数 23009.14671009.125

.064.0Re 4

<=⨯⨯=

=-冬

冬νvd

为层流

23004.444410

36.025

.064.0Re 4

>=⨯⨯=

=

-夏

夏νvd 为紊流 需要进一步判别夏季石油在管道中的流动状态处于湍流哪个区域。

4.444499082)19

.0125(

6.59)/6.597

878>==∆r （ 即99082Re 4000<<夏，流动处于湍流光滑管区。 沿程水头损失

冬季 )(2.1881

.9264.025.050009.14676422

2石油柱m g v d l h l =⨯⨯⨯==λ

由于夏季石油在管道中流动状态处于湍流光滑管区，故沿程阻力系数用布拉休斯公式计算，即

0388.04

.44443164

.0Re 3164.025

.025.0===

λ 夏季

)(2.1681

.9264.025.050000388.022

2石油柱m g v d l h l =⨯⨯⨯==λ