流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)

1、流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī) 習(xí)題集一、填 空 題1流體力學(xué)中三個(gè)主要力學(xué)模型是（1） （2） （3） 。2在現(xiàn)實(shí)生活中可視為牛頓流體的有 和 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 ；而后者是作用在 。4均勻流過(guò)流斷面上壓強(qiáng)分布服從于 。5和液體相比，固體存在著 、 和 三方面的能力。6空氣在溫度為K，壓強(qiáng)為mmHg時(shí)的密度和容重分別為 和 。7流體受壓，體積縮小，密度 的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的 ；流體受熱，體積膨脹，密度 的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的 。8壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)為流體的 ，以 來(lái)表示9工程大氣壓等于 千帕，等于 水柱高，等于 汞柱高。10靜止流體任一邊界上壓強(qiáng)的變化，將

2、等值地傳到其他各點(diǎn)，只要 ，這就是 的帕斯卡定律。11流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著 。12液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律只適用于 。13靜止非均質(zhì)流體的水平面是 ， 和 。14測(cè)壓管是一根玻璃直管或形管，一端 ，另一端 。15在微壓計(jì)測(cè)量氣體壓強(qiáng)時(shí)，其傾角為，測(cè)得cm 則h= 。16作用于曲面上的水靜壓力的鉛直分力等于 。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 。18 流線(xiàn)不能相交（駐點(diǎn)處除外），也不能是折線(xiàn)，因?yàn)?，流線(xiàn)只能是一條光滑的 。19 、 和 之和以表示，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 ，這種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為 。21由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯?/p>

3、臨界流速，其中稱(chēng)為 ，稱(chēng)為 。22對(duì)圓管來(lái)說(shuō)，臨界雷諾數(shù)值 。23圓管層流的沿程阻力系數(shù)僅與 有關(guān)，且成反比，而和 無(wú)關(guān)。24根據(jù)繁榮變化特征，尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)可分為五個(gè)阻力區(qū)，分別是 ； ； ； 和 。25紊流過(guò)渡區(qū)的阿里特蘇里公式為 。26速度的 、 或 發(fā)生變化而引起的能量損失，稱(chēng)為 損失。27正方形形斷面管道(邊長(zhǎng)為a)，其水力半徑R等于 ，當(dāng)量直徑de等于 。28正三角形斷面管道(邊長(zhǎng)為a)，其水力半徑R等于 ，當(dāng)量直徑de等于 。29濕周是指 和 接觸的周界。30層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿程阻力系數(shù)與有關(guān)，紊流運(yùn)動(dòng)沿程阻力系數(shù)在光滑管區(qū)與 有關(guān)，在過(guò)渡區(qū)與 有關(guān)，在粗糙區(qū)與 有關(guān)。31串聯(lián)管路

4、總的綜合阻力系數(shù)S等于 。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)系為 。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 ,流量比Q孔口/Q管嘴等于 。33不可壓縮流體的空間三維的連續(xù)性微分方程是 。34即氣流速度與 相等，此時(shí)稱(chēng)氣體處于 狀態(tài)。35淹沒(méi)出流是指液體通過(guò) 時(shí)的流動(dòng)。36氣體自 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 的流動(dòng)。38幾何相似是指 幾何相似。即 ， 線(xiàn)段長(zhǎng)度保持一定的比例 。39因次是指物理量的 和 。因次分析法就是通過(guò)對(duì) 以及因 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 和 為基礎(chǔ)的。40容積泵與

5、風(fēng)機(jī)又可分為 和 。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： ； ； 和 。42風(fēng)機(jī)的壓頭（全壓）是指 。43單位時(shí)間內(nèi)泵或風(fēng)機(jī)所輸送的流體量稱(chēng)為 。風(fēng)機(jī)的容積流量，特指 。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 來(lái)表示。45泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是 與 的交點(diǎn)。46泵的揚(yáng)程H的定義是：泵所輸送的 增值。47安裝角是指葉片 與 之間的交角。48泵和風(fēng)機(jī)的全效率等于 ， 及 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 輪徑。50附面層的分離發(fā)生在 區(qū)。附面層外主流區(qū)的流動(dòng)屬于 流動(dòng)。附面層內(nèi)的流動(dòng)屬于 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

6、。 2一個(gè)工程大氣壓等于98kPa,相當(dāng)于10m水柱的壓強(qiáng)。3靜止液體自由表面的壓強(qiáng)，一定是大氣壓。4靜止液體的自由表面是一個(gè)水平面，也是等壓面。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)。6當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為零時(shí)，稱(chēng)為絕對(duì)真空。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。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。9恒定流時(shí)，流線(xiàn)隨的形狀不隨時(shí)間變化，流線(xiàn)不一定與跡線(xiàn)相重合。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。11流線(xiàn)是光滑的曲線(xiàn)，不能是折線(xiàn)，流線(xiàn)之間可以相交。12一變直徑管段，A斷面直徑是B斷面直徑的2

7、倍，則B斷面的流速是A斷面流速的4倍。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。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。15水泵的揚(yáng)程就是指它的提水高度。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。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。18流速分布越不均勻，動(dòng)能修正系數(shù)的值越小。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。20圓形管的直徑就是其水力半徑。21為了減少摩擦阻力，必須把物體做成流線(xiàn)型。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

8、度。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。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)。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(mǎn)足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛頓流體還是非牛頓流體？ 2在流體力學(xué)當(dāng)中，三個(gè)主要的力學(xué)模型是指哪三個(gè)？3什么是理想流體？4什么是實(shí)際流體？5什么是不可壓縮流體？6為什么流體靜壓強(qiáng)的方向必垂直作用面的內(nèi)法線(xiàn)？7為什么水平面必是等壓面？8什么是等壓面？滿(mǎn)足等壓面的三個(gè)條件是什么？9什么是阿基米德原理？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？11等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)液體的特征有那些？12什么

9、是絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)？13什么叫自由表面？14什么是流線(xiàn)？什么是跡線(xiàn)？流線(xiàn)與跡線(xiàn)的區(qū)別是什么？15什么是流場(chǎng)？16什么是歐拉法？17什么是拉格朗日法？18什么是恒定流動(dòng)？什么是非恒定流動(dòng)？19什么是沿程損失？20是局部損失？21什么叫孔口自由出流和淹沒(méi)出流？22什么是有旋流動(dòng)？什么是無(wú)旋流動(dòng)？23流體力學(xué)中拉格朗曰分析法和歐拉分析法有何區(qū)別？24什么叫流管、流束、過(guò)流斷面和元流？25什么是入口段長(zhǎng)度？對(duì)于層流、紊流分別用什么表示？26什么是單位壓能？27什么是滯止參數(shù)？28氣流速度與斷面的關(guān)系有哪幾種？29什么是幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似？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

10、么？31什么是因次分析法？32為什么虹吸管能將水輸送到一定的高度？33什么是泵的揚(yáng)程？34什么是水力半徑？什么是當(dāng)量直徑？35什么是氣蝕現(xiàn)象？產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因是什么？36為什么要考慮水泵的安裝高度？什么情況下，必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以下？37試述泵與風(fēng)機(jī)的工作原理38對(duì)歐拉方程有哪些特點(diǎn)？39為什么要采用后向葉型？40流體流經(jīng)過(guò)泵或風(fēng)機(jī)時(shí)，共包括那些損失？40四、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oC，水的膨脹系數(shù)，求膨脹水箱的最小容積。 2

11、有一矩形底孔閘門(mén)，高 m，寬 m，上游水深 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)？ 3 寬為1m，長(zhǎng)為AB的矩形閘門(mén)，傾角為，左側(cè)水深 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)？ 4m，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。 5 有一圓滾門(mén)，長(zhǎng)度 m，直徑 m，上游水深 m，下游水深m，求作用于圓滾門(mén)上的水平和鉛直分壓力。 6 一弧形閘門(mén)AB，寬 m，圓心角 ，半徑 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)。 7 油沿管線(xiàn)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。 8 用水銀比壓計(jì)量測(cè)管中水流，過(guò)

12、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。 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。 10 直徑為mm的管道在支承水平面上分支為mm的兩支管，A-A斷面壓強(qiáng)為kN/m2，管道流量m3/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。 11油在管中以m/s的速度流動(dòng)，油的密度kg/m3，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)？（3）若保持相同的平均流速反向

13、流動(dòng)，壓差計(jì)的讀數(shù)有什何變化？ 12油的流量cm3/s，流過(guò)直徑mm的細(xì)管，在m長(zhǎng)的管段兩端水銀壓差計(jì)讀數(shù)cm，油的密度kg/m3，求油的和值。 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mm，mm，m，管道的當(dāng)量糙度mm，水溫為oC。若管道的出口流速m/s，求（1）水位H。（2）繪出總水頭線(xiàn)和測(cè)壓管水頭線(xiàn)。 14 一隔板將水箱分為A、B兩格，隔板上有直徑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)m，A箱水深m恒定不變。（1）分析出流恒定條件（不變的條件）。（2）在恒定出流時(shí)，B箱中水深等于多少？（3）水箱流量為何值？ 15某誘導(dǎo)器的靜壓箱上裝有圓柱形管嘴，管

14、徑為4mm，長(zhǎng)度mm，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）。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kg/m3。17 某恒溫室采用多孔板送風(fēng)，風(fēng)道中的靜壓為200Pa，孔口直徑為20mm，空氣溫度為oC，。要求通風(fēng)量為m3/s。問(wèn)需要布置多少孔口？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。 （1）B水箱中無(wú)水時(shí)，求通過(guò)孔口的流量。 （2）B水箱水面高程m時(shí)，求通過(guò)孔口的流量。 （3）A箱水面壓力為2000Pa，m時(shí)，而B(niǎo)

15、水箱水面壓力為0，m時(shí)，求通過(guò)孔口的流量。 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。 20 如上題圖孔板流量計(jì)，輸送oC空氣，測(cè)量mmH2O。，mm，求Q。21 某供熱系統(tǒng)，原流量為m3/s，總水頭損失mH2O，現(xiàn)在要把流量增加到m3/s，試問(wèn)水泵應(yīng)供給多大壓頭。22 兩水池用虹吸管連通，上下游水位差m，管長(zhǎng)m，m，m，直徑mm，上游水面至管頂高度m。已知，進(jìn)口網(wǎng)（每個(gè)彎頭），出口，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。 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m3/s，。求：（1）吸水管及壓水

16、管的S數(shù)。 （2）求水泵所需水頭。 （3）繪制總水頭線(xiàn)。24 有一簡(jiǎn)單并聯(lián)管路如下圖，總流量m3/s，求各管段的流量及兩節(jié)點(diǎn)間的水頭損失。第一支路mm，m，第二支路mm，m。 25三層供水管路，各管路的S值皆為s2/m5，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） 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。27 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，煤氣的J/kgK，。當(dāng)出口的外界壓力為kPa時(shí)求質(zhì)量流量。2

17、8 空氣自kPa，溫度K的氣罐中流出，沿長(zhǎng)度米，厘米的管道流入kPa的介質(zhì)中。設(shè)流動(dòng)為等溫過(guò)程不計(jì)局部阻力，求出口流量。29求半徑為和的兩流線(xiàn)間流量的表達(dá)式，流速均為（a），;（b），。30流速場(chǎng)的流函數(shù)是，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(xiàn)。31 試求直角內(nèi)流動(dòng)的切應(yīng)力分布。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)度（層流按Re=2000計(jì)算）。33若球形塵粒的密度kg/m3，空氣溫度為oC，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）。34已知煤粉爐爐膛中上升煙氣流的最小速度為0.5m/

18、s，煙氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)m2/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kg/m3，煤粉的密度kg/m3。氣流速度大于懸浮速度，所以mm的煤粉顆粒將被煙氣帶走。35 某體育館的圓柱形送風(fēng)口，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m3/s？36有一兩面收縮均勻的矩形孔口，截面為m2，出口流速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。37空氣以m/s的速度從圓管?chē)姵?，m，求距出口1.5m處的、及D。38溫度為oC的空氣，以m/s，從mm水平圓柱形噴嘴射入oC的空氣中。求射流軌跡方程。39高出地面

19、5m處設(shè)一孔口為0.1m，以2m/s速度向房間水平送風(fēng)。送風(fēng)溫度oC。室那溫度oC試求距出口3m處的、及彎曲軸心坐標(biāo)。40 弦長(zhǎng)為3m的飛機(jī)機(jī)翼以km/s的速度，在溫度為oC，壓強(qiáng)為atm的靜止空氣中飛行，用比例為20的模型在風(fēng)洞中作實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)現(xiàn)動(dòng)力相似。（a）如果風(fēng)洞中空氣的溫度、壓強(qiáng)和飛行中的相同，風(fēng)洞中的速度應(yīng)當(dāng)為多少？（b）如果在可變密度的風(fēng)洞中作實(shí)驗(yàn)，溫度仍為oC，而壓強(qiáng)為atm，則速度應(yīng)是怎樣？（c）如果模型在水中實(shí)驗(yàn)，水溫為oC，則速度應(yīng)是怎樣？41 長(zhǎng)1.5m，寬0.3m的平板，在溫度為oC的水內(nèi)拖拽。當(dāng)速度為m/s時(shí)，阻力為N。計(jì)算相似的尺寸，它在速度為m/s，絕對(duì)壓強(qiáng)為k

20、N/m2，溫度為oC的空氣氣流中形成動(dòng)力相似條件，它的阻力估計(jì)為若干？42當(dāng)水溫為oC，平均流速為m/s 時(shí)，直徑為0.3m水平管線(xiàn)某段的壓強(qiáng)降為kN/m2。如果用比例為6的模型管線(xiàn)，以空氣為工作流體，當(dāng)平均流速為 m/s時(shí)，要求在相應(yīng)段產(chǎn)生kN/m2的壓強(qiáng)降。計(jì)算力學(xué)相似所要求的空氣壓強(qiáng)，設(shè)空氣溫度為oC。43 溢水堰模型設(shè)計(jì)比例為20。當(dāng)在模型上測(cè)得模型流量為L(zhǎng)/s時(shí)，水流推力為N，求實(shí)際流量和推力？ 44 已知4-72-11No6C型風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為r/min時(shí)的實(shí)測(cè)參數(shù)如下表所列，求：各測(cè)點(diǎn)的全效率；繪制性能曲線(xiàn)圖；寫(xiě)出該風(fēng)機(jī)的銘牌參數(shù)（即最高效率點(diǎn)的性能參數(shù)）。計(jì)算及圖表均要求采用國(guó)際單位。45某一單吸單級(jí)泵，流量m3/h，揚(yáng)程m，轉(zhuǎn)速r/min，試求其比轉(zhuǎn)數(shù)為多少？如該泵為雙吸式，應(yīng)以作為比轉(zhuǎn)數(shù)中的流量計(jì)算值，則其比轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)為多少？當(dāng)該泵設(shè)計(jì)成八級(jí)泵，應(yīng)以作為比轉(zhuǎn)數(shù)中的揚(yáng)程計(jì)算值，