流体力学及流体机械复习习题及答案.pdf

第一部分： 流体力学 1.力按物理性质的不同分类：重力、摩擦力、惯性力、弹性力、表面张 力等。 2. 力按作用方式分：质量力和面积力。 3 质量力是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成 正比 4 最常见的质量力有：重力、惯性力。 5 比较重力场（质量力只有重力）中，水和水银所受的单位质量力f水和 f水银的大小？ A. f水f水银； B. f水=f水银； D、不一定。 6 试问自由落体和加速度a向x方向运动状态下的液体所受的单位质量力 大小（fX. fY. fZ）分别为多少？ 自由落体：XY=0,Z=0。加速运动：X=-a,Y=0,Z=-g。 7.静止的流体受到哪几种力的作用？理想流体受到哪几种力的作用？ 重力与压应力，无法承受剪切力。 重力与压应力，因为无粘 性，故无剪切力 8判断：在弯曲断面上，理想流体动压强呈静压强分布特征。 对 错 9 如图所示的密闭容器中，液面压强p09.8kPa，A点压强为49kPa， 则B点压强为39.2kPa , 在液面下的深度为3m 。 10露天水池水深5m处的相对压强为： A. 5kPa； B. 49kPa； C. 147kPa； D. 205kPa。 重力作用下静水压强的分布规律，如图2-9所示。 图2-9 11. 仅受重力作用处于静止状态的流体中，任意点对同一基准面的单 位势能为一常数，即各点测压管水头相等，位头增高，压头减小。 12. 在均质连通的液体中，水平面必然是等压面 13：仅在重力作用下,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能 为_b_ A. 随深度增加而增加； C. 随深度增加而减 少； B. 常数； D. 不确定。 14：试问图示中A、 B、 C、 D点的测压管高度，测压管水头。（D点闸 门关闭，以D点所在的水平面为基准面） A:测压管高度，测压管水头 B:测压管高度，测压管水头 C:测压管高度，测压管水头 D:测压管高度，测压管水头 A:0m，6m B:2m，6m C:3m，6m D:6m，6m 15：如图2-10所示， ，下述两个静力学方程哪个正确？ 图2-10 16.求淡水自由表面下2m 深处的绝对压强和相对压强。 解： 绝对压强： =1.194标准大气压 相对压强： 标准大气压 17. 设如图2-13所示，hv=2m时，求封闭容器A中的真空值。 图2-13 解：设封闭容器内的绝对压强为pabs，真空值为Pv 。 则： 根据真空值定义： 18： 绝对压强pabs与相对压强p 、真空度pv 、当地大气压pa之间的关 系是： A. pabs =p+pv； B. p=pabs+pa C. pv= pa-pabs D. p=pabs+pa 19：金属压力表的读数值是： A. 绝对压强； B. 相对压强； C. 绝对压强加当地大气压； D. 相对压强加当地大气压。 20：一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为 2.2m，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内绝对压强为几米水柱? A. 2m； C. 8m； B. 1m； D. -2m。 21相对平衡流体中，质量力除重力外，还受到惯性力的作用。 22 如图2-14所示，一洒水车等加速度a=0.98m/s2向右行驶，求水车内 自由表面与水平面间的夹角 ；若B点在运动前位于水面下深为h=1.0m，距z轴为xB=-.5m，求洒水 车加速运动后该点的静水压强。 解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为 （取原液面中点为坐标原点） 图2-14 X= -a ； Y=0 ；Z= -g 代入式 （2-7） 得： 积分得： 在自由液面上，有： x=z=0 ；p=p0 得： C=p0 =0 代入上式得： 点的压强为： 自由液面方程为（液面上p0=0） ax gz = 0 即： 23：某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对 压强为： A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 24：什么是等压面？等压面的条件是什么？ 等压面是指流体中压 强相等的各点所组成的面。只有重力作用下的等压面应满足的条件 是：静止、连通、连续均质流体、同一水平面。 25. 相对平衡的流体的等压面是否为水平面？为什么？什么条件下的等 压面是水平面？ 不一定，因为相对平衡的流体存在惯性力，质量力 只有重力作用下平衡流体的等压面是水平面。 26. 压力表和测压计上测得的压强是绝对压强还是相对压强？ 相 对压强。 27. 盛有液体的敞口容器作自由落体时，容器壁面AB上的压强分布如 何？ p =const，自由液面上p = 0 p = 0 28. 若人所能承受的最大压力为 1.274MPa（相对压强），则潜水员 的极限潜水深度为多少？ 潜水员的极限潜水深度为： 29. 如2-1图所示，若测压管水头为1m，压强水头为1.5m，则测压管 最小长度应该为多少？ 测压管最小长度为1.5m。 30. 为什么虹吸管能将水输送到一定的高度？ 因为虹吸管内出现了真空。 题2-1图 31：如图所示的密封容器，当已知测压管高出液面h=1.5m，求液面相对 压强p0，用水柱高表示。容器盛的液体是汽油。（ =7.35kN/m3） A. 1.5m； B. 1.125m； C. 2m； D. 11.5m。 31. 在静止流体中，各点的测压管水头是否相等？在流动流体中是否相 等？ 相等；均匀流、渐变流中同一断面上各点测压管水头相等，急变流 中不相等。 32. 在如图所示的密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于 同一水平面上，其压强关系为： A. p1=p2=p3； B. p1p2p3； C. p1p2p3； D. p2hf水； C.hf油hf水； D.关系不 定。 53.管径突变的管道，当其它条件相同时，若改变流向，在突变处所产 生的局部水头损失是否相等？为什么？ 不等；固体边界不同，如突 扩与突缩 54.局部阻力系数与哪些因素有关？选用时应注意什么？ 固体边界的 突变情况、流速；局部阻力系数应与所选取的流速相对应。 55.如何减小局部水头损失？ 让固体边界接近于流线型。 56：薄壁小孔淹没出流时，其流量与 有关。 A.上游行进水头； B. 下游水头； C.孔口上、下游水面差； D.孔口壁厚。 57：长管与短管的区分是考虑管道的局部水头损失与速度水头之和是否 大于沿程水头损失的 长管。 58：串联管道各串联管段的： A.水头损失相等； B.总能量损失相 等； C.水力坡度相等； D.所通过的流量相等。 59：其它条件一样，但长度不等的并联管道，其沿程水头损失是否相 等？为什么？ 并联管路的单位重量流体产生的水头损失是相等的，与管路长度无 关。 60.复杂管道是否一定是长管？ 不一定，长管的判别标准是局部水头损失和流速水头之和小于沿程 水头损失的（5-10%）。对于一些管长不是很长的简单管路往往按短管 计算。 第二部分：流体机械 1. 矿山地下排水系统可分为直接排水系统、分段排水系统，多水平同 时开采的排水系统。 2. 多级离心式水泵的转子主要有轴、叶轮、平衡盘、平衡环等零件组 成。 3. 150D305型水泵的型号意义为：水泵吸入口直径为150mm，设计点 单级扬程为30m，级数为5级 4. D280438型水泵的型号意义为：设计点流量为280m3/h，单级扬 程为43m的共有8级的离心式水泵。 5. 水泵按传动轴的安装方式可分为卧式水泵、立式水泵。 6. 不是任何水泵都依靠工作叶轮的旋转运动而输送液体的。 7. 叙述离心式水泵的工作原理：叶轮在密封而灌满水的泵体内作高速 旋转运动时，由于水产生离心力的作用，叶轮里的水以很快的速度 甩向四周，他们具有很大的能量，此时叶轮中心部分（入口处）即 成为一个具有真空的低压区，吸水井水面上受大气压的作用，产生 压力差，因而新的水被压入吸水管补充进入叶轮，水变连续不断地 从旋转的叶轮接受能量而成为高压水，沿着水管被压送到排水管排 出。只要水泵的叶轮不停的旋转，水就源源不断地被从低处排到高 处 8. 离心式水泵的最大吸水高度永远要小于10m，一般为6m左右。 9. 表示水泵在单位时间内排出水的数量，叫做水泵的排水量 。 10. 从水泵轴心到吸水井水面的垂直高度，叫做水泵的吸水扬程。 11. 一般情况下，水泵的配用功率要大于轴功率。 12. 水泵在单位时间内输送出去的水所做的有效功的大小，叫做水泵的 有效功率。 13. 水泵吸水管路内一般是低于大气压的，若管路安装不严密，就要产 生漏气现象，影响水泵正常工作。 14. 离心式水泵产生的轴向推力的原因及危害：离心泵在运转时，产生 的轴向推力主要是由于水流作用在叶轮前后盘上的力不平衡而引起 的。单侧吸水的叶轮在工作时，叶轮进口处（前轮盘）的总压力P1 小于作用于叶轮出口处（后轮盘）上的总压力P2，造成叶轮两侧所 受压力的不平衡，因此产生与轴线平行由排水侧朝向吸水侧的轴向 推力。轴向推力使水泵的转子向水泵的吸水口方向窜动，引起叶轮 和固定的泵壳相碰，引起磨损，同时使转子产生窜动（14mm）， 直接影响泵的寿命和降低工作效率。 15. 离心式水泵产生轴向推力的原因有：叶轮前后盖板所受到的压力不 相等、水的反冲力 、轴和轴套的直径不相等。 16. 平衡离心式水泵轴向力的方法有：平衡孔法、平衡盘法、止推轴承 法 、叶轮对称布置法、平衡鼓法。 17. 离心式水泵产生的轴向推力使水泵的转子向水泵的吸水口方向窜动 18. 离心泵在运转时，产生轴向推力的原因很多，主要是由于水流作用 在叶轮前后的力不平衡而引起的。 19. 水泵的平衡水管若堵塞，只会影响水泵的排水性能，不会带来水泵 硬件的损坏。 20. 由于双侧进水式水泵（双吸泵）的叶轮两侧都有进水口，故不产生 轴向力，因此不需要平衡装置。 21. 水泵填料箱在吸水侧的主要作用是防止空气进入泵内。 22. 水泵的吸水管直径要大于或等于排水管直径。 23. 水泵吸入段、中段、吐出段之间的静止结合面应紧密密封。 24. 离心式水泵导叶的作用是把上级的高压水以最小的损失均匀地引导 到下一级叶轮的进口。 25. 离心式水泵的性能曲线主要有流量扬程曲线 、流量功率曲 线、流量效率曲线 、流量吸上真空高度曲线 。 26. 在水泵正常停机时，必须缓慢关闭出水阀门，以减弱水锤现象对管 路所带来的损害 27. 矿井水泵并联运行条件需满足各泵扬程基本相等。 28. 矿井水泵串联运行条件需满足流量基本相符，后一泵强度能承受前 面各泵压力总和。 29. 汽蚀现象： 离心泵叶轮的入口处的绝对压强低于大气压强，液 体在一定温度条件下，由于其绝对压强达到汽化压强，此液体就汽 化为蒸汽。形成很多蒸汽与气体混合的小气泡，气泡在靠近金属表 面的地方受压而破裂，并重新凝结成似小弹头连续打击金属表面。 形成机械剥蚀，气泡中混有的活泼气体对金属进行化学腐蚀。金属 在机械剥蚀腐蚀与化学的作用下，加速损坏。这种现象叫做气蚀现 象。 30. 矿井主要泵房至少有二个出口，一个出口用斜巷通到井筒，另一个 出口通到井底车场。 31. 矿山主要排水设备必须有工作、备用和检修的水泵，其中工作水泵 的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。 32. 水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，在每年雨季前必须清理一次。 33. 水泵的排水管与水泵间应装设出水闸阀和止回阀，止回阀须装在出 水闸阀后面。 34. 主泵房的排水设备，必须有工作、备用和检修水泵。 35. 工作水泵必须的排水能力：能在20h内排完24h的正常涌水量。 36. 工作水泵与备用水泵的总能力：能在20h内排完24h的最大涌水量。 37. 水泵的底阀要有足够淹没深度，一般为吸水管直径的2倍以上，最 小不得小于0.5m，以防止水泵运行时产生旋涡带入空气。 38. 水泵吸水管不能有存气的地方，吸水管的任何部份都不能高于水泵 的进水口 39. 水泵运转时，滑动轴承或滚动轴承的温度分别不应超过65、75 40. 盘根、外壳不应过热，允许有一点微热，出水盘根完好，以每分钟 滴水1020滴为准。 41. 离心泵的调节：1、闸阀节流法； 2、改变叶轮数目法； 3、 削短叶轮轮叶长度法； 42. 水泵性能曲线与管网特性曲线的相交点即为水泵的工况点。 43. 水泵启动时不上水常见故障有：没有灌满引水，泵内空气未完全排 除；底阀漏水；滤水器被堵塞；吸水管漏气 。 44. 水泵运转中突然中断排水，常见故障是；吸水井中水位下降或空气 进入泵内；滤水器突然被堵塞。 45. 运转中水泵振动很大，声音不正常常见故障是：吸入口真空高度超 过允吸真空高度，产生汽蚀现象；吸水井水位下降，底阀淹入深度 不够，将空气带入泵内；泵轴弯曲；水泵电机地脚螺柱松动；轴承 损坏。 46. 水泵填料箱发热常见故障有：水封环孔及水封管被堵塞；填料压盖 过紧；填料箱与轴及轴套的同心度不对。 47. 水泵运转时，若轴承缺油或油量过多，都会使轴承发热。 48. 排水设备一般由水泵、电动机、吸水管、排水管、管路附件及仪表 等组成 49. 离心式通风机一般由叶轮、进风口集流器、机壳和传动轴组成。 50. 叶轮：叶轮是离心式通风机的关键部件，它由前盘、后盘、叶片和 轮毂等零件焊接或铆接而成。 51. 叶片的形状大致可分为平板形、圆弧形和机翼形几种。 52. 集流器：离心式通风机一般均装有进风口集流器(也称集风器)，它 的作用是保证气流均匀、平顺地进入叶轮进口，减少流动损失和降 低进口涡流噪声。 53. 集流器有筒形、锥形、弧形与组合形等几种形式。 54. 集流器与叶轮间存在着间隙，其形式可分为径向间隙和轴向间隙两 种， 55. 机壳的作用：是将叶轮出口的气体汇集起来，导至通风机的出口， 并将气体的部分动压转变为静压。 56. 进气箱：进气箱一般应用于大型离心式通风机进口之前需接弯管的 场合(如双吸离心式通风机)。因气流速度转向，会使叶轮进口的气 流很不均匀。在进口集流器之前安装进气箱，可改善这种状况。 57. 进口导流器(前导器)：大型离心式风机为扩大使用范围和提高调节 性能，在集流器前或进气箱内装设进口导流器，进口导流器分为轴 向与径向两种 58. 472 1 1 20 B右90 4表示通风机在最高效率点的全压系数为0.4。72表示通风机的比转数为 72；右90 表示出口位置表示右向旋转；1 表示通风机叶轮为单侧进 风；1 表示设计序号；B 表示通风机的传动方式为B式(悬臂支承，皮带 轮传动，皮带轮在两轴承中间)； 20 表示通风机机号，即叶轮直径 为2000mm； 59. 轴流式风机主要气动零部件有叶轮、导叶、机壳、集流器(集风 器)、疏流罩(流线体)和扩散器、传动部分等。 60. 风机叶轮：用来对流体做功以提高流体能量的关键部件。主要由叶 片和轮毂组成：叶片多为机翼扭曲叶片。 61. 风机导叶：导叶的作用是确定流体通过叶轮前或后的流动方向,减 少气流流动的能量损失。对于后导叶还有将叶轮出口旋绕速度的动 压转换成静压的作用。 62. 风机集流器和疏流罩： 扩散器的作用是将流体的部分动压转换为 静压,以提高风机静效率。其结构形式有筒形和锥形两种. 63. 2 K604 28 表示通风机的机号，即叶轮直径为2800mm 表示结构设计序号； 表示该型通风机轮毂比的100倍，即叶轮的轮毂直径与叶轮直径比为 0.6； 表示矿用通风机； 表示两级叶轮 64. BDK54-8-23 23表示通风机机号，即叶轮直径为2300mm； 表示配用8极电机，转速为740r/min 表示该型通风机轮毂比的100倍； 表示矿用风机； 表示对旋式轴流风机； 表示隔爆型； 65. 风量：单位时间内通风机输送的气体的体积量，称为风量，以Q表 示。其单位为m3s、m3min、m3h。 66. 风压：单位体积的空气流经通风机后所获得的总能量，称为风 压，以H表示。其单位为Pa。 67. 功率：轴功率 电动机传递给通风机轴的功率，即通风机的输入功 率，用P表示，单位为kW。 68. 矿井通风设备的作用：向井下输送新鲜空气供人呼吸；稀释和排除 有害气体；调节井下气候，改善劳动条件，保证安全生产。 69. 通风系统类型：1）中央式 2）对角式 3）混合式 70. 离心式通风机和轴流式通风机的工作原理，都是由于气流通过叶轮 时，受到叶轮作用而获得能量，从而实现通风的目的。但因结构不 同，两者间又有区别：在离心式通风机中，气流是径向流动；而在 轴流式通风机中，气流是沿轴向流动。 71. 离心式和轴流式通风机的个体特性曲线，反映的是某台通风机在某 一转速下的特性。而离心式通风机的类型特性曲线，则反映了同类 型的所有通风机，在不同转速下的特性。 72. 通风机在网路中工作时，所产生的风压包括静压j和动压d两 部分。前者用于克服网路阻力，后者则随气流消耗在大气中。 73. 通风网路的阻力大小，可用网路阻力损失常数R(或Rj)和等积孔AC的 大小来表示。R(或Rj)越大，AC越小，说明通风越困难，反之越容 易。 74. 通风机工况的调节有两条途径：其一是改变网路特性曲线，可通过 闸门节流法来实现；其二是改变通风机的特性曲线，它可通过改变 叶轮转速法、前导器调节法、改变叶轮叶片安装角度法、改变通风 机的叶轮叶片数目法来实现。 75. 通风机联合运转的基本方法有串联工作和并联工作两种。串联工作 的主要目的是为了增大风压，并联工作的主要目的是为了增大风 量。 76. 离心式通风机应在关闭闸门的情况下起动，而轴流式通风机应在闸 门半开或全开的情况下起动。 77. 煤矿常用离心式通风机有4-72-11型、G4-73-11型、和K4