第一章流体流动习题解答化工原理(马晓迅等编).docx

第一章 流体流动习题解答 1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg 真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为 p=N/m2 （2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为Pa 2.解： 混合气体的摩尔质量 混合气体在该条件下的密度为： ρ 3.解：由题意，设高度为H处的大气压为p，根据流体静力学基本方程，得 d 大气的密度根据气体状态方程，得 ρ= 根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+ 代入上式得ρ= 移项整理得d 对以上等式两边积分，101325 所以大气压与海拔高度的关系式为 ln 即：ln （2）已知地平面处的压力为101325 Pa，则高山顶处的压力为 p 将p山顶代入上式 解得H=6500 m，所以此山海拔为6500 m 。 4.解：根据流体静力学基本方程可导出 p 所以容器的压力为 p 5.解：mm 以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得 kPa 6.解： （1）如图所示，取水平等压面1—1’， 2—2’， 3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知 p 同理，有 p1 p 以上各式相加，得 P 因为 P 同理，有 故单U形压差的读数为 R （2）由于空气密度远小于液体密度，故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等。 即 p2 故有 p 因为 z ? 所以 P 此测量值的相对误差为 83.68-80.34 7.解：（1）在A—A’，B—B’ 两截面间列伯努利方程，得 其中=0，=，=2.2J/kg 化简为 由题目知：输水量m3/h m3/s m/s m/s 查表得20℃水的密度为998.2kg/m 所以 J/kg Pa （2）若实际操作中水为反向流动，同样在两截面间列伯努利方程，得 其中=0，=，=2.2 J/kg 化简为 由于流量没有变，所以两管内的速度没有变，将已知数据带入上式，得 Pa 8.解： 查表1-3 ，选取水在管路中的流速为u=1.5 ms d= 查附录 13 进行管子规格圆整，最后选取管外径为83 mm，壁厚为3.5mm ，即合适的管径为Φ83mm×3.5mm。 9.解： （1） 管内流体的质量流量q 有上式得出质量流速为ρu= 雷诺数 所以该气体在管内的流动类型为湍流。 （2）层流输送最大速度时，其雷诺数为2000，于是质量流速可通过下式计算： ρu= 所以层流输送时的最大质量流量 q 10.解： （1）根据题意得：u=20y-200y2 u=20y-200 所以当y=0.05m 时管内油品的流速最大， （2）由牛顿粘性定律得τ=-μ 其中du 代入上式得管道内剪应力的分布式τ=-μ 所以管壁处的剪应力 τs 11.解：（1） 根据题意可算出：mm，mm mm 通道截面积 m2 润湿周边mm = 0.218m m （2） =40 m3/h=0.011 m3 m/s 故该流型为湍流。 12.解： 如课本图1-17，流体在内外管的半径分别为r1和r2的同心套管环隙间沿轴向做定态流动，在环隙内取半径为r，长度为L，厚度为dr 作用于环形微元体内外表面的内摩擦力分别为 F 因微元体作匀速直线运动，根据牛顿第二定律，作用于微元体上的合力等于零，即 2πr 简化后可得p1-p2L= d 上式积分得 r u=- 利用管壁处的边界条件 r=r1 C 所以同心套管环隙间径向上的速度分布为 u= 13.解： 取桶内液面为1—1’截面，桶侧面开孔处的截面为2—2’截面，开孔处离桶底距离为h，从1—1’截面至2—2’截面列机械能守恒方程式，得 以2—2’截面为基准面，则z g 化解得 u 假设液体的水平射程为X，则 h= X= 所以当h= H2 14.解： （1）对1—1’至2—2’截面间列伯努利方程，可得 g 取1—1’截面为位能基准面，由题意得z1 u 对1—1’至B—B’截面间列伯努利方程，可得 g 所以 P （2）虹吸管延长后，?z 增加使虹吸管出口流速u增加，从而引起pB降低；当pB降至与该温度水的饱和蒸汽压相等(pB=pv)时，管内水发生气化现象。由于此时uB=u g 所以u 对1—1’至3—3