第一章
1-2
流体流动与输送
某油水分离池液面上方为常压,混合液中油(o)与水(w)的体积比为 5:1,油
的密度为ρ0 = 830kgm-3,水的密度为ρ = 1000kgm-3.池的液位计读数 hc=1.1m.试求混合液 分层的油水界面高 hw 和液面总高度(hw + ho). 1-4 如图所示,在流化床反应器上装有两个 U 型水银压差计,测得 R1 = 420mm,R2 = 45mm,为防止水银蒸汽扩散,于 U 型管通大气一端加一段水,其高度 R3 = 40mm.试求 A, B 两处的表压强. 在扩大两侧装 1-5 为测量直径由 d1= 40mm 到 d2= 80mm 的突然扩大的局部阻力系数, 一 U 型压差计,指示液为 CCl4, ρ CCl4 = 1600kg m 3 .当水的流量为 2.78×10-3m3s-1 时,压 差计读数 R 为 165mm,如图所示.忽略两侧压口间的直管阻力,试求局部阻力系数. 1-6 如图所示于异径水平管段两截面间连一倒置 U 型管压差计,粗, 细管的直径分别为 60×3.5mm 与42×3mm.当管内水的流量为 3kgs-1 时,U 型管压差计读数 R 为 100mm,试 求两截面间的压强差和压强降. 1-8 若管路的长度和流体流量不变,用加粗管径来减小阻力损失.讨论下面三种情况 下,当管径增大 30%时.阻力损失减少的百分比. (1) 流体在管内层流; (2) 流体在光滑管内湍流,Re =105; (3) 管内流动处于阻力平方区, λ = 0.11(ε/d)0.25 1-9 列管换热器的管束有 13 根25×2.5mm 的钢管组成.平均温度为 50℃的空气以 9ms-1 的速度在列管内流动,管内压强为 1.96×105Pa(表压),当地大气压为 9.87×104Pa, 标准状况下空气的密度ρ0 = 1.293kgm-3.试求换热器内: (1) 空气的质量流量; (2) 操作条件下空气的体积流量; (3) 换算为标准状况下的体积流量. 1-10 密度为 830kgm-3,粘度为 5×10-3Pas 的液体,在管径为20×2.5mm 的水平钢 管内输送,流速为 0.6 ms-1.试计算: (1) 雷诺准数; (2) 局部速度等于平均速度处距管轴的距离; (3) 流体流程为 15m 管长时压强降多少帕
1-11 采用如图所示装置测定 90°弯头的局部阻力系数,已知 AB 段直管总长 10m,管 径57×3.5mm,摩擦系数λ为 0.03,水箱水位恒定.测得 AB 两截面测压管的水柱高差△h = 0.45m,管内水的流量为 0.0023 m3s-1.求弯头的局部阻力系数ζ. 1-12 如图水流经扩大管段,管径 d1 = 100mm,d2 = 200mm,水在粗管内流速 u2 = 2.2 试确定水流经扩大管时水银压差计中哪一侧水银面高及压差计的读数. 压差计测压口 ms-1. 间距离 h =1.5m.计算时忽略水在管内流动的摩擦阻力. 1-13 某水泵的吸入口高出水池液面 3m,吸入管直径为 50mm(ε = 0.2mm) .管下端装 有一带滤水网的底阀(ξ=10), 底阀至真空表间的直管长 8m, 其间有一个 90°标准弯头(ξ=7.5). 试计算当吸输水量为 0.05m3s-1 时,泵吸入口处水银压差计读数为多少 mmHg 操作温度为 20℃.又问当泵的吸水量增加时,该真空表的读数是增大还是减小 (20℃时水的密度 ρ=998kgm-3,μ=1.005×10-3Pas) 1-15 附图所示为冷冻盐水循环系统.盐水密度为 1100kgm-3,循环量为 0.0125m3s-1. 管路的直径相同,盐水由 A 流径两个换热器而至 B 的能量损失为 98.1Jkg-1, 由 B 流至 A 的 能量损失为 49 Jkg-1,试计算: (1) 若泵的效率为 70%时,泵的轴功率为若干 kW. (2) 若 A 处的压强表读数为 2.5×105Pa 时,B 处的压强表读数为若干帕 1-16 如图所示用离心泵把 20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部,贮槽水位维持恒定,管 路的直径均为76×2.5mm.在操作条件下,泵入口处真空表读数为-2.47×104Pa;水流经 u . 泵前吸入管和泵后排出管的能量损失分别为∑hf,1=2u2 与∑hf,2=10u2, 为管内流速 (ms-1) .试求泵的有效功率. 排水管与喷头连接处的压强为 9.5×104Pa(表压) 1-17 某工业燃烧炉产生的烟气由烟囱排入大气.烟囱的直径为 2m,ε/d=0.0004.烟气 在烟囱内的平均温度为 200℃,在此温度下烟气的密度为 0.67kgm-3,粘度为 2.6×10-5Pas, 烟气流量为 22.2m3s-1.在烟囱高度范围内,外界大气的平均密度为 1.15kgm-3,设烟囱内底 部的压强低于地面大气压 196Pa,求此烟囱的高度 H. 1-18 附图所示为一测量气体的装置.在操作条件下,气体的密度为 0.5kgm-3,粘度为 0.02mPas,ab 管段内径为 10mm,阻力的当量长度为 10m,其他阻力忽略不计.假设气体 密度不变,当水封管中水上升高度 H = 42mm 时,求气体通过 ab 段的流速和流量. ,测量范围为 0.250～2.50 1-20 某测水的转子流量计,转子为不锈钢(ρ钢 = 7920kgm-3) ,保持形状,大小不变,用来测水和乙醇(ρ m3h-1.如将转子改为硬铅(ρ铅 = 10670kgm-3)
乙醇
= 789kgm-3) ,问转子流量计的测量范围各为多少
1-22 当流体在圆管内分别作层流和湍流流动时, 试问皮托管放在什么位置可直接测管中 的平均流速 若圆管内径为 300mm,皮托管安放位置离管壁的径向距离各为多少 mm 1-23 用一油泵以每小时 16m3 的流量将常压贮槽的石油产品送往表压强为 177kPa 的设
备内,设备的油品入口高于贮槽液面 5.5m.在操作条件下该油品的密度为 750 kgm-3,饱和 蒸汽压为 80kPa,吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为 1m 和 4m.泵的气蚀余量为 2.6m,试计算所需泵的扬程和泵的允许安装高度.若油泵位于液面以下 1m 处,问泵能否正 常工作 1-24 采用图示管路系统测定离心泵的气蚀余量.离心泵的吸入管内径为 84mm,压出管 内径为 52mm,在泵吸入口装有真空表,输出管路上装有孔板流量计,其孔径为 38mm.实 验结果如下:流量计的 U 型管压差计读数 R=750mmHg,吸入口真空度为 7.331×104Pa,此 时离心泵恰发生气蚀.设流量计孔流系数 C0 为 0.75,水温 20℃,pV = 2238Pa,大气压强 为 1.013×105Pa.试求测定流量下,该离心泵的最小气蚀余量△hmin.我国标准规定允许气蚀 余量△h 允= hmin+0.3.求△h 允.