《热工基础与设备》第02章-2nd作业-窑炉气体力学-2014春-答案

《热工过程与设备A》ch02-1st作业
一、问答题
1. 流体的粘度与哪些因素有关？它们随温度如何变化？为什么？
答：流体的粘度与流体的种类、流体的温度和外界压力有关；液体的黏度随温度的升高而降低，气体的黏度随温度的升高而增大；因为温度升高，液体分子之间的间距增大，分子间的作用力降低，使液体的黏度降低；对于气体，当温度升高时，分子间的热运动加剧，使其黏度增加。

2．理想流体的特征是什么？
答：理想流体的特征是其黏度等于零。

3．静止流体受到哪几种力的作用？
答：静止流体受到的作用力有：流体的静压力，流体的重力和液面的压力。

4．流体的压头和压力的意义有什么不同?
答：流体的压头和压力是两个不同的概念，流体的压头是指单位流体体积所具有的能量，而流体的压力是指作用在流体表面的流体静压力。

5．什么是流体静压力? 它有哪些特征?
答：流体静压力是指在相对静止的流体内部以及流体与固体壁面之间的垂直接触面的作用力。

其特征有：（ 1 ）在静止流体中，任一点的静压强在各个方向上大小相等；（ 2 ）流体静压强的方向沿着作用面的内法线方向。

6．什么是流体等压面？流体等压面的条件是什么？
答：等压面是压强相等的点所组成的平面。

等压面的条件有：（1 ）静止流体；（2 ）同种流体；（ 3 ）连续流体。

7．相对平衡的流体的等压面是否为水平面？为什么？什么条件下的水平面是等压面？
答：相对平衡的流体的等压面一定为水平面，根据静力学的基本方程式，同种流体只有在其深度相等时，其压强才能相等，故相对平衡流体的等压面一定为水平面。

当水平面满足（ 1 ）静止流体；（ 2 ）同种流体；（ 3 ）连续流体三个条件时，其水平面是等压面。

8．压力表和测压计上测得的压强是绝对压强还是相对压强？
答：压力表和测压计上测得的压强是相对压强。

9．什么是雷诺数? 如何根据雷诺数的大小来判断流体流态?
答：雷诺数是判断流体流动状态的一组无因次数群。

当雷诺数Re ＜2300 时，流体作层流流动；当雷诺数Re ＞4000 时，流体作紊流流动；当雷诺数2300 ＜Re ＜4000 时，流体作过渡流流动；
10．流体的层流和紊流各有什么特点? 它们的速度分布有什么规律?
答：流体在作层流流动时，流体质点作有规则的平行流动，质点间互不干扰混杂；其速度呈抛物线分布，平均流速为中心速度的1/2；流体在作紊流流动时，流体质点作无规则的流动，质点间相互碰撞相互混杂；其速度呈曲线分布，平均流速为0.82 ～0.85 倍的中心速度；
11．什么是稳定流动和非稳定流动? 试举例说明。

答：稳定流动是指流场中任意一点的流体物理参数均不随时间而变化的流动过程，如水从恒定水位水箱中的流出；非稳定流动是指流场中任意一点的流体物理参数均随时间而变化的流动过程，如水从非恒定水位水箱中的流出；
12．非圆形管道的当量直径应如何确定?
答：非圆形管道的当量直径等于4 倍的水力半径，其计算式为：
de ＝４×管道截面积/管道的润湿周长
不能用当量直径来计算流量或流速，否则要造成较大的技术误差。

二、计算题
1．某点的真空度为65000 Pa ，当地大气压为0.1MPa ，该点的绝对压强为多少？
解：绝对压强Ｐ＝0.1×106－65000 ＝35000 （Pa ）
2．某窑炉干烟气的组成如下( ％) ：CO217.6 ；O 2 2.6 ；N 279.8 ；
求：(1) 烟气的标况密度；(2) 烟气在等压下，温度为400 ℃时的密度。

解：（1 ）烟气的标况密度的计算：
查表得：ρ co2＝1.977 （kg/Bm 3 ），ρ o2 ＝1.429 （kg/Bm 3 ），ρ N2 ＝1.251 （kg/Bm 3 ）；
则烟气的标况密度为：1.977 × 17.6 ＋
ρ m ＝（ρ co2 ﹒ｘ1 ＋ρ o2 ﹒ｘ2 ＋ρ N2 ﹒ｘ3 ）
＝（1.977 × 17.6 ＋1.429 × 2.6 ＋1.251 × 79.8 ）
＝1.383 （kg/Bm 3 ）
(2) 烟气在等压下，温度为400 ℃时的密度：
据气体的密度随温度和压力的关系：ρ t ＝ρ 0 （）（）
∵＝ρ 0 ＝1.383 （kg/Bm 3 ），T 0 ＝273 （K ），T 0 ＝273 ＋400 ＝673 （K ）
∴ρ t ＝ρ 0 （）
＝1.383 ×＝0.561 （kg/m 3 ）
3．空气在0 ℃时的运动粘度为13.2×10 -6 m2 /s ，求空气在150 ℃时的动力粘度值。

（气体μ=μ0(273+C)/(T+c)(T/273)3/2, c=122）
解：据运动粘度与动力粘度的关系：ν ＝
∵ν ＝13.2×10 -6（m 2 /s ），ρ ＝1.293 （kg/Bm3）
∴0 ℃时的动力粘度＝＝×1.293
＝ 1.707 × 10 -5（Pa ﹒s ）
∵＝0 （）（）
∴150 ℃时的动力粘度＝1.707 × 10 -5（）（）
＝2.34× 10 -5（Pa ﹒s ）
4．一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m 处测压管高度为2.2m ，设当地大气压为 1 个工程大气压，则容器内绝对压强为几米水柱?
解：设容器内液面压强为P 0，则：
Pa ＋2.2 ＝P 0＋4.2
∴ P 0＝Pa －2.0
＝10 －2＝8（m）
5．如图所示, 在一个封闭的容器中，试比较同一水平面上的1 、2 、3 、4 、
5 各点压力的大小。

解：∵ 3 、 4 点在同一等压面上
∴ P 3＝P 4
∵ 2 点压强等于液面压强
∴ P 2＜P 4（P 3）
∵ P 2＝P 1＋ρ 1gΔh
∴ P １＜P ２
∵ 1 点上的液柱高度大于 5 点上的液柱高度
∴ P 5＜P 1
∴各点的压强大小为：P 3＝P 4＞P 2＞P 1＞P 5
6. 用皮托管测量某烟道的中心流速，皮托管的压差用微压计测量，内装比重为0.8的酒精，微压计的读数为4mm，烟气温度为300℃，密度ρ0＝1.31kg/m3。

求：（1）烟道中心流速；
（2）平均流速（假设气流呈层流状态）。

7.某厂建造一砖砌烟囱与一铁烟囱，两烟囱的高度均为40米，测得烟囱底部的烟气温度为300℃，周围空气温度20℃。

假定烟气密度等于空气密度，铁烟囱内的温降值为4℃/m，砖烟囱内的温降值为1.5℃/m，求：
（1）砖烟囱和铁烟囱所能造成的理论抽力
（2）如果要得到砖烟囱所造成的抽力，则铁烟囱的高度应为多高？。