習(xí)　　題

靜壓強及其應(yīng)用

1-1　用附圖所示的U形壓差計測量管道A點的壓強，U形壓差計與管道的連接導(dǎo)管中充滿水。指示劑為汞，讀數(shù)R=120mm，當(dāng)?shù)卮髿鈮?i>p_a=760mmHg，試求：（1）A點的絕對壓強，Pa；（2）A點的表壓，Pa。

1-2　一敞口貯槽內(nèi)盛20℃的苯，苯的密度為880kg/m³。液面距槽底9m，槽底側(cè)面有一直徑為500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔蓋，試求：（1）人孔蓋共受多少液柱靜壓力（N）；（2）槽底面所受的壓強是多少（Pa）？

1-3　附圖為一油水分離器。油與水的混合物連續(xù)進(jìn)入該器，利用密度不同使油和水分層。油由上部溢出，水由底部經(jīng)一倒U形管連續(xù)排出。該管頂部用一管道與分離器上方相通，使兩處壓強相等。已知觀察鏡的中心離溢油口的垂直距離H_s=500mm，油的密度為780kg/m³，水的密度為1000kg/m³。今欲使油水分界面維持在觀察鏡中心處，問倒U形出口管頂部距分界面的垂直距離H應(yīng)為多少？

因液體在器內(nèi)及管內(nèi)的流動緩慢，本題可作靜力學(xué)處理。

1-4　用一附圖所示的復(fù)式U形壓差計測定水管A、B兩點的壓差。指示液為汞，其間充滿水。今測得h₁ =1.20m，h₂ =0.3m，h₃ =1.30m，h₄ =0.25m，試以N/m²為單位表示A、B兩點的壓差Δp。

1-5　附圖所示的汽液直接接觸混合式冷凝器，蒸汽被水冷凝后，凝液與水沿大氣腿流至地溝排出，現(xiàn)已知器內(nèi)真空度為82kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa，問其絕對壓為多少（kPa）？并估計大氣腿內(nèi)的水柱高度H為多少（m）？

質(zhì)量守恒

1-6　某廠用?114 mm×4.5mm的鋼管輸送壓強p=2MPa（絕壓）、溫度為20℃的空氣，流量為6300Nm³/h（N指標(biāo)準(zhǔn)狀況：0℃，101.325kPa）。試求空氣在管道中的流速、質(zhì)量流量和質(zhì)量流速。

機械能守恒

1-7　水以60m³/h的流量在一傾斜管中流過，此管的內(nèi)徑由100mm突然擴(kuò)大到200mm，見附圖。A、B兩點的垂直距離為0.2m。在此兩點間連接一U形壓差計，指示液為四氯化碳，其密度為1630kg/m³。若忽略阻力損失，試求：（1）U形管兩側(cè)的指示液液面哪側(cè)高，相差多少（mm）？（2） 若將上述擴(kuò)大管道改為水平放置，壓差計的讀數(shù)有何變化？

1-8　如附圖所示，某鼓風(fēng)機吸入管直徑為200mm，在喇叭形進(jìn)口處測得U形壓差計讀數(shù)R=25mm，指示劑為水。若不計阻力損失，空氣的密度為1.2kg/m³，試求管道內(nèi)空氣的流量。

1-9　附圖所示為馬利奧特容器，其上部密封，液體由下部小孔流出。當(dāng)液體流出時，容器上部形成負(fù)壓，外界空氣自中央細(xì)管吸入。試以圖示尺寸計算容器內(nèi)液面下降0.5m所需的時間。小孔直徑為10mm。

設(shè)小孔的孔流系數(shù)C₀=0.62。

1-10　如附圖所示，水以3.77×10^-3m³/s的流量流經(jīng)一擴(kuò)大管段。細(xì)管直徑d=40mm，粗管直徑D=80mm，倒U形壓差計中水位差R=170mm。求水流經(jīng)該擴(kuò)大管段的阻力損失H_f，以J/N表示。

流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1-11　如附圖所示，活塞在汽缸中以0.8m/s的速度運動，活塞與汽缸間的縫隙中充滿潤滑油。已知汽缸內(nèi)徑D=100mm，活塞外徑d=99.96mm，寬度l=120mm，潤滑油黏度為100mPa·s。油在汽缸壁與活塞側(cè)面之間的流動為層流，求作用于活塞側(cè)面的黏性力。

1-12　附圖所示為一毛細(xì)管黏度計，刻度a～b間的體積為3.5mL，毛細(xì)管直徑為1mm。若液體由液面a降至b需要80s，求此液體的運動黏度。

提示：毛細(xì)管兩端b和c的靜壓強都是1atm，a與b間的液柱靜壓及毛細(xì)管表面張力的影響均忽略不計。

1-13　如附圖所示，黏度為μ、密度為ρ的液膜沿垂直平壁自上而下作均速層流流動，平壁的寬度為B，高度為H。現(xiàn)將坐標(biāo)原點放在液面處，取液層厚度為y的一層流體作力平衡。該層流體所受重力為（yBH）ρg。此層流體流下時受相鄰液層的阻力為τBH。求剪應(yīng)力τ與y的關(guān)系。并用牛頓黏性定律代入，以推導(dǎo)液層的速度分布。并證明單位平壁寬度液體的體積流量為

式中，δ為液膜厚度。

管路計算

1-14　如附圖所示，某水泵的吸入口與水池液面的垂直距離為3m，吸入管直徑為50mm的水煤氣管（ε=0.2mm）。管下端裝有一帶濾水網(wǎng)的底閥，泵吸入口附近裝一真空表。底閥至真空表間的直管長8m，其間有一個90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭。試估計當(dāng)泵的吸水量為20m³/h時真空表的讀數(shù)為多少（kPa）？操作溫度為20℃。又問當(dāng)泵的吸水量增加時，該真空表的讀數(shù)是增大還是減少？

1-15　如附圖所示，一高位槽向用水處輸水，上游用管徑為50mm水煤氣管，長80m，途中設(shè)90°彎頭5個。然后突然收縮成管徑為40mm的水煤氣管，長20m，設(shè)有1/2開啟的閘閥一個。水溫20℃，為使輸水量達(dá)3×10^-3m³/s，求高位槽的液位高度z。

1-16　如附圖所示，黏度為30mPa·s 、密度為900kg/m³的液體自容器A流過內(nèi)徑40mm的管路進(jìn)入容器B。兩容器均為敞口，液面視作不變。管路中有一閥門，閥前管長50m，閥后管長20m（均包括局部阻力的當(dāng)量長度）。當(dāng)閥全關(guān)時，閥前、后的壓強計讀數(shù)分別為0.09MPa與0.045MPa。現(xiàn)將閥門打開至1/4開度，閥門阻力的當(dāng)量長度為30m。試求：（1）管路的流量；（2）閥前、閥后壓強計的讀數(shù)有何變化？

1-17　在20℃下苯由高位槽流入某容器中，其間液位差5m且視作不變，兩容器均為敞口。輸送管為?32mm×3mm無縫鋼管（ε=0.05mm），長100m（包括局部阻力的當(dāng)量長度），求流量。

1-18　如附圖所示，某水槽的截面積A=3m²，水深2m。底部接一管子?32mm×3mm，管長10m（包括所有局部阻力當(dāng)量長度），管道摩擦系數(shù)λ=0.022。開始放水時，槽中水面與出口高差H為4m，試求水面下降1m所需的時間。

1-19　如附圖所示管路，用一臺泵將液體從低位槽送往高位槽。輸送流量要求為2.5×10^-3m³/s。高位槽上方氣體壓強為0.2MPa（表壓），兩槽液面高度差為6m，液體密度為1100kg/m³。管道?40mm×3mm，總長（包括局部阻力）為50m，摩擦系數(shù)λ為0.024。求泵給每牛頓液體提供的能量為多少？

1-20　如附圖所示，水位恒定的高位槽從C、D兩支管同時放水。AB段管長6m，內(nèi)徑41mm。BC段長15m，內(nèi)徑25mm。BD段長24m，內(nèi)徑25mm。上述管長均包括閥門及其他局部阻力的當(dāng)量長度，但不包括出口動能項，分支點B的能量損失可忽略，試求：

（1）D、C兩支管的流量及水槽的總排水量；（2）當(dāng)D支管中的閥門關(guān)閉時，求水槽由C支管流出的水流量；

設(shè)全部管路的摩擦系數(shù)均可取0.03，且不變化，出口損失應(yīng)另作考慮。

1-21　欲將5000kg/h的煤氣輸送100km，管內(nèi)徑為300mm，管路末端壓強為0.15MPa（絕壓），試求管路起點需要多大的壓強？

設(shè)整個管路中煤氣的溫度為20℃，λ=0.016，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣的密度為0.85kg/m³。

流量測量

1-22　在一內(nèi)徑為300mm的管道中，用畢托管來測定平均分子量為60的氣體流速。管內(nèi)氣體的溫度為40℃，壓強為101.3kPa，黏度為0.02mPa·s。已知在管道同一橫截面上測得畢托管最大讀數(shù)為30mmH₂O。問此時管道內(nèi)氣體的平均速度為多少？

1-23　在一直徑為50mm的管道上裝一標(biāo)準(zhǔn)的孔板流量計，孔徑為25mm，U形管壓差計讀數(shù)為220mmHg。若管內(nèi)液體的密度為1050kg/m³，黏度為0.6 mPa·s ，試計算液體的流量。

1-24　有一測空氣的轉(zhuǎn)子流量計，其流量刻度范圍為400～4000L/h，轉(zhuǎn)子材料用鋁制成（ρ_鋁=2670kg/m³），今用它測定常壓20℃的二氧化碳，試問能測得的最大流量為多少（L/h）？

管路特性

1-25　如附圖所示，擬用一泵將堿液由敞口堿液槽打入位差為10m高的塔中。塔頂壓強為0.06MPa（表壓）。全部輸送管均為?57mm×3.5mm無縫鋼管，管長50m（包括局部阻力的當(dāng)量長度）。堿液的密度ρ=1200kg/m³，黏度μ=2mPa·s。管壁粗糙度為0.3mm。試求：（1） 流動處于阻力平方區(qū)時的管路特性方程；（2） 流量為30m³/h時的H_e和P_e。

離心泵的特性

1-26　某離心泵在作性能實驗時以恒定轉(zhuǎn)速打水，當(dāng)流量為71m³/h時，泵吸入口處真空表讀數(shù)0.029MPa，泵壓出口處壓強計讀數(shù)0.31MPa。兩測壓點的位差不計，泵進(jìn)、出口的管徑相同。測得此時泵的軸功率為10.4kW，試求泵的揚程及效率。

帶泵管路的流量及調(diào)節(jié)

1-27　附圖所示的輸水管路，用離心泵將江水輸送至常壓高位槽。已知吸入管直徑?70mm×3mm，管長l_AB=15m，壓出管直徑?60mm×3mm，管長l_CD=80m（管長均包括局部阻力的當(dāng)量長度），摩擦系數(shù)λ均為0.03，DZ=12m，離心泵特性曲線為，式中H_e的單位為m；q_V的單位為m³/s。試求：（1）管路流量；（2）旱季江面下降3m時的流量。

1-28　某臺離心泵的特性曲線可用方程表示。式中H_e為泵的揚程，m；q_V為流量，m³/min。現(xiàn)該泵用于兩敞口容器之間送液，已知單泵使用時流量為1m³/min。欲使流量增加50%，試問應(yīng)該將相同兩臺泵并聯(lián)還是串聯(lián)使用？ 兩容器的液面位差為10m。

離心泵的安裝高度

1-29　某離心泵的必需汽蝕余量為3.5m，今在海拔1000m的高原上使用。已知吸入管路的全部阻力損失為3J/N。今擬將該泵裝在敞口水源之上3m處，試問此泵能否正常操作？該地大氣壓為90kPa，夏季的水溫為20℃。

1-30　如附圖所示，要將某減壓精餾塔塔釜中的液體產(chǎn)品用離心泵輸送至高位槽，釜中真空度為67kPa（其中液體處于沸騰狀態(tài)，即其飽和蒸氣壓等于釜中絕對壓強）。泵位于地面上，吸入管總阻力為0.87J/N，液體的密度為986kg/m³，已知該泵的必需汽蝕余量（NPSH）_r為3.7m， 試問該泵的安裝位置是否適宜？ 如不適宜應(yīng)如何重新安排？

離心泵的選型

1-31　如附圖所示，從水池向高位槽送水，要求送水量為40t/h，槽內(nèi)壓強為0.03MPa （表壓），槽內(nèi)水面離水池水面16m，管路總阻力為4.1J/N。擬選用IS型水泵。試確定選用哪一種型號為宜？

往復(fù)泵

1-32　某單缸雙動往復(fù)輸水泵，每分鐘活塞往復(fù)60次，活塞直徑為200mm，活塞桿直徑為30mm，活塞行程為300mm。實驗測得此泵的輸水量為0.018m³/s，求此泵的容積效率η_V。

氣體輸送機械

1-33　現(xiàn)需輸送溫度為200℃、密度為0.75kg/m³的煙氣，要求輸送流量為12700m³/h，全壓為1.18kPa。工廠倉庫中有一臺風(fēng)機，其銘牌上流量為12700m³/h， 全壓為1.57kPa，試問該風(fēng)機是否可用？