第一部分 流體流動(dòng)與輸送概念題示例與分析

PAGEPAGE27第一部分流體流動(dòng)與輸送概念題示例與分析一思考題1-1、下圖所示的兩個(gè)U形管壓差計(jì)中,同一水平面上的兩點(diǎn)A、B或C、D的壓強(qiáng)是否相等？答：在圖1—1所示的倒U形管壓差計(jì)頂部劃出一微小空氣柱。空氣柱靜止不動(dòng)，說(shuō)明兩側(cè)的壓強(qiáng)相等，設(shè)為P。由流體靜力學(xué)基本方程式：∴即A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)不等。而也就是說(shuō)，、都等于頂部的壓強(qiáng)加上高空氣柱所引起的壓強(qiáng)，所以C、D兩點(diǎn)壓強(qiáng)相等。同理，左側(cè)U形管壓差計(jì)中，而。DABCDABC水P1P2水銀圖1－11－1附圖ABCDppP1P2水h1空氣AB11汞hHR水圖1－21－2附圖1-2、容器中的水靜止不動(dòng)。為了測(cè)量A、B兩水平面的壓差，安裝一U形管壓差計(jì)。圖示這種測(cè)量方法是否可行？為什么？答：如圖1—2，取1—1為等壓面。由可知：=將其代入上式，整理得∵∴R等于零，即壓差計(jì)無(wú)讀數(shù)，所以圖示這種測(cè)量方法不可行。分析：為什么壓差計(jì)的讀數(shù)為零？難道A、B兩個(gè)截面間沒有壓差存在嗎？顯然這不符合事實(shí)。A、B兩個(gè)截面間確有壓差存在，即h高的水柱所引起的壓強(qiáng)。問題出在這種測(cè)量方法上，是由于導(dǎo)管內(nèi)充滿了被測(cè)流體的緣故。連接A平面測(cè)壓口的導(dǎo)管中的水在下行過程中，位能不斷地轉(zhuǎn)化為靜壓能。此時(shí)，U型管壓差計(jì)所測(cè)得的并非單獨(dú)壓差，而是包括位能影響在內(nèi)的“虛擬壓強(qiáng)”之差。當(dāng)該導(dǎo)管中的水引至B平面時(shí)，B—B’已為等壓強(qiáng)面，再往下便可得到無(wú)數(shù)個(gè)等壓面。壓差計(jì)兩側(cè)的壓強(qiáng)相等，R當(dāng)然等于零。這個(gè)結(jié)論很重要，在以后的討論中常遇到。1-3、一無(wú)變徑管路由水平段、垂直段和傾斜段串聯(lián)而成，在等長(zhǎng)度的A、B、C三段兩端各安一U形管壓差計(jì)。設(shè)指示液和被測(cè)流體的密度分別為和，當(dāng)流體自下而上流過管路時(shí)，試問：（1）A、B、C三段的流動(dòng)阻力是否相同？（2）A、B、C三段的壓差是否相同？（3）3個(gè)壓差計(jì)的讀數(shù)、、是否相同？試加以論證。答：（1）因流動(dòng)阻力，該管路A、B、C3段的、、、均相同，∴（2）在A、B、C三段的上、下游截面間列柏努利方程式：化簡(jiǎn)，得A段：(a)B段：(b)C段： （c）比較上面3式： （3）由流體靜力學(xué)基本方程式A段： B段： C段： 整理，得 （d） （e） （f） 將（a）、（b）、（c）3式分別代入式（d）、（e）、（f）： 由（1）知∴ 分析：由題1-2的結(jié)論已經(jīng)知道：R所包含的不光是兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)壓強(qiáng)的變化，還包含位能的變化。實(shí)際上，R所代表的僅僅是流動(dòng)阻力。如果概念清楚，由可直接得出的結(jié)論。 本題還說(shuō)明，流動(dòng)阻力的大小與管段排列方式無(wú)關(guān)，但壓差卻與管段排列方式有關(guān)。這是因?yàn)楣芏蝺啥蔚膲簭?qiáng)差不僅要克服流動(dòng)阻力，還要克服位頭的變化，所以液體自下而上流動(dòng)時(shí)，壓差大于水平管。1—4、上題中若流體改為自上而下流動(dòng)，試回答：（1）此時(shí)壓差計(jì)的讀數(shù)與原來(lái)是否相同？為什么？（2如在1、2、3、4、5、6各測(cè)壓點(diǎn)裝上彈簧壓強(qiáng)表，A、B、C三段的壓差讀數(shù)是否相同？ 答：（1）由上題分析結(jié)果知，壓差計(jì)讀數(shù)R所反映的只是各段的流動(dòng)阻力。不管液體作何方向流動(dòng)，只要、、與不變，則根據(jù)范寧公式計(jì)算出的、、亦不變，所以。所不同的是R的方向有所改變，即由原來(lái)的左臂移到現(xiàn)在的右臂。 (2)換上彈簧壓強(qiáng)表后，測(cè)得的是各測(cè)壓點(diǎn)的真實(shí)壓強(qiáng)。此時(shí)A、B、C三段的壓強(qiáng)差、、已不再是“虛擬壓強(qiáng)”之差，其值當(dāng)然不等。排列的順序應(yīng)是>>。1—5、如圖1—4所示的虹吸管，若在B處將其割斷，只保留左臂，是否仍起虹吸作用？又：虹吸管吸入口的深度和出口位置的高低對(duì)虹吸速度影響如何？大氣壓強(qiáng)為101.3kPa(設(shè)流動(dòng)阻力可以忽略)。答：由柏努利方程計(jì)算得之(表壓)（詳細(xì)計(jì)算過程見1-79），說(shuō)明截面具有一定的真空度。如果在此處將虹吸管割斷，由于大氣壓強(qiáng)的作用，水將不能流出，即虹吸管不在起虹吸作用。由該例知，虹吸速度,說(shuō)明虹吸速度僅與容器的水面、與虹吸管出口的垂直距離有關(guān)，與吸入口的深度無(wú)關(guān)。出口位置越低（即的絕對(duì)值越大），隨之增大；反之，絕對(duì)值越小，亦隨之減小。當(dāng)，即虹吸管出口與容器中的水面在同一水面上時(shí)，,即虹吸管不再起虹吸作用。1-6、下面兩種情況，可不可以用泊謖葉方程（）直接計(jì)算管路兩端的壓強(qiáng)差？（1）水平管，管內(nèi)徑為50mm，流體的密度為996kg/m3，粘度為0.894mPa.s,流速為２m/s。（2）垂直管，管內(nèi)徑為100mm，流體的相對(duì)密度為0.85，粘度為20mPa.s,流速為0.4m/s。分析：此題核心在于：上述兩種情況下，用泊謖葉方程算出的壓強(qiáng)降與管路兩截面的壓強(qiáng)差在數(shù)值上是否相同。由柏努利方程式得其中即為。上式說(shuō)明，在一般情況下，與在數(shù)值上是不等的，只有流體在一段無(wú)外功加入（）,直徑相同（）的水平管（內(nèi)流動(dòng)時(shí)，與才在絕對(duì)數(shù)值上相等。還需注意：由于泊謖葉方程在推導(dǎo)過程中引入了牛頓粘性定居律，而只有在滯流時(shí)內(nèi)摩擦應(yīng)力才服從牛頓粘性定律，所以它僅適用于滯流時(shí)的流動(dòng)阻力計(jì)算。答：（１）＞4000流體流動(dòng)類型屬湍流，此時(shí)泊謖葉方程不適用，所以不能用其計(jì)算管路兩截面間的壓差。（２）對(duì)于垂直管，盡管流動(dòng)類型可能為滯流，但由泊謖葉方程算出的僅是摩擦阻力損失項(xiàng)，而垂直管路兩截面的壓差還要受位能的影響，所以也不能用泊謖葉方程直接計(jì)算兩截面的壓差。1-7、現(xiàn)有一遠(yuǎn)距離測(cè)量對(duì)硝基氯苯貯罐內(nèi)液位的裝置，如圖１－５所示。貯罐上方與大氣相通。測(cè)量時(shí)從管口通入壓縮氮?dú)猓谜{(diào)節(jié)閥１調(diào)節(jié)其流量，管內(nèi)氮?dú)饬髁靠刂频煤苄?，只要在鼓泡觀察口２看到有氣泡緩緩逸出即可。試說(shuō)明這種測(cè)量方法的依據(jù)。分析：由于流速控制得很小，氣體通過吹氣管４的流動(dòng)阻力可以忽略不計(jì)，且整個(gè)吹氣管內(nèi)不含有液體存在，從而保正整個(gè)吹氣管內(nèi)有近似相等的壓強(qiáng)，為以下的計(jì)算提供了依據(jù)。答：由上面的分析知若、均以表壓計(jì)則,式中與分別為被測(cè)液體和指示液的密度?！?h即所求液位)。1-8、由摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖即圖分析雷諾數(shù)、相對(duì)粗糙度對(duì)磨擦系數(shù)和阻力損失的影響。答：在滯流區(qū)，即時(shí)，，阻力損失，，即阻力損失與粘度和流速成正比而與壁面粗糙度無(wú)關(guān)。這是由于滯流時(shí)，液體的流動(dòng)平滑而有規(guī)則，管壁近處那層幾乎靜止的液體膜，履蓋了管壁的粗糙面的緣故。隨著雷諾數(shù)增大，當(dāng)時(shí)，從滯流轉(zhuǎn)向湍流，將湍流的布拉修斯公式（）代入范寧公式可知，此時(shí)。說(shuō)明粘性力對(duì)流動(dòng)阻力的影響已大為降低，而流速的影響增大，由液體旋渦所產(chǎn)力的慣性力已成為影響流動(dòng)阻力的重要因素，粗糙度的影響也較為顯著。這是因?yàn)殡S著Re增大，滯流邊界層變薄，壁面凸起部分便會(huì)伸入湍流區(qū)與質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞，加劇了液體的湍動(dòng)性。Re愈大，這種影響就愈顯著。當(dāng)Re增大到一定程度時(shí)，曲線變成水平線。這時(shí)已與Re的大小無(wú)關(guān)，只要粗糙度一定，即為一常數(shù)。此時(shí)。說(shuō)明阻力損失與液體粘度無(wú)關(guān)，而慣性力已成為影響阻力的決定因素。1-9、圖1-6為典型的簡(jiǎn)單管路。設(shè)各段管徑相同，液體做穩(wěn)態(tài)流動(dòng)?，F(xiàn)將閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試分析下述參數(shù)如何變化？u；(2)p；(3)p圖1圖1－61－9附圖Z1122AB答：（1）閥門關(guān)小，其阻力系數(shù)增大，增大，又Z1不變，即截面1流體的總機(jī)械能一定，故u減小。（2）考察1、A兩個(gè)截面間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：由u減小知必減小，又Z1不變，故P增大。（3）在管段B、2之間做能量衡算：u減小，減小，又P2不變，故P將減小。分析：對(duì)上述簡(jiǎn)單管路可以引發(fā)如下的結(jié)論：①任何局部阻力系數(shù)的增加都會(huì)導(dǎo)致管路各處的流速下降；②上游阻力增大將使下游壓強(qiáng)下降；(3)下游阻力增大將使上游壓強(qiáng)上升。其中第（3）條應(yīng)予以特殊注意，說(shuō)明管路是一個(gè)整體，下游的變化同樣影響著上游，任一局部變化都會(huì)使原有的能量平衡遭到破壞，隨后再依新的條件建立起新的能量平衡。本例中管路中及壓強(qiáng)的變化，正是這種新的能量平衡關(guān)系的反映。1－10、如何理解圖1－7所示的并聯(lián)管路兩支管的能量損失相等？AAB12圖1－71－10附圖答：（1）此例可分別對(duì)支管1、支管2列A、B兩截面的柏努利方程式來(lái)理解。對(duì)支管1列A、B兩截面的柏努利方程式：再對(duì)支管2列A、B兩截面的柏努利方程式：比較上述兩式即可得出：（2）從兩條分支管路擁用一個(gè)共同的分支點(diǎn)、匯合點(diǎn)支理解。分支點(diǎn)A只能有一個(gè)壓強(qiáng)，匯合點(diǎn)B也只能有一個(gè)壓強(qiáng)，而A和B是兩條支路所共有的兩點(diǎn)。盡管兩支路管子的狀況不一，但是通過A、B兩點(diǎn)測(cè)定的單位質(zhì)量流體的能量損失必然相同。這和并聯(lián)電路類似，盡管并聯(lián)電路各支路的電阻不同，電流強(qiáng)度不同，但由于兩端都共有一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，所測(cè)得的電勢(shì)差即勢(shì)能損失相同。分析：為什么細(xì)而長(zhǎng)的支管1中流體的流動(dòng)阻力會(huì)和粗而短的支管2相同呢？請(qǐng)讀者注意：能量損失是以J/kg為單位來(lái)計(jì)量的，而絕非指通過某支管的所有流體的阻力損失總和。假如有一單位質(zhì)量的流體欲通過支管1抵B，但支管1的阻力大于支管2，則該流體會(huì)自動(dòng)放棄走支管1而改走支管2。后續(xù)流體也會(huì)效仿。結(jié)果導(dǎo)致支管2的流量增大，阻力上升。這種過程要一直延續(xù)到對(duì)單位質(zhì)量流體來(lái)講，無(wú)論走支管1還是走支管2阻力相同時(shí)為止，即由，可從數(shù)量上確定各支管的流量比：：包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度。1－11、既然理想流體并不存在，為什么還要引進(jìn)理想流體的概念？答：在推導(dǎo)柏努利方程時(shí)，我們?cè)僭O(shè)一種完全沒有粘性的液體并稱之為理想流體。這種流體在流動(dòng)時(shí)沒有磨擦損失，而且內(nèi)磨擦力為零。這其實(shí)是理想化的結(jié)果，實(shí)際上并不存在這樣的流體。之所以采用這種處理方法，是因?yàn)檎承缘膯栴}十分復(fù)雜，影響因素也很多，給研究實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律帶來(lái)很大困難。為了使問題簡(jiǎn)化，常把真實(shí)流體簡(jiǎn)化為不考慮粘性因素的理想流體，找出規(guī)律后再考慮粘性的影響并加以校正，然后再擴(kuò)展到實(shí)際流體。這種校正，常常因?yàn)槔碚摲治霾荒芡耆鉀Q而借助于實(shí)驗(yàn)研究手段。更何況在很多實(shí)際問題中，粘性并不起主要作用。此時(shí)實(shí)際流體就可按理想流體來(lái)處理。此外，我們還可以把真實(shí)流體的復(fù)雜流動(dòng)，劃分兩個(gè)區(qū)域來(lái)處理。例如把流體沿壁面的流動(dòng)簡(jiǎn)化成兩個(gè)區(qū)域：主流區(qū)與邊界層區(qū)。在主流區(qū)內(nèi)，，磨擦應(yīng)力可以忽略不計(jì)，在這種粘性并不起主要作用的場(chǎng)合，流體可視為理想流體來(lái)處理。這樣就可以用理論方法集中解決邊界層內(nèi)的問題（例如利用牛頓粘性定律研究流體的流動(dòng)阻力），使問題得到簡(jiǎn)化。因此說(shuō)，引進(jìn)理想流體的概念，對(duì)研究和解決工程實(shí)際問題具有重要意義。1－12、為什么不能用當(dāng)量直徑的方法來(lái)計(jì)算非圓形管子或設(shè)備的截面積？答：當(dāng)量直徑的計(jì)算方法，完全是經(jīng)驗(yàn)性的，而且有很大的局限性。例如：滯流時(shí)應(yīng)用當(dāng)量直徑計(jì)算阻力的誤差就比較大，用于矩形時(shí)，其截面積的長(zhǎng)寬之比不能超過3∶1。而且最初只是用它來(lái)計(jì)算非圓形截面管子或設(shè)備的直徑，不能隨意推廣用其計(jì)算非圓形截面管子或設(shè)備的截面積。例如：一外管內(nèi)徑為、內(nèi)管外徑為的套管環(huán)隙，其當(dāng)量直徑。若用做直徑來(lái)計(jì)算該環(huán)隙截面積，則為，而實(shí)際上該環(huán)隙的截面積應(yīng)為。二者顯然不等。所以在范寧公式、泊謖葉方程以及Re數(shù)中的流速都是指流體的真實(shí)流速，而不能用當(dāng)量直徑來(lái)計(jì)算，只是式中的直徑可用當(dāng)量直徑代之。1-13、離心泵的特性曲線H－Q與管路的特性曲線He－Qe有何不同？二者的交點(diǎn)意味著什么？答：將離心泵的基本性能參數(shù)之間的關(guān)系描繪成圖線稱為離心泵的特性曲線。這里討論的是其中的一條H－Q曲線。它表明轉(zhuǎn)速一定時(shí)，離心泵的流量和該流量下泵的能提供的壓頭即做功本領(lǐng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該曲線由生產(chǎn)廠家測(cè)定并提供，是泵本身固有的特性，它只與泵自身的結(jié)構(gòu)（如葉片彎曲情況、葉輪直徑等）、轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與其所在的管路及其他外界條件無(wú)關(guān)。所以離心泵的特性曲線圖只須注明型號(hào)、轉(zhuǎn)速即可。二者的交點(diǎn)M稱為泵在該管路上的工作點(diǎn)。意味著它所對(duì)應(yīng)的流量和壓頭，既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又能為離心泵所提供，即，。換言之，M點(diǎn)反映了某離心泵與某一特定管路相連接時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。離心泵只能在這一點(diǎn)工作。HAH’HAH’BH’AHBHQAQMQBQAMBH－QHe－Qe圖1－81－14附圖答：假設(shè)泵工作不在M點(diǎn)工作，而在A點(diǎn)工作時(shí)，在A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量下，管路所需要的壓頭為，而該流量下泵所提供的壓頭為。，說(shuō)明液體的壓頭（泵給予單位重量流體的有效能量）有富裕，此富裕壓頭將促使液體加大流速，流量由變到，即在M點(diǎn)達(dá)到平衡。反之，如果泵在B點(diǎn)工作，則在流量下泵所產(chǎn)生的壓頭小于液體通過該管路時(shí)所需要的壓頭，即<。由于液體所需的有效能量不能滿足，只能靠減少流速在M點(diǎn)達(dá)到平衡，屆時(shí)流量從減至。圖1－91－15圖1－91－15附圖HQQ’QQ’’MM’M’’He－QeH－QH’－Q’圖1－101－15附圖答：在生產(chǎn)中，當(dāng)流體的流量需要增大，原有的一臺(tái)泵已不能滿足要求，特別在生產(chǎn)過程中流量變化幅度較大，有時(shí)可停開一臺(tái)泵時(shí)，可采用幾臺(tái)泵（常用兩臺(tái)泵）并聯(lián)操作。圖1—9為兩臺(tái)相同的離心泵并聯(lián)操作的情況。設(shè)兩臺(tái)泵的壓頭相等，管路特性不變。在給定了每臺(tái)泵的特性曲線及管路的特性曲線的圖1—10中，根據(jù)離心泵的并聯(lián)特性，即在同一壓頭下流量加倍，可以很方便地畫出曲線。該曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，即為兩泵并聯(lián)后的工作點(diǎn)，、便是工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量和壓頭。要想了解并聯(lián)操作中每臺(tái)泵的工作情況，可以從點(diǎn)平行橫軸作一直線，該線與每臺(tái)泵特性曲線相交于點(diǎn)。此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工況是：即兩臺(tái)相同規(guī)格的泵串聯(lián)使用后，所獲得的流量小于每臺(tái)泵單獨(dú)使用時(shí)的2倍。1—16、什么情況下采用離心泵的串聯(lián)操作？試?yán)L出兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)操作的曲線答：在生產(chǎn)中，有時(shí)遇到泵所提供的流量與所要求的流量相差不大，但泵的壓頭差得較多，或者吸液液位發(fā)生較大變化時(shí)，可根據(jù)所需壓頭的大小，采用兩臺(tái)或多臺(tái)泵串聯(lián)起來(lái)使用。圖1-11為兩臺(tái)相同的泵串聯(lián)操作的示意圖。QQQQQ’HH’HH’－Q’H－QHe－QeMM’圖1－121－16附圖圖1－111－16附圖下面標(biāo)繪兩臺(tái)相同離心泵串聯(lián)操作時(shí)的H—Q圖。圖1-12已給出每臺(tái)泵的特性曲線及管路的特性曲線。現(xiàn)根據(jù)兩臺(tái)泵的串聯(lián)特性，將同一流量下每臺(tái)泵的壓頭加倍，即可很方便地畫出H—Q特性曲線，并求得新的工作點(diǎn)M。該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工況表明，串聯(lián)后的壓頭有所增加，但并非增加一倍，也就是說(shuō)，串聯(lián)以后的壓頭小于每臺(tái)泵單獨(dú)使用時(shí)的2倍，即H<2H。應(yīng)該注意的是，串聯(lián)操作時(shí)最后一臺(tái)泵所承受的壓力最大。故串聯(lián)泵組的臺(tái)數(shù)不宜過多，以防最后一臺(tái)泵因強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致?lián)p壞。二、填空題1-17、邊界層的形成是液體具有的結(jié)果。答案：粘性分析：由于流體具有粘性，使壁面粘附一層停滯不動(dòng)的流體層；同樣還是因?yàn)榱黧w具有粘性，使得靜止層流體與其相鄰的流體層間產(chǎn)生內(nèi)磨擦力，導(dǎo)致相鄰流體層速度減慢。這種減速作用由壁面附近的流體層依次向流體內(nèi)部傳遞，而流速受到壁面影響的這一區(qū)域就的我們通常所說(shuō)的邊界層。如果流體沒有粘性，就不會(huì)潤(rùn)濕壁面，也沒有內(nèi)磨擦力的存在，亦無(wú)邊界了。1-18、兩個(gè)系統(tǒng)的流體力學(xué)相似時(shí)，雷諾數(shù)必相等。所以雷諾數(shù)又稱作。答案：相似準(zhǔn)數(shù)1-19、因次分析法的基礎(chǔ)是，又稱因次的和諧性。答案：因次的一致性1-20、用ξ計(jì)算突然擴(kuò)大和突然縮小的損失時(shí)，通常按____管內(nèi)的流速計(jì)算動(dòng)能項(xiàng)。答案：細(xì)分析：因?yàn)榧?xì)管中流速相對(duì)比較大一些。在工程上計(jì)算阻力時(shí)，為了留有余地，寧可將其估量得大一些。1-21、用離心泵在兩個(gè)敞口容器間輸液。若維持兩容器的液面高度不變，當(dāng)關(guān)小輸送管道的閥門后，管道的總阻力將____。答案：不變分析：在兩個(gè)液面間列柏努力方程式，因位能、靜壓能和動(dòng)能均不變化，所以管道總損失不變；閥門開度減小后，導(dǎo)致局部阻力增大，水量減小，直管阻力減小，總阻力不變化。1-22、粘度的物理意義是促使流體產(chǎn)生單位速度梯度的_______。答案：剪應(yīng)力分析：由牛頓粘性定律可知,[]=[]。若=1()/m,和在數(shù)值上相等。1-23、粘性流體流體繞過固體表面的阻力為和之和，稱局部阻力。答案：摩擦阻力；形體阻力1-24、邊長(zhǎng)為α的正方形載面風(fēng)道，其當(dāng)量直徑為。答案：α1-25、經(jīng)內(nèi)徑為158mm的鋼管輸送運(yùn)動(dòng)粘度為90/的燃料油。若保持油品作滯流流動(dòng)，最大流速不能超過。答案：1.14分析：令臨界雷諾數(shù)等于2000，即可求得大速度。解得1-26、如果管內(nèi)流體流量增大1倍以后，仍處于滯流狀態(tài)，則流動(dòng)阻力增大到原來(lái)的倍。答案：2分析：由泊謖葉方程知，在滯時(shí)流動(dòng)阻力與流速的一次冪成正比。需注意的是變化前后的流動(dòng)型態(tài)。本例中如果流量增大1倍后，流體不再作滯流流動(dòng)，則流動(dòng)阻力不止增大到原來(lái)的2倍。1-27、在滯流區(qū)，若總流量不變，規(guī)格相同的兩根管子串聯(lián)時(shí)的壓降為并聯(lián)時(shí)的倍。答案：4分析：由泊謖葉方程知：=1-28、湍流、光滑管（條件下，上述直管串聯(lián)時(shí)的壓降為并聯(lián)時(shí)的倍。答案：6.72分析：將表達(dá)式代入范寧公式，可知，1-29、在完全湍流區(qū),上述直管串聯(lián)時(shí)的壓降為并聯(lián)時(shí)的_____倍。答案：8分析：完全湍流區(qū)又稱阻力平方區(qū)，該區(qū)域內(nèi)壓強(qiáng)與阻力的平方成正比。并聯(lián)改成串聯(lián)后，不僅流速加倍，管長(zhǎng)也加倍，故此時(shí)1-30、流體在阻力平方區(qū)流動(dòng)，若其他條件不變，其壓降隨著管子的相對(duì)粗糙度增加而_____，隨著流體的密度增大而_____。答案：增加：增大分析：在阻力區(qū)，只與相對(duì)粗糙度有關(guān)，且隨其增大而增大。由范寧公式可以看出：增加時(shí)，增加；增大時(shí)，增大1-3、流體沿壁面流動(dòng)時(shí)，在邊界層內(nèi)垂直于流動(dòng)方向上存在著顯著的_____，即使_____很小，_______仍然很大，不容忽視。答案：速度梯度；粘度；內(nèi)摩擦應(yīng)力1-32、雷諾數(shù)的物理意義實(shí)際上就是與阻力有關(guān)的兩個(gè)作用力的比值，即流體流動(dòng)時(shí)的__與__之比。答案：慣性力；粘性力分析：慣性力式中幾何長(zhǎng)度；時(shí)間；表示因次相等。粘性力∴1－33、兩個(gè)系統(tǒng)的流體力學(xué)相似時(shí)，壓力對(duì)慣性力之比亦相等，即_____必相等。答案：歐拉準(zhǔn)數(shù)分析：由上例，1－34、流體通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)的壓強(qiáng)差是恒定的并與流量大小無(wú)關(guān)。因此，轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱______。答案：恒壓差流量計(jì)分析：轉(zhuǎn)子上、下兩端流體的壓強(qiáng)差對(duì)固定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，V、、A都是一定的，故也是恒定的。1－35、某精餾塔頂操作壓強(qiáng)須維持在5.3kPa，若當(dāng)?shù)貧鈮河?jì)的讀數(shù)為100．6kPa(775mmHg)，塔頂真空表讀數(shù)應(yīng)為_____kPa(mmHg)。答案：95．3(715)1－36、為使測(cè)量精確，測(cè)速管前后應(yīng)有一穩(wěn)定段，其長(zhǎng)約為____。答案：（50~100）d1-37、每千克水經(jīng)過泵后其機(jī)械能增加了約490J，則該泵的揚(yáng)程為_______。答案：50mH2O1-38、活塞往返一次，只吸入和排出液體各一次，這種往復(fù)泵被稱作_____。答案：?jiǎn)巫饔帽?-39、齒輪泵的流量_____而揚(yáng)程______。答案：較??；較高1-40、石油化工廠常用的壓縮機(jī)主要有_____和_______兩大類。答案：往復(fù)式；離心式三、判斷題1-41、流體靜力學(xué)基本方程式只適用于己于重力場(chǎng)，其他(如離心場(chǎng))不適用。()答案：對(duì)分析：流體靜力學(xué)基本方程式推導(dǎo)的前提是重力場(chǎng)，研究的是流體在重力和壓力作用下的平衡規(guī)律。由于流體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，所以流體所受的力只有重力（注意：無(wú)離心力等）。在使用該方程式時(shí)當(dāng)然離不開推導(dǎo)過程中重力場(chǎng)這一先決條件。1-42、壓強(qiáng)差的大小可以用一定高度的液體柱來(lái)表示。（）答案：對(duì)分析：由流體靜力學(xué)基本方程式知可見，只要注明何種流體（即一定），就有唯一的一個(gè)高度h與壓強(qiáng)差相對(duì)應(yīng)。1-43、質(zhì)量流量一定的氣體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其密度和流速可能隨溫度變化，當(dāng)質(zhì)量流速不變。（）答案：√分析：假如沿管長(zhǎng)氣體溫度升高，則其密度變小，流速增大。但由于密度減小的幅度與流速增大的幅度相同，所以密度和流速的乘積即質(zhì)量流速不變。這使我們?cè)谟?jì)算變溫氣體的雷諾數(shù)的時(shí)可用質(zhì)量流速代替流速和密度，即從而減去了不少的麻煩。1-44、在定態(tài)流動(dòng)中，各截面上流體的流速、壓強(qiáng)、密度等有關(guān)物理量不隨時(shí)間和位置而變。（）答案：×分析：這是對(duì)定態(tài)流動(dòng)的誤解。定態(tài)流動(dòng)要求就某一位置講，與流動(dòng)有關(guān)的物理量不隨時(shí)間改變，但各物理量可因位置不同而異。1-45、流體流動(dòng)的類型有：滯流、湍流和過渡流。（）答案：×分析：從本質(zhì)上講，流體流動(dòng)只有滯流、湍流兩種類種。過渡流并非第3種流型，只是這時(shí)流體處于不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)，可能是滯流、也可能是湍流，或者二者交替出現(xiàn)，要視流體進(jìn)口段的情況、管壁粗糙度以及周圍有無(wú)振動(dòng)等外界條件決定。1-46、連續(xù)性方程所反應(yīng)的管路各截面上流速的變化規(guī)律與管路上是否裝有管件、閥門或輸送設(shè)備等無(wú)關(guān)。（）答案：√1-47、相對(duì)粗糙度愈小的管道達(dá)到阻力平方區(qū)的雷諾數(shù)值越低。（）答案：×1-48、位能大小是個(gè)相對(duì)值，若不設(shè)基準(zhǔn)面，光講位能的絕對(duì)值是毫無(wú)意義的。（）答案：√1-49、直管阻力不只發(fā)生在流體內(nèi)部,而且發(fā)生在緊貼管壁的流體層與管壁之間（）答案：×分析：因?yàn)榫o貼管壁的流體層和管壁之間并無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，不存在阻力問題，所以直管阻力只發(fā)生在流體內(nèi)部。1-50、在滯流時(shí)使用當(dāng)量直徑法的計(jì)算誤差大于湍流。（）答案：√分析：由雷諾數(shù)的物理意義可知，它實(shí)際上是慣性力和粘性力的比值。滯流時(shí)雷諾數(shù)小，粘性力的影響相對(duì)比較大，因此邊界的形狀對(duì)流動(dòng)的影響顯著，使用當(dāng)量直徑這種近似法的誤差也大于湍流。1-51、截面相同時(shí)，正方形截面的當(dāng)量直徑大于圓管直徑。（）答案：×分析：設(shè)正方形邊長(zhǎng)為a，圓管直徑為d,由題意=解之∵正方形截面的當(dāng)量直徑即=0.886∴正方形截面的當(dāng)量直徑小于圓管直徑。1-52、離心泵的軸功率一般隨流量增大而增大，當(dāng)流量為零時(shí)，軸功率亦為零。（）答案：×分析：當(dāng)流量為零時(shí)，從N—Q曲線上可以看到，此時(shí)功率最小。所以離心泵在啟動(dòng)前要關(guān)閉出口閥門，以防止電動(dòng)機(jī)過載。但流量為零時(shí)功率卻不為零。那么既然無(wú)流量，功率消耗到哪里去了呢？結(jié)論是：主要消耗在葉片對(duì)液體的撹動(dòng)上。1-53、往復(fù)泵也可以用安裝出口閥門的方法來(lái)調(diào)節(jié)流量。（）答案：×分析：往復(fù)泵屬正位移泵，其流量與管路特性曲線無(wú)關(guān)。安裝調(diào)節(jié)閥非但不能改變流量，而且當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)壓強(qiáng)急劇上升，造成泵體、管路和電機(jī)的損壞。所以往復(fù)泵一般采取回路調(diào)節(jié)的方法。1-54、離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓不隨進(jìn)入風(fēng)機(jī)氣體的密度而變。（）答案：×分析：由離心通分機(jī)全分壓計(jì)算公式可以看出：在計(jì)算中，盡管氣體的密度較小，由于氣速較大，動(dòng)風(fēng)壓的影響不容忽視。即離心通風(fēng)機(jī)的分壓是隨進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體密度而變化的。四．選擇題（一）單項(xiàng)選擇題1-55、滯流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是（）流速不同；C.雷諾數(shù)不同；流通截面積不同D滯流無(wú)徑向運(yùn)動(dòng)，湍流有徑向運(yùn)動(dòng)；答案：D1-56、利用因次分析法的目的在于（）。使實(shí)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)工作簡(jiǎn)化；C.建立數(shù)學(xué)表達(dá)式；增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；D.避免出現(xiàn)因次錯(cuò)誤；答案：A1-57、選擇下述流體在管路中常用的流速(1)過熱水蒸氣（）。(2)水及一般液體（）。(3)壓強(qiáng)較高的氣體（）。(4)粘度較大的液體（）。1~3m/s；B.0.5~1m/s；C.15~25m/s；D.30~50m/s答案：（1）D；（2）A；（3）C；（4）B1-58、有兩種關(guān)于粘性的說(shuō)法：(1)無(wú)論是靜止的流體還是運(yùn)動(dòng)的流體都具有粘性。(2)粘性只有在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。正確的結(jié)論應(yīng)是()。A．這兩種說(shuō)法都對(duì)；B．這兩種說(shuō)法都不對(duì)；Ｃ．第一種說(shuō)法對(duì)，第二種說(shuō)法不對(duì)；Ｄ．第二種說(shuō)法對(duì)，每一種說(shuō)法不對(duì)。答案：Ａ1-59、某并聯(lián)管路由１、２兩個(gè)支路組成，該兩支路的流體均作滯流流動(dòng)。當(dāng)=2，=2時(shí)，則：（１）()Ａ．１／２；Ｂ．１／４；Ｃ．１；Ｄ．４；Ｅ．２（２）()Ａ．２；Ｂ．１／２；Ｃ．４；Ｄ．１／４；Ｅ．１（３）()Ａ．８；Ｂ．１６；Ｃ．４；Ｄ．２；Ｅ．１答案：（１）Ｃ；（２）Ａ；（３）Ａ分析：并聯(lián)時(shí)==(3)1-60、某流體在一上細(xì)下粗的垂直變徑管路中流過?，F(xiàn)注意到安在離變徑處有一定距離的粗、細(xì)兩截面的的壓強(qiáng)表讀數(shù)相同。故可斷定管內(nèi)流體()。A.向上流動(dòng)；C.處于靜止；B.向下流動(dòng)；D.流向不定答案：B1-61、關(guān)于離心泵的并聯(lián)、串聯(lián)，下述說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()。A兩臺(tái)相同的泵并聯(lián)后，并聯(lián)管路流量增大，相應(yīng)的流體阻力要增加；兩臺(tái)相應(yīng)的泵串聯(lián)后，每臺(tái)泵均在較大流量、較低壓頭下工作；當(dāng)吸液液位變化較大時(shí)，可根據(jù)所需壓頭大小，采用兩臺(tái)或多臺(tái)泵串聯(lián)使用；離心泵并聯(lián)的臺(tái)數(shù)越多，流量增加得越多。答案：D分析：注意D的說(shuō)法：并聯(lián)的臺(tái)數(shù)越多，流量增加得越多。實(shí)際上，并聯(lián)的臺(tái)數(shù)越多，流量增加得越小，原因見A。所以離心泵很少有3臺(tái)以上并聯(lián)操作的實(shí)例。1-62、離心泵銘牌上標(biāo)明的是泵在()時(shí)的主要性能參數(shù)。A流量最大；C.效率最高；B.壓頭最大；D.軸功率最小。答案：C1-63、完成下面各類泵的比較：(1)離心泵()；(2)往復(fù)泵()；(3)漩渦泵()。流量可變，壓頭不很高，適用于粘性大的流體；流量不均勻，壓頭根據(jù)系統(tǒng)需要而定，用旁路閥調(diào)節(jié)流量；流量恒定，壓頭隨流量變化，往復(fù)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)很大；流量較小，壓頭可達(dá)很高，適于輸送油類及粘稠性液體；流量均勻，壓頭隨流量而變，操作方便。答案：(1)E；(2)B；(3)D1－64、完成下述各種流量計(jì)的比較：(1)孔板流量計(jì)()(2)文丘里流量計(jì)()(3)轉(zhuǎn)子流量計(jì)()調(diào)換方便，但不耐高溫高壓，壓頭損失較大；能耗小，加工方便，可耐高溫高壓；能耗小，多用于低壓所體的輸送，但造價(jià)高；讀取流量方便，測(cè)量精度高，但不耐高溫高壓；Ｅ．制造簡(jiǎn)單，調(diào)換方便，但壓頭損失大答案：（１）Ｅ；（２）Ｃ；（３）Ｄ１－６５、離心泵吸入管路底閥的作用是（）A．阻攔液體中的固體顆粒；C．避免出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象；B．防止啟動(dòng)充入的液體從泵內(nèi)漏出；D．維持最低的允許吸上高度答案：Ｂ（二）多項(xiàng)選擇題１－６６、微差壓差計(jì)對(duì)兩種指示液的要求是（）A．密度相近；B．不互溶；C．Ｕ形管內(nèi)的指示液與被測(cè)流體不相溶；D．?dāng)U大室內(nèi)的指示液與被測(cè)流體不相溶；E．?dāng)U大室內(nèi)指示液的密度小于Ｕ形管內(nèi)指示液的密度。答案：Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ分析：該例只有Ｃ項(xiàng)要求的內(nèi)容是沒有道理的。因?yàn)椋招喂苤兄甘疽号c被測(cè)流體中間還隔有擴(kuò)大室內(nèi)的指示液，二者不會(huì)接觸，沒有互溶的問題。１－６７、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算式所包括的能量可以劃分為兩大類：一類是機(jī)械能，即（），此類能量在流體流動(dòng)過程中可以互相轉(zhuǎn)變；另一類包括（），這類能量不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而用于流體輸送。Ａ．位能；Ｂ．內(nèi)能；Ｃ．外功；Ｄ．動(dòng)能；Ｅ．熱能；Ｆ．靜壓能答：Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｆ；Ｂ、Ｅ１－６８、下列結(jié)論正確的是（）Ａ．液體的粘度隨溫度升高而減??；Ｂ．氣體的粘度隨溫度升高而增大；Ｃ．液體的粘度基本不隨壓強(qiáng)變化；Ｄ．氣體的粘度隨壓強(qiáng)增大而減小答案：Ａ、Ｂ、Ｃ１－６９、孔板流量計(jì)計(jì)算公式中的孔流系數(shù)與（）有關(guān)。Ａ．流體流經(jīng)孔板的能量損失；Ｂ．管壁的粗糙度；Ｃ．取壓法；Ｄ．／Ａ的比值答案：Ａ、Ｃ、Ｄ１－７０、下面關(guān)于因次分析法的說(shuō)法中不正確的是（）。Ａ．只有無(wú)法列出描述物理現(xiàn)象的微分方程時(shí)，才采用因次分析法；Ｂ．因次分析法提供了找出復(fù)雜物理現(xiàn)象規(guī)律的可能性；Ｃ．因次分析法證明：無(wú)論多么復(fù)雜的過程，都可以通過理論分析的方法來(lái)解決；Ｄ．因次分析法能解決的問題普通實(shí)驗(yàn)方法也同樣可以解決答案：Ｃ、Ｄ分析：首先，因次分析所要解決的正是那些不能完全用理論分析方法建立關(guān)系式或者無(wú)法用數(shù)學(xué)方法求解方程式的復(fù)雜問題。其次，對(duì)一些復(fù)雜的、影響因素較多的物理現(xiàn)象，普通實(shí)驗(yàn)方法是無(wú)法解決的。例如流體因內(nèi)磨擦力而產(chǎn)生的壓降與管徑、管長(zhǎng)、粘度、密度及流速等有關(guān)。現(xiàn)在要找出與、、、、中任一變量的關(guān)系，如果采用普通的實(shí)驗(yàn)方法，假定每個(gè)變量只取10個(gè)實(shí)驗(yàn)值，則整個(gè)實(shí)驗(yàn)要做10萬(wàn)次！因次分析法將單個(gè)變量組成無(wú)因次數(shù)群后，大大減少了變量的個(gè)數(shù)和實(shí)驗(yàn)次數(shù)，使實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理工作成為可能。實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)群之間的定量關(guān)系，在工程上與理論公式具有同等的重要性。1-71、下述各類泵中屬于正位移泵的有()。隔膜泵；B.齒輪泵；C.軸流泵；D.旋渦泵；E.螺桿泵；答案：A、B、E、F1-72、離心泵產(chǎn)生氣蝕的原因可能是()。啟動(dòng)前沒有充液；C.被輸送液體溫度較高；安裝高度過大；D.安裝地區(qū)的大氣壓較低。答案：B、C、D1-73、離心泵的允許吸上真空高度與()有關(guān)。被輸送液體的物理性質(zhì)；C.泵的結(jié)構(gòu)、流量；當(dāng)?shù)卮髿鈮?；D.泵的揚(yáng)程答案：A、B、C流量Q壓頭H軸功率N真空度p1表壓強(qiáng)p2密度（敞口）增大不變不變↑↑↑密度（密閉）增大↑↓↑↑↑出口閥開度增大↑↓↑↑↓轉(zhuǎn)速提高↑↑↑↑↑葉輪直徑減小↓↓↓↓↓流體流動(dòng)復(fù)習(xí)題一、選擇題3離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時(shí)，BA吸入管路阻力損失不變B泵出口的壓力減小C泵入口的真空度減小D泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程升高4水由敞口恒液位的高位槽通過一管道流向壓力恒定的反應(yīng)器，當(dāng)管道上的閥門開度減小后，管道總阻力損失C。A增大B減小C不變D不能判斷5流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力損失hf所損失的是機(jī)械能中的D項(xiàng)。A動(dòng)能B位能C靜壓能D總機(jī)械能6在完全湍流時(shí)（阻力平方區(qū)），粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值CA與光滑管一樣B只取決于ReC取決于相對(duì)粗糙度D與粗糙度無(wú)關(guān)7孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)C0當(dāng)Re增大時(shí)，其值B。A總在增大B先減小，后保持為定值C總在減小D不定8已知列管換熱器外殼內(nèi)徑為600mm，殼內(nèi)裝有269根25×2.5mm的換熱管，每小時(shí)有5×104kg的溶液在管束外側(cè)流過，溶液密度為810kg/m3，粘度為1.91×10－3Pa·s，則溶液在管束外流過時(shí)的流型為A層流B湍流C過渡流D無(wú)法確定9某離心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)C。A停泵，向泵內(nèi)灌液B降低泵的安裝高度C檢查進(jìn)口管路是否有泄漏現(xiàn)象D檢查出口管路阻力是否過大10某液體在內(nèi)徑為d0的水平管路中穩(wěn)定流動(dòng)，其平均流速為u0，當(dāng)它以相同的體積流量通過等長(zhǎng)的內(nèi)徑為d2(d2=d0/2)的管子時(shí)，若流體為層流，則壓降p為原來(lái)的C倍。16m3mA4B8C16m3m二、計(jì)算題1.用泵將20℃水從敞口貯槽送至表壓為1.5×105Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各部分相對(duì)位置如圖所示。輸送管路尺寸為108×4mm的無(wú)縫鋼管，吸入管長(zhǎng)為20m，排出管長(zhǎng)為100m（各段管長(zhǎng)均包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度）。當(dāng)閥門為3/4開度時(shí)，真空表讀數(shù)為4270