第一章习题解答

1、第一章流体力学一.填空题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。该设备的绝对压强 =640-500=140mmHg= 140X = X 10 4Pa。2 .流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈 形曲线，中心最大速度为平均速度的 倍。此时摩擦系数 入与 无关，只随 加大而。抛物线，2, /d , Re,减小。3 .牛顿粘性定律表达式为 t= ,它只适用于牛顿 型流体。，一一y，一4 .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

2、区则入与雷诺系数的关系线趋近于 线。Re, /d ,水平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。7 .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 倍。据曳 （曳）2=（ 迎）2= （2） 2=4 力 d1d18 .流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为 和 两种。局部阻力的计算方法有 法和 法。直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。9 .在静止的同一种连续流体的内部，各截面上位能与静压能之和为常数。10 .法定单位制中，粘度的单位为,在cgs制中粘度的单位为 ,他们之间的关系是。Pa - S; p 或 cp; 1cp=1

3、X10 2 p = 1 x 10 3Pa - S（11 .流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 零，邻近管壁处存在 滞流（或层流）内 层，且Re值越大，则该层厚度越 薄（或小）。12 .实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能 不 守恒。因实际流体流动时有 摩擦阻力。13 .流体在一段装有若干个管件的直管l中流过的总能量损失的通式为 ，它的单位为。,lle U2，八、八hf = , 一 (2 分) J/Kg (1 分)d 2二.选择题1 .流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数 R2 1500,则其摩擦系数应为()(A)(B)(C)(D)无法确定64640.0427Re 1500应选(B2

4、.在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是( D )(A)同一种流体内部(B)(C)同一种连续流体(D)连通着的两种流体同一水平面上，同一种连续的流体3.在一水平变径管道上，细管截面A及粗管截面B与U管压差计相连，当流体流过时，U管压差计测量的是(C )(A) A、B两截面间的总能量损失(B) A、B两截面间的动能差(C) A、B两截面间的压强差(D) A、B两截面间的局部阻力4 .在阻力平方区内，摩擦系数入(c )(A) 为常数，与Re, /d均无关(B) 随Re值加大而减小(C) 与Re值无关，是e/d的函数(D) 是Re值与 /d的函数5 .流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失

5、与流速u的关系为( )(A) 与u2成正比(B) 与u成正比(C) 与成正比(D)与成正比hf2l u.d 2当流体作滞流时,_64巨代入可得Re du64 l u2 . .du d 264u l 32u l2d2d2应选(B)三.解答题1 .什么是理想流体引入理想流体的概念有什么意义(1) 流动时没有阻力的流体，即总能量损失为零，称这种流体为理想气体。(2) 自然界中不存在理想流体，但引入这个概念可使复杂的流体流动问题得以简化。2 .何谓有效功(净功)有效功率轴功率(1) 在流动过程中，输送机械对 1Kg流体所做的功称为有效功(净功)。以We表示，单位为J/Kg。(2分)Ne表示，单位为W而

6、N表示，单位为 W即(2) 单位时间内输送机械对流体所做的有效功称为有效功率。以Ne We.Ws （2 分）(3) 有效功率Ne与输送机械的效率 Y的比值称为轴功率。以Ne（2分）3 .化工厂哪些计算要应用流体静力学基本方程式主要应用与以下三个方面：(1)压强差与压强的测量。(2)测量容器内的液面位置(3)计算液封高度。(4 .扼要说明柏努利方程式和流体静力学基本方程式的关系。静止流体U 出 0,We 0, hf1 20。此时柏努利方程式即可化简为静力学基本方程式。所以，静力学基本方程式是柏努利方程式的一个特例。5 .液体及气体的粘度随温度、压强的变化情况如何1、液体粘度随温度升高而减小，气体

7、则相反。（2分）2、液体粘度基本上不随压强而变，除了极高及极低的压强外，气体粘度几乎不随压强而变。3、6.何谓滞流内层由于在管壁附近流体速度很小，且湍流时管壁处速度也为零，故离管壁很近的一薄层流体运动必然是滞流，这层流体称为滞流内层。四.计算题1 .空气中各组分的摩尔分数为：、。（1）求标准状况下空气的平均密度p 0;（2）求绝对压强为X 104P&温度为20c时空气的平均密度p ;比较两者的结果。（1）求空气的p。：已知 MO广32, MN2=28, MAr=40。单位均为 kg/kmol。先求出标准状况下空气的平均密度MmMm= Mo2? X O升 Mn2? X N2+ MAr? / Ar

8、=32X +28X +40X=kmol （2 分）务PMm0,101.33 28.963 八 1.293 kg/m3 （2 分）8.315 273（2）求x 104Pa、20c时空气的平均密度p :PTo0 PoT1.2933.8 104 273101.33 103 （273 20）30.452kg/m （2 分）由计算结果可看出：空气在标准状况下的密度与其在X 104Pa 20c状态下的密度相差很多,故气体的密度一定要标明状态。（1分）（共7分）2 .水在附图所示的水平管内流动，在管壁A处连接一U形管压差计，指示液为汞，密度为13600kg/m3, U形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小

9、段水的压强可忽略不计），当地大气压Pa为，水的 密度取1000kg/m3,其它数据见附图，求 A处的绝对压强为多少Pa（1）取U形管中处于同一水平面上的B、C、D三点，根据等压点的判定条件可得到Pb=FC,Pc=FD,于是可得 FB=Pc=FD （2 分）（2）根据静力学基本方程式可得：PD=Pa+RP Hgg=Pa+ P Hgg=FB（2 分）P A=PB+h P H2$ = P+ h P H2O3 = Pa+ P Hgg+ P H2（g（2 分）于是A处的绝对压强：FA=101330+x 13600X +X1000X=136646Pa=（2 分） （共 8 分）3 .某车间输水管路为4 6

10、0X的钢管，流速为 4m/s,因生产情况有变动，预使流速减至左右，而用水量不变。拟采用两个改进方案：（1）换一根粗管；（2）增加一根管子。求两种方案各应选用管子的型号。（1）换一根粗管。体积流量 Vs不变，vs u1Al u2A2（1分）2体积流量为：vs （0.053）2 4 d粗2.5 （1分）4 4所换一根粗管的直径d粗 黑53）0.067傕可选用附录23中（一）无缝热轧钢管，规格为 4 76X（2分）（2）增加一根管子。d增表示所增加管子的内径。（1Vs 不变，总体积流量为两根管子内体积流量之和，用 分）Vs222一(0.053)4 (0.053)2.5 d增 2.5 (2 分)444

11、可解出d增4 (0.053)2 2.5 (0.053)22.50.041也可选用附录23中（一）无缝热轧钢管，规格为 （j）50X。（2分）（共9分）4.实验室为了控制流动为定态流动，采用带溢流装置的高位槽。（如本题附图）槽内水经 （）89X的管子送至密闭设备内。在水平管路上装有压强表，读数为6xi04Pa。已知由高位槽至压强表安装的截面间总能量损失105/kg。每小时需要水x 10 4kg。求高位槽液面至压强表安装处的垂直距离ho解：（1）取高位槽水液面为1-1截面，压强表安装位置为2-2截面，以水平管的中心线为基准水平面，如图中所示。（3分）（2）可列出柏努利方程:2U1PZ1g Wehf

12、1 2（2 分）各量确定如下:Z1=h （待求值），Z2=0,P1=0（表压），P2=6X 104Pa （表压），u1 = 0,U2可求出，怅=0（2分）（3）求 u2：3 .一 一一 一一_ _水=1000kg/m，而 d2 89 2 3.5= 82mm 0.082mU2sA2s/4（d2）22.85 1043600 10001.5m/s （2 分）2-（0.082）2将以上各值代入柏式，可求出Z1：（1.5）29.81Z10 0 0 0 （-10006 104口八10。可得 z17.250m（2 分）（共11分）& -1/tv H求：（1）水在管内的流速（2）泵的有效功率（kw）解：（1）

13、求u:u d2 434.536002.49 m/s （1一 一 _ 2-（0.070）2分）5.用泵将出水池中常温的水送至吸收塔顶部，水面维持恒定，各部分相对位置如图所示。输水管为（f）76X3mm钢管，排水管出口与喷头连接处的压强为X 104Pa （表压），送水量为h,水流经全部管道（不包括喷头）的能3量损失为160J/kg 。水的密度取 1000kg/m 。求Z。取水池液面为1-1截面,且定为基准水平面，取排水管出口与喷头连接处为2-2截面,如图所示。（3分）在两截面间列出柏努利方程:z1g-U12PiWeU22 P2hf1 2（2 分）各量确定如下：zi=0,Z2=26m,ui = 0,

14、 u2=u=s, Pi 表=0, P2 表=X104Pa, 2 h f1-2 =160J/kg（1分）将已知量代入柏式，可求出wz2g2U2P2 表hf1 226_ 29.81 326.15 104160 479.66 J/kg1000（2分）求Vs34.5360010009.583kg/s（1分）Newes 479.66 9.5834596.7 w4.597 kw（2分）（共12分）26.用离心泵将贮水池中的水送到高位槽中水池液面与高位槽液面间的垂直距离为35m定态流动。输水管直径为 4 165X,管路中直管总长为1300m,所有局部阻力白当量长度为50mo若泵的流量为lOOmf/h ,泵的效率为65%摩擦系数 入可取为，水的密度取 1000kg/m3。求:泵的轴功率N （kw）。解：（1）取水池液面为1-1截面,且定为基准水平面。取高位槽液面为2-2截面，如图所示。（3分）（2）在两截面间列出柏努利方程:ZigU12P12WeZ2g2P2hf1 2 （2 分）各量确定：Zi=O, Z2=35m, u- 0,U2=0,Pl = P2=0 （表压），we待求，必须先求出hf1-2及u。（2分）u