第一章流体流动

流体流动习题

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

单位重量流体的机械能衡算式为

单位体积流体的机械能衡算式为

(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 z1ρg+（u12ρ/2）+p1+Wsρ= z2ρg+（u22ρ/2）+p2 +ρ∑hf ，各项单位为 Pa（N/m2） 。

(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 u1Aρ1= u2Aρ2=〃〃〃= u Aρ ；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为 u1d12 = u2d22 = 〃〃〃〃= u d2。

(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 。

第一章 流 体 流 动

液体和气体统称为流体。流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小。流体流动的原理及其流动规律主要应用于这几个方面：1、流体的输送；2、压强、流速和流量的测量；3、为强化设备提供适宜的流动条件。在研究流体流动时，常将流体视为由无数分子集团所组成的连续介质。

第一节 流体静力学基本方程式

1-1-1 流体的密度

单位体积流体具有的质量称为流体的密度，其表达式为：

对于一定质量的理想气体：

某状态下理想气体的密度可按下式进行计算：

空气平均分子量的计算： M＝32×0.21+28×0.78＋40×0.01＝28.96 29 （g/mol）

1-1-2 流体的静压强 法定单位制中，压强的单位是Pa，称为帕斯卡。

1atm 1.033kgf/cm2 760mmHg

10.33mH2O 1.0133bar 1.0133×105 Pa

工程上常将1kgf/cm2近似作为1个大气压，称为1工程大气压。

1at 1kgf/cm2 735.6mmHg 10mH2O

0.9807bar 9.807×105 Pa

P（表）＝P（绝）－P（大）

P（真）＝P（大）－P（绝）＝－P（表）

1-1-3 流体静力学基本方程式

描述静止流体内部压力（压强）变化规律的数学表达式称为流体静力学基本方程式。

对于不可压缩流体， 常数

；

静止、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压强相等（连通器）。

压强差的大小可用一定高度的液体柱表示（必需标注为何种液体）。

1-1-4 流体静力学基本方程式的应用

一、压强与压强差的测量

以流体静力学基本方程式为依据的测压仪器统称为液柱压差计，可用来测量流体的压强或压强差。

1、U型管压差计

2、倾斜液柱压差计（斜管压差计）

3、微差压差计

二、液位的测量

三、液封高度的计算

第二节 流体在管内流动

第一章：流体流动

一、本章学习目的

通过本章的学习，应熟练掌握流体静止的基本方程和流体流动的基本方程；熟练运用连续性方程和柏努利方程解决流体流动过程的计算问题；会计算管内流动的阻力损失，会计算简单管路。

二、本章思考题

1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？

1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？

1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？

1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？

1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？

1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？

1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re将如何变化？

1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？

1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？

1-10摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度d/的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失fh与流速u的一次方成正比？哪个区域的fh与2u成正比？光滑管流动时的摩擦损失fh与u的几次方成正比？

1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？

三、本章例题

例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。

第一章 流体流动

静压强及其应用

1-1. 用习题1-1附图所示的U形压差计测量管道A点的压强，U形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压pa为101.3kPa，试求：(1) A点的绝对压强，Pa；(2) A点的表压，Pa。

解：(1) RggRppHgaA2.1

531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101Ap kPa

(2) 4351067.2103.1011028.1表Ap kPa

1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U形压差计读数为R=130mm，通气管距贮槽底面h=20cm，贮槽直径为2m，液体密度为980kg/m3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？

答：80.198013.0136001RHm

14.34214.3422DSm2

28.6214.3Vm3

储存量为：4.615498028.6kg=6.15t

1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m3。液面距槽底9m，槽底侧面有一直径为500mm的人孔，其中心距槽底600mm，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa？

解：(1) 421042.15.046.0981.9880AhHgpAFN

(2) 441077.71042.1981.9880gHpPa

1-4. 附图为一油水分离器。油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。油由上部溢出，水由底部经一倒置的U形管连续排出。该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离Hs=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U形出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？