工程流体力学课后习题答案袁恩熙:
工程流体力学课后习题答案 第一章 流体及其主要物理性质 1-1. 轻柴油在温度15ºC时相对密度为0.83,求它的密度和重度。
解:4ºC时 相对密度:
所以, 1-2. 甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm3,求以国际单位表示的密度和重度。
解:
1-3. 水的体积弹性系数为1.96×109N/m2,问压强改变多少时,它的体积相对压缩1%? 解:
1-4. 容积4m3的水,温度不变,当压强增加105N/m2时容积减少1000cm3,求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。
解:
1-5. 用200L汽油桶装相对密度为0.70的汽油,罐装时液面上压强为1个大气压,封闭后由于温度变化升高了20ºC,此时汽油的蒸气压为0.18大气压。若汽油的膨胀系数为0.0006ºC-1,弹性系数为14000kg/cm2。试计算由于压力及温度变化所增减的体积?问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜? 解:E=E’·g=14000×9.8×104Pa Δp=0.18at 所以, 从初始状态积分到最终状态得:
另解:设灌桶时每桶最多不超过V升,则 (1大气压=1Kg/cm2) V=197.6升 dVt=2.41升 dVp=2.52×10-3升 G=0.1976×700=138Kg=1352.4N 1-6. 石油相对密度0.9,粘度28cP,求运动粘度为多少m2/s? 解:
1-7. 相对密度0.89的石油,温度20ºC时的运动粘度为40cSt,求动力粘度为多少? 解:
ν=40cSt=0.4St=0.4×10-4m2/s μ=νρ=0.4×10-4×890=3.56×10-2 Pa·s 1-8. 图示一平板在油面上作水平运动,已知运动速度u=1m/s,板与固定边界的距离δ=1,油的动力粘度μ=1.147Pa·s,由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布,求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少? 解:
1-9. 如图所示活塞油缸,其直径D=12cm,活塞直径d=11.96cm,活塞长度L=14cm,油的μ=0.65P,当活塞移动速度为0.5m/s时,试求拉回活塞所需的力F=? 解:A=πdL , μ=0.65P=0.065 Pa·s , Δu=0.5m/s , Δy=(D-d)/2 第二章 流体静力学 2-1. 如图所示的U形管中装有水银与水,试求:
(1)A、C两点的绝对压力及表压各为多少? (2)A、B两点的高度差为多少? 解:① pA表=γh水=0.3mH2O=0.03at=0.3×9800Pa=2940Pa pA绝=pa+ pA表=(10+0.3)mH2O=1.03at=10.3×9800Pa =100940Pa pC表=γhghhg+ pA表=0.1×13.6mH2O+0.3mH2O=1.66mH2O=0.166at =1.66×9800Pa=16268Pa pC绝=pa+ pC表=(10+1.66)mH2O=11.66 mH2O =1.166at=11.66×9800Pa=114268Pa ② 30cmH2O=13.6h cmH2Oh=30/13.6cm=2.2cm 题2-2 题2-3 2-2. 水银压力计装置如图。求管中心A处绝对压力及表压力?(设油品相对密度为0.9) 解:pA表=15×13.6-10+35×0.9cmH2O=225.5cmH2O=0.2255at=2.2099×104Pa pA绝=pa+ pA表=(10+2.255)mH2O=1.2255at=120099Pa 2-3. 今有U形管,内装水和四氯化碳(CCl4),如图所示。试求四氯化碳的相对密度。
解:列等压面方程:
30.6cmH2O=17.8cmH2O+8.0× 2-4. 图示水罐中气体绝对压强p1=1.5×104Pa,高度 H=1m。当时的大气压强相当于745mm水银柱高。试求玻璃管中水银的上升高度h为多少? 解:绝对压强p1=1.5×104Pa 题2-4 p1+γH=pa-γhgh γhgh=745×10-3×13.6×9800-1.5× 104-9800×1 =9.929×104-1.5×104-0.98×104=7.449×104Pa h=7.449×104/(13.6×9800)=0.56m 2-5. 油罐内装相对密度0.8的油品,下有底水,为测定油深及油面上的压力,装置如图所示的U形管水银压力计,测得各液面位置如图。试确定油面高度H及液面压力p0。
解:13.6×0.5-0.8=6mH2O 6-1.6=6-0.4-d油H H=(1.6-0.4)/d油=1.5m P0=6-1.6mH2O=4.4mH2O=0.44at=4.312×104Pa (表压) 题2-5图 2-6. 油罐内装相对密度0.70的汽油,为测定油面高度,利用连通器原理,把U形管内装上相对密度为1.26的甘油,一端接通油罐顶部空间,一端接压气管。同时,压气管的另一支引入油罐底以上0.40m处,压气后,当液面有气逸出时,根据U形管内油面高差h=0.70m来推算油罐内的油深H为多少? 解:p-γ甘油Δh=p-γ汽油(H-0.4) H=γ甘油Δh/γ汽油+0.4=1.26×0.7/0.70+0.4=1.66m 2-7. 为测定油品重度,用如下装置,经过1管或2管输入气体,直至罐内油面出现气泡为止。用U形管水银压力计分别量出1管通气时的Δh1,及2管通气时的Δh2。试根据1、2两管的沉没深度H1和H2以及Δh1和Δh2,推求油品重度的表达式。
解:
2-8. 如图所示热水锅炉,h2=50mm,问锅炉内液面在何处?(要求作图表示不必计算)液面上蒸汽压力为多少?右侧两管的液面差h1应为多少? 解:① C—D ② p0=γhgh2 =13.6×9800×50×10-3pa=6664Pa ③ p0=γhgh2=γ水h1 题2-8图 题2-9图 题2-10图 2-9. 图示两水管以U形压力计相连,A、B两点高差1m,U形管内装水银,若读数h=0.50m,求A、B两点的压差为多少? 解:HA-HB=1-h=1-0.50=0.50m 2-10. 欲测输油管上A、B两点的压差,使用U形管压差计,内装水银,若读数h=360mm,油的相对密度0.78,则pA-pB=? 解:
2-11. 为测水管上微小压差,使用倒U形管,上部充以相对密度0.92的油,若h=125mm,求pA-pB=? 解:
2-12. 图示为校正压力表的压挤机,密闭室内油的容积V=300cm3,圆柱塞直径d=10mm,柱的螺距t=2mm,摇柄半径r=150mm,求获得250大气压时所需的手摇轮的转数?(根据油的压缩性找出体积平衡关系,p=4.75×10-10Pa-1) 解:
2-13. 用水银测压计测量容器中的压力,测得水银柱高差为h,如图所示。若将测压管下移到虚线位置,左侧水银面下降z,如果容器内压力不变,问水银柱高差h是否改变?改变多少?若容器内是空气,重度γa=11.82N/m3,结果又如何? 解:p+γ水z=γHgh h`=[p+γ水(z+Δz)]/γHg Δh= h`-h=[p+γ水(z+Δz)-p-γ水z]/γHg=(γ水/γHg) Δz =Δz/13.6≈0.07353Δz 所以,水银柱高度差h变大。
若容器中是空气γa=11.82N/m3 p=γHghh=p/γHg 与z无关,h不变 2-14. 利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度,如图所示。U形管直径很小,L=30cm,h=5cm。求物体加速度a为多少? 解:自由液面方程:
其中,x1=-15cm,x2=-15cm,zs1-zs2=h=5cm zs1-zs2=-a(x2-x1)/ga=gh/L=9.8×0.05/0.3=1.63m/s2 2-15. 盛水容器,试求其中深度H=1m处的液体压力。
(1) 容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时;
(2) 容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时;
(3) 自由下落时;
(4) 容器以15m/s2的匀加速度下降时;
解:如图建立直角坐标系,则在dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz)中有:
X=0,Y=0,Z=-g-a 所以,dp= -(g+a) ρdz 积分上式:p= -(g+a) ρz+C 代入边界条件:z=0时,p=0(表压) 得C=0 所以:p= -(g+a) ρz ,令-z=H 得:p=(g+a) ρH (1) 容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时:a=6m/s2 p=(g+a)ρH=(9.8+6)×1000×1=15800Pa=0.16at (2) 容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时:a=-6m/s2 p=(g+a)ρH=(9.8-6)×1000×1=3800Pa=0.039at (3)自由下落时:a=-9.8 m/s2 p=(g+a)ρH=(9.8-9.8)×1000×1=0 (4)容器以15m/s2的匀加速度下降时:a=-15 m/s2 p=(g+a)ρH=(9.8-15)×1000×1=-5200Pa=0.053at 2-16. 在一直径D=300mm、高H=500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1=300mm,然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液面到达容器上部边缘时的转数n1。
当转数超过n1时,水开始溢出容器边缘,而抛物面的顶端将向底部接近。试求能使抛物面顶端碰到容器底时的转数n2,在容器静止后水面高度h2将为多少? 解:自由液面方程:
注:抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半 ① ② ③ 附证明:抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半 2-17. 木制提升式闸板,宽度B=1.5m,水深H=1.5m,闸板与导槽间的摩擦系数为0.7,求提升闸板需力多少? 解:
2-18. 图示油罐发油装置,将直径d的圆管伸进罐内,端部切成45º角,用盖板盖住,盖板可绕管端上面的铰链旋转,借助绳系上提来开启。若油深H=5m,圆管直径d=600mm,油品相对密度0.85,不计盖板重及铰链的摩擦力,求提升此盖板所需的力的大小。(提示:盖板为椭圆形,要先算出长轴2b和短轴2a,就可算出盖板面积A=πab) 解:由题意 对轴求矩:
2-19. 25m3卧式圆筒形油罐,长4.15m,内径2.54m,油品相对密度0.70,油面高度在顶部以上0.20m,求端部圆面积上所受的液体总压力的大小和压力中心位置? 解:
2-20. 1000m3半地下罐,所装油品相对密度为0.8,油面上压力0.08大气压。钢板的容许应力为σ=1.176108Pa,求最下圈钢板所需厚度?(提示:参考工程力学薄壁筒计算原理) 解:
2-21. 某处装置一安全闸门,门宽B为0.6米,门高H为1.0米。距底0.4米处装有闸门横轴,闸门可绕轴旋转。问门前水深h为若干时,闸门即可自行开放?(不计各处的摩擦力) 解:法一:h-hD > 0.4 m h > 1.33 m 法二:
由题意:P1·(0.3-e1)≥ P2·(0.2 + e2) 解得:h ≥ 1.33m 2-22. 图示两个半圆球形壳,以螺钉相连接。下半球固定于地面,其底部接以测压管,球内装满水,测压管内水面高出球顶1m,球直径2m,试求螺钉所受的总张力。
解:螺钉所受的总张力等于上半球所受到的静水压力F 2-23. 卧式油罐直径2.2m,长9.6m,油面高出顶部0.2m。密闭时,油面蒸汽压力为368mm水银柱,油品相对密度0.72,求AA及BB断面处的拉力? 解:368mmHg→5004.8mmH2O→6951.1mmOil→6.95mOil A-A断面:
B-B断面:
2-24. 在盛有汽油的容器的底上有一直径d2=20mm的圆阀,该阀用绳系于直径d1=100mm的圆柱形浮子上。设浮子及圆阀的总质量m=100g,汽油相对密度0.75,绳长Z=150mm,问圆阀将在油面高度H为多少时开启? 解:由题:
临界状态 即 H≥0.174m 2-25. 图示水泵吸水管内的圆球形吸入阀,管内液面高H1=5m,管外液面高H2=2m。实心钢球直径D=150毫米,材料相对密度8.5,安装在一个直径d=100mm的阀座上。问吸水管内AB液面上需有多大的真空度时,才能将球阀升起?(提示:先分清球阀在垂直方向上受哪些力的作用,再根据压力体去解) 解:由题意:P>G,设真空度为h 压力体叠加后只剩V柱(↓)和 V球(↑),产生的向上压力P上 向下的力为球阀自重G P上≥G时,阀门可启动,相等为临界状态 (p0=-γh=-4.59×104Pa) 2-26. 玻璃制比重计,管下端小球中装有弹丸,管外径2.0cm,小球体积V0=10cm3;
比重计的重量m=25g,汽油相对密度为0.70。求比重计淹没在汽油中的深度h? 解:
2.5×9.8=0.7×9.8×(10+3.14×22×h/4) h=8.2cm 2-27. 一木排由直径250毫米,长10米的圆木结成。用以输送1000牛顿的重物通过河道。设木头的相对密度为0.8,过河时圆木顶面与水面平齐。问至少需要圆木多少根? 解:至少需要圆木x根 所以,至少11根。
第三章 流体运动学与动力学基础 3-1 已知流场的速度分布为 (1) 属几元流动? (2) 求(x,y,z)=(1,2,3)点的加速度。
解:(1)属二元流动。
(2) 3-2 已知平面流动的速度分布规律为 解:
流线微分方程:
代入得:
3-3 用直径200mm的管子输送相对密度0.7的汽油,使流速不超过1.2m/s,问每小时最多输送多少吨? 解:
3-4 油管输送相对密度0.8的煤油,设计输送量为50t/h,限制流速不超过0.8m/s,需多大管径? 解:
3-5 一离心泵吸入管直径150mm,排出管直径100mm,若限制吸入管流速不超过0.7m/s,求流量及排出管流速各为多少? 解:
1 1 3-6 自水箱接出一个水龙头,龙头前有压力表。当龙头关闭时,压力表读数为0.8大气压;
当龙头开启时,压力表读数降为0.6大气压。如果管子直径为12毫米,问此时的流量为多少? 8mH2O 解:
p0=0.8at=8mH2O 2 对1-1、2-2列伯努利方程: 2 3-7 水从井A利用虹吸管引到井B中,设已知体积流量Q=100米/时,H1=3米,Z=6米,不计虹吸管中的水头损失,试求虹吸管的管径d及上端管中的负压值p。
3 解:① 列1、2的伯努利方程:
2 1 ② 列1、3的伯努利方程:
另解:列2、3的伯努利方程:
3-8 为测管路轴线处的流速,装置如图所示的测速管。左管接于水管壁,量出不受流速影响的动压强;
右管为90°弯管,量出受流速影响的总压强。把两管连于U形管水银压差计上。若⊿h=200毫米,求管轴处的流速? Z2 解:
Z1 注:
3-9 相对密度为0.85的柴油,由容器A经管路压送到容器B。容器A中液面的表压力为3.6大气压,容器B中液面的表压力为0.3大气压。两容器液面差为20米。试求从容器A输送到容器B的水头损失? 解:列A、B两液面的伯努利方程:
2 1 3-10 为测量输油管内流量,安装了圆锥式流量计。若油的相对密度为0.8,管线直径D=100毫米,喉道直径d=50毫米,水银压差计读数 2 1 ⊿h=40厘米。流量系数0.9,问每小时流量为若干吨? 解:
3-11 为了在直径D=160mm的管线上自动掺入另一种油品,安装了如下装置:自锥管喉道处引出一个小支管通入油池内。若压力表读数2.4at,喉道直径d=40mm,T管流量Q=30L/s,油品相对密度0.9,欲掺入的油品相对密度为0.8,油池油面距喉道高度H=1.5m,如果掺入油量为原输送量的10%,B管水头损失设为0.5m油柱,试决定B管直径以多大为宜? 解:
列1-1、2-2的伯努利方程:
代入伯努利方程:
列3-3、4-4的伯努利方程:
3-12 图示水箱在水深H=3m处接一水平管线。管线由两种直径串联 已知:H=3m,d1=20mm,d2=10mm,L1=L2=10m,hw1=0.6mH2O,hw2=1mH2O 求:① Q;
② i1,i2;
③ 绘制水头线 解:① 对0-0、2-2两液面列伯努利方程:
② 粗管段:
细管段:
③ 3-13 图示输水管路d1<d2<d3,若忽略管件处的局部阻力,试绘制其总水头线和测压管水头线的示意图。
3-14 用80KW的水泵抽水,泵的效率为90%,管径为30cm,全管路的水头损失为1m,吸水管水头损失为0.2m,试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。
解:
泵的扬程:H=z2-z1+h1-2=29+hw=30mH2O 对1-1、2-2两液面列伯努利方程:
3-15 图示一管路系统,欲维持其出口流速为20m/s,问需多少功率的水泵?设全管路的水头损失为2m,泵的效率为80%,若压水管路的水头损失为1.7m,则压力表上的读数为多少? 解:
泵的扬程:H=z2-z1+hw+=20+2+=42.41m 对1-1、3-3两液面列伯努利方程:
另:对3-3、2-2两液面列伯努利方程:
3-16 图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下罐油面压力0.2大气压,洞库油罐油面压力0.3大气压。设泵的效率0.8,电动机的效率0.9,两罐液面差H=40m,全管路水头损失设为5m,求泵及电动机的额定功率(即输入功率)应为多少? 解:
对1-1、2-2两液面列伯努利方程:
2 3-17 用8kW的水泵抽水,泵的效率为90%,管径300mm,全管路水头损失设为3m水柱,吸入管线的水头损失设为0.8m水柱。求抽水量、管内流速及泵前真空度?(提示:因流量是未知数,能量方程将为一元三次方程,可用试算法求解) 2 3 解:
由1-1、2-2两液面列伯努利方程得:
1 1 对1-1、3两液面列伯努利方程:
3-18 输油管上水平90º转弯处,设固定支座。所输油品相对密度为0.8,管径300mm,通过流量100L/s,断面1处压力2.23大气压,断面2处压力2.11大气压。求支座受压力大小和方向? 解:Q=100L/s=0.1m3/s=AV1=AV2 x方向动量方程:
y方向动量方程:
3-19 水流经过60º渐细弯头AB,已知A处管径DA=0.5m,B处管径DB=0.25m,通过的流量为0.1m3/s,B处压力pB=1.8大气压。设弯头在同一水平面上,摩擦力不计,求弯头所受推力为多少牛顿? 解:
对A、B列伯努利方程:
由动量方程:
x:
y:
3-20 消防队员利用消火唧筒熄灭火焰,消火唧筒口径d=1cm,水龙带端部口径D=5cm,从消火唧筒射出的流速V=20m/s,求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R(设唧筒水头损失为1m水柱)? 解:
对1-1、2-2列伯努利方程:
动量方程:
消防队员所需力为381N,方向向左。
3-21 嵌入支座的一段输水管,如图所示,其直径由D=1.5m变化为D2=1m,当支座前压力p=4大气压,流量Q=1.8 m3/s,试确定渐缩段中支座所承受的轴向力? 解:
对1-1、2-2列伯努利方程:
由动量方程:
支座所承受的轴向力为384KN,方向向右。
3-23 水射流以19.8m/s的速度从直径d=100mm的喷口射出,冲击一固定的对称叶片,叶片的转角α=135º,求射流对叶片的冲击力。
解:
第四章 流体阻力和水头损失 4-1 用直径100mm的管路输送相对密度0.85的柴油,在温度20C时,其运动粘度为6.7cSt,欲保持层流,问平均流速不能超过多少?最大输送量为多少t/h? 解:
层流:Rec=2000 4-3 用管路输送相对密度0.9,粘度45cP的原油,维持平均流速不超过1m/s,若保持在层流状态下输送,则管径最大不应超过多少? 解:
4-4 相对密度0.88的柴油,沿内径100mm的管路输送,流量1.66L/s。求临界状态时柴油应有的粘度为多少? 解:
4-5 研究轴承润滑的问题中,有关的物理参数为:轴的正应力p,摩擦力R,轴径D,轴承长l,轴与轴承间的间隙Δ,润滑剂粘度μ,转数n。试用因次分析方法确定它们之间的无因次关系式。
解:(1) (2)取 p,D,n 作为基本物理量 [p]=[ML-1T-2],[R]=[MLT-2],[D]=[L],[l]=[L],[Δ]=[ L],[μ]=[ ML-1T-1],[n]=[ T-1] ,,, (3) 即 4-6 研究流体绕流与流向垂直放置的横卧圆柱体所受的阻力T时,涉及的物理参数为:流体的流速U、流体的粘度μ、密度ρ、圆柱直径D、圆柱长度及圆柱表面粗糙度Δ。试用因次分析方法中的π定理确定各物理量间的无因次关系式。并证明T=CDAρU2 (其中:A=D,称迎流面积),写出阻力系数CD的函数表达式。
解:(1) (2)选基本物理量ρ,V,D [U]=[ LT-1], [μ]=[ ML-1T-1], [ρ]=[ ML-3], [D]=[L], [l]=[L], [Δ]=[ L], [T]=[MLT-2] M:1=x1 x1=1 L:-1=-3x1 + y1 + z1 ð y1 =1 ð T:-1=-y1 z1=1 同理得:
,, 所以, 令 则 4-7 假定气体中的声速C依赖于密度ρ、压强p和粘度μ。试用雷利量纲分析方法求声速C的表达式。
(C=) 解:C=kρxpyμz [C]=[ LT-1],[ρ]=[ ML-3],[p]=[MLT-2] ,[μ]=[ ML-1T-1] , [LT-1]=k[ ML-3]x[MLT-2]y[ ML-1T-1]z ∴ 4-8 蓖麻油相对密度为0.969,动力粘度为484mPas,流经直径为75mm的管道时,平均流速为5m/s。今用空气进行模拟试验,气体管道直径为50mm,空气的运动粘度为0.15cm2/s,气流速度为多少,才能保持动力相似? (0.225m/s) 解:由题意,欲保持动力相似,应维持雷诺数相等 Vm=0.225m/s 4-9 油船吃水面积为400m2,航速5m/s,船长50m。在水中进行模型实验时,模型吃水面积为1m2。忽略表面张力及粘性力的影响,只考虑重力的影响,与保持原型及模型中的弗汝德数相等,试求模型长度及模型航速大小。
(长度:2.5m,航速:1.12m/s) 解:
几何相似:
Frn=Frm , ∴ 4-10 充分发展了的粘性流体层流,沿平板下流时,厚度δ为常数,且,重力加速度g。求证其流速分布关系式为:
证:Navier—Stokes方程:
由题意:X=g,Y=0,Z=0;
uy=uz=0,ux=u;
不可压稳定流:
则N-S方程简化为:
由连续性方程:得 则N-S方程进一步简化为:
积分:
再积分:
边界条件:y=0时,u=0 ð C2=0 y=δ时, ð C1=-gδ 即 所以 4-11 管径400mm,测得层流状态下管轴心处最大流速为4m/s,求断面平均流速。此平均流速相当于半径为多少处的实际流速? 解:;
4-12 求证半径为a的圆管中粘性液体层流状态时,管中摩阻应力极大值为。(μ为液体粘度,V为平均流速) 证:
圆管层流 4-13 用长度5km,直径300mm的钢管,输送相对密度0.9的重油,重量流量200t/h。求油温从t1=10°C(ν1=25St)变到t2=40°C(ν2=1.5St)时,水头损失降低的百分数。
解:
t1=10°C时:
t2=40°C时:
4-15 管内紊流时的流速分布规律可写为指数形式 其中um为最大流速,R为管道半径,u和r为任一点所对应的流速和半径。求平均流速与最大流速之比。
解:
设 ,则 所以, 4-17 相对密度0.8的石油以流量50L/s沿直径为150mm的管线流动,石油的运动粘度为10cSt,试求每公里管线上的压降(设地形平坦,不计高程差)。
若管线全程长10km,终点比起点高20m,终点压强为1大气压,则起点应具备的压头为多少? 解:(1) (2) 所以,每公里压降:4.7×105Pa,起点压头:4.86×106Pa 4-18 相对密度0.86的柴油,运动粘度0.3St,沿直径250mm的管路输送,全长20km,起点压强17.6大气压,终点压强1大气压,不计高差,求流量。[提示:因流量未知,需采用试算法。可先假定水力摩阻系数λ=0.03,求出流速后,再验算流态。] 解:试算法Q=0.06m3/s 长管:
假设 λ=0.03 则 ,水力光滑区 即 4-19 为测量水力摩阻系数λ,在直径305mm,长50km的输油管线上进行现场试验。输送的油品为相对密度0.82的煤油,每昼夜输送量5500t,管线终点标高为27m,起点标高为52m,油泵保持在15大气压,终点压强为2大气压。油的运动粘度为2.5cSt。试根据实验结果计算水力摩阻系数λ值。并与按经验公式计算的结果进行对比。(设管子绝对粗糙度Δ=0.15mm) 解:
经验公式:
实验结果:
4-23 自地下罐经离心泵向油库输油流程如图。管线直径200mm,吸入段总长20m,地下罐液面至泵中心高差4m。油品相对密度0.75,运动粘度4cSt。
(1)若设计输送量为108t/h,那么吸入段的总水头损失应为多少米油柱?(包括沿程水头损失和局部水头损失) (2)泵前真空表读数应为多少? (3)如果泵出口压强为7.25大气压(表压),泵的效率为80%,则泵的额定功率(轴功率)应为多少? 1-带保险活门出口;
2-弯头(R=3d);
3-闸阀;
4-透明油品过滤器;
5-真空表;
6-压力表 解:(1) (2)对0-0、5-5列伯努利方程:
(3)对6-6、5-5列伯努利方程:
第五章 压力管路的水力计算 5-1 直径257mm的长管线,总长50km,起点高程45m,终点高程84m,输送相对密度0.88的原油,运动粘度0.276St,设计输量为200t/h,求水力坡降和总压降。
解:
由伯努利方程:
5-2 沿直径200mm,长3km的无缝钢管(Δ=0.2mm)输送相对密度0.9的原油。若输量为90t/h,其平均运动粘度在冬季为1.09St,夏季为0.42St。试求沿程损失各为多少米油柱? 解:
冬季:层流23.62m 夏季:紊流水力光滑区23.536m 5-3 在直径257mm管线中输送相对密度0.8的煤油,其运动粘度为1.2cSt。管长50km,地形平缓,不计高差,设计水力坡降为5‰,终点压强1.5at,管线绝对粗糙度Δ=0.15mm。试求应用多大管径? 解:第二类问题:混合摩擦区 泵压:p1=2.1×106Pa 排量:Q=0.05565m3/s 5-4 长输管线,设计水力坡降9.5‰,输送相对密度0.9、运动粘度1.125St的油品,设计输送量为40t/h。试求应用多大管径? 解:第三类问题:层流 D=0.157m 5-5 原油沿直径305mm,长89km的管线输送,由于一年内温度的升降,油的粘度由0.2P变为0.4P,而相对密度由0.893变为0.900。
设不计高差,沿输油管内压降保持50at,输送过程全部在水力光滑区内。试计算流量增减的百分数。
解:Q1=1.1Q2 流量减少数为10% 5-6 图示一串联管路,管径、管长、沿程水力摩阻系数和流量分别标于图中,试按长管计算所需的水头H为多少? 解:
5-7 图示一输水管路,总流量Q=100L/s,各段管径、长度及程水力摩阻系数分别标于图中,试确定流量Q1、Q2及AB间的水头损失为多少? 解:
又 (2) 由(1)、(2)得 Q1=0.0446m3/s=44.6L/s Q2=0.0554 m3/s=55.4L/s 5-8 图示一管路系统,CD管中的水由A、B两水池联合供应。已知L1=500m,L0=500m,L2=300m,d1=0.2m,d0=0.25m,λ1=0.029,λ2=0.026,λ0=0.025,Q0=100L/s。求Q1、Q2及d2 解:按长管计算 A~D伯努利方程:
B~D伯努利方程:
d2=0.242m 5-16 用实验方法测得从直径d=10mm的圆孔出流时,流出容积的水所需时间为32.8s,作用水头为2m,收缩断面直径dc=8mm。试确定收缩系数、流速系数、流量系数和局部阻力系数的大小。
解:收缩系数 又 5-17 在d1=20mm的圆孔形外管嘴上,加接一个直径d2=30mm、长80mm的管嘴,使液体充满管口泄出。试比较加接第二管嘴前后流量的变化。
解:
5-18 水从固定液面的水箱,通过直径d=0.03m的圆柱形外管嘴流出。已知管嘴内的真空度为1.5m水柱,求管嘴出流的流量。
解:
5-19 储水槽顶部通大气,如图所示。在水槽的铅直侧壁上有面积相同的两个圆形小孔口A及B,位于距底部不同高度上。孔口A为薄壁孔口,孔口B为圆边孔口,其水面高H0=10m。
问:1)通过A、B两孔口流量相同时,H1与H2应成何种关系? 2)如果由于锈蚀,使槽壁形成一个直径d=0.0015m的小孔C,C距槽底H3=5m。求一昼夜内通过C的漏水量。
解:(1) 当QA=QB时 (2) 5-20 水沿T管流入容器A,流经线型管嘴流入容器B,再经圆柱形管嘴流入容器C,最后经底部圆柱形管嘴流到大气中。已知d1=0.008m,d2=0.010m,d3=0.006m。当H=1.2m,h=0.025m时,求经过此系统的流量和水位差h1与h2。
解:查表得 由题:Q=Q1=Q2=Q3 所以,经过此系统的流量:Q= Q3=1.135×10-4 m3/s 由(1)式:
由(2)式:
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区长,各位领导,同志们:汛期已经来临,我区城区防涝工作面临强大考验,形势不容乐观。年初,区城区防涝排渍指挥部已经召开专题调度会,修订完善应急预案,建立网格化管理机...
【马克思主义】 日期:2024-03-18
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2024年镇作风整治工作实施方案(完整文档)
XX镇作风整治工作实施方案为深入贯彻落实党的二十大精神及省市区委深化作风建设的最新要求,突出重点推进干部效能提升,坚持不懈推动作风整治工作纵深发展,根据《关于印发《2...
【毛泽东思想】 日期:2024-03-18
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2024市优化法治化营商环境规范涉企行政执法实施方案【优秀范文】
xx市优化法治化营商环境规范涉企行政执法实施方案为持续优化法治化营商环境,激发市场主体活力和社会创造力,规范行政执法行为,创新行政执法方式,提升行政执法质效,着力解...
【毛泽东思想】 日期:2024-03-18
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2024年度关于开展新一轮思想状况摸底排查工作通知(完整)
关于开展新一轮思想状况摸底排查工作的通知为深入贯彻落实关于各地开展干部职工思想状况大摸底大排查情况上的批示要求和改革教育第二次调度会议精神,有针对性做好队伍教育管...
【三个代表】 日期:2024-03-18
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2024年公路养护中心主任典型事迹材料(完整文档)
“中心的工作就是心中的事业”——公路养护中心主任典型事迹材料**,男,1976年6月出生,1993年参加工作,2000年4月调入**区交通运输局工作,大学本科学历,中共党员,现任**...
【马克思主义】 日期:2024-03-17