【正文】 .. .. .. ..緒論習(xí)題1） 含水份52%的木材共120kg，經(jīng)日光照曬，木材含水份降至25%，問(wèn)：共失去水份多少千克？以上含水份均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 木材 木材 120()=(120w)() 照曬 w=2） 以兩個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器對(duì)NaOH水溶液予以濃縮，流程及各符號(hào)意義如圖所示，F(xiàn)、G、E皆為NaOH水溶液的質(zhì)量流量，x表示溶液中含NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，W表示各蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸汽的質(zhì)量流量。若，，問(wèn)：WWE、x1各為多少？ W1kg/s W2kg/s NaOH水液 G kg/s E kg/s F= X0= W1:W2=1: , X(Wt),x1,w1,w2,D,E=? 對(duì)控制體I，NaOH物料衡算：Fx0=Ex2即 =E E= kg/s W1+W2=FE== kg W1=，W2== kg/s 對(duì)控制體II，總的物料衡算：G=FW1== kg/s Fx0=Gx2 =,x1= 3)某連續(xù)操作的精餾塔分離苯與甲苯。（摩爾分率，下同）。已知塔頂產(chǎn)品含苯量占原料液中含苯量的95%。問(wèn)：塔底產(chǎn)品中苯的濃度是多少？按摩爾分率計(jì)。[解]： ==4)導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位是W/(m℃)，工程制單位是kcal/(mh℃)。試問(wèn)1kcal/( mh℃)相當(dāng)于多少W/(m℃)？并寫出其因次式。1kcal/()=?J/()寫出導(dǎo)熱系數(shù)的因次式?！?kcal=103J,1h=3600s∴5)已知理想氣體通用常數(shù)物理大氣壓升/(摩爾K)，試求采用J/(kmolK)時(shí)R的數(shù)值。解：寫出以J/（kmolk）的單位為理想氣體通用常數(shù)R之值。 ∵1物理大氣壓=105N/m2，1升=103m3 ∴R=6） 水蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中 D——擴(kuò)散系數(shù)，英尺2/h；p——壓強(qiáng)，atm；T——絕對(duì)壓強(qiáng)。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：D—m2/s，p—Pa，T—K。解:經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算:物理量 擴(kuò)散系數(shù)壓強(qiáng)絕對(duì)溫度原來(lái)單位英尺2/hatm0R后來(lái)單位M2/sPaK∵1英尺2/h=105m2/s,1atm=105pa,溫差 1k=7） 在冷凝器中蒸汽與冷卻水間換熱，當(dāng)管子是潔凈的，計(jì)算總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)式為：式中 K——總傳熱系數(shù)，Btu/(ft2h℉)；u——水流速，ft/s。試將上式改換成采用SI單位的形式。各物理量采用的單位是：K—W/(m℃)，u—m/s。解：經(jīng)驗(yàn)公式的單位換算：物理量傳熱系數(shù)流速原來(lái)單位BUT/)ft/s后來(lái)單位W/（）m/s∵1BUT/()=(),1ft/s=《第一章 流體流動(dòng)》習(xí)題解答 1某敞口容器內(nèi)盛有水與油。如圖。已知水及油的密度分別為1000和860kg/m3，解：h1=600mm，h2=800mm，問(wèn)H為多少mm？，每層高度為4m。若在高樓范圍內(nèi)氣溫維持20℃不變。設(shè)大氣靜止，氣體壓強(qiáng)為變量。地平面處大氣壓強(qiáng)為760mmHg。試計(jì)算樓頂?shù)拇髿鈮簭?qiáng)，以mmHg為單位。，水深4米，水面通大氣，水池側(cè)壁是鉛垂向的。問(wèn)：水池側(cè)壁平面每3米寬度承受水的壓力是多少N？外界大氣壓為1atm。 4． 4．外界大氣壓為1atm，（表壓）、20℃干空氣的密度?？諝夥肿恿堪?9計(jì)。5． 5．有個(gè)外徑為R內(nèi)徑為R1為的空心球，由密度為ρ’的材料制成。若將該球完全淹沒(méi)在某密度為ρ的液體中，若球能在任意位置停留，試求該球的外徑與內(nèi)徑之比。設(shè)球內(nèi)空氣重量可略。 6． 6．為放大以U形壓差計(jì)測(cè)氣體壓強(qiáng)的讀數(shù)，采用傾斜式U形壓差計(jì)。如圖。指示液是ρ=920kg/m3的乙醇水溶液。讀數(shù)R=100mm。問(wèn)p1與p2的差值是多少mmHg？采用微差U形壓差計(jì)測(cè)壓差。如圖。已知U形管內(nèi)直徑d為6mm，兩擴(kuò)大室半徑均為80mm，壓差計(jì)中用水和礦物油作指示液，密度分別為1000及860kg/m3。當(dāng)管路內(nèi)氣體壓強(qiáng)p與外界大氣壓p0相等時(shí)，兩擴(kuò)大室油面齊平，U形管兩只管內(nèi)油、水交界面亦齊平?，F(xiàn)讀得讀數(shù)R=350mm，試計(jì)算：（1）氣體壓強(qiáng)p（表）。（2）若不計(jì)擴(kuò)大室油面高度差，算得的氣體壓強(qiáng)p是多少？（3）若壓差計(jì)內(nèi)只有水而不倒入礦物油，如一般U形壓差計(jì)，在該氣體壓強(qiáng)p值下讀數(shù)R0為多少？ 7． 7．某傾斜的等徑直管道內(nèi)有某密度ρ的液體流過(guò)。如圖。在管道的A、B截面設(shè)置了兩套U形壓差計(jì)測(cè)壓差，下測(cè)用的是一般U形壓差計(jì)，上測(cè)用的是復(fù)式U形壓差計(jì)，所用的指示液均為密度是ρ1的同一種液體。復(fù)式壓差計(jì)中兩段指示液之間的流體是密度為ρ的流過(guò)管道內(nèi)的液體。試求讀數(shù)R1與RR3的關(guān)系。 9)將水銀倒入到圖示的均勻管徑的U形管內(nèi)，水銀高度h1=。然后將水從左支管倒入。試計(jì)算U形管內(nèi)水與水銀的體積比。解： R1 = R2h1= 1 1 L= L 習(xí)題9附圖如圖所示11為等壓面, \p1=p1’\r水g(R1+R2) = r水銀gR2103180。(+R2) = 180。103R2\ R2 = V水銀 = d2(2h1+L)V水 = d2(R1+R2)\ V水銀/ V水 = (2h1+L)/ (R1+R2) = (2180。+)/(+) = 10) 一直立煤氣管，在底部U形壓差計(jì)h1=120mm，在H=25m高處的U形壓差計(jì)h2=。U形管指示液為水。設(shè)管內(nèi)煤氣及管外空氣皆靜止，求管內(nèi)煤氣的密度。h2Hh1 習(xí)題10附圖 p2 p2’解：H p1 p1’p1－p1’= r水gh1 188。188。(1)p2－p2’= r水gh2 188。188。(2)(1)減(2)，得(p1－p2)－(p1’－p2’) = r水g(h1－h(huán)2) 188。188。(3)其中 p1－p2 = r煤gH，p1’－p2’ = r空gH，代入(3)式,得：r煤gH－r空gH = r水g(h1－h(huán)2)即 r煤 = r水(h1－h(huán)2)/H＋r空 = 103(－)/25＋= kg/m311．以2”的普通壁厚的水煤氣鋼管輸送15℃的清水，水在管內(nèi)滿流。已知水流速u=，求水的質(zhì)量流量、質(zhì)量流速和體積流量。12．如圖所示，面積為4046cm2的一塊木板沿著涂有油的斜面等速向下滑動(dòng)。已知v=，σ=（油膜厚度）。求滑油的粘度。 13 5 12 v d 13解： t a 5 12V a G d從受力分析 Gsina = tA mg sina = tA\t = =180。180。/(40180。46180。104) = N/m2t = m= m\m = = 180。180。103/ = Pas13．以壓縮空氣將某液體自儲(chǔ)槽壓送到高度H=、（表壓）的容器內(nèi)，如圖。已知液體密度ρ=1800kg/m3。問(wèn)：所需的壓縮空氣壓強(qiáng)p1至少為多少at（表壓）？14．水以70m3/h的流量流過(guò)傾斜的異徑管通。如圖。已知小管內(nèi)徑dA=100mm，大管內(nèi)徑dB=150mm，B、A截面中心點(diǎn)高度差h=，U形壓差計(jì)的指示液為汞。若不計(jì)AB段的流體流動(dòng)阻力，試問(wèn)：U形壓差計(jì)哪一支管內(nèi)的指使液液面較高？R為多少？ 15．104m3/s的流量流經(jīng)由小至大的管段內(nèi)。如圖。小管內(nèi)徑d1=20mm，大管內(nèi)徑d2=46mm。欲測(cè)2兩截面處水的壓差，為取得較大的讀數(shù)R，采用倒U形壓差計(jì)。已知壓差計(jì)內(nèi)水面上空是ρ=，讀數(shù)R=100mm。求水由1至2截面的流動(dòng)阻力∑hf。 16．水從噴嘴口11截面垂直向上噴射至大氣。如圖。設(shè)在大氣中流束截面保持圓形，已知噴嘴內(nèi)直徑d1=20mm，出噴嘴口水流速u1=15m/s。問(wèn)：在高于噴嘴出口5m處水流的直徑是多大？忽略摩擦阻力。解：11與22之間列柏努利方程 2 2gz1＋u12/2＋p1/r = gz2＋u22/2＋p2/r z1 = 0，z2 = 5m，p1 = p2\ u12/2 = gz2＋u22/2\152/2 = 5＋u22/2 1 1\ u2 = 又， u1d12 = u2d22 習(xí)題16附圖 \d2 = (u1/u2)1/2d1 = 180。 = m17．高、低水庫(kù)的水面高度差H=42m，水流量為30m3/s。如圖。已知透平的效率η=，試計(jì)算透平的輸出功率。解：u1=u2=0，p1=p2，z2=0， 1 1z1=H=42m11與22間列柏努利方程 Hgz1+u12/2+p1/r+Ws = gz2+u22/2+p2/r+ShfWs =－gz1+Shf =－180。42＋180。180。103/103 2 2 =－368 J/kgNa = WsVr =－368180。30180。103=180。107 W\Ne= Nah = 180。107180。=180。106 W=180。103 kW18．某水溶液在圓直、等徑管內(nèi)層流動(dòng)。管內(nèi)半徑為R。設(shè)測(cè)點(diǎn)流速的探針頭位置與管軸線的距離為r。問(wèn)：測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置 為多少時(shí)該點(diǎn)的點(diǎn)流速等于平均流速？19．以水平圓直管輸送某油品。管內(nèi)徑為d1，管兩段壓差為 。因管道腐蝕，擬更換管道。對(duì)新裝管道要求如下：管長(zhǎng)不變，而流量加倍。設(shè)前后情況流體皆為層流。問(wèn)：新管道內(nèi)徑d2與原來(lái)管內(nèi)徑d1之比為多少？ 20．在機(jī)械工程中常會(huì)遇到流體在兩平行固體壁的間隙中作一維定態(tài)流動(dòng)的情況。如圖。設(shè)流動(dòng)為層流。設(shè)間隙厚為2y0，試證流體沿y軸向點(diǎn)流速呈如下拋物線規(guī)律分布： 解：對(duì)長(zhǎng)度L，高度y，寬度為1的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分析: 21．粘度為μ，密度為ρ的液體沿鉛垂向平壁膜狀流下。如圖。設(shè)液體層流流動(dòng)，液膜厚度為δ，平壁寬度為B。試推導(dǎo)任一流動(dòng)截面上液體點(diǎn)流速v隨y的變化規(guī)律，并證明平均流速 解：取寬為B,長(zhǎng)為dx ,高為y的流體元作受力與運(yùn)動(dòng)分析: 22)串聯(lián)兩管2，d1=d2/2，L1=80m，Re1=1600，Shf1 = ，Shf2 = 56mm液柱，求L2。局部阻力可略。解： ∵Re = 181。 ，Re,2 / Re,1 = d1 / d2 =1/2，\ Re,2 = Re,1 /2 = 1600/2 = 800，兩管內(nèi)皆為層流又，Shf = 32mul / (rgd2) 181。 32mVl / (d2rgd2) 181。 l/d4Shf,2 /Shf,1 = (d1/d2)4180。l2/l1 即 56/540 = (1/2)4180。l2/80\l2 = 133 m23)原r1=920kg/m3，m1=，現(xiàn)r2=860kg/m3，m2=，層流，W2/W1=求：Dpf1/Dpf2。局部阻力不計(jì)。解：層流，Dpf = 32mul / d2= 32mWl / (d2180。r180。d2) 181。 \Dpf,2 / Dpf,1 = (m2/m1)180。(W2/W1)180。(r1/r2) = 180。180。= 24) 24) 某牛頓型流體在圓、直、等徑管內(nèi)流動(dòng)，在管截面上的速度分布可表達(dá)為v=24y200y2