01流体流动习题

第一二章习题一、选择题1．如图示，某直管管路，阀门A、B全开时，截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀，若关小A阀，h1___↓____； h2____↓____, h1-h2____↓____;若A阀不变，关小B阀，h1__↑_____； h2____↑____, h1-h2____↓____.2．管路上装一阀门，减小开度，则流量流速___↓___；液体流经总阻力损失_____不变__；直管阻力___↓__，局部阻力___↑____。

3．水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，水流量将___↓____；管道总阻力损失__不变______；摩擦系数______不变___（如在阻力平方区）。

4．有一并联管路，如图所示，两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ，及d1=2d2, L1=2L2,则（1）hf1/ hf2=_____１___(2)当两段管路中流动均为滞流时，V1/ V2=____８___； u1/ u2=___２____(3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数，V1/V2=_４____； u1/ u2=___１___5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强计读数为pA=53.5 kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___Ａ___流向__Ｂ_______.6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱,(1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2=__0.75_ m水柱____(2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为原来的________A 如两种情况都为层流 16倍B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. ３２倍8. 某流体在直管中作层流流动,在流速不变的情况下,管长管径同时增加一倍,其阻力损失为原来的 ___１／２______.9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____１m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa.10. 因次分析法的基础为是__因次一致性原则和π定理11.流体流动的直管阻力hf,当层流流动时,hf=d a u b L c,则a=__－２__, b=__１__,c=__１___.当完全湍流时，a=_－１_, b=__２__,c=_１.12.图中高位槽液面保持恒定，液体以一定的流量流经等径管路，ab与cd两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同（1）Ｕ型压差计读数___Ｂ____A R1＞Ｒ２ＢR1=Ｒ２ＣR1<Ｒ２Ｄ不确定(2) 液体通过ab与cd段能量损失Ｂ_A h ab> h cd B h ab = h cd C h ab < hcd D 不确定（3）ab与cd段的压差ＣＡ△Pab>△Pcd B △Pab= △Pcd C△Pab< △Pcd D不确定（4）Ｒ１值表示ＣＡab段的压差值Ｂab段的位能变化Ｃab段的流动能量损失Ｄab段压差与流动能量损失之和．13 如图所示垂直管中，水自下而上流动，测压点ab间有一阀门，ab间垂直距离为h，指示液为汞，则压强差Pa-Pb的计算式为：Ａ（ρHg-ρ水）gR B（ρHg -ρ水）gR+ρ水gh C（ρHg -ρ水）gR-ρ水ghD（ρHg -ρ水）gR+ρHg gh14. 如图所示，若水槽液位不变，１２３点的流体的总机械能的关系为________(认为水槽内流动速度为０)当阀门打开时，Ｂ当阀门关闭时，ＣＡ 1>2>3 B 1=2>3 C 1=2=3 D 1>2=315 离心泵的调节阀开大时，则___Ｂ_____A 吸入管路的阻力损失不变Ｂ泵出口的压力变小Ｃ泵入口处的真空度减少Ｄ泵工作点的扬程升高16.离心泵在一定的管路系统工作，如被输送的液体密度发生变化（其余性质不变），则___Ｄ___Ａ任何情况下扬程与密度无关Ｂ只有当Ｚ１＝Ｚ２时，扬程与密度无关Ｃ只有当阻力损失为０时扬程与密度无关Ｄ只有当Ｐ１－Ｐ２＝０是扬程与密度无关17. 如在测定离习泵的性能曲线时，错误地将压力表安装在调节阀后，则操作时，压力表读数（表压Ｐ２）将_____Ｄ____Ａ随真空表读数的增大而减小Ｂ随流量的增大而减小C 随泵实际的扬程的增大而增大D 随流量的增大而增大18.往复泵在操作中____Ａ____A 不开旁路阀，流量与出口阀开度无关 B允许安装高度与流量无关C 流量与转速无关D 开启旁路阀后，输入设备中的液体流量与出口阀开度无关。

第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。

已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。

设混合油为理想溶液。

解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。

若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

第一章流体流动习题1. 引言本习题集旨在帮助读者巩固并深入理解流体力学中的流体流动相关知识。

通过解答各式作业题和习题，读者将能够提高对流体流动的理论知识的掌握，并能运用所学知识解决实际问题。

2. 流体等压流动2.1 定常流动1.习题1：在一水力发电站，重力因子为9.8 m/s²，一台水轮机的进口直径为10 m，出口直径为4 m，水流的速度在进口和出口处分别为12 m/s和48 m/s。

求水轮机的功率。

2.习题2：一根水平管道中水流的速度为2 m/s。

管道的截面面积为1.0 m²，密度为1000 kg/m³。

若管道上安装了一过滤器，则过滤器前后水流速度分别为2.5 m/s和1.5 m/s。

求过滤器对水流影响的大小。

2.2 无粘流动1.习题3：一个圆柱体在某无粘流体中运动，其直径为1 m，流体的密度为1 kg/m³，流速为10 m/s。

若圆柱体沿流速方向行进距离为100 m，在这一过程中流体对圆柱体所做的阻力是多少？2.习题4：一道湍流水流通过一个圆柱体。

圆柱体的直径为2 m，流速为5 m/s，流体密度为1.2 kg/m³。

若圆柱体所受到的阻力为1000 N，求流过圆柱体的湍流水流的体积流量。

3. 流体定常流动3.1 流管与元素流量1.习题5：一条河的宽度为10 m，平均流速为2 m/s。

设河水的密度为1000 kg/m³。

求河水的体积流量。

2.习题6：某水管直径为0.2 m，输送液体的流速为3 m/s。

求液体的质量流量。

3.2 动量定理与波动方程1.习题7：一个质量为1000 kg的船以速度10 m/s行驶，船上一个质量为10 kg的人以速度2 m/s从船头跳进水中。

求船在跳水后的速度。

2.习题8：一个质量为500 kg的小汽车以速度20 m/s驶入河流。

汽车下沉后速度降为8 m/s。

求汽车所受的阻力大小。

4. 流体非定常流动4.1 欧拉方程与伯努利方程1.习题9：一水管中水的流速为2 m/s。

第一章 流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为 kPa ，温度为40 ℃。

已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、CH 4 1%，大气压力为 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。

解：气柜满载时各气体的总摩尔数()mol 4.246245mol 313314.860000.10005.53.101t =⨯⨯⨯+==RT pV n 各组分的质量：kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =⨯⨯=⨯=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =⨯⨯=⨯=M n mkg 36.2206kg 284.246245%32%32CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722CO t CO =⨯⨯=⨯=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144CH t CH =⨯⨯=⨯=M n m2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。

设混合油为理想溶液。

解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m 7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学3．已知甲地区的平均大气压力为 kPa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。

若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯ （2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

第一章 流体流动1－1某敞口容器内盛有水与油。

如图所示。

已知水及油的密度分别为1000和860kg/m 3，解：h 1=600mm ，h 2=800mm ，问H 为多少mm ？习题1-1附图mH H H m kg m kg mm h mm h 32.181.91080.081.91060.081.9860?,/860/10,800,6003333321=∴⨯=⨯⨯+⨯⨯===== 油水，解：ρρ1－2有一幢102层的高楼，每层高度为4m 。

若在高楼范围内气温维持20℃不变。

设大气静止，气体压强为变量。

地平面处大气压强为760mmHg 。

试计算楼顶的大气压强，以mmHg 为单位。

⎰⎰=∴-=⨯⨯⨯-=⨯⨯-=⎩⎨⎧---⨯=⨯⨯=----=---127.724,04763.040810190.181.9)760/(10190.181.910190.1)2.2938314/(29151408055P P p m mHgp p Ln dz pdp p p gdz d ②代入①，得②①解：ρρ1－3某水池，水深4米，水面通大气，水池侧壁是铅垂向的。

问：水池侧壁平面每3米宽度承受水的压力是多少N ？外界大气压为1atm 。

解：N dz gz P F 64023501045.12/481.9103410013.13)(3⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=⎰水ρ1－4外界大气压为1atm ，试按理想气体定律计算0.20at （表压）、20℃干空气的密度。

空气分子量按29计。

543(1.013100.209.8110)291.439/8314293.2PM kg m RT ρ⨯+⨯⨯⨯===⨯解：1－5有个外径为R 2、内径为R 1为的空心球，由密度为ρ’的材料制成。

若将该球完全淹没在某密度为ρ的液体中，若球能在任意位置停留，试求该球的外径与内径之比。

设球内空气重量可略。

3/1'1232'3132)/1(/)3/4())3/4(--=∴=-ρρρπρπR R gR g R R （解：1－6为放大以U 形压差计测气体压强的读数，采用倾斜式U 形压差计。

第一章流体流动第一章习题1:某设备的真空表读数为500mmHg,设备外环境大气压强为640mmHg,则它的绝对压强为 _______________________ Pa第一章习题2:流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_______________ 曲线，中心最大速度为平均速度的__________________ ■咅。

此时摩擦系数入与_______________ 无关，只随____________ 卩大而 __________________ 。

抛物线，2, & /d, Re,减小。

（每个空1分，共5分）。

第一章习题3:牛顿粘性定律表达式为________________________________________ ,它只适用于_______________ 流体。

2 .卩dy（2分）T =卩或T =牛顿（1分）（共3 分）第一章习题4:内摩擦力是流体的表现，所以又称为力或者 _______________________ 力粘性，粘滞，粘性摩擦（每空1分，共3分）第一章习题5:流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数入与_______________ 及_________ 有关。

在完全湍流区则入与雷诺系数的关系线趋近于 ____________________ 。

Re, & /d,水平（每空1分，共3分）第一章习题6:粘度的物理意义是 ______________________________________________促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

（2分）第一章习题7:边长为a的正方形管道，其当量直径de为_______________________ 。

2ad e=4「H=4 a （2 分）4a第一章习题8:在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的 2 倍。

则细管内水的流速为粗管内流速的 _________________ ■咅。

第一章 习题详解工程训练某食品厂一生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口高位槽。

已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ，管内径为75mm ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m 。

液体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。

流体流经换热器的局部阻力系数为0.32。

离心泵在转速n ＝2900r/min 时的H-Q 特性曲线数据如下：现因生产需要，要求流量增加为0.0055m /s ，其他条件不变，试通过计算，提出几种不同的解决方案，并对其进行比较。

（工厂有同型号备用泵）解：取贮水池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，在两截面间列柏努利方程。

以1-1截面所在水平面为基准面22111e 222f 2z u g p g h z u g p g h ρρ+++=+++∑其中：z 1＝0 m ，z 2＝10 m ，u 1≈u 2≈0，p 1＝p 2＝0(表压)，2f 2224240080.030.324185540.0750.075e l uh d gQ Q g λζπ∑⎛⎫∑=+∑ ⎪⎝⎭⎛⎫=+= ⎪⨯⎝⎭则，管路特性方程为2e f 1010418554h h Q =+∑=+根据离心泵特性曲线数据及管路特性曲线方程绘制，两曲线交点即为离心泵的工作点。

HQ则其流量为：0.0047m 3/s ；扬程为：19.1m 现需流量增加到0.055 m 3/s 方案1：改变泵的转速2, Q n H n Q n H n ''''⎛⎫== ⎪⎝⎭ 则 0.00550.00472900'3393 r /minn n '==此时扬程为：26.2 m 。

方案2：根据生产任务要求，购置新泵。

方案3：两台泵串联HQ则其流量为：0.0065m 3/s ；扬程为：27.5m 。

方案4：两台泵并联HQ则其流量为：0.0056m 3/s ；扬程为：23.5m 。

第1章流体流动—. 填充题1. 某设备上, 真空表的读数为80mmHg, 其绝对压为_______________kgf/cm2 =________Pa. 该地区的大气压为720mmHg.2. 常温下水的密度为1000kg/m3, 粘度为1cP, 在内径为100mm管内以3m/s速度流动, 其流动类型为_________.3. 无论湍流和滞流, 在管道任意截面流体质点的速度沿管径而变, 管壁处速度为_________, 管中心速度为________. 滞流时, 圆管截面的平均速度是最大流速的_______倍.4. 在流动系统中, 若截面上流体流速、压强、密度等仅随________改变, 不随______而变, 称为定态流动; 若以上各参数既随______而变又随_______而变, 称为非定态流动.5. 流体在管内作湍流流动时, 从中心至壁面可以分为______________________,_______________, _________________.6. 流量增长时, 流体经过转子流量计的阻力损失____________________.7. 管内流体层流时的主要特点是_______________________________________,湍流时的主要特点是_______________________________________________.8. 孔板流量计的孔流系数大小, 主要与___________和___________________有关, 当___________________超过一定值后, 其值为常数.9. 某流体在一圆形管内流动, 已测得管截面上的速度分布为:u=20r-200r2则管内的流动形态为__________________.二. 选择题1. 通常流体的粘度随温度的变化规律为( ).A. 温度升高, 粘度下降B.温度升高, 粘度增大C.对液体温度升高, 粘度下降D.对气体温度升高, 粘度下降2. 流体在圆形直管中流动时, 若其已进入阻力平方区, 则摩擦阻力系数λ与雷诺数Re的关系为( ).A.Re增大, λ增大B.Re增大, λ减小C.Re增大, λ基本不变D.Re增大, λ先增大后减小3. 湍流和滞流的本质区别为( ).A.湍流流速大于滞流B.湍流时的Re大于滞流C.流道大时为湍流, 小时为滞流D. 滞流无径向脉动, 而湍流有4. 因次分析的目的在于( ).A.得到各变量确定的关系B.得到无因次数群之间的关系C.用无因次数群代替变量, 使实验和关联简单D.无需进行实验, 即可得到正确结论5. 在一定管路中, 当孔板流量计的孔径与文丘里流量计的喉径相同时, 相同流动条件下, 文丘里流量计的孔流系数C v与孔板流量计的孔流系数C0的大小关系为( ).A.C v=C0B.C v>C0C.C v<C0D.不确定6. 流体流过两个并联管路管段1和2, 两管内均呈滞流, 两管的管长l1=l2, 管径d1=2d2, 则体积流量q v2/q v1为( ).A.1/4B.4C.16D.1/167. 在完全湍流区, 流动阻力与流速的( )成正比.A.一次方B.二次方C.三次方D.五次方8. 流体在管内流动时, 下游阻力增大, 上游压强( ).A.变小B.不变C.变大D.无法判断三. 计算题1. 液体越过平顶堰上的液面高度可用以下经验公式计算:h ow=0.48(q v/l w)2/3式中h ow: 堰上液面的度, cm;q v: 液体体积流量, l/min;l w: 堰长, dm.试求流量为0.05m3/s的液体越过长度为2m的平顶堰时, 堰上液面高度为多少米？2. 两容器直径分别为D1=1000mm, D2=400mm, 容器1水面上方为真空度p v=1.333×104Pa维持不变, 容器2为敞口容器, 当两容器间连接管上的阀门F 关闭时, 两容器的水面高度分别为z1=2.5m, z2=1.5m. 试问:（1）当阀门开启时, 两液面能否维持不变？（2）若不能维持不变, 当重新达到平衡时, 液面高度各有何变化？3. A、B两断面分别位于直管段内, 在此两断面间装有单U形管和复式U形管压差计. 己知U形管内指示液的密度均为ρ1, 复式U形管的中间流体和直管内流体相同, 密度均为ρ, 试证: R1=R2+R3.4. 用一虹吸管将水从池中吸出, 水池液面与虹吸管出口的垂直距离为z=5m, 管路最高点与水面的垂直距离为2m, 求虹吸管出口流速及虹吸管的最高点的压强各为多少？若将虹吸管延长, 使池中水面与出口的垂直距离增为z’=8m, 出口流速有何变化？(水温为30℃大气压为101.3kPa, 水按理想流体处理.)5. 高位槽内贮有温度为20℃的水, 水深h=1m, 并维持不变. 高位槽底部接有一长H=12m, 直径d=100mm的垂直管, 若假定管内的阻力系数为0.02, 试求:（1）管内流量为多少？（2）若将垂直管无限延长, 管内流量为多少？（3）若将高位槽底部所接垂直管管径加倍, 长度不变, 管内流量有何变化？6. 水以3m/s的流速从断面1流入直径为0.2m水平放置的U形弯头, 断面1的压强为4.905×104Pa(表压), 弯头的局部阻力系数为1.5, 求水在水平方向对弯头的作用力为多少？7. 500C的热水流过水平放置的变管径管道，缩口前管子内径为50mm，压力表读数为0.1kgf/cm2，流量为10m3/h，热水可视为理想流体，已知500C时水的饱和蒸汽压为92.51mmHg，密度1000kg/m3，若要使水正常流动，则缩口处的直径不得小于多少毫米？8.某油品以滞流在管中流动, 流量不变, 问摩擦阻力如何变化？(1)管长增加１倍.(2)管径增加１倍.(3)温度提高使粘度为原来的一半(密度变化忽略).9 .(1)用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm的钢管送至某一容器内, 在某势能差下, 10分钟可将容器内1.8m3苯的排空. 问欲将输送时间缩短一半,管路两端的势能差需增加多少倍？(己知苯的温度为20℃, 管壁粗糙度为0.5 mm.)(2)用压缩空气将密闭容器中的甘油沿直径为10mm的管道送至某高位槽, 甘油温度为60℃, 管内流量为0.05×10-3m3/s, 若将流量提高1倍, 管路两端的势能差需增加多少倍？10. 在相同的容器1、2内, 各填充高度为1m和0.8m的固体颗粒, 并以相同的管路并联组合, 两支路的管长均为5m, 管径均为200mm, 直管阻力系数为0.02, 每支管安装一闸门阀, 容器1和2的局部阻力系数各为10和8. 已知管路的总流量为0.3m3/s, 试求:(1)当两阀门全开时(ζ=0.17), 两支路的流量比和并联管路的阻力损失.(2)当两个阀门同时关小至关ζC=ζD=20时, 两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变化？11. 某一烟囱, 其中烟道气的平均温度为400℃, 环境空气温度为20℃, 烟道气在1atm、0℃下的密度为1.25kg/m3, 如要求烟囱进口处压强为300Pa(真空度), 计算其高度应为多少米(假设能量损失不计)？12. 某并联管路中, 支路ADB长20m, ACB长5m(包括管件但不含阀门的当量长度)支管内径均为80mm, 摩擦阻力系数均为0.03, 支路中各装相同的阀门(ζ=0.17)、换热器(ζ=5)各一个.试求:(1)求当两阀门全开时, 两支管的流量比.(2)为使两支管的体积流量相同, 支路ACB的阀门应作如何调整？(3)若总管的流量为2.5×10-2m3/s保持不变, 问阀门E关小前后AB间的阻力如何变化？。