第五章压力管路的水力计算 主要内容 长管水力计算 短管水力计算 串并联管路和分支管路 孔口和管嘴出流 基本概念: 1、压力管路：在一定压差下，液流充满全管的流动管路。（管路中的压强可以大于大气压，也可以小于大气压） 注:输送气体的管路都是压力管路。 2、分类： 按管路的结构特点,分为 简单管路:等径无分支 复杂管路：串联、并联、分支 按能量比例大小,分为 长管:和沿程水头损失相比,流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。 短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。 第一节管路的特性曲线 一、定义:水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。 二、特性曲线
l l L g V d L g V d l l g V d l d l g V d l g V h h h f j w + = = + = ?? ? ? ? ? + = + = + = 当 当 当 其中， 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 λ λ λ λ λ ζ (1) 把2 4 d Q A Q V π = = 代入上式得： 2 2 5 2 2 2 28 4 2 1 2 Q Q d g L d Q g d L g V d L h w α π λ π λ λ= = ? ? ? ? ? = = (2） 把上式绘成曲线得图。 第二节长管的水力计算 一、简单长管 1、定义:由许多管径相同的管子组成的长输管路,且沿程损失较大、局部损失较小，计算时 可忽略局部损失和流速水头。 2、计算公式:简单长管一般计算涉及公式 2 2 1 1 A V A V=(3) f h p z p z+ + + γ γ 2 2 1 1 ＝ (4） g V D L h f2 2 λ = （5) 说明：有时为了计算方便,h f的计算采用如下形式： m m m f d L Q h - - = 5 2ν β （6) 其中,β、m值如下 流态βm 层流 4.15 1 （a) 水力光滑０.0２4６0．２5 （b)
《工程流体力学》复习题及参考答案 整理人:郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班 使用专业:热能与动力工程 一、名词解释。 1、雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、湿周 8、恒定流动 9、附面层 10、卡门涡街11、自由紊流射流 12、流场 13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流 17、浓差或温差射流 18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、 自动模型区 二、就是非题。 1.流体静止或相对静止状态的等压面一定就是水平面。 ( ) 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。 ( ) 3.附面层分离只能发生在增压减速区。 ( ) 4.等温管流摩阻随管长增加而增加,速度与压力都减少。 ( ) 5.相对静止状态的等压面一定也就是水平面。 ( ) 6.平面流只存在流函数,无旋流动存在势函数。 ( ) 7.流体的静压就是指流体的点静压。 ( ) 8.流线与等势线一定正交。 ( ) 9.附面层内的流体流动就是粘性有旋流动。 ( ) 10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加,压力减小。( ) 11.相对静止状态的等压面可以就是斜面或曲面。 ( ) 12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度减小,压力增加。( ) 13.壁面静压力的压力中心总就是低于受压壁面的形心。 ( ) 14.相邻两流线的函数值之差,就是此两流线间的单宽流量。 ( ) 15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。 ( ) 16.处于静止或相对平衡液体的水平面就是等压面。 ( ) 17.流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少;温度降低粘滞性增大。 ( ) 18.流体流动时切应力与流体的粘性有关,与其她无关。 ( ) 三、填空题。 1、1mmH2O= Pa 2、描述流体运动的方法有与。 3、流体的主要力学模型就是指、与不可压缩性。 4、雷诺数就是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动时 与的对比关系。 5、流量Q1与Q2,阻抗为S1与S2的两管路并联,则并联后总管路的流量Q
流体流动现象普遍存在于自然界及多种工程领域中。所有这些流动过程都遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等基本物理定律；而且流动若处于湍流状态，则该流动系统还要遵守附加的湍流输运方程。本讲座将依据流体运动的特性阐述计算流体动力学的相关基础知识及任务；在流体运动所遵循的守恒定律及其数学描述的基础上，介绍数值求解这些基本方程的思想及其求解过程。 第一节计算流体动力学概述 计算流体动力学（CFD）技术用于流体机械部流动分析及其性能预测，具有成本低，效率高，方便、快捷用时少等优点。近年来随着计算流体力学和计算流体动力学及计算机技术的发展, CFD技术已成为解决各种流体运动和传热，以及场问题的强有力、有效的工具，广泛应用于水利、水电，航运，海洋，冶金，化工，建筑，环境，航空航天及流体机械与流体工程等科学领域。利用数值计算模拟的方法对流体机械的部流动进行全三维整机流场模拟，进而进行性能预测的方法越来越广泛地被从事流体机械及产品性能取决于各种场特性的设计、科研等科技人员所使用；过去只有通过实验才能获得的某些结果或结论，现在完全可借助CFD模拟的手段来准确地获取。这不仅既可以节省实验资源,还可以显示从实验中不能得到的许多场特性的细节信息。 一、什么是计算流体动力学 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场，以及热力场等），用一系列有限个离散点上变量值的集合来代替；并通过一定的原则和规律建立起关于这些离散点上的场变量之间关系，从而组成这些场变量之间关系的代数方程组；然后求解这种代数方程组，来获得这些场变量的近似值[1-3]；这就是流动的数值计算。或者直观地说，通过数值计算中的各种离散方法，把描述连续流体运动的控制偏微分方程离散成代数方程组，由此建立该流动的数值模型；再根据问题的具体情况，设定边界条件和初始条件封闭方程组；然后通过计算机数值计算求解这种代数方程组，从而获得描述该流场场变量的某些运动参数的数值解。 计算流体动力学是在经典流体力学、数值计算理论、计算方法，以及计算机科学与技术的基础上建立和发展起来的多学科、多领域交叉的流体力学中的一个新分支；或可以说是一门新学科。他将科学的理论知识与实际工程计算紧密地结合在了一起，是我们流体机械及流体工程学科和工程领域中目前科学研究与工程计算、分析或设计的高质、高效，短周期、低费用的强有力不可或缺的重要工具。
流体流动检测试卷
流体流动单元测试卷 一、单项选择题：（每题2分共30分） 1、在静止的流体内部各点处的静压强相等的必要条件是（）。 A、各点应该处于同一种流体的内部 B、各点应该处于同一种连续流体的内部 C、各点应该分别处于连通着的两种流体内部 D、各点应该处于同一种连续流体的内部，且处于同一水平面上 2、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，在管道各截面上的（）。 A、气体流动的流速相等 B、气体流动的质量流量相等 C、气体流动的体积流量相等 D、气体流动的速度逐渐变小 3、流体在圆形直管内层流流动，如果管径、管长均不变， 则流体流动阻力与速度的（）方成正比。 A、1 B、2 C、3 D、4 4、层流和湍流的本质区别是（） A、流速不同 B、流通截面积不同 C、雷诺数不同 D、层流无径向流动，湍流有径向流动 5、下列说法中正确的是( )。 A、静止的流体没有黏性 B、一定的流体在一定的管道中流动时，所受的阻力与流速成正比 C、直管阻力与流速成正比，局部阻力与流速不一定成正比 D、其它条件相同的情况下，黏性越大流体内摩擦力也越大 6、边长分别是200mm、300mm的矩形管的当量直径是 （） __________________________________________________
A 、210mm B、 240mm C、280mm D、250mm 7、水以0.05m·s-1的流速在?35×2.5 mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000 kg·m-3，其流动类型为( )。 A、层流 B、湍流 C、过渡流 D、无法确定。 8、某设备上真空表读数为0.01MPa，若当地大气压强为 0.1MPa，则设备内绝对压强为( )。 A、101.33 kPa； B、10 kPa； C、0.91 kPa； D、90 kPa。 9、当管中的液体形成稳定流动时，已知d2=2d1，则 ( )。 A、u2=4u1 B、u1=4u2 C、u2=2u1 D、u1=2u2 10、在相同条件下，缩小管径，雷诺数 （）。 A、不变 B、减小 C、增大 D、无法确定 11、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，在管道各截面上的（）。 A、气体流动的流速相等 B、气体流动的质量流量相等 C、气体流动的体积流量相等 D、气体流动的速度逐渐变小 12、理想流体流过竖直放置的等径圆管时，如果从上往下流，则其（）。 A、动能增加，位能上升，静压能下降 B、动能不变，位能下降，静压能下降 C、动能不变，位能下降，静压能上升 D、动能增加，位能下降，静压能下降 13、转子流量计的特点是（） A、恒截面变压差 B、变截面恒压差 C、恒流速变压差 D、变流速变压差 14、用孔板流量计测水的流量时，流量为72m3/h时，压差计读数为100mm，若流量为36m3/h时，则压差计读数为（） __________________________________________________
第7章缝隙流动 一、学习目的和任务 1．掌握求解平行平板间缝隙流动、同心圆环缝隙流动问题的方法，分析缝隙大小对流量泄漏和功率损失的影响。 2．掌握平行圆盘间缝隙流动的特性以及圆盘对缝隙的作用力的计算。 3．了解变间隙宽度缝隙流动。 二、重点、难点 重点：平行平板间缝隙流动、平行圆盘间缝隙流动 难点：平行圆盘间缝隙流动求解方法、偏心圆盘缝隙流动 在机械和液压装备中存在着充满油液的各种缝隙，如滑板与导轨间的缝隙、活塞与缸筒间的缝隙、轴与轴承间缝隙、齿轮泵中齿顶与泵壳之间的缝隙等。这些缝隙流动对机械性能有很大的影响，特别是在液压传动中的影响更为显著。液压泵、液动机、换向阀等液压元件处处存在着缝隙流动的问题。缝隙过小则增大了摩擦，缝隙过大又会增加泄漏，所以缝隙大小的选择在液压元件设计中是一个重要问题。 本章主要介绍平行平板间的缝隙流、环形缝隙流、变间隙宽度中的流动、两平行圆盘间的缝隙流以及球面缝隙流。由于缝隙一般很小，缝隙流动的雷诺数都不大，在大多数情况下缝隙流动可看作是层流。 平行平板间的缝隙流 平行平板间流体运动微分方程导出方法有两种，一是由N－S方程简化而来，二是基于牛顿力学的动力平衡分析，并且因坐标系选 择不同，得出速度分布方程也有所不同，但结 论在本质上无差异。 7.1.1 由N－S方程简化分析 平行平板间的缝隙流动是其他各种缝隙
流动的基础，通常把流体两边的平面简化成水平放置的无限大平板。如图7-1所示；设一平行平板缝隙流的平板长为L ，宽为B ，缝隙高度为h 。下面s 首先应用N －S 方程来讨论平行平板间流体运动，首先粘性力处于主导地位，故惯性力可不计，即 0===dt du dt du dt du z y x ；因缝隙甚小，质量力可不计0x y z f f f ===；假定流动为一维流，即0==z y u u ，x u u =。在上述条件下，由N －S 方程可得如下方程。 ????? ?????? =??+??+????+??-=??+??+????+??-=??+??+????+??+??+??+??-0)(10)(10)()(1222222z u y u x u z v z p z u y u x u y v y p z u y u x u x v z u y u x u v x p z y z y z y ρρρ 对于不可压缩流体0=??+??+??z u y u x u z y ，又0==z y u u ，则?=??0x u 022=??x u ，则上式进一步简化为 ?????????=??=??=??+??+??- 00 0)(12222z p y p z u y u v x p ρ 由式知，压力p 仅为x 的函数，与y 和z 无关；即 dx dp x p = ??；另外对于平行平面，单位长度上的压力损失是相同的，或者说压力减小服从线性分布规律，即L p dx dp ?-=（其 中12p p p ?=-）；再者，对于充分宽的平行平面，任意宽度坐标z 处的流动状态都是相同的，即 0=??z u 。根据上式条件和式等价为 L p dy u d μ?-=2 2
《工程流体力学》复习题及参考答案 整理人：郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班使用专业：热能与动力工程 、名词解释。 1、雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、湿周8、恒定流动9、附面层10、卡门涡街11、自由紊流射流 12、流场13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流 17、浓差或温差射流18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、 自动模型区 、是非题。 1. 流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。（） 2. 平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。（） 3. 附面层分离只能发生在增压减速区。（） 4. 等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。（） 5. 相对静止状态的等压面一定也是水平面。（） 6. 平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。（） 7. 流体的静压是指流体的点静压。（） 8. 流线和等势线一定正交。（） 9. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动。（） 10. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。（） 11. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。（） 12. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。（） 13. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。（） 14. 相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。（） 15. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。（） 16. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。（） 17. 流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。 （） 18. 流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。（）三、填空题。 1、1mm2O= Pa
流体流动单元测试卷 一、单项选择题：（每题2分共30分） 1、在静止的流体内部各点处的静压强相等的必要条件是（）。 A、各点应该处于同一种流体的内部 B、各点应该处于同一种连续流体的内部 C、各点应该分别处于连通着的两种流体内部 D、各点应该处于同一种连续流体的内部，且处于同一水平面上 2、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，在管道各截面上的（）。 A、气体流动的流速相等 B、气体流动的质量流量相等 C、气体流动的体积流量相等 D、气体流动的速度逐渐变小 3、流体在圆形直管内层流流动，如果管径、管长均不变，则流体流动阻力与速度的 （）方成正比。 A、1 B、2 C、3 D、4 4、层流和湍流的本质区别是（） A、流速不同 B、流通截面积不同 C、雷诺数不同 D、层流无径向流动，湍流有径向流动 5、下列说法中正确的是( )。 A、静止的流体没有黏性 B、一定的流体在一定的管道中流动时，所受的阻力与流速成正比 C、直管阻力与流速成正比，局部阻力与流速不一定成正比 D、其它条件相同的情况下，黏性越大流体内摩擦力也越大 6、边长分别是200mm、300mm的矩形管的当量直径是（） A 、210mm B、 240mm C、280mm D、250mm 7、水以0.05m·s-1的流速在?35×2.5 mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000 kg·m-3，其流动类型为( )。 A、层流 B、湍流 C、过渡流 D、无法确定。 8、某设备上真空表读数为，若当地大气压强为，则设备内绝对压强为( )。 A、 kPa； B、10 kPa； C、 kPa； D、90 kPa。 9、当管中的液体形成稳定流动时，已知d2=2d1，则( )。 A、u2=4u1 B、u1=4u2 C、u2=2u1 D、u1=2u2 10、在相同条件下，缩小管径，雷诺数（）。 A、不变 B、减小 C、增大 D、无法确定 11、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，在管道各截面上的（）。 A、气体流动的流速相等 B、气体流动的质量流量相等 C、气体流动的体积流量相等 D、气体流动的速度逐渐变小
课题 5: 流动液体的压力损失和流经小孔，间隙的流量 计算 目的要求: 理解层流、紊流及雷诺数的概念；明确液压传动中能量损失的主要表现形式——压力损失的计算方法；常见孔口、缝隙流量的计算方法，为后续理论 打下必要基础； 重点：雷诺数，压力损失和孔口流量计算方法及公式意义 复习提问：1作业讲评 2．上次课主要内容：一组基本概念：①理想液体与稳定流动②通流A、υ、q；③二个基本方程：连续性及伯努利方程 3．二个基本方程的物理意义、量纲、理想液体与实际液体伯氏方程的差别？作业： 2-15；2—19 教具: 课件 教学内容：（附后） 第3节液体流动时的压力损失 引言：在液传中，伯氏方程中的hw主要为压力损失,其后果是增加能耗和泄漏，故在液压传动中研究发生压力损失的途径具有实际意义 压力损失可分为：沿程压损和局部压损。 一、层流、紊流、雷诺数 实验证明，液体流动的压力损失与液体的流动状态有关。 液体的流动有两种状态，即层流和紊流。 雷诺数（Re）可以判断液体的流态。
v d H Re υ= (2-17) 实验证明：流体从层流变为紊流时的雷诺数大于由紊流变为层流时的雷诺数，前者 称上临界雷诺数，后者称下临界雷诺数。工程中是以下临界雷诺数c Re 作为液流状态判 断依据，简称临界雷诺数，若Re ﹤ c Rc 液流为层流；Re ≥ c Re 液流为紊流。常见管 道的液流的临界雷诺数，见表2-2。 二、沿程压力损失 液体在等径直管中流动时，因内外摩擦而产生的压力损失称之。 经理论推导和实验修正： 2 2 λρυλ d l p =? （2-18） 式中阻力系数λ的取值： 层流：理论值 λ=64/Re 实际值 λ=75/Re(金属管) λ=80/Re(橡胶管) 紊流：λ=0.3164Re(-o.25) 可见，△P λ的大小与流动状态有关，还与流速（故要限制流速）、管长、管径等因素有关，在应用上式时，先要判断流态、确定λ后才能进行计算。 三、局部压力损失 产生局部压损的场所、原因。其大小一般以实验确定。 2 2 ρυζ ζ=?p （2-19） 式中ξ是局部阻力系数，由实验求得，一般查手册。 液体流经各种阀的局部压力损失常用经验公式：
收稿日期：2013-07-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51009138） 作者简介：黎耀军（1978-），男，江西宜春人，副教授，主要从事水力机械研究。E-mail ：liyaojun@https://www.doczj.com/doc/ee669534.html, 水 利学报SHUILI XUEBAO 2014年2月 第45卷第2期 文章编号：0559-9350（2014）02-0235-08叶顶间隙对轴流泵轮缘泄漏流动影响的大涡模拟 黎耀军1，沈金峰1，严海军1，张志民2 （1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083；2.中国水利水电科学研究院，北京100038） 摘要：为揭示不同尺寸叶顶间隙下轴流泵轮缘区湍流特征，采用大涡模拟方法对轴流泵在设计流量下的内部非定常流动进行了数值计算，分析了5种叶顶间隙下泵轮缘间隙区的流场结构。通过泵外特性参数预测值与实验结果的对比，证实本文所提出的方法可较准确反映泵内流动特征。结果表明：随轮缘间隙增加，泵扬程、功率和效率均呈下降趋势；叶顶间隙内泄漏流速度沿径向逐渐增大；随间隙尺寸增加，轮缘间隙主泄漏涡强度及与叶片夹角均增大，泄漏涡的非稳定性增强；当间隙δ/D 2大于1.0‰，间隙主泄漏涡发展至相邻叶片正面；当δ/D 2大于 1.5‰，叶顶间隙内出现间隙分离涡，间隙区形成多个次泄漏涡，其影响范围随间隙尺寸的增加而增大。关键词：轴流泵；大涡模拟；轮缘间隙；间隙泄漏涡 中图分类号：TV136文献标识码：A doi ：10.13243/https://www.doczj.com/doc/ee669534.html,ki.slxb.2014.02.0141研究背景 轴流泵具有流量大、扬程低及效率高等特点，在灌溉排水、跨流域调水等水利工程中应用广泛。在叶片正背面压差的作用下，轴流泵叶片顶部与叶轮室内壁间隙区存在泄漏流动，导致泵能量性能下降，并诱发间隙空化、水力激振和噪声等负面效应［1-2］，危及机组安全运行。实际应用中，受加工及安装误差、变形及运行磨损等因素影响，轴流泵轮缘间隙尺寸往往发生变化，间隙泄漏流动更为复杂。随着南水北调工程及国家大中型泵站更新改造工程的建设，轴流式水泵机组的运行稳定性越来越受到工程界和学术界的重视。研究不同间隙尺寸下轴流泵轮缘间隙流特性，具有重要工程意义。 基于高速摄影、粒子成像测速（Particle Image Velocimetry ，PIV ）技术的试验观测，是研究轴流泵轮缘间隙流动的重要方法。其中高速摄影在捕获间隙空化涡方面取得了良好效果 ［3-4］；Wu 等［5］采用PIV 技术，研究了轴流式喷水推进泵轴面内轮缘间隙泄漏流动结构。但目前，有关轮缘间隙泄漏流的高时间和高空间分辨率的试验数据尚非常有限［1］，难以揭示轴流泵轮缘间隙内三维非定常湍流特征。 随着流动数值模拟技术的发展，CFD 方法已成为当前研究轴流泵内非定常湍流的最主要手段。多位学者采用RANS 方法分析了轮缘间隙尺寸对轮缘泄漏流及泵外特性的影响［6-8］；王福军等［9］则采用LES 方法，研究了考虑轮缘间隙流动影响的轴流泵内叶轮区典型位置的压力脉动规律；Hah 等［10］对轴流式 喷水推进泵单流道内的叶顶间隙流动进行了初步分析。但由于轴流泵叶片扭曲、轮缘间隙区结构复杂，轮缘间隙流与叶轮主流、壁面边界层分离流及的相互作用，将形成轮缘间隙区复杂流动结构，国内尚缺乏不同轮缘间隙尺寸下轮缘间隙泄漏流动结构时空演化机理的系统研究 ［1，11］。为此，本文采用可较准确计算轴流式叶轮机械轮缘间隙流动的大涡模拟方法［10，12］，对不同叶顶间隙尺寸下的轴流泵内全流道非定常流动进行数值模拟，以期揭示轮缘间隙区泄漏流动特征。 ——235
中国矿业大学2007～2008学年第 2 学期 《工程流体力学》试卷（）卷 课程编号：03034 考试时间：100 分钟考试方式：闭卷 学院化工班级姓名学号 一．名词解释（共10小题，每题3分，共30分） 粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深 二．选择题（共10小题，每题2分，共20分） 1．液体粘度随温度的升高而___，气体粘度随温度的升高而___( )。 A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小2．等角速度ω旋转容器，半径为R，内盛有密度为ρ的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同； 底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。 3．某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 4．静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 处静水压强与受压面积的乘积（）。 A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心; 5．粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。 A．沿程下降B．沿程上升C．保持水平D．前三种情况都有可能。6．流动有势的充分必要条件是( )。 A．流动是无旋的；B．必须是平面流动； C．必须是无旋的平面流动；D．流线是直线的流动。
7．动力粘滞系数的单位是( )。 A N ·s/m B. N ·s/m 2 C. m 2/s D. m/s 8．雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速v cr ' 和由紊流向层流过渡的临界流速v cr 之间的关系是( )。 A. v cr '＜v cr ； B. v cr '＞v cr ； C. v cr '＝v cr ； D. 不 确 定 9．在如图所示的密闭容器上装有U 形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为： A. p 1=p 2=p 3； B. p 1>p 2>p 3； C. p 1
175 第7章 缝隙流动 一、 学习目的和任务 1．掌握求解平行平板间缝隙流动、同心圆环缝隙流动问题的方法，分析缝隙大小对流量泄漏和功率损失的影响 。 2．掌握平行圆盘间缝隙流动的特性以及圆盘对缝隙的作用力的计算。 3．了解变间隙宽度缝隙流动。 二、 重点、难点 重点： 平行平板间缝隙流动、平行圆盘间缝隙流动 难点： 平行圆盘间缝隙流动求解方法、偏心圆盘缝隙流动 在机械和液压装备中存在着充满油液的各种缝隙，如滑板与导轨间的缝隙、活塞与缸 筒间的缝隙、轴与轴承间缝隙、齿轮泵中齿顶与泵壳之间的缝隙等。这些缝隙流动对机械性能有很大的影响，特别是在液压传动中的影响更为显著。液压泵、液动机、换向阀等液压元件处处存在着缝隙流动的问题。缝隙过小则增大了摩擦，缝隙过大又会增加泄漏，所以缝隙大小的选择在液压元件设计中是一个重要问题。 本章主要介绍平行平板间的缝隙流、环形缝隙流、变间隙宽度中的流动、两平行圆盘 间的缝隙流以及球面缝隙流。由于缝隙一般很小，缝隙流动的雷诺数都不大，在大多数情况下缝隙流动可看作是层流。 7.1 平行平板间的缝隙流 平行平板间流体运动微分方程导出方法有两种，一是由N －S 方程简化而来，二是基于牛顿力学的动力平衡分析，并且因坐标系选择不同，得出速度分布方程也有所不同，但结论在本质上无差异。 7.1.1 由N －S 方程简化分析 平行平板间的缝隙流动是其他各种缝隙 图 7-1 平行平面缝隙流
176 流动的基础，通常把流体两边的平面简化成水平放置的无限大平板。如图7-1所示；设一平行平板缝隙流的平板长为L ，宽为B ，缝隙高度为h 。下面s 首先应用N －S 方程来讨论平行平板间流体运动，首先粘性力处于主导地位，故惯性力可不计，即 0===dt du dt du dt du z y x ；因缝隙甚小，质量力可不计0x y z f f f ===；假定流动为一维流，即0==z y u u ，x u u =。在上述条件下，由N －S 方程可得如下方程。 ????? ?????? =??+??+????+??-=??+??+????+??-=??+??+????+??+??+??+??-0)(10 )(10)()(1222222z u y u x u z v z p z u y u x u y v y p z u y u x u x v z u y u x u v x p z y z y z y ρρρ (7.1-1) 对于不可压缩流体0=??+??+??z u y u x u z y ，又0==z y u u ，则?=??0x u 022=??x u ，则上式进一步简化为 ?????????=??=??=??+??+??- 00 0)(12222z p y p z u y u v x p ρ (7.1-2) 由式(7.1-2)知，压力p 仅为x 的函数，与y 和z 无关；即 dx dp x p =??；另外对于平行平面，单位长度上的压力损失是相同的，或者说压力减小服从线性分布规律，即L p dx dp ?-=（其中12p p p ?=-）；再者，对于充分宽的平行平面，任意宽度坐标z 处的流动状态都是相同的，即 0=??z u 。根据上式条件和式(7.1-2)等价为 L p dy u d μ?-=2 2 (7.1-3)
1 化工原理实验试卷 注意事项：1.考前请将密封线内填写清楚； 2. 所有答案请直接答在试卷上； 3 ?考试形式：闭卷； 4. 本试卷共四大题，满分100分，考试时间90分钟。 一、填空题 1. 在阻力实验中，两截面上静压强的差采用倒U形压差计测定。 2. 实验数据中各变量的关系可表示为表格，图形和公式. 3. 影响流体流动型态的因素有流体的流速、粘度、温度、尺寸、形状等 4. 用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验，试提出三个强化传热的方案（1）增加空 气流速（2）在空气一侧加装翅片（3）定期排放不 凝气体。 5. 用皮托管放在管中心处测量时，其U形管压差计的读数R反映管中心处的静压头。 6. 吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定，吸收剂为稀硫酸，指示剂为甲基红。 7. 在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数q值，实验中需要测定进料量、进料温度、进料浓度等。 8. 干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器，以防烧坏加热丝。
9. 在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在，如果达到?， 可能出现液泛，应减 少加热电流（或停止加热），将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 10. 吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定，它主要由取样管、吸收盒和湿式体积流量计组成的，吸收剂为稀硫酸，指示 剂为甲基红。 11. 流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互相转换。 12. 在柏努利方程实验中，当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（从测压孔算起） 为静压头，它反映测压点处液体的压强大小；当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液 位高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小。 13. 测量流体体积流量的流量计有转子流量计、孔板流量计和涡轮流量计。 14. 在精馏实验中，确定进料状态参数q需要测定进料温度，进料浓度参数。 15. 在本实验室的传热实验中，采用套管式换热器加热冷空气，加热介质为饱和水蒸汽，可通过增加空气流量达到提高传热系 数的目的。 16. 在干燥实验中，要先开风机，而后再打开加热以免烧坏加热丝。 17. 在流体流动形态的观察实验中，改变雷诺数最简单的方法是改变流量。 18. （1）离心泵最常用的调节方法是出口阀门调节；（2）容积式泵常用的调节方法是旁路调节。 19. 在填料塔流体力学特性测试中，压强降与空塔气速之间的函数关系应绘在双对
混流式水轮机转轮间隙流动特性与工况的关系混流式水轮机转轮上冠和顶盖之间存在一个空腔,水轮机在工作过程中有一部分水流会通过转轮上冠的密封间隙,泄漏进入该空腔内。该部分泄漏水不仅造成了水轮机的容积损失,还会对转轮产生一个沿着水轮机主轴作用向下的轴向水推力。 随着水轮机单机容量和转轮直径的不断增大,大型混流式水轮机,因上冠的承压面积较大,泄漏水压力较高,产生的较大轴向水推力对机组的稳定运行产生不良影响,会导致推力瓦烧瓦等事故,严重的会制约水轮机推力轴承的设计。由于转轮上冠流道内部流动特性与结构密切相关,采用传统的经验方法很难对其进行可靠的分析和计算,因而水轮机上冠泄水减压结构的设计是目前业内十分关注的研究课题。 随着CFD数值模拟分析技术在叶轮机械内流模拟的应用日益广泛和成熟,数值模拟分析方法已经成为研究叶轮机械间隙流动的重要方法。本文以东方电机公司提供的古里水电站水轮机泄水减压结构的研究课题为基础,采取数值模拟分析的方法主要完成了以下三个方面的研究工作。 古里水电站水轮机在上冠泄水减压结构中设计了两个方案。本课题首先针对两种上冠泄水减压结构的内部流动进行了数值模拟分析,对比研究上冠间隙相对泄漏量、轴向水推力之间的差异,在保证水轮机容积损失在设计范围内的情况下,研究选取轴向水推力较小的方案作为推荐方案。 其次,本文还以古里水电站的真机方案作为原型方案,验证了水轮机设置减压板的必要性,研究在上冠空腔内不同的减压板布置位置对水轮机上冠间隙相对泄漏量和轴向水推力的影响。最后,针对水轮机长时间运行后受到水流冲击和泥
沙磨损等影响导致密封间隙尺寸增大的问题。 本文以古里水电站的真机方案为原型方案,设计五个渐变的转轮间隙尺寸方案进行对比分析,研究转轮间隙尺寸对上冠间隙相对泄漏量和轴向水推力的影响,为日后水轮机的稳定运行和维护提供理论依据。
一．名词解释（共10小题，每题3分，共30分） 粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深 二．选择题（共10小题，每题2分，共20分） A1．液体粘度随温度的升高而___，气体粘度随温度的升高而___( )。 A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小 B2．等角速度ω旋转容器，半径为R，盛有密度为ρ的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同； 底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。 3．某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 4．静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 处静水压强与受压面积的乘积（）。 A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心; 5．粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。 A．沿程下降B．沿程上升C．保持水平D．前三种情况都有可能。 6．流动有势的充分必要条件是( )。 A．流动是无旋的；B．必须是平面流动； C．必须是无旋的平面流动；D．流线是直线的流动。 7．动力粘滞系数的单位是( )。 A N·s/m B. N·s/m2 C. m2/s D. m/s 8．雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速v cr'和由紊流向层流过渡的临界流速v cr之间的关系是( )。 A. v cr'＜v cr； B. v cr'＞v cr； C. v cr'＝v cr； D. 不确定 9．在如图所示的密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为： A. p1=p2=p3； B. p1>p2>p3； C. p1 弯接头内部流体流动的数值模拟研究 摘要：为了研究石油生产和输运过程中出现的含固相颗粒流体对管线内壁冲刷和腐蚀问题，选取了k-ε模型中的RNG k-ε模型对高雷诺数条件下（5.4×105）90°弯接头内的流体流动进行了数值分析，研究考虑了入口平面上湍流的发展情况，选取了具有三阶精度的MUSCL离散格式对流动进行了计算，并对计算结果进行了详细的分析。 关键词：弯接头数值计算冲刷与腐蚀 含固相颗粒流体对管线内壁的冲刷、腐蚀或者二者的联合作用在许多工业过程中广泛存在。含固相颗粒的流体流动到结构尺寸发生变化处或者流动方向发生改变处（如弯接头、弯管等）就会对该处管壁或者工具表面造成冲蚀或者腐蚀，导致管壁或者工具表面材料损失变薄，如不对这一现象充分关注并及时采取相应措施，最终会引发管线穿孔、工具断裂等严重安全问题。管线冲刷、腐蚀方面的研究同管线内流体的流动息息相关，为此，本文采用数值模拟的方法采用不同的湍流模型对流经某弯接头内部流体流动进行了模拟研究，以期为后续管线冲刷、腐蚀研究提供理论支持。 1弯接头的数值模拟 1.1 物理模型及网格划分 数值模拟研究中所使用弯管的几何形状及具体尺寸如图1所示。坐标原点位于图1中的左下角，x、y坐标已经在图中做了指示，z方向垂直纸面向外。弯管内径D为35.5mm。流动从左下角进入计算域，首先经过一段长为200mm的水平段，然后经过90°的弯接头区域，最后进入一段长350mm的垂直段。在垂直段的下游有室内实验所用到的圆柱状传感器（外径6.4mm，居中放置）及其厚度为3mm的挡板。整个计算域是对称的，为了减少计算的工作量，将整个计算域沿过轴线、且平行于纸面的平面剖分，取z>0的部分作为本次模拟的对象。采用分区域划分网格的方法对整个模拟对象进行了处理。模拟对象共划分了四个区域：入口水平段、弯接头段、垂直段和出口段。垂直段与出口段的差别在于出口段中包含了挡板和传感器，其截面形状不同于垂直段的半圆形。靠近管内壁处划分了四层边界层，边界层内网格厚度为0.05mm。主流区域沿y方向均匀布置了32个网格单元，沿流动方向均匀布置了4200个网格，主流区域内网格尺寸为0.2mm，采用三棱柱网格对整个模拟对象进行了网格划分，网格单元总数841，564。 （4）壁面边界条件 壁面上流体满足无滑移条件，沿壁面法线方向无流体进入或流出。管壁处为碳钢材质，粗糙度为0.1mm，传感器为不锈钢材质，粗糙度为0.05mm。 引言 密封面间隙很小（通常都是微米UR1级） 在研究和解决流体密封问题时，需要具备在很小 密封间隙中流动流体的流体力学方面的一些知识。 流体密封性能空-流动状态和流动阻力 分子流 不可压缩流体的粘性流动 粘性流 （密度 的相对变化小于5%） 可压缩流体的粘性流动 流体在狭窄间 隙中的流动 kT k —波尔兹曼常 数 1.38*1023 J/K 对于气体介质，其流动特征可以用克努森数描述: >1 —分子流 (0.01, 1)—过渡流(自学) 2 —气体分子的平均自由程 2 克努森数Kn = - <0.01-粘性流体 泄漏通道当量半径，r=2A/H 一.分子流 1 ?长泄漏通道中的分子流(长度与横截面当量 半径之比L/r>100) pV 流率Qpv Qpv = I 金匚°】一化) Jo 人2也 代入得：Qpv = y 严］心 - Pi) J 用° Va 是气体分子的平均速度 8RT 7rM （例2?1）20 C的氮气流过一根长为1m、半径为 0.1mm的毛细管，管子一端的压力为30Pa,管子另一端与一高真空容器相连，求流过该毛细管的流率。 AXp2 = 5.9xlO-3m-Pa A = —3^1.97xi0-4m 由式（2-1） 4…… r 1X10 4 TZ A L 97X 10 故该流动属于分子流，其流率可按公式（2-6）计算, ll^RT f、 n _4 ? L V~A F（/，1_/，2） 二专譽卫严.3144胖X 293 ‘ 15 X阶2.96 X 0 %比恣；?沁袪緣須悪絵洱轧:: ; i ?;.处为y期烽須帘煖炉沁毬?; 2 ?: - - ??? 一、单项选择题 1．与牛顿内摩擦定律有关的因素是（A） A压强、速度和粘度；B流体的粘度、切应力与角变形率； 2C切应力、温度、粘度和速度； D压强、粘度和角变形。2．流体是一种（D）物质。 A不断膨胀直到充满容器的；B实际上是不可压缩的； C不能承受剪切力的； D 在任一剪切力的作用下不能保持静止的。0年考研《（毛中 3.圆管层流流动，过流断面上切应力分布为（B） A.在过流断面上是常数； B.管轴处是零，且与半径成正比； C.管壁处是零，向管轴线性增大； D. 按抛物线分布。2014年考研《政治》考前点题（毛中特） 4.在圆管流中，层流的断面流速分布符合（C） A.均匀规律； B.直线变化规律； C.抛物线规律； D. 对+曲线规律。 5. 圆管层流，实测管轴线上流速为4m／s，则断面平均流速为（） A. 4m／s； B. 3.2m／s； C. 2m／s； D. 1m ／s。2014年考研《政治》考前点题（毛中特） 6.应用动量方程求流体对物体的合力时，进、出口的压强应使用 （） A 绝对压强 B 相对压强 C 大气压 D 真空度 7.流量为Q ，速度为v 的射流冲击一块与流向垂直的平板，则平板受到的冲击力为（） A Qv B Qv 2 C ρQv D ρQv 2 8.在（D ）流动中，伯努利方程不成立。 (A)定常 (B) 理想流体 (C) 不可压缩 (D) 可压缩 9.速度水头的表达式为（D ） (A)h g 2 (B)2ρ2v (C) 22v (D) g v 22 10.在总流的伯努利方程中的速度v 是（B ）速度。 (A) 某点 (B) 截面平均 (C) 截面形心处 (D) 截面上最 大 2014年考研《政治》考前点题（毛中特） 11.应用总流的伯努利方程时，两截面之间（D ） 。 (A)必须都是急变流 (B) 必须都是缓变流 (C) 不能出现急变流 (D) 可以出现急变流 12.定常流动是（B ）2014年考研《政治》考前点题（毛中特） A.流动随时间按一定规律变化； B.流场中任意空间点的运动要素不随时间变化； C.各过流断面的速度分布相同； D.各过流断面的压强相同。 13.非定常流动是 （B ） A. 0=??t u B. 0≠??t u C. 0=??s u D.0≠??s u 2014年考研《政治》考前点题（毛中特） 化工原理流体流动部分模拟试题及答案 一填空 (1）流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的 2 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/4 倍。 (2）离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 η-Q 和 N-Q 曲线，这些曲线表示在一定 转速 下，输送某种特定的液体时泵的性能。 (3) 处于同一水平面的液体，维持等压面的条件必须是 静止的 、 连通着的 、 同一种连续的液体 。流体在管内流动时，如要测取管截面上的流速分布，应选用 皮托 流量计测量。 (4) 如果流体为理想流体且无外加功的情况下，写出： 单位质量流体的机械能衡算式为????常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???少乘一个g ???????????； 单位体积流体的机械能衡算式为????? 常数=++ =p u gz E 2 2 ρρ????????????； 单位重量流体的机械能衡算式为?????? 常数=+ + =g p g u z E ρ22 ???????????； (5) 有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为 z 1ρg+（u 12 ρ/2）+p 1+W s ρ= z 2ρg+（u 22ρ/2）+p 2 +ρ∑h f ，各项单位为 Pa （N/m 2） 。 (6）气体的粘度随温度升高而 增加 ，水的粘度随温度升高而 降低 。 (7) 流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能 减小 。 (8) 流体流动的连续性方程是 u 1A ρ1= u 2A ρ2=······= u A ρ ；适 用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u 1d 12 = u 2d 22 = ······= u d 2 。 (9) 当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ，则真空度为 395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360 mmHg ，则其绝对压强为2105mmHg 。 (10) 并联管路中各管段压强降 相等 ；管子长、直径小的管段通过的流量 小 。 (11) 测流体流量时，随流量增加孔板流量计两侧压差值将 增加 ，若改用转子流量计，随流量增加转子两侧压差值将 不变 。 (12) 离心泵的轴封装置主要有两种： 填料密封 和 机械密封 。 (13) 离心通风机的全风压是指 静风压 与 动风压 之和，其单位为 Pa 。 (14) 若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头 降低，流量减小，效率降低，轴功率增加。 降尘室的生产能力只与 沉降面积 和 颗粒沉降速度 有关，而与 高度 无关。 (15) 分离因素的定义式为 u t 2 /gR 。 (16) 已知旋风分离器的平均旋转半径为0. 5m ，气体的切向进口速度为20m/s ，则该分离器的分离因数为 800/9.8 。 (17) 板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的 1/4 。 (18) 在层流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 2 次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的 0.5 次方成正比。 二选择弯接头内部流体流动的数值模拟研究
第二章流体在密封间隙中的流动
流体力学考试试题(附答案)汇总
化工原理流体流动部分模拟试题及答案
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