流体力学 第7章 不可压缩流体管道运动

1 一、填 空 题

1．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。

2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。

3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。

4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。

5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。

6．空气在温度为290K，压强为760mmHg时的密度和容重分别为1.2a kg/m3和11.77aN/m3。

7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。

8．压缩系数的倒数称为流体的弹性模量 ，以E来表示

9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6毫米汞柱高。

10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。

11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。

12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。

13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。

14．测压管是一根玻璃直管或U形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。

15．在微压计测量气体压强时，其倾角为30，测得20lcm 则h=10cm。

16．作用于曲面上的水静压力P的铅直分力zP等于其压力体内的水重。

17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。

18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。

19．静压、动压和位压之和以zp表示，称为总压。

20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。

[陈书7-6] 烟囱直径md1，烟量hk69.17gqm，烟气密度3k7.0mg，周围大气密度32.1mKga，烟囱内压强损失gVdhPw2035.02，V为烟囱内烟气流动的速度，h为烟囱高度。为保证烟囱底部断面1处的负压不小于mm10水柱，烟囱的高度h应大于（或小于）多少？

［解］ 此题用Bernoulli方程求解。

对1、2断面列出总流的伯努利方程：

whgVgpzgVgpz222212221111 （1）

由质量守恒可知：21VV

再假定动能修正系数：121

式（1）可简化为：

whgpzgpz2211 （2）

whzzgpp2112 （3）

断面1处的负压：111pppaV，移项可得：Vappp111

而断面2处的压强为当地的大气压，即： app22

其中ap1和ap2分别为断面1、2处的大气压

将以上各式代入（3）式得：

wVaahzzgppp21112 （4） dH21而：ghppaaa12，hzz21

代入（4）式得：ghhhgpawV1 （5）

依题意，能量损失：gVdhPhww2035.02

代入（5）式：aaVdgVghghdgVghp2035.012035.01221

移项得：aVdgVgph2035.0121 （6）

令w为水的密度，负压可用h高的水柱表示为：hgpwV1

代入（6）得：awdgVhh2035.012

将流速：24dqVm代入上式，得：

amwgdqhh322216035.01 （7）

1 第八章 管道不可压缩流体恒定流

有压管流是日常生活中最常见的输水方式，本章主要介绍了有压管流的水力特点，计算问题以及简单管道与串联、并联和管网的水力计算原理与应用。

概 述

一、概念

有压管流（penstock）：管道中流体在压力差作用下的流动称为有压管流。

有压恒定管流：管流的所有运动要素均不随时间变化的有压管流。 有压非恒定管流：管流的运动要素随时间变化的有压管流。

观看录像

二、分类

1.有压管道根据布置的不同，可分为：

简单管路：是指管径、流速、流量沿程不变，且无分支的单线管道。

复杂管路：是指由两根以上管道所组成的管路系统。

2.按局部水头损失和流速水头之和在总水头损失中所占的比重，管道可分为

长管：指管道中以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重小于（5%-10%）的沿程水头损失，从而可予以 忽略的管道。

短管：局部水头损失和流速水头不能忽略的、需要同时计算的管道。

三、有压管道水力计算的主要问题

1.验算管道的输水能力：在给定作用水头、管线布置和断面尺寸的情况下，确定输送的流量。

2.确定水头：已知管线布置和必需输送的流量，确定相应的水头。

3.绘制测压管水头线和总水头线：确定了流量、作用水头和断面尺寸（或管线）后，计算沿管线各断面的压强、总比能，即绘制沿管线的测压管水头线和总水头线。

第一节 简单管道的水力计算

一、基本公式

1.淹没出流

图8-1中，列断面１－１与２－２的能量方程(4-15)，

2

图8-1 令：

且w1>>w, w2>>w ，则有 （8-1）

说明：简单管道在淹没出流的情况下，其作用水头H0完全被消耗于克服管道由于沿程阻力、局部阻力所作负功所产生的水头损失上。即：

管道中的流速与流量为：

405 第十一章 流体力学习题

11.2.1` 若被测容器A内水的压强比大气压大很多时,可用图中的水银压强计.

(1)此压强计的优点是什么?

(2)如何读出压强?设123450,45,60,30hcmhcmhcmhcm.求容器内的压强是多少大气压.

[解 答]

(1)这种压强计高度不太大,又能用来测较高压强.

(2)图中在管内水银表面处的压强为0P,自右向左各管内水平界面处的压强分别以123,,PPP表示,容器A内的压强以AP表示,水银和水的密度分别以,表示,则:

101212323PPghPPghPPgh

将以上三式代入34APPgh可得:

01342()()2.43APPghhghhatm

11.2.2 A,B两容器内的压强都很大,现欲测它们之间的压强差,可用图中装置.50hcm,求AB内的压强差是多少厘米水银柱高.这个压强计的优点是什么?

[解 答]

以,ABPP分别表示容器A,B内的压强,以,ABPP分别表示左右管子中的水与水银界面处的压强,以,分别表示水和水银的密度,则

21()AABBABPPghPPghhPPgh

由于两边压强很大,水和水银密度相差也很大,因此,可以近似地忽略管子中的水重,认为A,B的压强差约为50cm汞柱.

11.2.3 游泳池长50m,宽25m,设各处水深相等且等于1.5m,求游泳池各侧壁上的总压力.不考虑大气压.

[解 答]

先计算ABCD壁的压力

21.51.5210011.522zFgzbdzgbgb

再计算BCFE壁的压力.

21.51.5220011.522zFgzadzgaga

OxyzdzabABCDEF 406 四壁总的压力为:

2261111.51.51.6510()22FFgbgaN

11.2.4 所谓流体内的真空度,指该流体内的压强与大气压的差数.水银真空计如图所示,设50hcm,问容器B内的真空度是多少2/Nm?