《流体力学泵与风机》课程教学大纲
课程简介
课程简介：本门课程讲述流体的基本概念和属性，尤其是流体与刚体和固体在力学行为方面的区别。以此为基础和出发点，介绍流体静平衡所遵循规律及点压和面压的计算方法，并以介绍流体运动的一系列基本概念为前提，推导出流体力学的三大基本方程。然后介绍管路系统的水力计算和流体孔口出流计算以及水击现象的基本概念，并介绍相似性原理和因次分析方法，讲述泵与风机工作原理及典型结构，了解泵与风机的实际运行知识，重点掌握如何选择泵与风机。
课程大纲
一、课程的性质与任务：
本课程是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主干技术基础课程之一，是学科基础课。本课程是研究流体的基本力学规律及其在工程（特别是本专业各类工程）中应用的一门学科。
本课程以流体力学基础为主，流体力学部分学生主要应掌握基本理论和计算方法，特别是一元流动的基本理论和计算方法，需要牢固掌握泵与风机结构、工作原理和运行维护知识。这为后续课程的学习提供必要基础知识和计算方法，同时，也为学生今后解决生产实际问题打下理论基础和技能准备。
二、课程的目的与基本要求：
本课程以讲述流体力学基本概念、基础知识和基本原理为主，特别
是一元流动的基本理论和计算方法，培养学生从纷繁复杂的流体运动中
突出主要矛盾、忽略次要矛盾、提炼力学模型的辩证唯物主义的科学思
维方法，着重培养学生解决工程问题的能力。了解流体力学课程的基本
内容及其在制冷、空调、建筑给排水、食品冷藏等工程中的应用，认识
到流体力学是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主要专业技术基础课。并通过一定数量习题和实验，使学生具有足够的感性认识和实际动手的能力。通过学习，能正确掌握本课程对各类流体力学问题的分析和处理方法。
三、面向专业：
热能与动力工程、建筑环境与设备工程
四、先修课程：
《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。
五、本课程与其它课程的联系：
本课程的先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。与本课程之间联系是：
1)高等数学：本课程需要高等数学中微分学、积分学、场论等方面
的基础知识；
2)大学物理：大学物理中的力学、分子物理学和热力学以及振动和
波都是学习本课程的基础；
3)工程力学：工程力学是学习本课程的重要基础，特别是其中连续
介质取分离体的概念，应力的概念，受力分析与平衡方程式，牛
顿第二定理及动量定律等。
本课程的后续课程：《传热传质学》、《流体输配管网》、《暖通空调》、《制冷原理与设备》、《汽轮机》等，本课程是学好这些后续课程必备的专业基础。
六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：
第一章绪论（4学时）
1．流体力学的研究对象、任务及应用(B)；
2．作用在流体上的力(A)；
3．流体的主要力学性质(A)；
4．流体的力学模型(B)。
作业：P12—P13，习题1-3、1-7、1-9、1-12、1-14.
第二章流体静力学（8学时）
1．流体静压强及其特性(A)；
2．流体平衡微分方程(A)；
3．重力作用下静压强的分布规律(A)；
4．压强的表示方法(A)；
5．液柱式测压计(A)；
6．作用于平面上的液体总压力(B)。
作业：P43—P47，习题2-1、2-3、2-11、2-19、2-22、2-23、2-27、2-28.
第三章一元流体动力学基础（8学时）
1.描述流体运动的两种方法(A)；
2.描述流场的几个概念(B)；
3.连续性方程(A)；
4.恒定元流能量方程(A)；
5.过流断面的压强分布(A);
6.恒定总流能量方程(A)；
7.能量方程的应用(A)；
8.总水头线和测压管水头线(B)
9.恒定气流能量方程(A)；
10.恒定流动量方程(B)。
作业：P85—89，习题3-3、3-5、3-8、3-9、3-12、3-13、
3-21、3-25、3-28、3-29.
第四章流动阻力与能量损失（8学时）
1.沿程损失和局部损失(A)；
2.两种流态与雷诺数(A)；
3.圆管均匀流及其沿程损失(A)；
4.圆管中的层流运动(A)；
5.紊流运动的特(A)性和紊流阻力(A)；
6.尼古拉兹实验(B)；
7.工业管道紊流阻力系数的计算(A)；
8.非圆管流的沿程损失(A)；
9.管道流动的局部损失(B)；
10.减少阻力的措施(C)。
作业：P126—129，习题4-2、4-5、4-8、4-19、4-21、4-23、4-27、4-29、补充习题2道.
第五章孔口管嘴管路流动（6学时）
1.孔口自由出流(A)；
2.孔口淹没出流(A)；
3.管嘴出流(A)；
4.简单管路(A)；
5.管路的串联与并联(A)；
6.管网计算基础(C)。
作业：P152－P155,习题5-3、5-8、5-15、5-17、5-22、5-24、补充习题1道.
第六章气体射流（5学时）
1.气体空间淹没紊流射流的特性(B)；
2.圆段面射流的运动分析(B)；
3.平面射流(B)；
4.温差或浓差射流(B)；
5.有限空间射流(C)。
作业：P179—P180，习题6-1、6-2、6-6、6-10、6-11．
第十章相似性原理和因次分析（5学时）
1.力学相似性原理(A)；
2.相似准数(B)；
3.模型率(B)；
4.因次分析法(A)。
作业：P284—P285，习题10-1、10-3、10-6、10-11、补充习题一道.
第十一章叶片式泵与风机的理论基础（8学时）
1.工作原理及性能参数(A)；
2.离心式泵与风机的基本方程－欧拉方程(B)；
3.叶型及其对性能的影响(B);
4.理论的流量－压头曲线和流量－功率曲线(A)；
5.泵与风机的实际性能曲线(B)；
6.轴流式泵与风机(C)；
7.相似律与比转数(B)；
8.相似律的实际应用(A)。
作业：P311—P312 ，思考题1、4，习题11-4、11-5、11-6、
11-7、11-15.
第十二章叶片式泵与风机在管路上的工作分析及调节（6学时）
1.管路性能曲线及工作点(A)；
2.泵与风机的联合工作(A)；
3.离心式泵与风机的工况调节(A)；
4.管道内的压力分布(B)。
作业：P329、思考题1、2、4.
第十三章泵与风机的安装方法与选择（4学时）
1.离心式泵的构造特点(C)；
2.离心泵正常工作所需附件及扬程计算(A)；
3.泵的气蚀与安装高度(A)；
4.离心式风机的构造特点(C)；
5.泵与风机的选择(C)。
作业：P352，习题13-1、13-2、13-4、13-5、13-6、13-7.
第十四章其它常用泵及压气（缩）机（2学时）
1.往复式泵(C)；
2.真空泵(C)；
3.深井泵(C)；
4.活塞式压缩机(C)。
七、实验名称与类别:
创新型
八、实验目的、内容与要求:
实验 1: 伯努利能量方程演示实验
实验目的：流动流体所具有的总能量，是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又可相互转换。本实验观察不可
压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化
现象，并验证机械能衡算方程。通过实验，加深对流体流
动过程基本原理的理解。
实验内容：本试验装置主要由试验导管、稳压溢流水槽和三对测压管所组成。实验验证流体静力学方程。
实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每
个实验3～4人一组。
实验 2: 流动型态的观测与测定
实验目的：研究流体流动的型态，对于流体力学的理论和工程实践都具有决定性的意义。本实验是通过雷诺试验装置，观察
流体流动过程的不同流型及其转换过程，测定流型转变时
的临界雷诺数。
实验内容：流体流动存在两种截然不同的型态，流体流动的型态由雷诺数判定。试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管
和转子流量等部分组成。改变试验导管内水流速度，观
察实验现象及流型。
实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每
个实验3～4人一组。
实验 3: 管道流体阻力的测定
实验目的：流动流体时的能量损失，主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力和局部阻力两
大类。本实验是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻
力系数ζ。
实验内容：本试验装置主要由循环水系统、试验导管系统和高位排气水箱串联组合而成。压差由一倒置U形水柱压差计显
示。通过实验测得λ和Re，可以在双对数坐标上标绘出
实验曲线。
实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每
个实验3～4人一组。
实验 4: 离心泵性能测定实验
实验目的：本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通过实验了解离心泵的构造、安装流程
和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关
系，进面加深对离心泵的性能和操作原理的理解。
实验内容：离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是相互制约的。在一
定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、η与 Vs
之间的变化关系标绘成一组曲线，这组关系曲线就是离心
泵特性曲线。
实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每
个实验3～4人一组。
实验 5: 离心式风机性能实验
实验目的：1) 熟悉风机性能测定装置的结构与基本原理。
2) 掌握利用实验装置测定风机特性的实验方法。
3) 通过实验得出被测风机的气动性能。
4) 通过计算将测得的风机特性换算成无因次参数特性曲线。
5) 将试验结果换算成指定条件下的风机参数。
实验内容：本试验装置采用进气试验方法，风量采用锥形进口集流器方法测量。测功率电机，用它来测定输入风机的力矩，
同时测出电机转速，就可得出输入风机的轴功率。
实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每
个实验3～4人一组。
九、教材与参考书：
本课程选用教材:
蔡增基主编，《流体力学泵与风机》（第四版），中国建筑出版社，1999.12。
本课程推荐参考书:
1)周谟仁主编，《流体力学泵与风机》（第一、二、
三版），中国建筑工业出版社。
2)屠大燕主编，《流体力学与流体机械》，中国建
筑工业出版社，1994年6月。
3)张兆顺编，《流体力学》,清华大学出版社，1999
年2月。
4)姜兴华等编，《流体力学》，西南交通大学出版
社，1999年7月。
十、本课程理论课及实验课的考核方式:
理论课考核方式：
理论课采用闭卷考试。
实验课考试方式：
实验课以学生做实验时的操作能力
及撰写的实验报告为依据评定成绩。
《流体力学泵与风机》期末考试试卷参考答案 一、判断题（本大题共 10 小题，每小题1 分，共 10 分） 1．没有粘性的流体是实际流体。 错 (1分) 2．在静止、同种、不连续流体中，水平面就是等压面。如果不同时满足这三个条件，水 平面就不是等压面。错 (1分) 3．水箱中的水经变径管流出，若水箱水位保持不变，当阀门开度一定时，水流是非恒定流动。 错 (1分) 4．紊流运动愈强烈，雷诺数愈大，层流边层就愈厚。错 (1分) 5．Q 1=Q 2是恒定流可压缩流体总流连续性方程。错 (1分) 6．水泵的扬程就是指它的提水高度。错 (1分) 7．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。错 (1分) 8．一变直径管段，A 断面直径是B 断面直径的2倍，则B 断面的流速是A 断面流速的4倍。 对 (1分) 9．弯管曲率半径Rc 与管径d 之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。错 (1分) 10．随流动雷诺数增大，管流壁面粘性底层的厚度也愈大。错 (1分) 二、填空题（本大题共 4小题，每小题 3 分，共 12 分） 11．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。 (3分) 12．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 (3分) 13．正方形形断面管道(边长为a)，其水力半径R 等于4a R =，当量直径de 等于a d e = ( 3分) 14．并联管路总的综合阻力系数S 与各分支管综合阻力系数的关系为 3 211 111s s s s + +=。管嘴与孔口比较,如果水头H 和直径d 相同，其流速比V 孔口/V 管嘴等于82 .097 .0=,流量比Q 孔口 /Q 管嘴 等于 82 .060 .0= 。 (3分) 三、简答题（本大题共 4小题，每小题 3分，共 15 分） 15．什么是牛顿流体？什么是非牛顿流体？ 满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体,反之为非牛顿流体。 （3分） 16．流体静压强的特性是什么？ 流体静压强的方向垂直于静压面，并且指向内法线，流体静压腔的大小与作用面的方位无关，只于该点的位置有关。 （3分） 17．什么可压缩流体？什么是不可压缩流体？ 流体的压缩性和热胀性很小，密度可视为常数的液体为不可压缩流体，反之为可压缩流体。（3分） 18．什么是力学相似？
第一章绪论 作用在流体上的力 1kgf=9.807N 力作用方式的不同分为质量力和表面力。 质量力：作用在流体的每一个质点上的力。单位质量力f 或（X,Y,Z ）N ╱kg 表面力：作用在流体某一面积上且与受力面积成正比的力。又称面积力，接触力。 表面力 单位N ╱㎡，Pa 流体的主要力学性质 流体都要发生不断变形，各质点间发生不断的相对运动。 液体的粘滞性随温度的升高而减小。 气体的粘滞性随温度的升高而增大。 黏度影响（流体种类，温度，压强） 压缩系数：单位体积流体的体积对压力的变化率。○ 流体的力学模型 将流体视为“连续介质”。 无粘性流体。 不可压缩流体。以上三个是主要力学模型。 第二章流体静力学 流体静压力：作用在某一面积上的总压力。 流体静压强：作用在某一面积上的平均或某一点的压强。 流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 在静止或相对静止的流体中，任一点的流体静压强的大小与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。 静止流体质量力只有重力。 水平面是等压面。 水静压强等值传递的帕斯卡定律：静止液体任一边界面上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要原有的静止状态不被破坏）。 自由面是大气和液体的分界面。 分界面既是水平面又是等压面。 液体静压强分布规律只适用于静止、同种，连续液体。 静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 静止气体充满的空间各点压强相等。 平面上的液体压力 水静压力的方向是沿着受压面的内法线方向。 作用于受压平面上的水静压力，只与受压面积A ，液体容重γ及形心的淹没深度h c 有关。 作用于平面的水静压力数值上等于压强分布图形的体积。 曲面上的液体压力 压力体：受压曲面与其在自由面投影面积之间的柱体。 垂直于表面的法向力（P ） 平行于表面的切向力（T ）
流体力学泵与风机部分习题答案 2-15 解：（1）当1γ为空气 21p p = ()A B p h z p =++γ ()h z p p p B A +=-=?γ 3.01000 8.9??= k p a pa 94.22940== （2）当1γ为油 31p p = ()z H h p p A +++=γ1 ()H h p p B γγ++=13 H h z H h p p p p p B A γγγγγ--+++-=-=?131 h z h 1γγγ-+= 1.09000 2.010008.91.010008.9?-??+??= k p a pa 04.22040== 2-16 解：21p p = ()211h h H p p M +++=水γ 212h h p p a 汞油γγ++= ()2121h h p h h H p a M 汞油水γγγ++=+++ ()2.010008.96.1378502.05.110008.998011???+?=++??+-h h 26656785098002.098005.1980098011+=+?+?+-h h 1960147009802665619501--+=h m h 63.51= 2-28 解：()21h h p -=γ
() () () b h h h b h h h h P 0 2210 212145 sin 45 sin 21-+--= γγ ()() 145 sin 22310008.9145 sin 232310008.92 10 ?-??+?-? -???= kN N 65.343465022 510008.9==? ?= () () ()P bl h h h bl h h h h l D D D 2 22110 212145 sin 45 sin 2 1-+--=γγ m 45.22 2 510008.92 22210008.923 22 210008.9=? ????+? ? ?= 2-32 解：b h h b h h P 0 22 21 45 sin 2 145 sin γγ+ = 22 22210008.92 122 22110008.9?? ???+ ????= kN N 8576.1106.1108572810008.9==??= P h h b h h h h b h h l D 0 2102202102145sin 3245sin 2145sin 245sin ? ?? ?? ++??? ??+=γγ 2810008.92 3 72410008.9222410008.9??? ??+???= 2613= 267 22613=-=p l T P G l T l P l G ?=?+? 226 72810008.9162.19?=???+?T kN T 31.1013 4.27481.9=+ = 2-41 解：245sin 0 =?=r h b h h P x ?? ??=2 1γ 421221000 8.9?? ? ??=
《流体力学泵与风机》课程教学大纲 课程简介 课程简介：本门课程讲述流体的基本概念和属性，尤其是流体与刚体和固体在力学行为方面的区别。以此为基础和出发点，介绍流体静平衡所遵循规律及点压和面压的计算方法，并以介绍流体运动的一系列基本概念为前提，推导出流体力学的三大基本方程。然后介绍管路系统的水力计算和流体孔口出流计算以及水击现象的基本概念，并介绍相似性原理和因次分析方法，讲述泵与风机工作原理及典型结构，了解泵与风机的实际运行知识，重点掌握如何选择泵与风机。 课程大纲 一、课程的性质与任务： 本课程是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主干技术基础课程之一，是学科基础课。本课程是研究流体的基本力学规律及其在工程（特别是本专业各类工程）中应用的一门学科。 本课程以流体力学基础为主，流体力学部分学生主要应掌握基本理论和计算方法，特别是一元流动的基本理论和计算方法，需要牢固掌握泵与风机结构、工作原理和运行维护知识。这为后续课程的学习提供必要基础知识和计算方法，同时，也为学生今后解决生产实际问题打下理论基础和技能准备。 二、课程的目的与基本要求： 本课程以讲述流体力学基本概念、基础知识和基本原理为主，特别 是一元流动的基本理论和计算方法，培养学生从纷繁复杂的流体运动中 突出主要矛盾、忽略次要矛盾、提炼力学模型的辩证唯物主义的科学思 维方法，着重培养学生解决工程问题的能力。了解流体力学课程的基本 内容及其在制冷、空调、建筑给排水、食品冷藏等工程中的应用，认识
到流体力学是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主要专业技术基础课。并通过一定数量习题和实验，使学生具有足够的感性认识和实际动手的能力。通过学习，能正确掌握本课程对各类流体力学问题的分析和处理方法。 三、面向专业： 热能与动力工程、建筑环境与设备工程 四、先修课程： 《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。 五、本课程与其它课程的联系： 本课程的先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。与本课程之间联系是： 1)高等数学：本课程需要高等数学中微分学、积分学、场论等方面 的基础知识； 2)大学物理：大学物理中的力学、分子物理学和热力学以及振动和 波都是学习本课程的基础； 3)工程力学：工程力学是学习本课程的重要基础，特别是其中连续 介质取分离体的概念，应力的概念，受力分析与平衡方程式，牛 顿第二定理及动量定律等。 本课程的后续课程：《传热传质学》、《流体输配管网》、《暖通空调》、《制冷原理与设备》、《汽轮机》等，本课程是学好这些后续课程必备的专业基础。 六、教学内容安排、要求、学时分配及作业： 第一章绪论（4学时） 1．流体力学的研究对象、任务及应用(B)； 2．作用在流体上的力(A)； 3．流体的主要力学性质(A)； 4．流体的力学模型(B)。 作业：P12—P13，习题1-3、1-7、1-9、1-12、1-14. 第二章流体静力学（8学时） 1．流体静压强及其特性(A)；
1.描绘出下列流速场 解：流线方程： y x u dy u dx = （a ）4=x u ，3=y u ，代入流线方程，积分：c x y +=4 3 直线族 （b ）4=x u ，x u y 3=，代入流线方程，积分：c x y +=28 3 抛物线族 （c ）y u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （d ）y u x 4=，3=y u ，代入流线方程，积分：c y x +=23 2
抛物线族 （e ）y u x 4=，x u y 3-=，代入流线方程，积分：c y x =+2243 椭圆族 （f ）y u x 4=，x u y 4=，代入流线方程，积分：c y x =-22 双曲线族 （g ）y u x 4=，x u y 4-=，代入流线方程，积分：c y x =+22 同心圆 （h ）4=x u ，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （i ）4=x u ，x u y 4-=，代入流线方程，积分：c x y +-=2 2
抛物线族 （j ）x u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （k ）xy u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （l ）r c u r =，0=θu ，由换算公式：θθθsin cos u u u r x -=，θθθcos sin u u u r y += 2 20y x cx r x r c u x +=-=，220y x cy r y r c u y +=+= 代入流线方程积分： c y x = 直线族
第1章绪论 1.1 试从力学分析的角度，比较流体与固体对外力抵抗能力的差别。 答：固体在承受一定的外力后才会发生形变; 而流体只要承受任何切力都会发生流动，直到切力消失; 流体不能承受拉力，只能承受压力。 1.2 何谓连续介质模型？为了研究流体机械运动的规律，说明引用连续介质模型的必要性和可能性。 答：把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体来研究，这就是连续介质模型。建立连续介质模型，是为了避开分子运动的复杂性，对流体物质的结构进行简化，建立连续介质模型后．流体运动中的物理量都可视为空间坐标和时间变址的连续函数．这样就可用数学分析方法来研究流体运动。 1.3 按作用方式的不同，以下作用力：压力、重力、引力、摩擦力、惯性力，哪些是表面力？哪些是质量力？ 答：压力、摩擦力是表面力；重力、引力、惯性力是质量力。 1.4 为什么说流体运动的摩擦阻力是内摩擦阻力？它与固体运动的摩擦力有何不同？ 答：上平板带动与其相邻的流层运动，而能影响到内部各流层运动，说明内部各流层间存在切向力，即内摩擦力，这就是黏滞性的宏观表象。也就是说，黏滞性就是流体的内摩擦特性。摩擦阻力存在于内部各流层之间，所以叫内摩擦阻力。固体运动的摩擦力只作用于固体与接触面之间，内摩擦阻力作用于流体各流层之间。 1.5 什么是流体的粘滞性？它对流体流动有什么作用？动力粘滞系数μ和运动粘滞系数v有何区别及联系？ 答：黏滞性的定义又可表示为流体阻抗剪切变形的特性。由于流体具有黏性,在流动时存在着内摩擦力,便会产生流动阻力，因而为克服流动阻力就必然会消耗一部分机械能。消耗的这部分机械能转变为热，或被流体吸收增加了流体的内能,或向外界散失，从而使得推动流体流动的机械能越来越小。运动黏滞系数是动力黏滞系数与密度的比。 1.6 液体和气体的粘度随着温度变化的趋向是否相同？为什么？ 答：水的黏滞系数随温度升高而减小，空气的黏滞系数则随温度升高而增大。原因是液体分子间的距离小，分子间的引力即内聚力是构成黏滞性的主要因素，温度升高，分子动能增大，间距增大，内聚力减小，动力黏滞系数随之减小：气体分子间的距离远大于液体，分子热运动引起的动掀交换是形成黏滞性的主要因素．温度升高．分子热运动加剧，动址交换加大，动力黏滞系数随之增大。 1.7 液体和气体在压缩性和热胀性方面有何不同？他们对密度有何影响？ 答：压缩性是流体因压强增大．分子间距离减小，体积缩小，密度增大的性质。热胀性是温度升高．分子间距离增大，体积膨胀，密度减小的性质。水的压缩性和热胀性都很小，一般均可忽略不计。气体具有显著的压缩性和热胀性。压强与温度的变化对气体密度的影响很大。
流体力学泵与风机蔡增基第五版下答 案
1.描绘出下列流速场 解：流线方程： y x u dy u dx = （a ）4=x u ，3=y u ，代入流线方程，积分：c x y +=43 直线族 （b ）4=x u ，x u y 3=，代入流线方程，积分： c x y +=283 抛物线族 （c ）y u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分： c y = 直线族 （d ）y u x 4=，3=y u ，代入流线方程，积分： c y x +=232
抛物线族 （e ）y u x 4=，x u y 3-=，代入流线方程，积分：c y x =+2243 椭圆族 （f ）y u x 4=，x u y 4=，代入流线方程，积分：c y x =-22 双曲线族 （g ）y u x 4=，x u y 4-=，代入流线方程，积分：c y x =+22 同心圆 （h ）4=x u ，0=y u ，代入流线方程，积分：c y =
直线族 （i ）4=x u ，x u y 4-=，代入流线方程，积分：c x y +-=2 2 抛物线族 （j ）x u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （k ）xy u x 4=，0=y u ，代入流线方程，积分：c y = 直线族 （l ）r c u r =，0=θu ，由换算公式：θθθsin cos u u u r x -=，θθθcos sin u u u r y +=
220y x cx r x r c u x +=-=，220y x cy r y r c u y +=+= 代入流线方程积分：c y x = 直线族 （m ）0=r u ，r c u =θ，220y x cy r y r c u x +-=-=，220y x cx r x r c u y +=+= 代入流线方程积分：c y x =+22 同心圆 2.在上题流速场中，哪些流动是无旋流动，哪些流动是有旋流动。如果是有旋流动，它的旋转角速度的表达式是什么？ 解：无旋流有：x u y u y x ??=??（或r r u u r ??=??θθ） （a ），（f ），（h ），（j ），（l ），（m ）为无旋流动，其余的为有旋流动 对有旋流动，旋转角速度：)(21y u x u x y ??-??=ω （b ）23 =ω （c ）2-=ω （d ）2-=ω （e ）27 -=ω （g ）4-=ω （i ）2-=ω （k ）x 2-=ω
1、描绘出下列流速场 解:流线方程: y x u dy u dx = (a)4=x u ,3=y u ,代入流线方程,积分:c x y +=43 直线族 (b)4=x u ,x u y 3=,代入流线方程,积分:c x y +=283 抛物线族 (c)y u x 4=,0=y u ,代入流线方程,积分:c y = 直线族 (d)y u x 4=,3=y u ,代入流线方程,积分:c y x +=232
抛物线族 (e)y u x 4=,x u y 3-=,代入流线方程,积分:c y x =+2 243 椭圆族 (f)y u x 4=,x u y 4=,代入流线方程,积分:c y x =-22 双曲线族 (g)y u x 4=,x u y 4-=,代入流线方程,积分:c y x =+22 同心圆 (h)4=x u ,0=y u ,代入流线方程,积分:c y = 直线族 (i)4=x u ,x u y 4-=,代入流线方程,积分:c x y +-=22
抛物线族 (j)x u x 4=,0=y u ,代入流线方程,积分:c y = 直线族 (k)xy u x 4=,0=y u ,代入流线方程,积分:c y = 直线族 (l)r c u r =,0=θu ,由换算公式:θθθsin cos u u u r x -=,θθθcos sin u u u r y += 220y x cx r x r c u x +=-=,220y x cy r y r c u y +=+= 代入流线方程积分:c y x = 直线族
一、选择题 1、流体运动的两种重要参数是(A)。 （A）压力、速度；（B）压力、温度；（C）比容、密度；比容、速度。 2、雷诺数Re可用来判别流体的流动状态，当(A )时是紊流状态。 (A) Re>2000 (B) Re<2000； Re>1000； Re<1000。 3、流体流动时引起能量损失的主要原因是（D ）。 （A）流体的压缩性；（B）流体膨胀性；（C）流体的不可压缩性；（D）流体的粘滞性。4、（ C）管路各段阻力损失相同。 （A）短管管系；（B）串联管系；（C）并联管系；（D）分支管系。 5、温度升高对流体粘度影响是（B ） （A）液体粘度上升，气体粘度下降（B）液体粘度下降，气体粘度上升；（C）液体和气体粘度都上升； (D) 液体和气体粘度都下降 6、下列四种泵中，相对流量最高的是(B )。 (A)离心泵；(B)轴流泵；(C)齿轮泵；(D)螺杆泵。 7、效率最高的叶轮叶片型式是（C ） （A) 前向型 (B)径向型 (C) 后向型 (D)轴向型 8、机械密封装置属于（B ） (A)级间密封装置； (B) 轴封装置； (C)内密封装置（D）填料密封装置 9、站在电机侧的端面，面对风壳，风轮为顺时针旋转的风机是(A)风机。 (A)右旋 (B)左旋； (C)左右旋； 10、某台水泵在运行过程中，出现了轴承润滑不良，轴承处的机械摩擦比较严重，转速没有明显变化，这时相应地会出现（D ）。 A．流量减小、扬程降低、电动机功率增大； B．流量减小、扬程降低、电动机功率减小； C．流量减小、扬程降低、电动机功率变化不明显； D．流量和扬程不变、电动机功率增大。 二、填空题
流动阻力和能量损失 1.如图所示：（1）绘制水头线；（2）若关小上游阀门A ，各 段水头线如何变化？若关小下游阀门B ，各段水头线又如何变化？（3）若分别关小或开大阀门A 和B ，对固定断面1-1的压强产生什么影响？解：（1）略 （2）A 点阻力加大，从A 点起，总水头线平行下移。由于流量减少，动能减少，使总水头线与测压管水头线之间的距离减小，即A 点以上，测压管水头线上移。A 点以下，测压管水头线不变，同理讨论关小B 的闸门情况。 （3）由于1—1断面在A 点的下游，又由于A 点以下测压管水头线不变，所以开大或者关小阀门对1—1断面的压强不受影响。对B 点，关小闸门，B 点以上测压管水头线上移，使1—1断面压强变大，反之亦然。 2.用直径的管道，输送流量为的水，如水温为mm d 100=s kg /105℃，试确定管内水的流态。如用这样管道输送同样质量流
量的石油，已知石油密度 ，运动粘滞系数 3 850m kg =ρ，试确定石油的流态。 s cm 214.1=υ解：（1）5℃时，水的运动粘滞系数s m 2 610519.1?×=υ，= Av Q Q ρρ==v ()2 31.04 10110 ×××π 2000 8386310519.1)1.0(4 1011 .010Re 6 23 >=××××××== ?π υ vd 故为紊流（2） 2000 13141014.1)1.0(4 8501 .010Re 4 2<=×××××= ?π 故为层流 3.有一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度20℃，求气流保持层流时的最大流量。若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？ 解：20℃时,空气的运动粘滞系数s m v 2 6107.15??×=3 205.1m kg =ρ2000Re == υ vd s m v 105.03 .0107.1520006=××=?h kg s kg vA Q m 32109.83.04 105.0205.132=×=×××==?π ρ故，为紊流 h kg 2004.水流经过一渐扩管，如小断面的直径为，大断面的直径1d 为，而，试问哪个断面雷诺数大？这两个断面的雷 2d 221 =d d 诺数的比值是多少？ 2 1 Re Re 解：；2211A v A v Q ==4)(21 2212 1 === d d A A v v
上篇流体力学课程讲义 绪论 一、“流体力学”名称简介 1、概念： 工程流体力学中的流体，就是指以这两种物体为代表的气体和液体。气体和液体都具有流动性，统称为流体。 2、研究对象 流体力学是力学的一个分支。它专门研究流体在静止和运动时的受力与运动规律。研究流体在静止和运动时压力的分布、流速变化、流量大小、能量损失以及与固体壁面之间的相互作用力等问题。 3、应用 流体力学在工农业生产中有着广泛的应用，举例。 4、流体力学的分支 流体力学的一个分支是液体力学或叫水力学。它研究的是不可压缩流体的力学规律。另一分支是空气动力学，研究以空气为代表的可压缩流体力学，它必须考虑流体的压缩性。本书以不可压缩流体为主，最后讲解与专业相关的空气动力学部分的基础内容。 一般来说，流体力学所指的范围较为广泛，而我们所学习的内容仅以工程实际需要为限，所以叫“工程流体力学”。 二、学科的历史与研究方法简介 1、学科历史 流体力学是最古老的学科之一，它的发展经历了漫长的年代。 例：我国春秋战国时期，都江堰，用于防洪和灌溉。 秦朝时，为了发展南方经济，开凿了灵渠， 隋朝时开凿了贯穿中国南北，北起涿郡(今北京)，南至余杭(今杭州)的大运河，全长1782km，对沟通南北交通发挥了很大作用，为当时经济的发展做出了贡献。 在国外，公元前250年，古希腊学者阿基米德就发表了《论浮体》一文。 到了18世纪，瑞典科学家DanielBernoulli伯努利(1700—1782)的《水动力学或关于流体运动和阻力的备忘录》奠定了流体力学的基础。 2、研究方法
一方面，以理论方程为主线，将流体及受力条件理想化，忽略次要影响因素，建立核心方程式。在这方面最有代表性的就是伯努利于1738年建立的能量方程。 另一方面，采取实验先行的办法。开始了实用水力学的研究，在一系列实验理论的指导下，对理论不足部分反复实验、总结规律，得到经验公式和半经验公式进行补充应用。在这方面最有代表性的是尼古拉兹实验、莫迪图等。理论研究和实验两方面的相互结合，使工程流体力学发展成为一门完善的应用科学。 三、本课程在热力发电厂中的作用 热力发电厂的生产过程简单的说就是能量转换的过程。流体是必不可少的中间载体由管路组成的循环系统中，流动着的水、汽、油、空气、烟气等都是流体。 管路中流体与颜色的关系： 红颜色——饱和蒸汽、过热蒸汽； 绿颜色——凝结水、给水； 黄颜色——油；， 蓝颜色——空气； 黑颜色——冷却水、工业水、烟气等。 第一章流体及其物理性质 本章学习目标: 理解流体的主要物理性质：密度、压缩性和膨胀性、粘性、表面张力和毛细现象。 流体的力学性质在日常生活中能感受到，但通过学习应上升到理性。 对物理现象用数学模型来定量描述，以便严格定义，准确计算。概念只有用数学工具准确计量才能上升为科学。本章涉及的数学知识都是普通的微积分知识。 本章学习内容: 1.1流体的定义、特征和连续介质假设 一、流体的定义和特征 1、定义： 通常说能流动的物质为流体，液体和气体易流动，我们把液体和气体称之为流体。 力学的语言：在任何微小剪切力的持续作用下能够连续不断变形的物质，称为流体。
《流体力学泵与风机》期末考试试卷参考答案 1．没有粘性的流体是实际流体。 错 (1分) 2．在静止、同种、不连续流体中，水平面就是等压面。如果不同时满足这三个条件，水 平面就不是等压面。错 (1分) 3．水箱中的水经变径管流出，若水箱水位保持不变，当阀门开度一定时，水流是非恒定流动。 错 (1分) 4．紊流运动愈强烈，雷诺数愈大，层流边层就愈厚。错 (1分) 5．Q 1=Q 2是恒定流可压缩流体总流连续性方程。错 (1分) 6．水泵的扬程就是指它的提水高度。错 (1分) 7．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。错 (1分) 8．一变直径管段，A 断面直径是B 断面直径的2倍，则B 断面的流速是A 断面流速的4倍。 对? (1分) 9．弯管曲率半径Rc 与管径d 之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。错 (1分) 10．随流动雷诺数增大，管流壁面粘性底层的厚度也愈大。错 (1分) 二、填空题（本大题共 4小题，每小题 3 分，共 12 分） 11．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。 (3分) 12．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 (3分) 13．正方形形断面管道(边长为a)，其水力半径R 等于4a R =，当量直径de 等于a d e = ( 3分) 14．并联管路总的综合阻力系数S 与各分支管综合阻力系数的关系为 3 211 111s s s s + +=。管嘴与孔口比较,如果水头H 和直径d 相同，其流速比V 孔口 /V 管嘴 等于82 .097 .0=,流量比Q 孔口 /Q 管嘴 等于 82 .060 .0= 。 (3分) 三、简答题（本大题共 4小题，每小题 3分，共 15 分） 15．什么是牛顿流体什么是非牛顿流体 满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体,反之为非牛顿流体。 （3分） 16．流体静压强的特性是什么 流体静压强的方向垂直于静压面，并且指向内法线，流体静压腔的大小与作用面的方位无关，只于该点的位置有关。 （3分） 17．什么可压缩流体什么是不可压缩流体 流体的压缩性和热胀性很小，密度可视为常数的液体为不可压缩流体，反之为可压缩流体。（3分） 18．什么是力学相似
流体力学泵与风机考研重要内容总结 1.连续介质假设，流体的易变形性，粘性（粘性随温度的变化），可压缩性（工程上对不可压缩的判断及分类）， 2.静压强及其特性（静水特性），点压强的计算，静压强分布。连通管测量液位的原理（锅炉水位测量装置）。 3.作用于平面上液体总压力的计算。作用于曲面上液体总压力，压力体的画法。 4.欧拉法（场观点）观察流场的方法，迹线在工程上的应用。流线描述流场的特点（流线不相交、不分支、不能突然折转。流线密集的地方流体流动的速度大，流线稀疏的地方流动速度小）。 5.湿周、水力半径、水力直径（非圆管道沿程损失的当量直径计算）、平均流速的概念。 6.掌握三大方程及其应用计算：连续性方程、伯努利方程和动量方程。（连续性方程是根本，不存在不符合质量守恒的流动；伯努利方程是认识流动的关键，当流动损失可以忽略不计时，可以推知位能、压能和机械能三者的相互转化关系；动量方程求解有关作用力的问题，推导泵与风机、汽轮机和燃气轮机的工作方程）。 7.几种热能工程常用的差压式流速、流量测量装置：皮托管、文丘里(Venturi) 流量计、孔板（未必是孔，可以是喷嘴形式）流量计的原理及计算。 8.流体运动的两种形态：层流和紊流及其判别准则（Re雷诺数准则，了解其他判别如速度分布（最大流速、平均流速与中心流速关系），沿程损失与平均流速关系、紊流流动涡扩散特性等） 9.能量损失的两种形式及其计算：沿程流动损失（达西公式）、局部损失（范宁公式）。关键是系数的求取（），同时感性认识和判断不同管道和过流断面布置流动损失的高低（结合泵与风机的结构和管路布置）。 10.管内流动的分区：层流区、层流（到紊流的）过渡区、紊流光滑区、紊流粗糙区、紊流过渡区。了解尼古拉兹图和分区计算公式的应用。尤其公式应用首先判断适用范围，层流计算公式必须掌握（λ =64/Re），其他区域有综合的公式，能覆盖从层流过渡区到一般高度紊流的区域（如斯瓦米江公式的适用范围为，Re＝5×103～108，Δe/d=10～10－2）。) －6 11.了解莫迪图和掌握商用管当量粗糙度的应用。 12.孔口、管嘴出流：流速系数、收缩系数、流量系数。圆柱形管