第1章 流体流动 - 图文

第1章 流体流动

一、思考题

1、 粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？ 2、 定态流体与非定态流体有何区别？ 3、 机械能包括哪几项？有何特性？ 4、 牛顿流体与非牛顿流体有何区别？

5、 何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？ 6、 边界层分离时为何有旋涡产生？ 7、 气体、液体的粘度随温度如何变化？ 8、 考察流体质点运动的方法有哪些？ 9、 当量直径如何定义的？

10、对牛顿型流体管中何处速度梯度最大，何处剪应力最小？

11、λ随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增加？ 12、管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？

13、 流体在管内呈层流流动是，其λ与ε/d有何关系？λ与Re有何关系？关系如何？

14、 当流体处于阻力平方区时，λ与什么有关？

15、 流体进入管中作层流流动，经起始段长度后，速度分布呈什么形状，边界层厚度为何？

16、 局部阻力计算有几种方法？如何表示？

17、 那种流量计是恒压降、变截面的流量测量装置？ 18、 那种流量计是变压降、恒截面的流量测量装置？

19、 流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？ 20、 对一三支并联管路，主管中的流量与支管中的流量有何关系？ 21、 在工程单位制中，质量的单位是什么？

22、 湍流粘度μ‘是不是流体的物性？它与什么有关？

23、 层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？ 24、 水的经济流速是多少？一般气体的常用流速是多少？

二、计算题

1.用习题1-1附图所示的U型压差计测量管路A点的压强，U型压差计与管 路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。 [（1）pA（绝压）=1.28×105 Pa；（2）pA（表压）=2.66×104 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型管连续排出。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U型出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。 [0.39m]

1-5 用习题1-5附图所示复式U型压差计测定水管A、B两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h1=1.20m，h2=0.3m，h3=1.30m，h4=0.25m，是以Pa为单位表示A、B两点的压差Δp。 [2.41×105 Pa]

1-8 如图所示，在A、B两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi。容器及测压导管中均充满水，试求：（1）读数R与H之间的关

系；（2）A点和B点静压强之间的关系。 [（1）H=R；（2）pA> pB]

1-12 水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由100mm突然扩大到200mm，见附图。A、B两点的垂直距离为0.2m。在此两点间连接一U型压差计，指示液为四氯化碳，其密度为1630 kg/m3。若忽略阻力损失，试求：（1）U形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少mm？（2）若将上述扩大管路改为水平放置，压差计的读数有何变化？ [(1)340mm；（2）R不变]

1-14 图示为马里奥特容器，其上部密封，液体由下部小孔流出。当液体流出时，容器上部形成负压，外界空气自中央细管吸入。试以图示尺寸计算容器内液面下降0.5m所需的时间。小孔直径为10mm。设小孔的孔流系数C0=0.62。 [1466s]

1-15 水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。细管直径d=40mm，粗管直径D=80mm，倒U型压差计中水位差R=170mm，见附图。求水流经该扩大管段的阻力损失Hf，以J/N表示。 [0.26J/N]

1-16 图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两管段。上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。不计所有阻力损失，管路中何处压强最低？该处的水是否会发生汽化现象？ [细管最上端，会汽化]

1-26 如附图所示。一高位槽向用水处输水，上游用管径为50mm水煤气管，长80m，途中设90o弯头5个。然后突然收缩成管径为40mm的水煤气管，长20m，设有1/2开启的闸阀一个。水温20℃，为使输水量达3×10-3m3/s，求高位槽的液位高度z。 [12.4m]

1-28 如附图所示。黏度为30m Pa·s、密度为900 kg/m3液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。两容器均为敞口，液面视作不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度）。当阀全关时，阀前、后的压强计读数分别为0.09M Pa和0.045M Pa.现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：（1）管路的流量；（2）阀前、阀后压强计的读

数有何变化？

[（1）3.39m3/h；（2）p1变小，p2变大]

1-32 附图所示，管路用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。输送流量要求为2.5×10-3m3/s.高位槽上方气体压强（表压）为0.2M Pa，两槽液面高差为6m，液体密度为1100 kg/m3.管路Φ40mm×3mm，总长（包括局部阻力）为50m，摩擦系数λ为0.024。求泵给每牛顿液体提供的能量为多少？ [38.1J/N]

1-35 如附图所示。某水槽的液位维持恒定，水由总管A流出，然后由B、C两支管流入大气。已知B、C两支管的内径均为20mm，管长lB=2m，lC=4m。阀门以外的局部阻力可以略去。（1）B、C两阀门全开（ζ=0.17）时，求两支管流量之比；（2）提高位差H，同时关小两阀门至1/4开（ζ=24），使总流量保持不变，求B、C两支管流量之比；（3）说明流量均布的条件是什么？设流动已进入阻力平方区，两种情况下的λ=0.028，交点O的阻力可忽略。 [（1）1.31；（2）1.05；（3）能量损失]