流體流動(dòng)

一填空

(1)流體在圓形管道中作層流流動(dòng)，假如只將流速增長(zhǎng)一倍，則阻力

損失為本來(lái)的2倍:假如只將管徑增長(zhǎng)一倍而流速不變，則阻力

損失為本來(lái)的1/4倍。

(2)離心泵的特性曲線一般包括〃-0曲線、n-Q和

N-Q—曲線，這些曲線表達(dá)在一定轉(zhuǎn)速下,輸送某種特定的液

體時(shí)泵的性能。

(3)處在同一水平面的液體，維持等壓面的條件必須是靜止

的—、連通著的、同一種持續(xù)的液體。流體在管

內(nèi)流動(dòng)時(shí);如要測(cè)取管截面上的流速分布,應(yīng)選用」^流量計(jì)測(cè)量。

(4)假如流體為理想流體且無(wú)外加功的狀況下，寫(xiě)出：

單位質(zhì)量流體的機(jī)械能衡算式為E=Z+￡+2=常數(shù)

2gpg

單位重量流體的機(jī)械能衡算式為

E=pgz++〃=常數(shù);

單位體積流體的機(jī)械能衡算式為

E=Z+^+2=常數(shù)；

2gpg

(5)有外加能量時(shí)以單位體積流體為基準(zhǔn)的實(shí)際流體柏努利方程為

Z1Pg+(U|2P/2)+Dl+WsP=Z2Pg+(血2P/2)+p2+PXh「各項(xiàng)單

位為Pa(N/m2)。

(6)氣體的粘度隨溫度升高而增長(zhǎng)，水的粘度隨溫度升高而

減少。

(7)流體在變徑管中作穩(wěn)定流動(dòng)，在管徑縮小的地方其靜壓能減

⑻流體流動(dòng)的持續(xù)性方程是一UAPLU2Ap2...................................uA

JP;合用于圓形直管的不可壓縮流體流動(dòng)的

持續(xù)性方程為uMj="也2................cl?o

(9)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?45mmHg測(cè)得一容器內(nèi)的絕對(duì)壓強(qiáng)為350mmHg,則

真空度為395mnHg。測(cè)得另一容器內(nèi)的表壓強(qiáng)為1360

mmHg,則其絕對(duì)壓強(qiáng)為2105mmHg。

(10)并聯(lián)管路中各管段壓強(qiáng)降相等；管子長(zhǎng)、直徑小的管

段通過(guò)的流量.小。

(11)測(cè)流體流量時(shí)，隨流量增長(zhǎng)孔板流量計(jì)兩側(cè)壓差值將_增

長(zhǎng)_______，若改用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，隨流量增長(zhǎng)轉(zhuǎn)子兩側(cè)壓差值將_丕

___________o

(12)離心泵的軸封裝置重要有兩種：填料密封和機(jī)械密封。

(13)離心通風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓是指靜風(fēng)壓與動(dòng)風(fēng)壓之和，其單位

為Pa°

(14)若被輸送的流體粘度增高，則離心泵的壓頭/蚯，流量減小,

效率減少,軸功率增長(zhǎng)。

降塵室的生產(chǎn)能力只與沉降面積和顆粒沉降速度有關(guān),而與

高度無(wú)關(guān)。

(15)分離原因的定義式為

(16)已知旋風(fēng)分離器的平均旋轉(zhuǎn)半徑為0.5m,氣體的切向進(jìn)口速

度為20m/s,則該分離器的分離因數(shù)為800/9.8。

(17)板框過(guò)濾機(jī)的洗滌速率為最終過(guò)濾速率的1/4o

(18)在滯流區(qū)，顆粒的沉降速度與顆粒直徑的2次方成正

比，在湍流區(qū)顆粒的沉降速度與顆粒直徑的0.5次方成正比。

二選擇

1流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，如要測(cè)取管截面上的流速分布，應(yīng)選用_A—

流量計(jì)測(cè)量。

A皮托管B孔板流量計(jì)C文丘里流量計(jì)D轉(zhuǎn)子流量

計(jì)

2離心泵開(kāi)動(dòng)此前必須充斥液體是為了防止發(fā)生A。

A氣縛現(xiàn)象B汽蝕現(xiàn)象C汽化現(xiàn)象D氣出現(xiàn)

象

3離心泵的調(diào)整周開(kāi)大時(shí)，B

A吸入管路阻力損失不變B泵出口的壓力減小

C泵入口的真空度減小D泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程升高

4水由敞口恒液位的高位槽通過(guò)一管道流向壓力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)

管道上的閥門(mén)開(kāi)度減小后，管道總阻力損失C。

A增大B減小C不變D不能判斷

5流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力損失hf所損失的是機(jī)械能中的C項(xiàng)。

A動(dòng)能B位能C靜壓能D總機(jī)械

能

6在完全湍流時(shí)（阻力平方區(qū)），粗糙管的摩擦系數(shù)入數(shù)值C

A與光滑管同樣B只取決于ReC取決于相對(duì)粗糙度

D與粗糙度無(wú)關(guān)

7孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)C。當(dāng)Re增大時(shí)，其值一B。

A總在增大B先減小，后保持為定值C總在減小D不

定

8已知列管換熱器外殼內(nèi)徑為600mm,殼內(nèi)裝有269根（|）25X2.5mm

的換熱管，每小時(shí)有5X10'kg的溶液在管束外側(cè)流過(guò)，溶液密度為

810kg/m3,粘度為1.91Xl（）7pa?s,則溶液在管束外流過(guò)時(shí)的流型

為A。

A層流B湍流C過(guò)渡流D

無(wú)法確定

9某離心泵運(yùn)行一年后發(fā)既有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)」。

A停泵，向泵內(nèi)灌液B減少泵的安裝高度

C檢查進(jìn)口管路與否有泄漏現(xiàn)象D檢查出口管路阻力與

否過(guò)大

10某液體在內(nèi)徑為d。的水平管路中穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為u。，當(dāng)

它以相似的體積流量通過(guò)等長(zhǎng)的內(nèi)徑為cUcL=d°/2）的管子時(shí)，若流體

為層流，則壓降A(chǔ)D為本來(lái)的C倍。

A4B8C16D32

三計(jì)算

1為測(cè)量腐蝕性液體貯槽中的存液量，采用圖示的裝置。測(cè)量時(shí)通

入壓縮空氣，控制調(diào)整閥使空氣緩慢地鼓泡通過(guò)觀測(cè)瓶。今測(cè)得U

形壓差計(jì)讀數(shù)為R=130mm,通氣管距貯槽底面h=20cm,貯槽直徑為

2m,液體密度為980kg/m3。試求貯槽內(nèi)液體的貯存量為多少噸?

解：由題意得：R=130mm,h=20cm，D=2m,p=980kg/nr,

PH&=13600kg/nr

(1)管道內(nèi)空氣緩慢鼓泡u=0,可用靜力學(xué)原理求解。觀測(cè)瓶壓縮空氣

(2)空氣的「很小，忽視空氣柱的影響oixn一

*>-Hpg=Rpag

〃二..R=曳99_XO.13=1.8〃71

p980

H

,\W=^D2(H+h)p

/h

=0.785x22x(1.8+0.2)x980=6.15(噸)

2測(cè)量氣體的微小壓強(qiáng)差，可用附圖所示的雙液杯式微差壓計(jì)。兩

杯中放有密度為0的液體，U形管下部指示液密度為0，管與杯的直

徑之比d/D。試證氣罐中的壓強(qiáng)〃8可用下式計(jì)算:

PB=Pu-hglp?-pj-hgpi*

證明：作1-1等壓面，由靜力學(xué)方程得:

2+hp、g=PB+bhp\g+hp2g(1)

A冗f冗

丁△1〃一￡)-=h—d~

44

?3=哈代入⑴式得:

2

2+g=心+〃江■夕送+hp2g

即分=乙一hg(p2-pl)g-hgpl今

3運(yùn)用流體平衡的一般體現(xiàn)式如二p(X公+%)，+Zdz)推導(dǎo)大氣壓p與

海拔高度h之間的關(guān)系。設(shè)海平面處的大氣壓強(qiáng)為〃.，大氣可視作等

溫的理想氣體。

解：大氣層僅考慮重力，因此：

X=(),Y=(),Z=-g,dz=dh

dp=-p^dh又理想氣體p=端

其中M為氣體平均分子量，R為氣體通用常數(shù)。

,pM..

「?dP=一而8此

磬=嚕1>

積分整頓得P=P,exp[

4如圖所示，用泵將水從貯

槽送至敞口高位槽，兩槽液面

均恒定不變，輸送管路尺寸為

(|)83X3.5mm,泵的進(jìn)出口管道

上分別安裝有真空表和壓力

表，真空表安裝位置離貯槽的

水面高度以為4.8m,壓力表安裝位置離貯槽的水面高度乩為5m。當(dāng)

輸水量為36n?/h時(shí)，進(jìn)水管道所有阻力損失為1.96J/kg,出水管道

所有阻力損失為4.9J/kg,壓力表讀數(shù)為2.452Xl（）5pa,泵的效率為

70%,水的密度p為1000kg/nA試求：

（1）兩槽液面的高度差H為多少？

（2）泵所需的實(shí)際功率為多少kW?

（3）真空表的讀數(shù)為多少kgf/cm??

解：（1）兩槽液面的高度差H

在壓力表所在截面2-2'與高位槽液面3-3'間列柏努利方程，以

貯槽液面為基準(zhǔn)水平面，得：

初2II—='EA/.2-3

2P2P

其中，E"/,2-3=4.9J/Zg,U：i=0,P3=0,

Pz=2.452XIffPa,H2=5mfu2=Vs/A=2.2O5rn/s

5+2+2.452”巴—

代入上式得:

2x9.811000x9.8I9.81

（2）泵所需的實(shí)際功率

在貯槽液面0-0'與高位槽液面3-3'間列柏努利方程，以貯槽液面

為基準(zhǔn)水平面，有:

g/+凈爭(zhēng)W”gH吟+骨

其中,Z%,o.3=6.864.9J/kg,u2=u：｛=0,p2=p；）=0,H滬0,

H=29.4m

代入方程求得收298."=薪1。。。…/s

故N,=叱xW,=2986.4卬，Q=70%,N="=4.27kw

（3）真空表的讀數(shù)

在貯槽液面0-0'與真空表截面1T'間列柏努利方程，有:

g"。+爭(zhēng)爭(zhēng)"g，十會(huì)胃口加

其中，Z〃/,o_i=1.96J/kg,Ho=O,Uo=O,po=O,H1=4.8m,

u尸2.2O5m/s

22O52

p,=-1000(9.81x4.8+-——+1.96)=-5.15xl()4Pa

代入上式得,

=-0.525奴"cm2

5兩敞口貯槽的底部在同一水平面上，其間由一內(nèi)徑75mm

長(zhǎng)200m的水平管和局部阻力系數(shù)為0.17的全開(kāi)中閥彼卜匕相

連，一貯槽直徑為7m,盛水深7m,另一貯槽直專(zhuān)為

水深3m,若將閘閥全開(kāi)，問(wèn)大罐內(nèi)水平將到6m時(shí)，需多長(zhǎng)

時(shí)間？設(shè)管道的流體摩擦系數(shù)2=0.02。

解：在任一時(shí)間t內(nèi)，大罐水深為H,小罐水深為h

大罐截面積二工乃x72=38.465〃/,

4

小罐截面積二」乃x5?=19.625川，

4

當(dāng)大罐水面下降到H時(shí)所排出的體積為：

匕=(7-77)x38.465,

這時(shí)小罐水面上升高度為X；

因止匕工=38.465(7-77)/19.625=13.72-1.96/7

而/2=A+3=16.72-1.96//

在大貯槽液面1T'與小貯槽液面2-2'間列柏努利方程，并以底面

為基準(zhǔn)水平面，有:

+￡正+

Z1+—+—=

2gpg2gpg

u

其中\(zhòng)=w2=0P|=p2=大氣壓，u為管中流速,

Zi=H,z2=16.72-1.967/

22

1u-200W,

=(g+2.一)——=(0.17+0.02x-----)——=2.727/

d2g0.0752g

代入方程得:

2.96"-16.72=2.727〃

2.9677-16.72

u--------------

V2.727

若在力時(shí)間內(nèi)水面從“下降H-dH,這時(shí)體積將變化為?38.465陰,

則:

￡(0.075)2,(2.96”—16.72)/2.72;di=—38.4654〃

-38.4654H_____________-8722.16r/H

0.785(0.075)2.7(2.96/7-16.72)/2.727-J1.085〃—6.131

(,6/5

1=-8711.16((1.08577-6.131)dH

=-8711.16x—!—x^—L/1.085H-6.131

1.0851-0.5L

-8711.16X-^―[V0.379-J1.464〕

1.085L」

=9543.4s

6用泵將2()℃水從敞口貯

槽送至表壓為1.5X105Pa的

密閉容器，兩槽液面均恒定

不變，各部分相對(duì)位置如圖

所不。輸送管路尺寸為村08

X4mm的無(wú)縫鋼管，吸入管

長(zhǎng)為20m,排出管長(zhǎng)為100m

(各段管長(zhǎng)均包括所有局部

阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)。當(dāng)閥門(mén)為

3/4開(kāi)度時(shí)，真空表讀數(shù)為

42700Pa,兩測(cè)壓口的垂直距離為0.5m,忽視兩測(cè)壓口之間的阻力,

摩擦系數(shù)可取為0.02。試求：

⑴閥門(mén)3/4開(kāi)度時(shí)管路的流量(n?/h)；

⑵壓強(qiáng)表讀數(shù)(Pa)；

⑶泵的壓頭(m)；

(4)若泵的軸功率為10kW,求泵的效率；

(5)若離心泵運(yùn)行一年后發(fā)既有氣縛現(xiàn)象，試分析其原因。

解：⑴閥門(mén)3/4開(kāi)度時(shí)管路的流量(m3/h)；

在貯槽液面0-0’與真空表所在截面17'間列柏努利方程。以0-0

'截面為基準(zhǔn)水平面，有：

zo+y-+-=zi+—+X/2r.o-i

2gpg2gpg-

Z+/

=/t,^.jfL,=Q.02x—x

其中,=0.204彳,

d2g0.12x9.81

zo=O,uo=O,po=O（表壓）,z尸3m,pF-42700Pa（表

壓）

代入上式,得:Ui=2.3m/s,Q--d2u=65〃///?

4

⑵壓強(qiáng)表讀數(shù)（Pa）；

在壓力表所在截面2-2'與容器液面3-3'間列柏努利方程。仍以0-0

'截面為基準(zhǔn)水平面，有:

22+y-+—=23+?+正+2力/.2-3

2Kpg2gpg

2

3.5-F—+—^—=16+0+15x10+0.02x1002.3

X

2g1000g1000xg0T2X9.81

解得，p2=3.23XlffPa（表壓）

（3）泵的壓頭（m）；

在真空表與壓力表所在截面間列柏努利方程.，可得,

/?2/?l3.23xl05+0.427xlO5八

H=（z,-z.）+~+Hf=0.5+---------------------+0

Pg1000x9.81

=37.8/7?

（4）泵的有效功率

NHQp37.8X65X1000,,,.

Ne=—土J=------------------=6.68Q7kw

1023600x102

故〃=Ne/N=66.87%

（5）若離心泵運(yùn)行一年后發(fā)既有氣縛現(xiàn)象，原因是進(jìn)口管有泄露。

7如圖所示輸水系統(tǒng)，已知管路總

長(zhǎng)度(包括所有當(dāng)量長(zhǎng)度，下同)為

100m,壓力表之后管路長(zhǎng)度為80m,

管路摩擦系數(shù)為0.03,管路內(nèi)徑為

0.05m,水的密度為1000kg/m3,泉的

效率為0.8,輸水量為15m3/ho求:

(1)整個(gè)管路的阻力損失，J/kg；(2)泵軸功率，kw；(3)壓力表

的讀數(shù)，Pao

解：(1)整個(gè)管路的阻力損失，J/kg；

由題意知,

=s

X0.052X-)

4

2J22

則Z=A?—?—=0.03xx=\35AJ/kg

乙/d20.05~T

(2)泵軸功率，kw；

在貯槽液面0-0'與高位槽液面bl'間列柏努利方程，以貯槽液面

為基準(zhǔn)水平面，有：

g"o+^+義■+W"g"+'+且+Z〃九07

2P2P

其中，Z%=135.1,/依，Uo=u尸0,p尸Po”表壓),Ho=OfH=20m

代入方程得：We=gH+^/?7.=9.81x20+135.1=331.3.//kg

又叱=ysZ?=-l|-x1000=4.17^/5

故Ne=WSxVV,=1381.5vv,Q=80%,N=*/=\727卬=\J21kw

8用泵將水從貯槽送至敞口高位

槽，兩槽液面均恒定不變，輸送管

路尺寸為。57義3.5門(mén)m,泵出口垂直

管段A、B截面上的測(cè)壓口有軟管與

兩支液柱壓差計(jì)相連，其上指不劑

水銀柱的讀數(shù)分別為R=40mm及.

=1200mmo右邊壓差計(jì)的左側(cè)指示劑

液面與截面A的垂直距離R〃

1000mm,右側(cè)開(kāi)口支管的水銀面A

上灌有一段R"=20mm的清水。A、B

兩截面間的管長(zhǎng)(即垂直距離)為

hAB二6m。管路中的摩擦系數(shù)為0.02oHR'

當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為1.0133X105Pa,取R

水的密度為1000kg/m3,水銀的密度

為13600kg/n?。試求：(1)截面A、t

B間的管路摩擦阻力損失Ehf.

J/kg；(2)水在管路中的流速u(mài),m/s；(3)截面B上的壓強(qiáng)PB,Pa；

(4)截面A上的壓強(qiáng)p,t,Pa。

解：(1)截面A、B間的管路摩擦阻力損失XhtAB,J/kg；

取截面A為上游截面，截面B為下游截面，并以截面A為基準(zhǔn)水平

面。在兩截面之間列柏努利方程式，即：

gZ—苧+?=(I)

則:

工勺加=(ZA-ZB)g+吟臉+呼(2)

其中：ZA-ZB-(0-6)--6m

〃八一〃8—Q

2~

(PA-P8)=hABPwg+R(Png-Pw)g

=6X1000X9.8+0.04(13600-1000)X9.8

=63800Pa

將諸值帶入(2)式，得：

=-6X9.8+63800:1000=4.94J/kg

(2)水在管路中的流速u(mài),m/s；

A、B之間的阻力損失與流速有關(guān)，可用如下公式表達(dá)：

￡%=*彳(3)

其中，l=6m,d=().()5m,A=0.02,-4.94J/kg,帶入(3)式：

4.94=0.02XJL_

0.05~

可得，"=2.029m/s

(3)截面B上的壓強(qiáng)PB,Pa；

在右邊壓差計(jì)的左側(cè)指示劑液面處作t-s等壓參照面，由流體靜

力學(xué)原理可知，Pt二Ps

則：

PH+（h,\B+H）Pwg-Pa+R"P?g+R'p班g

整頓得：PB=Pa+R"Qwg+R'。Hgg?GAB+H）Pwg

=LOI33X105+0.02X1000X9.81+1.2X13600X9.81-

（6+1）XI000X9.81

=193000Pa

（4）截面A上的壓強(qiáng)PA,Pa0

PA=PB+4PAB

二PB+IUBPWg

=193000-^6X1000X9.81

=256000Pa

9某石油化工廠每小時(shí)將40噸重油從地面油罐輸送到20m高處的

貯槽內(nèi)，輸油管路為＜M08X4mm的鋼管，其水平部分的長(zhǎng)度為430m,

已知在輸送溫度下，重油的部分物性數(shù)據(jù)如下：

密度，kg/m3粘度，cP平均比熱，kJ/kg?℃

15℃的冷

油96034301.675

50℃的熱8901871.675

油

（1）試比較在15℃及50C兩種溫度下輸送時(shí)?，泵所消耗的功率（該

泵的效率為0.60）o

（2）假設(shè)電價(jià)每千瓦小時(shí)（度）0.20元，每噸LOatm（絕壓）廢熱

蒸汽1.80元，試比較用廢熱蒸汽將油加熱到50℃再輸送，比直接輸

送15℃冷油的經(jīng)濟(jì)效果怎樣？（latm蒸汽潛熱為2257.6kJ/kg）

解：（1）首先判斷重油的流動(dòng)類(lèi)型，d=108-4X2=100mm,重油在

管內(nèi)流速為:

40x100()

15℃時(shí)=1.474"?/s

3600x960x0.785xO.l2

40x1000

50℃時(shí)=1.59W/5

3600x890x0.785xO.l2

雷諾準(zhǔn)數(shù):

QJxL474x60

15℃時(shí)Re,=^=41.25(2000(Mi?)

'3430x1O3

50℃時(shí)Re,=1.59x890=75373(2000(層流)

2187xlO3

(2)摩擦阻力損失：由于重油在兩種不一樣溫度下是流動(dòng)類(lèi)型

均為層流，故可用泊謖葉方程式求摩擦阻力導(dǎo)致的壓頭損失:

h_32.俏_32x3430x(430+20)x1.474

15℃時(shí)2/1-2--1000x960x9.81xO.l2=773.06/〃

,32〃1〃，32x187x(430+20)x1.59小?

50℃時(shí)h=-二一^=------------------=49.04/n

flp、gd?1000x890x9.81x0.12

（3）泵在兩種溫度下輸送重油的壓頭:

15℃時(shí)H.=Az+-^+—+/?..=20+0+147424-773.06=793/n

pg2gz，2x9.81

50℃時(shí)H.,=Az+-^+—+=20+0+L"+49.04=69升

-Pg2g/22x9.81

（4）泵的軸功率

^^0000x793x960x9j1

輸送15℃重油時(shí)=144.06左w

3600x960x0.60x1000

N=40000x69x890x9.81卬

輸送5（）℃重油時(shí)

3600x890x0.60x1000

（5）經(jīng)濟(jì)效果的比較:

輸送15℃重油比輸送5（）0C重油多消耗的功率為:

144.06-12.54=131.52kw

若按1小時(shí)計(jì)算，則多消耗131.52kwh(即132.52度)，1小時(shí)

多消耗電費(fèi)：

1X132.52X0.20=26.304元

將重油從15℃加熱至50C,每小時(shí)所需熱量為：

Q=4000()x1.675x(50-15)=234500(^.///?

消耗蒸汽量D=-=2345000=1038.7//?=1.04r/h

r2257.6

加熱重油所需消耗蒸汽的費(fèi)用：1.04X1.80=1.8覆元/時(shí)

從以上計(jì)算可知，在上述蒸汽和電能的價(jià)值條件下，將重油加熱

后再輸送比直接輸送冷油是有利的。

10內(nèi)截面為1000x1200〃〃〃的矩形煙囪的高度為30帆。平均分子量為

30kg/kmol、平均溫度為4(XFC的煙道氣自下而上流動(dòng)。煙囪下端維持

49'的真空度。在煙囪高度范圍內(nèi)大氣的密度可視為定值，大氣溫度

為20。。，地面處的大氣壓強(qiáng)為101.33x1()3P〃。流體流經(jīng)煙囪時(shí)的摩擦

系數(shù)可取為0.05,試求煙道氣的流量為若干小/人

解：取煙囪底端為上游截面1-『、頂端內(nèi)側(cè)為下游截面2-2%并以

截面1-Y為基準(zhǔn)水平面。在兩截面間列柏式，即：

gZi+?乙=解2+今+%+20

2P?P

式中Z[=0Z2=3(加/2sw2

由于煙道氣壓強(qiáng)變化不大，煙道氣的密度可按

1.0133x1()5所及400。&十算，即;

PM1.0133xlO5x30

p=---=--------------------=0.543Zg/nr,

RT8.316xl0\273+400)

以“表示大氣的密度，匕?與匕2分別表示煙囪底端與頂端大氣壓強(qiáng)，即：

片二『49&

因煙囪頂端內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)等于同高度處的大氣壓強(qiáng)，故

P2=Pa2=Pa\-6訊

原則狀況下空氣的密度為1.293攵g/陽(yáng)）所以1.0133〉。尸〃、20。。時(shí)

空氣的密度為:

273

p'=1.293x-----=T2kg/m3

273+20

于是P(l=Pa-1.2x9.81x30二以一353Pa

將以上各值代入柏式，解得:

（『49）一（凡