第1章 流体流动

第一章 流体流动习题解答1.解：（1） 1atm=101325 Pa=760 mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力 所以出口压差为p =461097.8)10082.0(10132576.00⨯=⨯--⨯N/m 2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为41097.8⨯Pa 2.解： T=470+273=703K ，p=2200kPa混合气体的摩尔质量Mm=28×0.77+32×0.065+28×0.038+44×0.071+18×0.056=28.84 g/mol混合气体在该条件下的密度为：ρm=ρm0×T0T×pp0=28.8422.4×273703×2200101.3=10.858 kg/m33.解：由题意，设高度为H 处的大气压为p ，根据流体静力学基本方程，得 dp=-ρgdH大气的密度根据气体状态方程，得 ρ=pMRT根据题意得，温度随海拔的变化关系为 T=293.15+4.81000H代入上式得ρ=pMR （293.15-4.8×10-3H ）=-dpgdh移项整理得dpp=-MgdHR293.15-4.8×10-3H对以上等式两边积分，101325pdpp=-0HMgdHR293.15-4.8×10-3H所以大气压与海拔高度的关系式为 lnp101325=7.13×ln293.15-4.8×10-3H293.15即：lnp=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526（2）已知地平面处的压力为101325 Pa ，则高山顶处的压力为 p 山顶=101325×330763=45431 Pa将p 山顶代入上式ln 45431=7.13×ln1-1.637×10-5H+11.526 解得H =6500 m ，所以此山海拔为6500 m 。

1.2 流体的黏度
本节的目的是了解流体流动的内部结构， 以便为阻力损失计算打下基础。 1、牛顿黏定律
流体的粘性 流体在运动的状态下,有一种抗拒 内在的向前运动的特性。粘性是流动性的反面。 流体的内摩擦力 运动着的流体内部相邻两流体 层间的相互作用力。是流体粘性的表现, 又称为 粘滞力或粘性摩擦力。 由于粘性存在，流体在管内流动时，管内任一截 面上各点的速度并不相同,如图1-12所示。
SI制 N/m2或Pa
压力的单位：Pa、Kgf/m2、atm、at、H2O、mmHg、 bar、torr等。

关系：1atm = 1.0336 at = 1.013×105 Pa = 1.0336 Kgf/m2 = 10.336 mH2O
= 760 mmHg = 1.013 bar = 760 torr
μ ── 比例系数，其值随流体的不同而异，流 体的粘性愈大，其值愈大，所以称为粘滞系数或 动力粘度,简称为粘度。 式(1-6)或(1-6a)所显示的关系,称为牛顿粘性定 律。 （2）物理意义 牛顿粘性定律说明流体在流动过程中流体层间所 产生的剪应力与法向速度梯度成正比，与压力无 关。

流体的这一规律与固体表面的摩擦力规律不同。



（2）运动粘度γ (a)定义


v
运动粘度γ 为粘度μ 与密度ρ 的比值
m d u du d u v d m u dy dy dy v dy
即为单位体积流体的动量梯度

2、比重（相对密度）
d

H 2 O
277 K
3、 比容：ν = 1/ρ 即：单位质量流体所占有的体积， m3/Kg 4、重度：r = ρ·g 式中单位：r — kgf/m3 ；（工程制） N/m3 （SI制） ρ — kgf· 2/m4 s kg/m3 g—9.81m/s2 9.81m/s2

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 mmHgp p Ln dz p dp 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ρ 1－4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。

1、当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力 C 。

(A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定2、水在内径一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re 值将 B 。

(A)不变 (B)增大 (C)减小 (D)不确定3、层流与湍流的本质区别是 D 。

(A)湍流流速大于层流流速； (C)层流的雷诺数小于湍流的雷诺数；(B)流动阻力大的为湍流； (D)层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。

4、某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是 曲线，其管中心流速为平均流速的 倍。

（抛物线，2倍）5、清水在φ14×2mm 的圆形直管中以0.15m/s 的速度流动，圆管中的流体流动形态为 ；每流过25m 管道，流体的静压强降低 Pa 。

（层流；1200）6、某液体在圆形直管内作滞流流动。

若管长及液体物性不变，而管径减至原有的一半，且仍然作滞流流动。

问因流动阻力产生的能量损失为原来的多少倍？ （16倍）7、当地大气压为750mmHg 时,测得某体系的表压为100mmHg,则该体系的绝对压强为____mmHg,真空度为_______mmHg. （850；-100）8、雷诺准数的表达式为________________。

当密度ρ＝1000kg.m-3,粘度μ=1[厘泊]的水,在内径为d=100[mm],以流速为1[m.s-1]在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为_____. （Re=d ｕρ/μ ; 105; 湍流）判断1、粘性是流体的物性之一，无论是有粘性。

（ ）2、尽管粘性是流体的物性之一，但只有流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不粘性的影响。

（ ）3、U 型压差计测量的是两间静压强之间的差值。

（ ）4、转子流量计工作时转子受到两个力的作用，一个是重力，另一个是浮力。

（ ）5、孔板流量计工作时，流体在流过孔板前静压强差不变。