泵與風(fēng)機(jī)習(xí)題答案_圖文

1、流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī) 習(xí)題解答 土木與制冷工程學(xué)院 李曉燕、吳邦喜 1 一、填 空 題 1流體力學(xué)中三個主要力學(xué)模型是（1）連續(xù)介質(zhì)模型（2）不可壓縮流體力學(xué) 模型（3）無粘性流體力學(xué)模型。 2在現(xiàn)實(shí)生活中可視為牛頓流體的有水 和空氣 等。 3流體靜壓力和流體靜壓強(qiáng)都是壓力的一種量度。它們的區(qū)別在于：前者是作 用在某一面積上的總壓力； 而后者是作用在某一面積上的平均壓強(qiáng)或某一點(diǎn)的壓 強(qiáng)。 4均勻流過流斷面上壓強(qiáng)分布服從于水靜力學(xué)規(guī)律。 5和液體相比，固體存在著抗拉、抗壓和抗切三方面的能力。 6 空氣在溫度為 290 K， 壓強(qiáng)為 760 mmHg 時的密度和容重分別為 a = 1.2 kg/m3

2、和 a = 11.77 N/m3。 7流體受壓，體積縮小，密度增大 的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性 ；流體受熱， 體積膨脹，密度減少 的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性 。 8壓縮系數(shù) 的倒數(shù)稱為流體的彈性模量 ，以 E 來表示 9工程大氣壓等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6 毫米汞柱高。 10靜止流體任一邊界上壓強(qiáng)的變化，將等值地傳到其他各點(diǎn)（只要靜止不被破 壞） ，這就是水靜壓強(qiáng)等值傳遞的帕斯卡定律。 11流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線方向。 12液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律只適用于靜止、同種、連續(xù)液體。 13靜止非均質(zhì)流體的水平面是等壓面，等密面和等溫面。 14測壓管是一根玻璃直管或

3、U 形管，一端連接在需要測定的容器孔口上，另一 端開口，直接和大氣相通。 15在微壓計(jì)測量氣體壓強(qiáng)時，其傾角為 = 30° ，測得 l = 20 cm 則h=10cm。 16作用于曲面上的水靜壓力 P 的鉛直分力 Pz 等于其壓力體內(nèi)的水重。 17通過描述物理量在空間的分布來研究流體運(yùn)動的方法稱為歐拉法。 18 流線不能相交（駐點(diǎn)處除外） ，也不能是折線，因?yàn)榱鲌鰞?nèi)任一固定點(diǎn)在同 一瞬間只能有一個速度向量，流線只能是一條光滑的曲線或直線。 19靜壓、動壓和位壓之和以 p z 表示，稱為總壓。 20液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動是極不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混，這種流動狀態(tài)稱 為紊流。 21由紊流

4、轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速 v k 小于 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界流速 v ，其 k 2 中 v 稱為上臨界速度， v k 稱為下臨界速度。 k 22對圓管來說，臨界雷諾數(shù)值 Re k = 2000 。 23圓管層流的沿程阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，且成反比，而和管壁粗糙無關(guān)。 24 根據(jù) 繁榮變化特征， 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線可分為五個阻力區(qū)， 分別是層流區(qū)； 臨界區(qū)；紊流光滑區(qū)；紊流過渡區(qū)和紊流粗糙區(qū)。 k 68 0.25 25紊流過渡區(qū)的阿里特蘇里公式為 = 0.11( + 。 d Re 26速度的大小、方向或分布發(fā)生變化而引起的能量損失，稱為局部損失。 27正方形形斷面管道(邊長為 a，其水力半徑 R

5、等于 R = de = a a ，當(dāng)量直徑 de 等于 4 。 3 A = a ，當(dāng)量直徑 x 12 28正三角形斷面管道(邊長為 a，其水力半徑 R 等于 R = 3 a。 3 de 等于 4 R = 29濕周是指過流斷面上流體和固體壁面接觸的周界。 30層流運(yùn)動時，沿程阻力系數(shù)與 f (Re 有關(guān)，紊流運(yùn)動沿程阻力系數(shù)在光 滑管區(qū)與 f (Re 有關(guān)，在過渡區(qū)與 f (Re, K K 有關(guān)，在粗糙區(qū)與 f ( 有關(guān)。 d d 31串聯(lián)管路總的綜合阻力系數(shù)S等于各管段的阻抗疊加。 32 并 聯(lián) 管 路 總 的 綜 合 阻 力 系 數(shù) S 與 各 分 支 管 綜 合 阻 力 系 數(shù) 的 關(guān) 系

6、 為 1 s = 1 s1 + 1 s2 + 1 s3 。管嘴與孔口比較,如果水頭 H 和直徑 d 相同，其流速比 V 孔口/V 管嘴等于 0.97 0.60 ,流量比 Q 孔口/Q 管嘴等于 。 0.82 0.82 33不可壓縮流體的空間三維的連續(xù)性微分方程是 u x u y u z + + = 0。 y x z 34 M = 1 即氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲傧嗟龋藭r稱氣體處于臨界狀態(tài)。 35淹沒出流是指液體通過孔口出流到另一個充滿液體的空間 時的流動。 3 36氣體自孔口、管路或條縫向外噴射 所形成的流動，稱為氣體淹沒射流。 37有旋流動是指流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度在流場內(nèi)不完全為零 的流動。 38

7、幾何相似是指流動空間幾何相似。即形成此空間任意相應(yīng)兩線段夾角相同， 任意相應(yīng)線段長度保持一定的比例 。 39因次是指物理量的性質(zhì)和類別。因次分析法就是通過對現(xiàn)象中物理量的因次 以及因次之間相互聯(lián)系的各種性質(zhì)的分析來研究現(xiàn)象相似性的方法。 他是一方程 式的因次和諧性為基礎(chǔ)的。 40容積泵與風(fēng)機(jī)又可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式。 41根據(jù)流體的流動情況，可將泵和風(fēng)機(jī)分為以下四種類別：離心式泵與風(fēng)機(jī)； 軸流式泵與風(fēng)機(jī)；混流式泵與風(fēng)機(jī)和貫流式泵與風(fēng)機(jī)。 42風(fēng)機(jī)的壓頭（全壓） p 是指單位體積氣體通過風(fēng)機(jī)所獲的的能量增量。 43單位時間內(nèi)泵或風(fēng)機(jī)所輸送的流體量稱為流量。風(fēng)機(jī)的容積流量，特指風(fēng)機(jī) 進(jìn)口處的容積流量

8、。 44泵或風(fēng)機(jī)所提供的流量與設(shè)備本身效率之間的關(guān)系，用 = f 3 (Q 來表示。 45泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線 與管路的性能曲線 的交點(diǎn)。 46 泵的揚(yáng)程H的定義是： 泵所輸送的單位重量流量的流體從進(jìn)口至出口的能量 增值。 47安裝角是指葉片進(jìn)、出口處的切線 與圓周速度反方向 之間的交角。 48泵和風(fēng)機(jī)的全效率等于容積效率 ，水力效率 及機(jī)械效率 的乘積。 49當(dāng)泵的揚(yáng)程一定時，增加葉輪轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)的減少 輪徑。 50附面層的分離發(fā)生在減速增壓 區(qū)。附面層外主流區(qū)的流動屬于有勢 流動。 附面層內(nèi)的流動屬于有旋 流動。 二、判 斷 題 1當(dāng)平面水平放置時，壓力中心與平面形心重合。

9、 對 2一個工程大氣壓等于 98kPa,相當(dāng)于 10m 水柱的壓強(qiáng)。對 3靜止液體自由表面的壓強(qiáng)，一定是大氣壓。錯 4靜止液體的自由表面是一個水平面，也是等壓面。對 5當(dāng)靜止液體受到表面壓強(qiáng)作用后，將毫不改變地傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。對 6當(dāng)相對壓強(qiáng)為零時，稱為絕對真空。錯 7某點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)小于一個大氣壓強(qiáng)時即稱該點(diǎn)產(chǎn)生真空。對 8流場中液體質(zhì)點(diǎn)通過空間點(diǎn)時，所有的運(yùn)動要素不隨時間變化的流體叫恒定 流。對 9恒定流時，流線隨的形狀不隨時間變化，流線不一定與跡線相重合。錯 4 10 漸變流過水?dāng)嗝嫔蟿铀畨簭?qiáng)的分布規(guī)律可近似地看作與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相 同。對 11流線是光滑的曲線，不能是折線，流線之間

10、可以相交。錯 12一變直徑管段，A 斷面直徑是 B 斷面直徑的 2 倍，則 B 斷面的流速是 A 斷面 流速的 4 倍。對 13彎管曲率半徑 Rc 與管徑 d 之比愈大，則彎管的局部損失系數(shù)愈大。錯 14隨流動雷諾數(shù)增大，管流壁面粘性底層的厚度也愈大。錯 15水泵的揚(yáng)程就是指它的提水高度。錯 16管嘴出流的局部水頭損失可有兩部分組成，即孔口的局部水頭損失及收縮斷 面出突然縮小產(chǎn)生的局部水頭損失。錯 17當(dāng)流速分布比較均勻時，則動能修正系數(shù)的值接近于零。錯 18流速分布越不均勻，動能修正系數(shù)的值越小。錯 19在水流過水?dāng)嗝婷娣e相等的前提下，濕周愈大，水力半徑愈小。對 20圓形管的直徑就是其水力半

11、徑。錯 21為了減少摩擦阻力，必須把物體做成流線型。錯 22在研究紊流邊界層的阻力特征時，所謂粗糙區(qū)是指粘性底層的實(shí)際厚度小 于粗糙高度。對 23水泵的安裝高度取決于水泵的允許真空值、供水流量和水頭損失。對 24大孔口與小孔口都可認(rèn)為其斷面上壓強(qiáng)、流速分布均勻，各點(diǎn)作用水頭可以 認(rèn)為是一常數(shù)。錯 三、簡 答 題 1什么是粘滯性？什么是牛頓內(nèi)摩擦定律？不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛 頓流體還是非牛頓流體？ 答： 粘滯性是當(dāng)流體流動時，在流體內(nèi)部顯示出的內(nèi)摩擦力性質(zhì)。 牛頓內(nèi)摩擦定律是： T = A du ； 不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是非牛頓流體。 dy 2在流體力學(xué)當(dāng)中，三個主要的力學(xué)模型是指

12、哪三個？ 答： （1）連續(xù)介質(zhì)； （2）無粘性流體； （3）不可壓縮流體。 3什么是理想流體？ 答：理想流體即指無粘性流體，是不考慮流體的粘性的理想化的流體。 4什么是實(shí)際流體？ 答：考慮流體的粘性的流體。 5什么是不可壓縮流體？ 答：不計(jì)流體的壓縮性和熱脹性的而對流體物理性質(zhì)的簡化。 5 6.為什么流體靜壓強(qiáng)的方向必垂直作用面的內(nèi)法線?答:由于流體在靜止時, 不能承受拉力和切力, 所以流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿 著作用面的內(nèi)法線方向。7.為什么水平面必是等壓面?答:由于深度相等的點(diǎn), 壓強(qiáng)也相同, 這些深度相同的點(diǎn)所組成的平面是一個水 平面,可見水平面是壓強(qiáng)處處相等的面,即水平面必是等壓面。8

13、.什么是等壓面?滿足等壓面的三個條件是什么?答:在同一種液體中 , 如果各處的壓強(qiáng)均相等由各壓強(qiáng)相等的點(diǎn)組成的面稱為等 壓面。滿足等壓面的三個條件是同種液體連續(xù)液體靜止液體。9.什么是阿基米德原理?答:無論是潛體或浮體的壓力體均為物體的體積,也就是物體排開液體的體積。 10.潛體或浮體在重力 G 和浮力 P 的作用,會出現(xiàn)哪三種情況?答:(1重力大于浮力,則物體下沉至底; (2重力等于浮力,則物體可在任一 水深處維持平衡; (3重力小于浮力,則物體浮出液體表面,直至液體下部分所 排開的液體重量等于物體重量為止。11.等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動液體的特征有那些?答:(1等壓面是繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)的拋物面簇; (2

14、在同一水平面上的軸心壓強(qiáng)最 低,邊緣壓強(qiáng)最高。12.什么是絕對壓強(qiáng)和相對壓強(qiáng)?答:絕對壓強(qiáng):以毫無一點(diǎn)氣體存在的絕對真空為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。相對壓強(qiáng):當(dāng)?shù)赝叱痰拇髿鈮簭?qiáng)ap 為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)。13.什么叫自由表面?答:和大氣相通的表面叫自由表面。14.什么是流線?什么是跡線?流線與跡線的區(qū)別是什么?答:流線是某一瞬時在流場中畫出的一條空間曲線,此瞬時在曲線上任一點(diǎn)的 切線方向與該點(diǎn)的速度方向重合,這條曲線叫流線。區(qū)別:跡線是流場中流體質(zhì)點(diǎn)在一段時間過程中所走過的軌跡線。流線是由 無究多個質(zhì)點(diǎn)組成的, 它是表示這無究多個流體質(zhì)點(diǎn)在某一固定瞬間運(yùn)動方向的 曲線。而跡線則是在時間過程中表示同一流體質(zhì)

15、點(diǎn)運(yùn)動的曲線。15.什么是流場?答:我們把流體流動占據(jù)的空間稱為流場, 流體力學(xué)的主要任務(wù)就是研究流場中 的流動。16.什么是歐拉法?答:通過描述物理量在空間的分布來研究流體運(yùn)動的方法稱為歐拉法。17.什么是拉格朗日法?答:通過描述每一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動達(dá)到了解流體運(yùn)動的方法。18.什么是恒定流動?什么是非恒定流動?答: 動平衡的流動,各點(diǎn)流速不隨時間變化,由流速決定的壓強(qiáng)、粘性力也不 隨時間變化,這種流動稱之為恒定流動反之為非恒定流動。19.什么是沿程損失?答: 在沿程不變的管段上, 流動阻力沿程也基本不變, 稱這類阻力為沿程阻力, 克服沿程阻力引起的能量損失為沿程損失。20.什么是局部損失?答:在

16、邊壁急劇變化的區(qū)域, 阻力主要地集中在該區(qū)域中及其附近, 這種集中分 布的阻力稱為局部阻力?？朔植孔枇Φ哪芰繐p失為局部損失。21.什么叫孔口自由出流和淹沒出流?答: 在容器側(cè)壁或底壁上開一孔口,容器中的液體自孔口出流到大氣中,稱為 孔口自由出流。如出流到充滿液體的空間,則稱為淹沒出流。22.什么是有旋流動?什么是無旋流動?答: 流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度不完全為零的流動稱為有旋流動,流場中各點(diǎn)旋轉(zhuǎn) 角速度等于零的運(yùn)動,成為無旋運(yùn)動。23.在流體力學(xué)中,拉格朗曰分析法和歐拉分析法有何區(qū)別?答: 拉格朗曰法著眼于流體中各質(zhì)點(diǎn)的流動情況跟蹤每一個質(zhì)點(diǎn)觀察與分析該 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動歷程然后綜合足夠多的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動

17、情況以得到整個流體運(yùn)動的規(guī)律。 歐拉法著眼于流體經(jīng)過空間各固定點(diǎn)時的運(yùn)動情況它不過問這些流體運(yùn)動 情況是哪些流體質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)出來的也不管那些質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動歷程因此拉格朗曰分析 法和歐拉分析法是描述流體的運(yùn)動形態(tài)和方式的兩種不同的基本方法 。24.什么叫流管、流束、過流斷面和元流?答:在流場內(nèi),取任意非流線的封閉曲線 L ,經(jīng)此曲線上全部點(diǎn)做流線,這些流 線組成的管狀流面,稱為流管。流管以內(nèi)的流體,稱為流束。垂直于流束的斷面 稱為流束的過流斷面,當(dāng)流束的過流斷面無限小時,這根流束就稱為元流。25.什么是入口段長度?對于層流、紊流分別用什么表示?答:從入口到形成充分發(fā)展的管流的長度稱為入口段長度,以 表示

18、。對于層 流:E x Re 028. 0=d x E ;對于紊流:50=dx E 。 26.什么是單位壓能?p 是斷面壓強(qiáng)作用使流體沿測壓管所能上升的高度, 水力學(xué)中稱為壓強(qiáng)水頭, 表示壓力作功所能提供給單位重量流體的能量,稱為單位壓能。27.什么是滯止參數(shù)?答:氣流某斷面的流速, 設(shè)想以無摩擦絕熱過程降低至零時, 斷面各參數(shù)所達(dá)到 的值,稱為氣流在該斷面的滯止參數(shù)。滯止參數(shù)一下標(biāo)“ 0”表示。28.氣流速度與斷面的關(guān)系有哪幾種?答:M<1為亞音速流動,說明速度隨斷面的增大而減慢;隨斷面的減少而加快。 M>1為超音速流動, 說明速度隨斷面的增大而加快; 隨斷面的減少而減慢。 M=1

19、既氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?此時稱氣體處于臨界狀態(tài)。29.什么是幾何相似、運(yùn)動相似和動力相似?答: 幾何相似是指流動空間幾何相似, 即形成此空間任意相應(yīng)兩線段交角相同, 任意相應(yīng)線段長度保持一定的比例。運(yùn)動相似是指兩流動的相應(yīng)流線幾何相似, 即相應(yīng)點(diǎn)的流速大小成比例, 方 向相同。動力相似是指要求同名力作用,相應(yīng)的同名力成比例。30.要保證兩個流動問題的力學(xué)相似所必須具備的條件是什么?答:如果兩個同一類的物理現(xiàn)象, 在對應(yīng)的時空點(diǎn)上, 各標(biāo)量物理量的大小成比 例,各向量物理量除大小成比例外,且方向相同,則稱兩個現(xiàn)象是相似的。要保 證兩個流動問題的力學(xué)相似,必須是兩個流動幾何相似,運(yùn)動相似,動力相

20、似, 以及兩個流動的邊界條件和起始條件相似。31.什么是因次分析法?答: 因次分析法就是通過對現(xiàn)象中物理量的因次以及因次之間相互聯(lián)系的各種 性質(zhì)的分析來研究現(xiàn)象相似性的方法。32.為什么虹吸管能將水輸送到一定的高度?答: 因?yàn)楹缥軆?nèi)出現(xiàn)了真空。33.什么是泵的揚(yáng)程?答: 泵所輸送的單位重量流量的流體從進(jìn)口至出口的能量增值。 也就是單位重 量流量的流體通過泵所獲得的有效能量。單位是 m 。34.什么是水力半徑?什么是當(dāng)量直徑?答:水力半徑 R 的定義為過流斷面面積 A 和濕周 之比,即 AR =;當(dāng)量直徑。R de 4=35.什么是氣蝕現(xiàn)象?產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因是什么?答:氣蝕是指浸蝕破壞材料之

21、意,它是空氣泡現(xiàn)象所產(chǎn)生的后果。原因有下:泵的安裝位置高出吸液面的高差太大; 泵安裝地點(diǎn)的大氣壓較低; 泵 所輸送的液體溫度過高。36. 為什么要考慮水泵的安裝高度?什么情況下, 必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以 下?答: 避免產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。吸液面壓強(qiáng)處于氣化壓力之下或者吸水高度大于 10米時必須使泵裝設(shè)在吸水池水面以下。37.試述泵與風(fēng)機(jī)的工作原理答: 當(dāng)葉輪隨軸旋轉(zhuǎn)時,葉片間的氣體也隨葉輪旋轉(zhuǎn)而獲得離心力,并使氣體 從葉片間的出口處甩出。被甩出的氣體及入機(jī)殼,于是機(jī)殼內(nèi)的氣體壓強(qiáng)增高, 最后被導(dǎo)向出口排出。 氣體被甩出后, 葉輪中心部分的壓強(qiáng)降低。 外界氣體就能 使風(fēng)機(jī)的的吸入口通過葉輪前盤中央

22、的孔口吸入,源源不斷地輸送氣體。38.歐拉方程: (11122=T u T T u T T v u v u gH 有哪些特點(diǎn)? 答:(1 用動量矩定理推導(dǎo)基本能量方程時, 并未分析流體在葉輪流道中途的運(yùn) 動過程, 于是流體所獲得的理論揚(yáng)程 , 僅與液體在葉片進(jìn)、 出口的運(yùn)動速度有關(guān), 而與流動過程無關(guān);T H (2流體所獲得的理論揚(yáng)程 ,與被輸送流體的種類無關(guān)。也就是說無論被輸送的 流體是水或是空氣,乃至其它密度不同的流體;只要葉片進(jìn)、出口的速度三角形相同,都可 以得到相同的液柱或氣柱高度(揚(yáng)程 。T H 39.為什么要采用后向葉型?答:動壓水頭成分大, 流體在蝸殼及擴(kuò)壓器中的流速大, 從而動

23、靜壓轉(zhuǎn)換損失必 然較大,實(shí)踐證明,了解這種情況是很有意義的。因?yàn)樵谄渌鼦l件相同時,盡管 前向葉型的泵和風(fēng)機(jī)的總的揚(yáng)程較大, 但能量損失也大, 效率較低。 因此離心式 泵全采用后向葉輪。 在大型風(fēng)機(jī)中, 為了增加效率或見得噪聲水平, 也幾乎都采 用后向葉型。40.流體流經(jīng)過泵或風(fēng)機(jī)時,共包括那些損失?答:(1水力損失(降低實(shí)際壓力 ;(2容積損失(減少流量 ;(3機(jī)械損失。四、計(jì) 算 題1. 圖示為一采暖系統(tǒng)圖。由于水溫升高引起水的體積膨脹,為了防止管道及暖氣片脹裂, 特在系統(tǒng)頂部設(shè)置一膨脹水箱,使水的體積有自由膨脹的余地。若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積 m3,加熱前后溫差 o C ,水的膨脹系數(shù) 8V =

24、50t =0005. 0=,求膨脹水箱的最小容積。解 由 dV dT=得: 0.0005850dV V dT =×× 0.2=m 3故膨脹水箱的最小容積為 0. m 322. 有一矩形底孔閘門,高 m ,寬 3h =2b =m ,上游水深 16h =m 下游水深 m 。 試用圖解法及解析法求作用于閘門上的水靜壓力及作用點(diǎn)?25h =解 A h A h P P P c c =下 上 5. 35. 4(6807. 9×=59=kN 作用于閘門中心圖解 h b A h h P = (219.807659=×=kN3. 寬為 1m , 長為 AB 的矩形閘門,

25、傾角為 , 左側(cè)水深 °4513h =m , 右側(cè)水深 m 。 試用圖解法求作用于閘門上的水靜壓力及其作用點(diǎn)?22h = 解 壓強(qiáng)分布圖略,根據(jù)圖計(jì)算如下: 22121211454522 P P P h h =°° 119.80739.807222=×××× 62.327.6534.65=kN1122D P y P y P y =1122D P y P y y P=122262.327.6534.65h h ×××+= 62.327.6534.65×=176912.4634.65=m

26、4. m ,閘門可繞 C 點(diǎn)轉(zhuǎn)動。求閘門自動打開的水深 為多少米。20.4h =h解 故 211110.1( c b h l J y A h h b h =m C 點(diǎn)是合力作用點(diǎn)的極限點(diǎn), 當(dāng)其高于 C 點(diǎn)閘門自動打開。2(1. 0121121h h h ×= 21110100.51.3312212h h h =+=+=m 即 m 時,閘門便自動打開。1.33h 5. 有一圓滾門, 長度 m , 直徑 10l =4D =m , 上游水深 14H =m , 下游水深 m , 求作用于圓滾門上的水平和鉛直分壓力。 22H = 解 2221211( 2x P P P l H H =2219

27、.80710(42 2=××× 590=kN2 34z P V A l R l =39.8074104=×××920=kN6. 一弧形閘門 AB ,寬 m ,圓心角 4b =°=45,半徑 2r =m ,閘門轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平,求作用于閘門的水靜壓力及作用點(diǎn)。解 2sin =h 21449.80739.22xP h b=×=kN zP V b=×面積(b=××扇形面積 三角形面積2211( 9.8074(1822b r h=×=××22.4=kN45.2P

28、=kN7. 油沿管線流動, A 斷面流速為 2m/s,不計(jì)損失,求開口 C 管中的液面高度。解 21. 015. 0(22×=ABABvddv4.5=m/s通過 B 斷面中心作基準(zhǔn)面,寫 A 、 B 兩斷面的 能 能量方程:25. 4225. 12. 122+=+gpg 2212.7(24.52pg=+2.70.83= 1.86=m8. 用水銀比壓計(jì)量測管中水流,過流斷面中點(diǎn)流速 u 如圖。測得 A 點(diǎn)的比壓計(jì)讀數(shù) mm 汞柱。 (1求該點(diǎn)的流速 u ; (2若管中流體是密度為 g/cm3的油, 仍 不變,該點(diǎn)流速為若干,不計(jì)損失。60h=0.8h 解 ABpgup=+22hppgu

29、BA =(212當(dāng)管中通水時:hh ×=6.1213.85u =m/s 當(dāng)管中通油時:h h ×=××=16807. 98. 0807. 98. 04. 13314.31u =m/s 9. 水由管中鉛直流出,求流量及測壓計(jì)讀數(shù)。水流無損失。解 寫出管口斷面,圓盤周邊斷面的能量方程:g vg v 2002032221+=+ 3222122=gvg v2211v A v A =21212(0.050.30.001A v v A 1v =×× 2110.052.10.30.0014v v =×××所以322 1

30、. 2(2121=×gv g v882. 011. 232221=g v 14.15v =m/s 211(0.054.150.008154Q A v =×=m 3/s寫管出口、圓盤測壓管連接處的能量方程:pg v =+2321 882. 03(+=p由等壓面規(guī)律得:h p ×=×+15. 11119.807(1.5 (30.8821.5 5.3820.395395133.4h p m =×+=+=×=mm10. 直徑為 mm 的管道在支承水平面上分支為 1700d =2500d =mm 的兩支管, A-A 斷面 壓強(qiáng)為 kN/m2,管

31、道流量 m 3/s,兩支管流量相等:(1不計(jì)水頭損失,求支墩受 水平推力。 (2水頭損失為支管流速水頭的 5倍,求支墩受水平推力。不考慮螺栓連接的作 用。700.6Q = 解 11210.61.56(0.74Q v A =×m/s 22220.31.53(0.54Q v A =×m/sgv p g v p 22222211+=+ 1221222112253. 1256. 122p g g p g v g v p p +=+= 2170p p =kN/m2寫能量方程式:Rx v Q A p v Q A p +°×+×=+30cos (222221

32、111°×+×+=30cos (22222111v Q A p v Q A p Rx 53. 13. 01000 7. 0(470000356. 16. 01000 7. 0(47000022××+×××+×=308013932193.219N =+=kN當(dāng)記入損失時:gv g v p g v p 252222222211+=+ 264.15p =kN/m2同理35.24Rx =kN11.油在管中以 m/s的速度流動,油的密度 1v =920=kg/m3, 3l =m , mm 水銀 壓差計(jì)測得 cm ,

33、試求(1油在管中的流態(tài)?(2油的運(yùn)動粘滯系數(shù) 25d =9h =?(3若保 持相同的平均流速反向流動,壓差計(jì)的讀數(shù)有什何變化? 解 (1若為層流:22v d l h f = 264(2v d l g h =油 汞 22320.09(13600920 9.807l v d×= 23231920(0.025××××=2440.09126809.8(2.5100.7910323920××××=×××m 2/s校核是否為層流 3161079. 0025. 01Re ×4=&

34、#215;=vd所以為層流。(3若倒流:則下端壓強(qiáng)大于上端壓強(qiáng), 仍為 9cm 。h 12.油的流量 cm 3/s,流過直徑 77Q =6d =mm 的細(xì)管,在 l 2=m 長的管段兩端水銀壓差 計(jì)讀數(shù) cm ,油的密度 30h =900=kg/m3,求油的 和 值。 解 設(shè)若為層流 2772.720.785(0.6v =×m/s 22f l v p d= 2( 2vl h g d××=油 汞 油 260.3127009.8(0.0068.6102329002.72×××=××××m 2/s63

35、8.6109007.7510=××=×Pas驗(yàn)證:62.720.006Re 189720008.610u d×=×故為層流。13. 水箱側(cè)壁接出一根由兩段不同的管徑所組成的管道。已知 1150d =mm , mm ,m ,管道的當(dāng)量糙度 mm ,水溫為 o C 。若管道的出口流速 m/s,求(1水位 H 。 (2繪出總水頭線和測壓管水頭線。275d =22=50l =0.6K =20v解 (1 2222175(2( 0.5150d v v d =×=1m/s11 60.50.15Re 742571.0110v d ×=

36、15;1 2260.50.15Re 742571.0110v d ×=×210.6(0.004150K d =20.6(0.00875K d =由葉迪圖可知0.03=1; 0.037=2221122121222l v l v h d g d g=+f2250(0.55020.030.0370.1520.0752g g=××+××0.12755.035.16=+= m0.5= 0.50.375=××=221油 2A 751-(=0.51-( A 15022120.50.3750.006370.080.08622m v

37、 v h g g=+=+=220.25.160.0865.442f m v H h h g=+=+=210.012752v g =m ; 220.22v g=m (2水頭線略。14. 一隔板將水箱分為 A 、 B 兩格,隔板上有直徑 140d =mm 的薄壁孔口,如題下圖, B 箱底部有一直徑的圓柱形管嘴,管嘴長 0.1l =m , A 箱水深 13H =m 恒定不變。 (1分析 出流恒定條件(不變的條件 。 (2在恒定出流時, B 箱中水深 等于多少?(3水2H 2H箱流量 Q 為何值?1解 (1 21Q Q =時, 恒定不變。2H(2 l 2431. 0d m =,為管嘴出流, 為 空 孔

38、口出流。取 1d 10.6=1122A A = 222212220.62(30.822(0.1A g H A g H =+22224222222410.820.820.32(0.1 (0.1 0.59(0.1 0.60.60.4A H H H H A ××=+=+=×+××3 2230.059(10.59 1.59H H =+=21.85H =m(3 2210.60.040.358104Q A =××=×m 3/s 15.某誘導(dǎo)器的靜壓箱上裝有圓柱形管嘴,管徑為 4mm ,長度 100l =mm , 02. 0=,

39、從 管嘴入口到出口的局部阻力系數(shù) , 求管嘴的流速系數(shù)和流量系數(shù) (見圖 5-4圖。 5. 0=解 為短管出流。故3l 4d 0.707= 0.707=16. 如上題,當(dāng)管嘴外空氣壓強(qiáng)為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)時,要求管嘴出流流速為 30m/s。此時靜 壓箱內(nèi)應(yīng)保持多少壓強(qiáng)?空氣密度為 1.2=kg/m3。 解 v =000a 0p p p p p =。即靜壓箱中相對壓強(qiáng)為 1.08kN/m217. 某恒溫室采用多孔板送風(fēng),風(fēng)道中的靜壓為 200Pa ,孔口直徑為 20mm ,空氣溫度為20o C , 8. 0=。要求通風(fēng)量為 m 3/s。問需要布置多少孔口?1解 在通風(fēng)工程中,對于多孔板送風(fēng),流量系數(shù)

40、采用0.841Q A 0.8(0.0111.5104=× ×=×m 3/s 1Q nQ =; 411872( 11.510Q n Q =×個 18. 水從 A 水箱通過直徑為 10cm 的孔口流入 B 水箱,流量系數(shù)為 0.62。設(shè)上游水箱的水 面高程 m 保持不變。13H = (1 B 水箱中無水時,求通過孔口的流量。(2 B 水箱水面高程 m 時,求通過孔口的流量。22H = (3 A 箱水面壓力為 2000Pa , 13H =m 時,而 B 水箱水面壓力為 0, m 時,求通 過孔口的流量。22H = 解 (1 2210.620.13.72104

41、Q A =××=×m 3/s (2 2210.620.12.16104Q A =××=×m 3/s (3210.620.14 Q A =××20.620.12.36104=××=×m 3/s 19. 如圖示管路中輸送氣體,采用 U 形差壓計(jì)測量壓強(qiáng)差為 m 液體。試推導(dǎo)通過孔板的 流量公式。h解 Q = 式中 以米計(jì), h 1為差壓計(jì)用的液體容重。 為 流動氣體的容重。20. 如上題圖孔板流量計(jì), 輸送 20o C 空氣, 測量 100h =mmH 2O 。 62. 0=, mm ,

42、求 Q 。 100d =解 Q = 0.620.10.24=××=m 3/s 21. 某供熱系統(tǒng),原流量為 m 3/s,總水頭損失 0.0055h =mH 2O ,現(xiàn)在要把流量增加到m 3/s,試問水泵應(yīng)供給多大壓頭。0.0085解 211f hS Q =2222110.0085(5( 14.450.0050f f Q h h Q =×=mH 2O 22. 兩水池用虹吸管連通,上下游水位差 2H =m ,管長 13l =m , 25l =m , m ,直 徑 mm ,上游水面至管頂高度 34l =200d =1h =m 。已知 026. 0=,進(jìn)口網(wǎng) 5. 1=(

43、每個彎 頭 ,出口 0. 1=,求: (1虹吸管中的流量;(2管中壓強(qiáng)最底點(diǎn)的位置及其最大負(fù)壓值。 解 寫上、下游水面的能量方程:222212( (0.021021.51 15.222220.2l v v v l v v H d g g g dg g =+=+=×+×+=×22220.1315215.215.2v Hg =1.6v =m/s 220.21.65104Q A v =××=×m 3/s壓強(qiáng)最低點(diǎn)在 l 末端,則2220120(101.522p l l v v h g d g+=+22v g 281(12.50.0210.1

44、31513.32.7520.2p v g =+=+×=m 23. 如圖水泵抽水系統(tǒng),管長、管徑單位為 m , 給于圖中,流量 m 3/s,34010Q =×03. 0=。求:(1吸水管及壓水管的 S 數(shù)。(2求水泵所需水頭。 (3繪制總水頭線。 解 (1 S 數(shù):12424208( 8(0.033.2 1180.25l S d g g+×+=××= 224242608( 8(0.031.7 21000.2l S d g g+×+=××=222321212( 2218(4010 3.54h S QS Q S S Q

45、=+=+=××=m 203.5423.54H Z h =+=+=m24. 有一簡單并聯(lián)管路如下圖,總流量 38010Q =×m 3/s, 02. 0=,求各管段的流量及 兩節(jié)點(diǎn)間的水頭損失。第一支路 1d 200=mm , 1l 600=m ,第二支路 mm ,m 。2200d =2360l =解 =1124251880.0260030900.2l d S d gg××=××2224251880.0236018600.2l d S d g g××=×× 110.01820.02320.

46、041455.543=+=+= 215820.0414S =節(jié)點(diǎn)間的水頭損失 m225820.083.72h S Q =×=10.0350Q = =m 3/s 20.045Q = =m 3/s 校核 m 3/s120.08Q Q +=25.三層供水管路,各管路的 S 值皆為 s 2/m5,層高均為 5m 。設(shè) a 點(diǎn)的壓力水頭為 20m , 求 、 、 ,并比較三流量,得出結(jié)論來。 (忽略 a 處流速水頭 6101Q 2Q 3Q 解 211h S Q H =21 41 4.4610Q =×m 3/s以二、三層樓分支點(diǎn),分別寫出能量方程,設(shè)分支點(diǎn)水頭為 ,則1H對二層:211

47、H S Q2=; 2 Q = 對三層:21152H S=+3Q ;3Q =寫上述分支點(diǎn) A 點(diǎn)的能量方程21125(H H S Q Q=+3322112 3125( 15(H H S Q Q S Q Q=+=+上式代入 Q 及 Q ,則232 1111151515H HH S SS S12=+=+111533515222H HH=111 535335( 2224HHH = 4 平方222111112235353535(5 2( 22424444H HH H H=+1(5H化簡得:,221171035H H=114H =m423.7410Q =×m 3/s432.1210Q =

48、5;m 3/s22123Q Q Q 26.崗位送風(fēng)所設(shè)風(fēng)口向下,距地面 4m 。要求在工作區(qū)(距地 1.5m 高范圍造成直徑為 1.5m 射流截面,限定軸心速度為 2m/s,求噴嘴直徑及出口流量。 解 (1 03.4R r a =+S06.81.56.80.08(41.5 0.14d D a S =×=m(2 00.070.6720.6720.5882.50.08n r S S a=×= 為主體段。(3 000.082.50.2940.29426.520.9660.966m a s r v v ×+=×=m/s 20000.076.520.1Q A v

49、=××=m 3/s27. 已知煤氣管路的直徑為 20厘米,長度為 3000米,氣體絕對壓強(qiáng) kPa ,K , 1980p =1300T =0.012=,煤氣的 490R =J/kgK , 1.3K =。當(dāng)出口的外界壓力為 kPa時求質(zhì)量流量 G 。 490解 流體為等溫流動,故G = 5.17=kg/s 28. 空氣自 kPa ,溫度 K 的氣罐中流出,沿長度 01960p =29320l =米, 厘米的管 道流入 kPa 的介質(zhì)中。設(shè)流動為等溫過程 2D =2p =2930.015=不計(jì)局部阻力,求出口流量。 解G = = = 23= = 0.552=kg/s29. 求半

50、徑為 和 的兩流線間流量的表達(dá)式, 流速均為 (a 1r 2r 0r u =, u c r =; (b ,0r u =2u r =。解 (a (0 ln cdr c r r=, 121212ln ln ln r C r C r C r =+= (b 222(0 2r rdr =,2222222212112( 222r r r r =+=30.流速場的流函數(shù)是 233x y y =,它是無旋流動嗎?如果不是,計(jì)算它的旋轉(zhuǎn)角速度。 證明任一點(diǎn)的流速只取決于它對原點(diǎn)的距離。繪流線 2=。 解 (12233x u x y y =; 6x u x x= 6y u xy x=; 6y u x y = 66

51、yx u u x x x y+=0 流動是連續(xù)的。 (26xu y y =; 6y u y x=6y x u u y y x= 所以是無旋流動。 (33u r =2 24因此,任意點(diǎn)上午速度只取決于它對原點(diǎn)的距離 。r 22( (33 6x y u dy u dx x y dy xydx =+2333332x y y x =+y2362x y y =x = 流線方程 31. 試求直角內(nèi)流動 的切應(yīng)力分布。 22(a x y =+解 在平面流動中,切應(yīng)力表達(dá)式為:(y xxy u u xy=+ 2x u ay y =; 2y u a x x = 2xu a y =; 2y u a x= (4 4

52、xy a a =32. 在管徑 mm 的管道中, 試分別計(jì)算層流和紊流的入口段長度 (層流按 Re=2000計(jì)算 。100d =解 層流 m 0.028Re 0.02820000.15.6E X d =××=××=紊流 m50500.15E X d =×=×=33.若球形塵粒的密度 2500m =kg/m3,空氣溫度為 o C ,求允許采用斯托克斯公式計(jì) 算塵粒在空氣中懸浮速度的最大粒徑(相當(dāng)于 Re=1 。 20 解 Re 為允許采用斯托克斯公式的最大雷諾數(shù)。 1= 即 Re 1=u d =代人 8-29式21( 18m u d g

53、 = 21( 18m d g d=252623121818(15.710 1.20.21810( (25001.204 9.8m d g ×××=××m 3 34. 已 知 煤 粉 爐 爐 膛 中 上 升 煙 氣 流 的 最 小 速 度 為 0.5m/s, 煙 氣 的 運(yùn) 動 粘 滯 系 數(shù)m 2/s,問直徑 mm 的煤粉顆粒是沉降還是被煙氣帶走?已知煙氣的密度 623010=×0.2m 0.1d =kg/m3,煤粉的密度 31.310m =×kg/m3。解 360.50.11050Re 0.217123010280u d&

54、#215;×=× 用(8-29式可知:2211( ( 1818m m u d g d g = 2361(0.10.3 (1.3100.2 9.818230100.2=××××× 0.154=m/s氣流速度大于懸浮速度,所以 mm 的煤粉顆粒將被煙氣帶走。0.1d =35. 某體育館的圓柱形送風(fēng)口, 00.6d =m ,風(fēng)口至比賽區(qū)為 60m 。要求比賽區(qū)風(fēng)速(質(zhì) 量平均風(fēng)速不得超過 0.3m/s。求送風(fēng)口的送風(fēng)量應(yīng)不超過多少 m 3/s?解 0020.08600.2940.2940.30.4550.455a S r v v ×+=× 16.2940.310.