流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)課后習(xí)題解答_圖文

1、流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī) 習(xí)題解答 土木與制冷工程學(xué)院 李曉燕、吳邦喜 1 一、填 空 題 1流體力學(xué)中三個(gè)主要力學(xué)模型是（1）連續(xù)介質(zhì)模型（2）不可壓縮流體力學(xué) 模型（3）無(wú)粘性流體力學(xué)模型。 2在現(xiàn)實(shí)生活中可視為牛頓流體的有水 和空氣 等。 3流體靜壓力和流體靜壓強(qiáng)都是壓力的一種量度。它們的區(qū)別在于：前者是作 用在某一面積上的總壓力； 而后者是作用在某一面積上的平均壓強(qiáng)或某一點(diǎn)的壓 強(qiáng)。 4均勻流過(guò)流斷面上壓強(qiáng)分布服從于水靜力學(xué)規(guī)律。 5和液體相比，固體存在著抗拉、抗壓和抗切三方面的能力。 6 空氣在溫度為 290 K， 壓強(qiáng)為 760 mmHg 時(shí)的密度和容重分別為 a = 1.2 kg/m3

2、和 a = 11.77 N/m3。 7流體受壓，體積縮小，密度增大 的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的壓縮性 ；流體受熱， 體積膨脹，密度減少 的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的熱脹性 。 8壓縮系數(shù) 的倒數(shù)稱(chēng)為流體的彈性模量 ，以 E 來(lái)表示 9工程大氣壓等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6 毫米汞柱高。 10靜止流體任一邊界上壓強(qiáng)的變化，將等值地傳到其他各點(diǎn)（只要靜止不被破 壞） ，這就是水靜壓強(qiáng)等值傳遞的帕斯卡定律。 11流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。 12液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律只適用于靜止、同種、連續(xù)液體。 13靜止非均質(zhì)流體的水平面是等壓面，等密面和等溫面。 14測(cè)壓管是一根玻璃直管或

3、U 形管，一端連接在需要測(cè)定的容器孔口上，另一 端開(kāi)口，直接和大氣相通。 15在微壓計(jì)測(cè)量氣體壓強(qiáng)時(shí)，其傾角為 = 30° ，測(cè)得 l = 20 cm 則h=10cm。 16作用于曲面上的水靜壓力 P 的鉛直分力 Pz 等于其壓力體內(nèi)的水重。 17通過(guò)描述物理量在空間的分布來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)的方法稱(chēng)為歐拉法。 18 流線不能相交（駐點(diǎn)處除外） ，也不能是折線，因?yàn)榱鲌?chǎng)內(nèi)任一固定點(diǎn)在同 一瞬間只能有一個(gè)速度向量，流線只能是一條光滑的曲線或直線。 19靜壓、動(dòng)壓和位壓之和以 p z 表示，稱(chēng)為總壓。 20液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng) 為紊流。 21由紊流

4、轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速 v k 小于 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界流速 v ，其 k 2 中 v 稱(chēng)為上臨界速度， v k 稱(chēng)為下臨界速度。 k 22對(duì)圓管來(lái)說(shuō)，臨界雷諾數(shù)值 Re k = 2000 。 23圓管層流的沿程阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，且成反比，而和管壁粗糙無(wú)關(guān)。 24 根據(jù) 繁榮變化特征， 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線可分為五個(gè)阻力區(qū)， 分別是層流區(qū)； 臨界區(qū)；紊流光滑區(qū)；紊流過(guò)渡區(qū)和紊流粗糙區(qū)。 k 68 0.25 25紊流過(guò)渡區(qū)的阿里特蘇里公式為 = 0.11( + 。 d Re 26速度的大小、方向或分布發(fā)生變化而引起的能量損失，稱(chēng)為局部損失。 27正方形形斷面管道(邊長(zhǎng)為 a，其水力半徑 R

5、等于 R = de = a a ，當(dāng)量直徑 de 等于 4 。 3 A = a ，當(dāng)量直徑 x 12 28正三角形斷面管道(邊長(zhǎng)為 a，其水力半徑 R 等于 R = 3 a。 3 de 等于 4 R = 29濕周是指過(guò)流斷面上流體和固體壁面接觸的周界。 30層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿程阻力系數(shù)與 f (Re 有關(guān)，紊流運(yùn)動(dòng)沿程阻力系數(shù)在光 滑管區(qū)與 f (Re 有關(guān)，在過(guò)渡區(qū)與 f (Re, K K 有關(guān)，在粗糙區(qū)與 f ( 有關(guān)。 d d 31串聯(lián)管路總的綜合阻力系數(shù)S等于各管段的阻抗疊加。 32 并 聯(lián) 管 路 總 的 綜 合 阻 力 系 數(shù) S 與 各 分 支 管 綜 合 阻 力 系 數(shù) 的 關(guān) 系

6、 為 1 s = 1 s1 + 1 s2 + 1 s3 。管嘴與孔口比較,如果水頭 H 和直徑 d 相同，其流速比 V 孔口/V 管嘴等于 0.97 0.60 ,流量比 Q 孔口/Q 管嘴等于 。 0.82 0.82 33不可壓縮流體的空間三維的連續(xù)性微分方程是 u x u y u z + + = 0。 y x z 34 M = 1 即氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?，此時(shí)稱(chēng)氣體處于臨界狀態(tài)。 35淹沒(méi)出流是指液體通過(guò)孔口出流到另一個(gè)充滿液體的空間 時(shí)的流動(dòng)。 3 36氣體自孔口、管路或條縫向外噴射 所形成的流動(dòng)，稱(chēng)為氣體淹沒(méi)射流。 37有旋流動(dòng)是指流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度在流場(chǎng)內(nèi)不完全為零 的流動(dòng)。 38

7、幾何相似是指流動(dòng)空間幾何相似。即形成此空間任意相應(yīng)兩線段夾角相同， 任意相應(yīng)線段長(zhǎng)度保持一定的比例 。 39因次是指物理量的性質(zhì)和類(lèi)別。因次分析法就是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象中物理量的因次 以及因次之間相互聯(lián)系的各種性質(zhì)的分析來(lái)研究現(xiàn)象相似性的方法。 他是一方程 式的因次和諧性為基礎(chǔ)的。 40容積泵與風(fēng)機(jī)又可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。 41根據(jù)流體的流動(dòng)情況，可將泵和風(fēng)機(jī)分為以下四種類(lèi)別：離心式泵與風(fēng)機(jī)； 軸流式泵與風(fēng)機(jī)；混流式泵與風(fēng)機(jī)和貫流式泵與風(fēng)機(jī)。 42風(fēng)機(jī)的壓頭（全壓） p 是指單位體積氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)所獲的的能量增量。 43單位時(shí)間內(nèi)泵或風(fēng)機(jī)所輸送的流體量稱(chēng)為流量。風(fēng)機(jī)的容積流量，特指風(fēng)機(jī) 進(jìn)口處的容積流量

8、。 44泵或風(fēng)機(jī)所提供的流量與設(shè)備本身效率之間的關(guān)系，用 = f 3 (Q 來(lái)表示。 45泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線 與管路的性能曲線 的交點(diǎn)。 46 泵的揚(yáng)程H的定義是： 泵所輸送的單位重量流量的流體從進(jìn)口至出口的能量 增值。 47安裝角是指葉片進(jìn)、出口處的切線 與圓周速度反方向 之間的交角。 48泵和風(fēng)機(jī)的全效率等于容積效率 ，水力效率 及機(jī)械效率 的乘積。 49當(dāng)泵的揚(yáng)程一定時(shí)，增加葉輪轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)的減少 輪徑。 50附面層的分離發(fā)生在減速增壓 區(qū)。附面層外主流區(qū)的流動(dòng)屬于有勢(shì) 流動(dòng)。 附面層內(nèi)的流動(dòng)屬于有旋 流動(dòng)。 二、判 斷 題 1當(dāng)平面水平放置時(shí)，壓力中心與平面形心重合。

9、 對(duì) 2一個(gè)工程大氣壓等于 98kPa,相當(dāng)于 10m 水柱的壓強(qiáng)。對(duì) 3靜止液體自由表面的壓強(qiáng)，一定是大氣壓。錯(cuò) 4靜止液體的自由表面是一個(gè)水平面，也是等壓面。對(duì) 5當(dāng)靜止液體受到表面壓強(qiáng)作用后，將毫不改變地傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。對(duì) 6當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為零時(shí)，稱(chēng)為絕對(duì)真空。錯(cuò) 7某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓強(qiáng)時(shí)即稱(chēng)該點(diǎn)產(chǎn)生真空。對(duì) 8流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)空間點(diǎn)時(shí)，所有的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的流體叫恒定 流。對(duì) 9恒定流時(shí)，流線隨的形狀不隨時(shí)間變化，流線不一定與跡線相重合。錯(cuò) 4 10 漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)的分布規(guī)律可近似地看作與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相 同。對(duì) 11流線是光滑的曲線，不能是折線，流線之間

10、可以相交。錯(cuò) 12一變直徑管段，A 斷面直徑是 B 斷面直徑的 2 倍，則 B 斷面的流速是 A 斷面 流速的 4 倍。對(duì) 13彎管曲率半徑 Rc 與管徑 d 之比愈大，則彎管的局部損失系數(shù)愈大。錯(cuò) 14隨流動(dòng)雷諾數(shù)增大，管流壁面粘性底層的厚度也愈大。錯(cuò) 15水泵的揚(yáng)程就是指它的提水高度。錯(cuò) 16管嘴出流的局部水頭損失可有兩部分組成，即孔口的局部水頭損失及收縮斷 面出突然縮小產(chǎn)生的局部水頭損失。錯(cuò) 17當(dāng)流速分布比較均勻時(shí)，則動(dòng)能修正系數(shù)的值接近于零。錯(cuò) 18流速分布越不均勻，動(dòng)能修正系數(shù)的值越小。錯(cuò) 19在水流過(guò)水?dāng)嗝婷娣e相等的前提下，濕周愈大，水力半徑愈小。對(duì) 20圓形管的直徑就是其水力半

11、徑。錯(cuò) 21為了減少摩擦阻力，必須把物體做成流線型。錯(cuò) 22在研究紊流邊界層的阻力特征時(shí)，所謂粗糙區(qū)是指粘性底層的實(shí)際厚度小 于粗糙高度。對(duì) 23水泵的安裝高度取決于水泵的允許真空值、供水流量和水頭損失。對(duì) 24大孔口與小孔口都可認(rèn)為其斷面上壓強(qiáng)、流速分布均勻，各點(diǎn)作用水頭可以 認(rèn)為是一常數(shù)。錯(cuò) 三、簡(jiǎn) 答 題 1什么是粘滯性？什么是牛頓內(nèi)摩擦定律？不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛 頓流體還是非牛頓流體？ 答： 粘滯性是當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部顯示出的內(nèi)摩擦力性質(zhì)。 牛頓內(nèi)摩擦定律是： T = A du ； 不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是非牛頓流體。 dy 2在流體力學(xué)當(dāng)中，三個(gè)主要的力學(xué)模型是指

12、哪三個(gè)？ 答： （1）連續(xù)介質(zhì)； （2）無(wú)粘性流體； （3）不可壓縮流體。 3什么是理想流體？ 答：理想流體即指無(wú)粘性流體，是不考慮流體的粘性的理想化的流體。 4什么是實(shí)際流體？ 答：考慮流體的粘性的流體。 5什么是不可壓縮流體？ 答：不計(jì)流體的壓縮性和熱脹性的而對(duì)流體物理性質(zhì)的簡(jiǎn)化。 5 6.為什么流體靜壓強(qiáng)的方向必垂直作用面的內(nèi)法線?答:由于流體在靜止時(shí),不能承受拉力和切力,所以流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。7.為什么水平面必是等壓面?答:由于深度相等的點(diǎn),壓強(qiáng)也相同,這些深度相同的點(diǎn)所組成的平面是一個(gè)水平面,可見(jiàn)水平面是壓強(qiáng)處處相等的面,即水平面必是等壓面。8.什么是等壓

13、面?滿足等壓面的三個(gè)條件是什么?答:在同一種液體中,如果各處的壓強(qiáng)均相等由各壓強(qiáng)相等的點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。滿足等壓面的三個(gè)條件是同種液體連續(xù)液體靜止液體。9.什么是阿基米德原理?答:無(wú)論是潛體或浮體的壓力體均為物體的體積,也就是物體排開(kāi)液體的體積。10.潛體或浮體在重力G和浮力P的作用,會(huì)出現(xiàn)哪三種情況?答:(1重力大于浮力,則物體下沉至底;(2重力等于浮力,則物體可在任一水深處維持平衡;(3重力小于浮力,則物體浮出液體表面,直至液體下部分所排開(kāi)的液體重量等于物體重量為止。11.等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)液體的特征有那些?答:(1等壓面是繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)的拋物面簇;(2在同一水平面上的軸心壓強(qiáng)最低,邊緣壓強(qiáng)

14、最高。12.什么是絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)?答:絕對(duì)壓強(qiáng):以毫無(wú)一點(diǎn)氣體存在的絕對(duì)真空為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。p為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。相對(duì)壓強(qiáng):當(dāng)?shù)赝叱痰拇髿鈮簭?qiáng)a13.什么叫自由表面?答:和大氣相通的表面叫自由表面。14.什么是流線?什么是跡線?流線與跡線的區(qū)別是什么?答:流線是某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中畫(huà)出的一條空間曲線,此瞬時(shí)在曲線上任一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的速度方向重合,這條曲線叫流線。區(qū)別:跡線是流場(chǎng)中流體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間過(guò)程中所走過(guò)的軌跡線。流線是由無(wú)究多個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的,它是表示這無(wú)究多個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)在某一固定瞬間運(yùn)動(dòng)方向的曲線。而跡線則是在時(shí)間過(guò)程中表示同一流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的曲線。15.什么是流場(chǎng)?答:我們把流體流動(dòng)

15、占據(jù)的空間稱(chēng)為流場(chǎng),流體力學(xué)的主要任務(wù)就是研究流場(chǎng)中的流動(dòng)。16.什么是歐拉法?答:通過(guò)描述物理量在空間的分布來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)的方法稱(chēng)為歐拉法。17.什么是拉格朗日法?答:通過(guò)描述每一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)達(dá)到了解流體運(yùn)動(dòng)的方法。18.什么是恒定流動(dòng)?什么是非恒定流動(dòng)?答: 動(dòng)平衡的流動(dòng),各點(diǎn)流速不隨時(shí)間變化,由流速?zèng)Q定的壓強(qiáng)、粘性力也不隨時(shí)間變化,這種流動(dòng)稱(chēng)之為恒定流動(dòng)反之為非恒定流動(dòng)。19.什么是沿程損失?答: 在沿程不變的管段上,流動(dòng)阻力沿程也基本不變,稱(chēng)這類(lèi)阻力為沿程阻力,克服沿程阻力引起的能量損失為沿程損失。20.什么是局部損失?答:在邊壁急劇變化的區(qū)域,阻力主要地集中在該區(qū)域中及其附近,這種集中

16、分布的阻力稱(chēng)為局部阻力?？朔植孔枇Φ哪芰繐p失為局部損失。21.什么叫孔口自由出流和淹沒(méi)出流?答: 在容器側(cè)壁或底壁上開(kāi)一孔口,容器中的液體自孔口出流到大氣中,稱(chēng)為孔口自由出流。如出流到充滿液體的空間,則稱(chēng)為淹沒(méi)出流。22.什么是有旋流動(dòng)?什么是無(wú)旋流動(dòng)?答: 流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度不完全為零的流動(dòng)稱(chēng)為有旋流動(dòng),流場(chǎng)中各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角速度等于零的運(yùn)動(dòng),成為無(wú)旋運(yùn)動(dòng)。23.在流體力學(xué)中,拉格朗曰分析法和歐拉分析法有何區(qū)別?答: 拉格朗曰法著眼于流體中各質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)情況跟蹤每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)觀察與分析該質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)歷程然后綜合足夠多的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況以得到整個(gè)流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 歐拉法著眼于流體經(jīng)過(guò)空間各固定點(diǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情

17、況它不過(guò)問(wèn)這些流體運(yùn)動(dòng)情況是哪些流體質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的也不管那些質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)歷程因此拉格朗曰分析法和歐拉分析法是描述流體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和方式的兩種不同的基本方法 。24.什么叫流管、流束、過(guò)流斷面和元流?答:在流場(chǎng)內(nèi),取任意非流線的封閉曲線L ,經(jīng)此曲線上全部點(diǎn)做流線,這些流線組成的管狀流面,稱(chēng)為流管。流管以內(nèi)的流體,稱(chēng)為流束。垂直于流束的斷面稱(chēng)為流束的過(guò)流斷面,當(dāng)流束的過(guò)流斷面無(wú)限小時(shí),這根流束就稱(chēng)為元流。25.什么是入口段長(zhǎng)度?對(duì)于層流、紊流分別用什么表示?答:從入口到形成充分發(fā)展的管流的長(zhǎng)度稱(chēng)為入口段長(zhǎng)度,以表示。對(duì)于層流:E x Re 028.0=d x E ;對(duì)于紊流:50=dx E 。 26

18、.什么是單位壓能?答:p 是斷面壓強(qiáng)作用使流體沿測(cè)壓管所能上升的高度,水力學(xué)中稱(chēng)為壓強(qiáng)水頭,表示壓力作功所能提供給單位重量流體的能量,稱(chēng)為單位壓能。27.什么是滯止參數(shù)?答:氣流某斷面的流速,設(shè)想以無(wú)摩擦絕熱過(guò)程降低至零時(shí),斷面各參數(shù)所達(dá)到的值,稱(chēng)為氣流在該斷面的滯止參數(shù)。滯止參數(shù)一下標(biāo)“0”表示。28.氣流速度與斷面的關(guān)系有哪幾種?答:M<1為亞音速流動(dòng),說(shuō)明速度隨斷面的增大而減慢;隨斷面的減少而加快。M>1為超音速流動(dòng),說(shuō)明速度隨斷面的增大而加快;隨斷面的減少而減慢。M=1既氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?此時(shí)稱(chēng)氣體處于臨界狀態(tài)。29.什么是幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似?答: 幾何相似

19、是指流動(dòng)空間幾何相似,即形成此空間任意相應(yīng)兩線段交角相同,任意相應(yīng)線段長(zhǎng)度保持一定的比例。運(yùn)動(dòng)相似是指兩流動(dòng)的相應(yīng)流線幾何相似,即相應(yīng)點(diǎn)的流速大小成比例,方向相同。動(dòng)力相似是指要求同名力作用,相應(yīng)的同名力成比例。30.要保證兩個(gè)流動(dòng)問(wèn)題的力學(xué)相似所必須具備的條件是什么?答:如果兩個(gè)同一類(lèi)的物理現(xiàn)象,在對(duì)應(yīng)的時(shí)空點(diǎn)上,各標(biāo)量物理量的大小成比例,各向量物理量除大小成比例外,且方向相同,則稱(chēng)兩個(gè)現(xiàn)象是相似的。要保證兩個(gè)流動(dòng)問(wèn)題的力學(xué)相似,必須是兩個(gè)流動(dòng)幾何相似,運(yùn)動(dòng)相似,動(dòng)力相似,以及兩個(gè)流動(dòng)的邊界條件和起始條件相似。31.什么是因次分析法?答: 因次分析法就是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象中物理量的因次以及因次之間相

20、互聯(lián)系的各種性質(zhì)的分析來(lái)研究現(xiàn)象相似性的方法。32.為什么虹吸管能將水輸送到一定的高度?答: 因?yàn)楹缥軆?nèi)出現(xiàn)了真空。33.什么是泵的揚(yáng)程?答: 泵所輸送的單位重量流量的流體從進(jìn)口至出口的能量增值。 也就是單位重量流量的流體通過(guò)泵所獲得的有效能量。單位是m 。34.什么是水力半徑?什么是當(dāng)量直徑?答:水力半徑R 的定義為過(guò)流斷面面積A 和濕周之比,即AR =;當(dāng)量直徑。R de 4=35.什么是氣蝕現(xiàn)象?產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因是什么?答:氣蝕是指浸蝕破壞材料之意,它是空氣泡現(xiàn)象所產(chǎn)生的后果。原因有下:泵的安裝位置高出吸液面的高差太大;泵安裝地點(diǎn)的大氣壓較低;泵所輸送的液體溫度過(guò)高。36.為什么要考

21、慮水泵的安裝高度?什么情況下,必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以下?答: 避免產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。吸液面壓強(qiáng)處于氣化壓力之下或者吸水高度大于10米時(shí)必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以下。37.試述泵與風(fēng)機(jī)的工作原理答: 當(dāng)葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí),葉片間的氣體也隨葉輪旋轉(zhuǎn)而獲得離心力,并使氣體從葉片間的出口處甩出。被甩出的氣體及入機(jī)殼,于是機(jī)殼內(nèi)的氣體壓強(qiáng)增高,最后被導(dǎo)向出口排出。氣體被甩出后,葉輪中心部分的壓強(qiáng)降低。外界氣體就能使風(fēng)機(jī)的的吸入口通過(guò)葉輪前盤(pán)中央的孔口吸入,源源不斷地輸送氣體。38.歐拉方程:(11122=T u T T u T T v u v u gH 有哪些特點(diǎn)? 答:(1用動(dòng)量矩定理推導(dǎo)基本能量方程時(shí),

22、并未分析流體在葉輪流道中途的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,于是流體所獲得的理論揚(yáng)程,僅與液體在葉片進(jìn)、出口的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),而與流動(dòng)過(guò)程無(wú)關(guān);T H (2流體所獲得的理論揚(yáng)程,與被輸送流體的種類(lèi)無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)無(wú)論被輸送的流體是水或是空氣,乃至其它密度不同的流體;只要葉片進(jìn)、出口的速度三角形相同,都可以得到相同的液柱或氣柱高度(揚(yáng)程。T H 39.為什么要采用后向葉型?答:動(dòng)壓水頭成分大,流體在蝸殼及擴(kuò)壓器中的流速大,從而動(dòng)靜壓轉(zhuǎn)換損失必然較大,實(shí)踐證明,了解這種情況是很有意義的。因?yàn)樵谄渌鼦l件相同時(shí),盡管前向葉型的泵和風(fēng)機(jī)的總的揚(yáng)程較大,但能量損失也大,效率較低。因此離心式泵全采用后向葉輪。在大型風(fēng)機(jī)中,為了增加效

23、率或見(jiàn)得噪聲水平,也幾乎都采用后向葉型。40.流體流經(jīng)過(guò)泵或風(fēng)機(jī)時(shí),共包括那些損失?答:(1水力損失(降低實(shí)際壓力;(2容積損失(減少流量;(3機(jī)械損失。四、計(jì) 算 題1. 圖示為一采暖系統(tǒng)圖。由于水溫升高引起水的體積膨脹,為了防止管道及暖氣片脹裂,特在系統(tǒng)頂部設(shè)置一膨脹水箱,使水的體積有自由膨脹的余地。若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積m3,加熱前后溫差o C ,水的膨脹系數(shù)8V =50t =0005.0=,求膨脹水箱的最小容積。解 由dV V dT=得: 0.0005850dV V dT =×× 0.2=m 3故膨脹水箱的最小容積為0.m 322. 有一矩形底孔閘門(mén),高 m ,寬 3h

24、 =2b =m ,上游水深 16h =m 下游水深m 。試用圖解法及解析法求作用于閘門(mén)上的水靜壓力及作用點(diǎn)?25h =解 A h A h P P P c c =下上 5.35.4(6807.9×=59=kN 作用于閘門(mén)中心圖解h b A h h P =(219.807659=×=kN3. 寬為1m ,長(zhǎng)為AB 的矩形閘門(mén),傾角為,左側(cè)水深 °4513h =m ,右側(cè)水深 m 。試用圖解法求作用于閘門(mén)上的水靜壓力及其作用點(diǎn)?22h = 解 壓強(qiáng)分布圖略,根據(jù)圖計(jì)算如下: 22121211sin 45sin 4522 P P P h h =°° 1

25、19.80739.807222=×××× 62.327.6534.65=kN1122D P y P y P y =1122D P y P y y P=122262.327.653245324534.65h h ×××+×°×=° 62.327.65334.65×=17691 2.4634.65=m 4.m ,閘門(mén)可繞C 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。求閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)的水深為多少米。20.4h =h解 故 21111120.1(c b h l J y A h h b h =m C 點(diǎn)是合力作用點(diǎn)的極限

26、點(diǎn),當(dāng)其高于C 點(diǎn)閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。2(1.0121121h h h ×= 21110100.5 1.3312212h h h =+=+=m 即m 時(shí),閘門(mén)便自動(dòng)打開(kāi)。1.33h 5. 有一圓滾門(mén),長(zhǎng)度 m ,直徑 10l =4D =m ,上游水深 14H =m ,下游水深m ,求作用于圓滾門(mén)上的水平和鉛直分壓力。 22H = 解2221211(2x P P P l H H =2219.80710(422=××× 590=kN2 34z P V A l R l =39.8074104=×××920=kN6. 一弧形閘門(mén)AB ,寬

27、 m ,圓心角 4b =°=45,半徑 2r =m ,閘門(mén)轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平,求作用于閘門(mén)的水靜壓力及作用點(diǎn)。解 2sin =h 21449.80739.22xP h b=×=kN zP V b=×面積(b=××扇形面積三角形面積2211(9.8074(1822b r h=×=××22.4=kN45.2P=kN7.油沿管線流動(dòng),A斷面流速為2m/s,不計(jì)損失,求開(kāi)口C管中的液面高度。解 21.015.0(22×=ABABvddv4.5=m/s通過(guò)B斷面中心作基準(zhǔn)面,寫(xiě)A、B兩斷面的能能量方程:25.4225

28、.12.122+=+gpg2212.7(2 4.52pg=+2.70.83= 1.86=m8.用水銀比壓計(jì)量測(cè)管中水流,過(guò)流斷面中點(diǎn)流速u(mài)如圖。測(cè)得A點(diǎn)的比壓計(jì)讀數(shù)mm汞柱。(1求該點(diǎn)的流速u(mài);(2若管中流體是密度為g/cm3的油,仍不變,該點(diǎn)流速為若干,不計(jì)損失。60h=0.8h解ABpgup=+22hppguBA=(212當(dāng)管中通水時(shí):hh×=6.1213.85u =m/s 當(dāng)管中通油時(shí):h h ×=××=16807.98.0807.98.04.13314.31u =m/s 9. 水由管中鉛直流出,求流量及測(cè)壓計(jì)讀數(shù)。水流無(wú)損失。解 寫(xiě)出管口斷面,圓

29、盤(pán)周邊斷面的能量方程:g vg v 2002032221+=+ 3222122=gvg v2211v A v A =21212(0.0540.30.001A v v A 1v =×× 2110.05 2.10.30.0014v v =×××所以3221.2(2121=×gv g v882.011.232221=g v 1 4.15v =m/s 211(0.05 4.150.008154Q A v =×=m 3/s寫(xiě)管出口、圓盤(pán)測(cè)壓管連接處的能量方程:pg v =+2321 882.03(+=p由等壓面規(guī)律得:h p 

30、5;=×+15.11119.807( 1.5(30.882 1.5 5.3820.395395133.4h p m =×+=+=×=mm10. 直徑為mm 的管道在支承水平面上分支為1700d =2500d =mm 的兩支管,A-A 斷面壓強(qiáng)為kN/m 2,管道流量m 3/s ,兩支管流量相等:(1不計(jì)水頭損失,求支墩受水平推力。(2水頭損失為支管流速水頭的5倍,求支墩受水平推力。不考慮螺栓連接的作用。700.6Q = 解 11210.61.56(0.74Q v A =×m/s 22220.31.53(0.54Q v A =×m/sgv p g

31、 v p 22222211+=+ 1221222112253.1256.122p g g p g v g v p p +=+= 2170p p =kN/m 2寫(xiě)能量方程式:Rx v Q A p v Q A p +°×+×=+30cos (222221111°×+×+=30cos (22222111v Q A p v Q A p Rx 53.13.010007.0(470000356.16.010007.0(47000022××+×××+×=30801393219 3.219N

32、 =+=kN當(dāng)記入損失時(shí):gv g v p g v p 252222222211+=+ 264.15p =kN/m 2同理35.24Rx =kN11.油在管中以m/s 的速度流動(dòng),油的密度1v =920=kg/m 3,3l =m ,mm 水銀壓差計(jì)測(cè)得cm ,試求(1油在管中的流態(tài)?(2油的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)25d =9h =?(3若保持相同的平均流速反向流動(dòng),壓差計(jì)的讀數(shù)有什何變化? 解 (1若為層流:22v d l h f = 264(2v d l d v g h =油汞 22320.09(136009209.807l v d×= 23231920(0.025××&

33、#215;×=2440.09126809.8(2.5100.7910323920××××=×××m 2/s校核是否為層流 3161079.0025.01Re ×4=×=vd所以為層流。(3若倒流:則下端壓強(qiáng)大于上端壓強(qiáng),仍為9cm 。h 12.油的流量cm 3/s ,流過(guò)直徑77Q =6d =mm 的細(xì)管,在l 2=m 長(zhǎng)的管段兩端水銀壓差計(jì)讀數(shù)cm ,油的密度30h =900=kg/m 3,求油的和值。 解 設(shè)若為層流 2772.720.785(0.6v =×m/s 22f l v

34、p d= 2(2vl h g d××=油汞油 260.3127009.8(0.0068.610232900 2.72×××=××××m 2/s638.6109007.7510=××=×Pas驗(yàn)證:62.720.006Re 189720008.610u d×=×故為層流。13. 水箱側(cè)壁接出一根由兩段不同的管徑所組成的管道。已知1150d =mm ,mm ,m ,管道的當(dāng)量糙度mm ,水溫為o C 。若管道的出口流速m/s ,求(1水位H 。(2繪出總水頭線

35、和測(cè)壓管水頭線。275d =22=50l =0.6K =20v解(12222175(2(0.5150d v v d =×=1m/s11 60.50.15Re 742571.0110v d ×=×1 2260.50.15Re 742571.0110v d ×=×210.6(0.004150K d =20.6(0.00875K d =由葉迪圖可知0.03=1;0.037=2221122121222l v l v h d g d g=+f2250(0.55020.030.0370.1520.0752g g=××+×

36、15;0.1275 5.03 5.16=+= m0.5= 0.50.375=××=221油2A 751-(=0.51-(A 15022120.50.3750.006370.080.08622m v v h g g=+=+=220.2 5.160.086 5.442f m v H h h g=+=+=210.012752v g =m ; 220.22v g=m (2水頭線略。14. 一隔板將水箱分為A 、B 兩格,隔板上有直徑140d =mm 的薄壁孔口,如題下圖,B 箱底部有一直徑的圓柱形管嘴,管嘴長(zhǎng)0.1l =m ,A 箱水深13H =m 恒定不變。(1分析出流恒定條件(

37、不變的條件。(2在恒定出流時(shí),B 箱中水深等于多少?(3水2H 2H箱流量Q 為何值?1解 (121Q Q =時(shí),恒定不變。2H(2l 2431.0d m =,為管嘴出流,為空 孔口出流。取 1d 10.6=1122A A = 222212220.62(30.822(0.1A g H A g H =+22224222222410.820.820.32(0.1(0.10.59(0.10.60.60.4A H H H H A ××=+=+=×+××3 2230.059(10.59 1.59H H =+=2 2.9411.59 1.85H =m(32

38、210.60.040.358104Q A =××=×m 3/s 15.某誘導(dǎo)器的靜壓箱上裝有圓柱形管嘴,管徑為4mm ,長(zhǎng)度100l =mm ,02.0=,從管嘴入口到出口的局部阻力系數(shù),求管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù)(見(jiàn)圖5-4圖。 5.0=解 為短管出流。故3l 4d 0.707= 0.707=16. 如上題,當(dāng)管嘴外空氣壓強(qiáng)為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)時(shí),要求管嘴出流流速為30m/s 。此時(shí)靜壓箱內(nèi)應(yīng)保持多少壓強(qiáng)?空氣密度為 1.2=kg/m 3。 解 v =000a 0p p p p p =。即靜壓箱中相對(duì)壓強(qiáng)為1.08kN/m 217. 某恒溫室采用多孔板送風(fēng),風(fēng)道中的靜

39、壓為200Pa ,孔口直徑為20mm ,空氣溫度為20o C ,8.0=。要求通風(fēng)量為m 3/s 。問(wèn)需要布置多少孔口?1解 在通風(fēng)工程中,對(duì)于多孔板送風(fēng),流量系數(shù)采用0.841Q A 0.8(0.0111.5104=× ×=×m 3/s 1Q nQ =;411872(11.510Q n Q =×個(gè) 18. 水從A 水箱通過(guò)直徑為10cm 的孔口流入B 水箱,流量系數(shù)為0.62。設(shè)上游水箱的水面高程m 保持不變。13H = (1B 水箱中無(wú)水時(shí),求通過(guò)孔口的流量。(2B 水箱水面高程m 時(shí),求通過(guò)孔口的流量。22H = (3A 箱水面壓力為2000Pa

40、,13H =m 時(shí),而B(niǎo) 水箱水面壓力為0,m 時(shí),求通過(guò)孔口的流量。22H = 解(12210.620.1 3.72104 Q A =××=×m 3/s (22210.620.1 2.16104Q A =××=×m 3/s (3210.620.14 Q A =××20.620.1 2.36104=××=×m 3/s 19. 如圖示管路中輸送氣體,采用U 形差壓計(jì)測(cè)量壓強(qiáng)差為m 液體。試推導(dǎo)通過(guò)孔板的流量公式。h解 Q = 式中以米計(jì),h 1為差壓計(jì)用的液體容重。為 流動(dòng)氣體的容重。2

41、0. 如上題圖孔板流量計(jì),輸送20o C 空氣,測(cè)量100h =mmH 2O 。62.0=,mm ,求Q 。 100d =解 Q = 0.620.10.24=××=m 3/s 21. 某供熱系統(tǒng),原流量為m 3/s ,總水頭損失0.0055h =mH 2O ,現(xiàn)在要把流量增加到m 3/s ,試問(wèn)水泵應(yīng)供給多大壓頭。0.0085解211f hS Q =2222110.0085(5(14.450.0050f f Q h h Q =×=mH 2O 22. 兩水池用虹吸管連通,上下游水位差2H =m ,管長(zhǎng)13l =m ,25l =m ,m ,直徑mm ,上游水面至管頂高

42、度34l =200d =1h =m 。已知026.0=,進(jìn)口網(wǎng)5.1=(每個(gè)彎頭,出口0.1=,求: (1虹吸管中的流量;(2管中壓強(qiáng)最底點(diǎn)的位置及其最大負(fù)壓值。 解 寫(xiě)上、下游水面的能量方程:222212(0.02102 1.5115.222220.2l v v v l v v H d g g g dg g =+=+=×+×+=×22220.1315215.215.2v Hg =1.6v =m/s 220.2 1.65104Q A v =××=×m 3/s壓強(qiáng)最低點(diǎn)在l 末端,則2220120(10 1.522p l l v v h

43、 g d g+=+22v g 281(12.50.0210.131513.3 2.7520.2p v g =+=+×=m 23. 如圖水泵抽水系統(tǒng),管長(zhǎng)、管徑單位為m ,給于圖中,流量m 3/s ,34010Q =×03.0=。求:(1吸水管及壓水管的S 數(shù)。(2求水泵所需水頭。 (3繪制總水頭線。 解 (1S 數(shù):12424208(8(0.03 3.20.251180.25l d S d g g+×+=××= 224242608(8(0.03 1.70.221000.2l d S d g g+×+=××=2223

44、21212(2218(4010 3.54h S QS Q S S Q =+=+=××=m 20 3.5423.54H Z h =+=+=m24. 有一簡(jiǎn)單并聯(lián)管路如下圖,總流量38010Q =×m 3/s ,02.0=,求各管段的流量及兩節(jié)點(diǎn)間的水頭損失。第一支路1d 200=mm ,1l 600=m ,第二支路mm ,m 。2200d =2360l =解 =1124251880.0260030900.2l d S d gg××=××2224251880.0236018600.2l d S d g g××

45、=×× 110.01820.02320.041455.543=+=+= 215820.0414S =節(jié)點(diǎn)間的水頭損失m225820.08 3.72h S Q =×=10.0350Q = =m 3/s 20.045Q = =m 3/s 校核 m 3/s120.08Q Q +=25.三層供水管路,各管路的S 值皆為s 2/m 5,層高均為5m 。設(shè)a 點(diǎn)的壓力水頭為20m ,求、,并比較三流量,得出結(jié)論來(lái)。(忽略a 處流速水頭 6101Q 2Q 3Q 解 211h S Q H = 41 4.4610Q=×m3/s以二、三層樓分支點(diǎn),分別寫(xiě)出能量方程,設(shè)分支點(diǎn)

46、水頭為,則1H對(duì)二層:211H S Q2=; 2 Q= 對(duì)三層:21152H S=+3Q;3Q=寫(xiě)上述分支點(diǎn)A點(diǎn)的能量方程21125(H H S Q Q=+3322112 3125( 15(H H S Q Q S Q Q=+=+上式代入Q及Q,則232 1111151515H HH S SS S12=+=+111533515222H HH=111 535335(2224HHH = 4 平方222111112235353535(52(22424444H HH H H=+1(5H化簡(jiǎn)得:,221171035H H=114H=m423.7410Q=×m3/s432.1210Q=×

47、m3/s123Q Q Q 26.崗位送風(fēng)所設(shè)風(fēng)口向下,距地面4m 。要求在工作區(qū)(距地1.5m 高范圍造成直徑為1.5m 射流截面,限定軸心速度為2m/s ,求噴嘴直徑及出口流量。 解(10 3.4R r a =+S0 6.8 1.5 6.80.08(4 1.50.14d D a S =×=m(200.070.6720.6720.588 2.50.08n r S S a=×= 為主體段。(3000.08 2.50.2940.2940.072 6.520.9660.966m a s r v v ×+=×=m/s 20000.07 6.520.1Q A v

48、=××=m 3/s27. 已知煤氣管路的直徑為20厘米,長(zhǎng)度為3000米,氣體絕對(duì)壓強(qiáng)kPa ,K ,1980p =1300T =0.012=,煤氣的490R =J/kg K , 1.3K =。當(dāng)出口的外界壓力為kPa時(shí)求質(zhì)量流量G 。 490解 流體為等溫流動(dòng),故G = 5.17=kg/s 28. 空氣自kPa ,溫度K 的氣罐中流出,沿長(zhǎng)度01960p =29320l =米,厘米的管道流入kPa 的介質(zhì)中。設(shè)流動(dòng)為等溫過(guò)程2D =2p =2930.015=不計(jì)局部阻力,求出口流量。 解G = = = = = 0.552=kg/s29.求半徑為和的兩流線間流量的表達(dá)式,流

49、速均為(a 1r 2r 0r u =,u c r =;(b ,0r u =2u r =。解 (a (0ln cdr c r r=, 121212ln ln ln r C r C r C r =+= (b 222(02r rdr =,2222222212112(222r r r r =+=30.流速場(chǎng)的流函數(shù)是233x y y =,它是無(wú)旋流動(dòng)嗎?如果不是,計(jì)算它的旋轉(zhuǎn)角速度。證明任一點(diǎn)的流速只取決于它對(duì)原點(diǎn)的距離。繪流線2=。 解 (12233x u x y y =; 6x u x x= 6y u xy x=; 6y u x y = 66yx u u x x x y+=0 流動(dòng)是連續(xù)的。 (2

50、6xu y y =;6y u y x=6y x u u y y x= 所以是無(wú)旋流動(dòng)。(33u r =2 因此,任意點(diǎn)上午速度只取決于它對(duì)原點(diǎn)的距離。r 22(336x y u dy u dx x y dy xydx =+2333332x y y x =+y2362x y y =x = 流線方程 31. 試求直角內(nèi)流動(dòng)的切應(yīng)力分布。 22(a x y =+解 在平面流動(dòng)中,切應(yīng)力表達(dá)式為:(y xxy u u xy=+ 2x u ay y =; 2y u a x x = 2xu a y =; 2y u a x= (44xy a a =32. 在管徑mm 的管道中,試分別計(jì)算層流和紊流的入口段長(zhǎng)

51、度(層流按Re=2000計(jì)算。100d =解 層流 m 0.028Re 0.02820000.1 5.6E X d =××=××=紊流 m50500.15E X d =×=×=33.若球形塵粒的密度2500m =kg/m 3,空氣溫度為o C ,求允許采用斯托克斯公式計(jì)算塵粒在空氣中懸浮速度的最大粒徑(相當(dāng)于Re=1。20 解 Re 為允許采用斯托克斯公式的最大雷諾數(shù)。 1= 即 Re 1=u d =代人8-29式21(18m u d g = 21(18m d g d=2623121818(15.710 1.20.21810(2500

52、 1.2049.8m d g ×××=××m 3 34.已知煤粉爐爐膛中上升煙氣流的最小速度為0.5m/s ,煙氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)m 2/s ,問(wèn)直徑mm 的煤粉顆粒是沉降還是被煙氣帶走?已知煙氣的密度623010=×0.2m 0.1d =kg/m 3,煤粉的密度31.310m =×kg/m 3。解 360.50.11050Re 0.217123010280u d××=× 用(8-29式可知:2211(1818m m u d g d g = 2361(0.10.3(1.3100.29.818230

53、100.2=××××× 0.154=m/s氣流速度大于懸浮速度,所以mm 的煤粉顆粒將被煙氣帶走。0.1d =35. 某體育館的圓柱形送風(fēng)口,00.6d =m ,風(fēng)口至比賽區(qū)為60m 。要求比賽區(qū)風(fēng)速(質(zhì)量平均風(fēng)速不得超過(guò)0.3m/s 。求送風(fēng)口的送風(fēng)量應(yīng)不超過(guò)多少m 3/s ?解 0020.08600.2940.2940.30.30.4550.455a S r v v ×+=× 16.2940.310.710.455=×=m/s 22000000.310.71 3.03Q A v r v =××

54、;=m 3/s36.有一兩面收縮均勻的矩形孔口,截面為0.052×m 2,出口流速010v =m/s 。求距孔口2.0m 處,射流軸心速度、質(zhì)量平均速度及流量。 m v 2v Q 解 ;020.050b =00.025b =; 0.108a =00.0251.031.030.2380.108n b S a=×=m 2s =m(1010104m v v =m/s (2201010 2.78v v =m/s (3 001.2 3.620.0510 3.6Q Q v =×××=m 3/s 37.空氣以8m/s 的速度從圓管?chē)姵?00.2d =m ,求距出口1.5