流體力學(xué)泵與風(fēng)機課后習(xí)題解答_圖文

1、流體力學(xué)泵與風(fēng)機 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）無粘性流體力學(xué)模型。 2在現(xiàn)實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或某一點的壓 強。 4均勻流過流斷面上壓強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， 壓強為 760 mmHg 時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)，稱為流體的壓縮性 ；流體受熱， 體積膨脹，密度減少 的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性 。 8壓縮系數(shù) 的倒數(shù)稱為流體的彈性模量 ，以 E 來表示 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的變化，將等值地傳到其他各點（只要靜止不被破 壞） ，這就是水靜壓強等值傳遞的帕斯卡定律。 11流體靜壓強的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。 12液體靜壓強分布規(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測壓管是一根玻璃直管或

3、U 形管，一端連接在需要測定的容器孔口上，另一 端開口，直接和大氣相通。 15在微壓計測量氣體壓強時，其傾角為 = 30° ，測得 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通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法稱為歐拉法。 18 流線不能相交（駐點處除外） ，也不能是折線，因為流場內(nèi)任一固定點在同 一瞬間只能有一個速度向量，流線只能是一條光滑的曲線或直線。 19靜壓、動壓和位壓之和以 p z 表示，稱為總壓。 20液體質(zhì)點的運動是極不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混，這種流動狀態(tài)稱 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 稱為上臨界速度， v k 稱為下臨界速度。 k 22對圓管來說，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，而和管壁粗糙無關(guān)。 24 根據(jù) 繁榮變化特征， 尼古拉茲實驗曲線可分為五個阻力區(qū)， 分別是層流區(qū)； 臨界區(qū)；紊流光滑區(qū)；紊流過渡區(qū)和紊流粗糙區(qū)。 k 68 0.25 25紊流過渡區(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，稱為局部損失。 27正方形形斷面管道(邊長為 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濕周是指過流斷面上流體和固體壁面接觸的周界。 30層流運動時，沿程阻力系數(shù)與 f (Re 有關(guān)，紊流運動沿程阻力系數(shù)在光 滑管區(qū)與 f (Re 有關(guān)，在過渡區(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?，此時稱氣體處于臨界狀態(tài)。 35淹沒出流是指液體通過孔口出流到另一個充滿液體的空間 時的流動。 3 36氣體自孔口、管路或條縫向外噴射 所形成的流動，稱為氣體淹沒射流。 37有旋流動是指流體微團的旋轉(zhuǎn)角速度在流場內(nèi)不完全為零 的流動。 38

7、幾何相似是指流動空間幾何相似。即形成此空間任意相應(yīng)兩線段夾角相同， 任意相應(yīng)線段長度保持一定的比例 。 39因次是指物理量的性質(zhì)和類別。因次分析法就是通過對現(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)機又可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。 41根據(jù)流體的流動情況，可將泵和風(fēng)機分為以下四種類別：離心式泵與風(fēng)機； 軸流式泵與風(fēng)機；混流式泵與風(fēng)機和貫流式泵與風(fēng)機。 42風(fēng)機的壓頭（全壓） p 是指單位體積氣體通過風(fēng)機所獲的的能量增量。 43單位時間內(nèi)泵或風(fēng)機所輸送的流體量稱為流量。風(fēng)機的容積流量，特指風(fēng)機 進口處的容積流量

8、。 44泵或風(fēng)機所提供的流量與設(shè)備本身效率之間的關(guān)系，用 = f 3 (Q 來表示。 45泵或風(fēng)機的工作點是泵與風(fēng)機的性能曲線 與管路的性能曲線 的交點。 46 泵的揚程H的定義是： 泵所輸送的單位重量流量的流體從進口至出口的能量 增值。 47安裝角是指葉片進、出口處的切線 與圓周速度反方向 之間的交角。 48泵和風(fēng)機的全效率等于容積效率 ，水力效率 及機械效率 的乘積。 49當(dāng)泵的揚程一定時，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)的流動屬于有勢 流動。 附面層內(nèi)的流動屬于有旋 流動。 二、判 斷 題 1當(dāng)平面水平放置時，壓力中心與平面形心重合。

9、 對 2一個工程大氣壓等于 98kPa,相當(dāng)于 10m 水柱的壓強。對 3靜止液體自由表面的壓強，一定是大氣壓。錯 4靜止液體的自由表面是一個水平面，也是等壓面。對 5當(dāng)靜止液體受到表面壓強作用后，將毫不改變地傳遞到液體內(nèi)部各點。對 6當(dāng)相對壓強為零時，稱為絕對真空。錯 7某點的絕對壓強小于一個大氣壓強時即稱該點產(chǎn)生真空。對 8流場中液體質(zhì)點通過空間點時，所有的運動要素不隨時間變化的流體叫恒定 流。對 9恒定流時，流線隨的形狀不隨時間變化，流線不一定與跡線相重合。錯 4 10 漸變流過水?dāng)嗝嫔蟿铀畨簭姷姆植家?guī)律可近似地看作與靜水壓強分布規(guī)律相 同。對 11流線是光滑的曲線，不能是折線，流線之間

10、可以相交。錯 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 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 14隨流動雷諾數(shù)增大，管流壁面粘性底層的厚度也愈大。錯 15水泵的揚程就是指它的提水高度。錯 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 17當(dāng)流速分布比較均勻時，則動能修正系數(shù)的值接近于零。錯 18流速分布越不均勻，動能修正系數(shù)的值越小。錯 19在水流過水?dāng)嗝婷娣e相等的前提下，濕周愈大，水力半徑愈小。對 20圓形管的直徑就是其水力半

11、徑。錯 21為了減少摩擦阻力，必須把物體做成流線型。錯 22在研究紊流邊界層的阻力特征時，所謂粗糙區(qū)是指粘性底層的實際厚度小 于粗糙高度。對 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 24大孔口與小孔口都可認(rèn)為其斷面上壓強、流速分布均勻，各點作用水頭可以 認(rèn)為是一常數(shù)。錯 三、簡 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)流體流動時，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，三個主要的力學(xué)模型是指

12、哪三個？ 答： （1）連續(xù)介質(zhì)； （2）無粘性流體； （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：不計流體的壓縮性和熱脹性的而對流體物理性質(zhì)的簡化。 5 6.為什么流體靜壓強的方向必垂直作用面的內(nèi)法線?答:由于流體在靜止時,不能承受拉力和切力,所以流體靜壓強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,壓強也相同,這些深度相同的點所組成的平面是一個水平面,可見水平面是壓強處處相等的面,即水平面必是等壓面。8.什么是等壓

13、面?滿足等壓面的三個條件是什么?答:在同一種液體中,如果各處的壓強均相等由各壓強相等的點組成的面稱為等壓面。滿足等壓面的三個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,也就是物體排開液體的體積。10.潛體或浮體在重力G和浮力P的作用,會出現(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的液體重量等于物體重量為止。11.等角速旋轉(zhuǎn)運動液體的特征有那些?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最低,邊緣壓強

14、最高。12.什么是絕對壓強和相對壓強?答:絕對壓強:以毫無一點氣體存在的絕對真空為零點起算的壓強。p為零點起算的壓強。相對壓強:當(dāng)?shù)赝叱痰拇髿鈮簭奱13.什么叫自由表面?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:流線是某一瞬時在流場中畫出的一條空間曲線,此瞬時在曲線上任一點的切線方向與該點的速度方向重合,這條曲線叫流線。區(qū)別:跡線是流場中流體質(zhì)點在一段時間過程中所走過的軌跡線。流線是由無究多個質(zhì)點組成的,它是表示這無究多個流體質(zhì)點在某一固定瞬間運動方向的曲線。而跡線則是在時間過程中表示同一流體質(zhì)點運動的曲線。15.什么是流場?答:我們把流體流動

15、占據(jù)的空間稱為流場,流體力學(xué)的主要任務(wù)就是研究流場中的流動。16.什么是歐拉法?答:通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法稱為歐拉法。17.什么是拉格朗日法?答:通過描述每一質(zhì)點的運動達到了解流體運動的方法。18.什么是恒定流動?什么是非恒定流動?答: 動平衡的流動,各點流速不隨時間變化,由流速決定的壓強、粘性力也不隨時間變化,這種流動稱之為恒定流動反之為非恒定流動。19.什么是沿程損失?答: 在沿程不變的管段上,流動阻力沿程也基本不變,稱這類阻力為沿程阻力,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出流?答: 在容器側(cè)壁或底壁上開一孔口,容器中的液體自孔口出流到大氣中,稱為孔口自由出流。如出流到充滿液體的空間,則稱為淹沒出流。22.什么是有旋流動?什么是無旋流動?答: 流體微團的旋轉(zhuǎn)角速度不完全為零的流動稱為有旋流動,流場中各點旋轉(zhuǎn)角速度等于零的運動,成為無旋運動。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)點的流動情況跟蹤每一個質(zhì)點觀察與分析該質(zhì)點的運動歷程然后綜合足夠多的質(zhì)點的運動情況以得到整個流體運動的規(guī)律。 歐拉法著眼于流體經(jīng)過空間各固定點時的運動情

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

18、.什么是單位壓能?答:p 是斷面壓強作用使流體沿測壓管所能上升的高度,水力學(xué)中稱為壓強水頭,表示壓力作功所能提供給單位重量流體的能量,稱為單位壓能。27.什么是滯止參數(shù)?答:氣流某斷面的流速,設(shè)想以無摩擦絕熱過程降低至零時,斷面各參數(shù)所達到的值,稱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,說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,說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?此時稱氣體處于臨界狀態(tài)。29.什么是幾何相似、運動相似和動力相似?答: 幾何相似

19、是指流動空間幾何相似,即形成此空間任意相應(yīng)兩線段交角相同,任意相應(yīng)線段長度保持一定的比例。運動相似是指兩流動的相應(yīng)流線幾何相似,即相應(yīng)點的流速大小成比例,方向相同。動力相似是指要求同名力作用,相應(yīng)的同名力成比例。30.要保證兩個流動問題的力學(xué)相似所必須具備的條件是什么?答:如果兩個同一類的物理現(xiàn)象,在對應(yīng)的時空點上,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,則稱兩個現(xiàn)象是相似的。要保證兩個流動問題的力學(xué)相似,必須是兩個流動幾何相似,運動相似,動力相似,以及兩個流動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對現(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: 因為虹吸管內(nèi)出現(xiàn)了真空。33.什么是泵的揚程?答: 泵所輸送的單位重量流量的流體從進口至出口的能量增值。 也就是單位重量流量的流體通過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;泵安裝地點的大氣壓較低;泵所輸送的液體溫度過高。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。吸液面壓強處于氣化壓力之下或者吸水高度大于10米時必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以下。37.試述泵與風(fēng)機的工作原理答: 當(dāng)葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)時,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殼,于是機殼內(nèi)的氣體壓強增高,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降低。外界氣體就能使風(fēng)機的的吸入口通過葉輪前盤中央的孔口吸入,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? 答:(1用動量矩定理推導(dǎo)基本能量方程時,

22、并未分析流體在葉輪流道中途的運動過程,于是流體所獲得的理論揚程,僅與液體在葉片進、出口的運動速度有關(guān),而與流動過程無關(guān);T H (2流體所獲得的理論揚程,與被輸送流體的種類無關(guān)。也就是說無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、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(揚程。T H 39.為什么要采用后向葉型?答:動壓水頭成分大,流體在蝸殼及擴壓器中的流速大,從而動靜壓轉(zhuǎn)換損失必然較大,實踐證明,了解這種情況是很有意義的。因為在其它條件相同時,盡管前向葉型的泵和風(fēng)機的總的揚程較大,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)機中,為了增加效

23、率或見得噪聲水平,也幾乎都采用后向葉型。40.流體流經(jīng)過泵或風(fēng)機時,共包括那些損失?答:(1水力損失(降低實際壓力;(2容積損失(減少流量;(3機械損失。四、計 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,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上的水靜壓力及作用點?25h =解 A h A h P P P c c =下上 5.35.4(6807.9×=59=kN 作用于閘門中心圖解h b A h h P =(219.807659=×=kN3. 寬為1m ,長為AB 的矩形閘門,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上的水靜壓力及其作用點?22h = 解 壓強分布圖略,根據(jù)圖計算如下: 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 ,閘門可繞C 點轉(zhuǎn)動。求閘門自動打開的水深為多少米。20.4h =h解 故 21111120.1(c b h l J y A h h b h =m C 點是合力作用點的極限

26、點,當(dāng)其高于C 點閘門自動打開。2(1.0121121h h h ×= 21110100.5 1.3312212h h h =+=+=m 即m 時,閘門便自動打開。1.33h 5. 有一圓滾門,長度 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AB ,寬

27、 m ,圓心角 4b =°=45,半徑 2r =m ,閘門轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平,求作用于閘門的水靜壓力及作用點。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,A斷面流速為2m/s,不計損失,求開口C管中的液面高度。解 21.015.0(22×=ABABvddv4.5=m/s通過B斷面中心作基準(zhǔn)面,寫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.用水銀比壓計量測管中水流,過流斷面中點流速u如圖。測得A點的比壓計讀數(shù)mm汞柱。(1求該點的流速u;(2若管中流體是密度為g/cm3的油,仍不變,該點流速為若干,不計損失。60h=0.8h解ABpgup=+22hppguBA=(212當(dāng)管中通水時:hh×=6.1213.85u =m/s 當(dāng)管中通油時:h h ×=××=16807.98.0807.98.04.13314.31u =m/s 9. 水由管中鉛直流出,求流量及測壓計讀數(shù)。水流無損失。解 寫出管口斷面,圓

29、盤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寫管出口、圓盤測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 斷面壓強為kN/m 2,管道流量m 3/s ,兩支管流量相等:(1不計水頭損失,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: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,油的密度1v =920=kg/m 3,3l =m ,mm 水銀壓差計測得cm ,試求(1油在管中的流態(tài)?(2油的運動粘滯系數(shù)25d =9h =?(3若保持相同的平均流速反向流動,壓差計的讀數(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:則下端壓強大于上端壓強,仍為9cm 。h 12.油的流量cm 3/s ,流過直徑77Q =6d =mm 的細管,在l 2=m 長的管段兩端水銀壓差計讀數(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,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,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)管嘴外空氣壓強為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姇r,要求管嘴出流流速為30m/s 。此時靜壓箱內(nèi)應(yīng)保持多少壓強?空氣密度為 1.2=kg/m 3。 解 v =000a 0p p p p p =。即靜壓箱中相對壓強為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 。問需要布置多少孔口?1解 在通風(fēng)工程中,對于多孔板送風(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 18. 水從A 水箱通過直徑為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 水箱中無水時,求通過孔口的流量。(2B 水箱水面高程m 時,求通過孔口的流量。22H = (3A 箱水面壓力為2000Pa

40、,13H =m 時,而B 水箱水面壓力為0,m 時,求通過孔口的流量。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 形差壓計測量壓強差為m 液體。試推導(dǎo)通過孔板的流量公式。h解 Q = 式中以米計,h 1為差壓計用的液體容重。為 流動氣體的容重。2

41、0. 如上題圖孔板流量計,輸送20o C 空氣,測量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=,進口網(wǎng)5.1=(每個彎頭,出口0.1=,求: (1虹吸管中的流量;(2管中壓強最底點的位置及其最大負壓值。 解 寫上、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壓強最低點在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、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 點的壓力水頭為20m ,求、,并比較三流量,得出結(jié)論來。(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,分別寫出能量方程,設(shè)分支點

46、水頭為,則1H對二層:211H S Q2=; 2 Q= 對三層:21152H S=+3Q;3Q=寫上述分支點A點的能量方程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,長度為3000米,氣體絕對壓強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時求質(zhì)量流量G 。 490解 流體為等溫流動,故G = 5.17=kg/s 28. 空氣自kPa ,溫度K 的氣罐中流出,沿長度01960p =29320l =米,厘米的管道流入kPa 的介質(zhì)中。設(shè)流動為等溫過程2D =2p =2930.015=不計局部阻力,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.流速場的流函數(shù)是233x y y =,它是無旋流動嗎?如果不是,計算它的旋轉(zhuǎn)角速度。證明任一點的流速只取決于它對原點的距離。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= 所以是無旋流動。(33u r =2 因此,任意點上午速度只取決于它對原點的距離。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)流動的切應(yīng)力分布。 22(a x y =+解 在平面流動中,切應(yīng)力表達式為:(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,試分別計算層流和紊流的入口段長

51、度(層流按Re=2000計算。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 ,煙氣的運動粘滯系數(shù)m 2/s ,問直徑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0.3m/s 。求送風(fēng)口的送風(fēng)量應(yīng)不超過多少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 的速度從圓管噴出,00.2d =m ,求距出口1.5