(完整word版)流体力学与传热学考试题目

1、流体力学与传热学考试题目121-1下图所示的两个U形管压差计中，同一水平面上的两点A、B或C、D的压强是否相等?11附图答：在图11所示的倒U形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为P。由流体静力学基本方程式：p二p+PA空气gh1+P水gh1P+P空气gh1+P空气ghP水P空气PAP即A、B两点压强不等。P+P空气gh1pDP+P空气gh11=AH2OHgp=p+PghBAH2O(PP)gR=0将其代入上式整理得HgH2OP_P丰0R=0丁HgH2Op+Pg(h+H)+PgRppph也就是说，C、D都等于顶部的压强p加上1高空气柱所引起的压强，所以C、D两点

2、压强相等。同理，左侧U形管压差计中,分析：等压面成立的条件静止、等高、连通着的同一种流体。两个U形管压差计的A、B两点虽然在静止流体的同一水平面上，但终因不满足连通着的同一种流体的条件而非等压。1-2容器中的水静止不动。为了测量A、B两水平面的压差，安装一U形管压差计。图示这种测量方法是否可行？为什么？答：如图12，取11/为等压面p=p由11可知：p+Pg(R+H)BH2OR等于零，即压差计无读数，所以图示这种测量方法不可行。分析：为什么压差计的读数为零？难道A、B两个截面间没有压差存在吗？显然这不符合事实。A、B两个截面间确有压差存在，即h高的水柱所引起的压强。问题出在这种测量方法上，是由

3、于导管内充满了被测流体的缘故。连接A平面测压口的导管中的水在下行过程中，位能不断地转化为静压能。此时，U型管压差计所测得的并非单独压差，而是包括位能影响在内的“虚拟压强”之差。当该导管中的水引至B平面时，BB已为等压强面，再往下便可得到无数个等压面。压差计两侧的压强相等，R当然等于零。这个结论很重要，在以后的讨论中常遇到。1-8由摩擦系数与雷诺数的关系图即九Re图分析雷诺数、相对粗糙度对磨擦系数和阻力损失的影响。64h-32PluRe4000时，从滞流转向湍流，将湍流的布拉修斯公式（九0.3164Re0.25）代入范宁公式可知，此时h*卩0.25U1.75f。说明粘性力对流动阻力的影响已大为降

4、低，而流速的影响增大，由液体旋涡所产生的惯性力已成为影响流动阻力的重要因素，粗糙度的影响也较为显著。这是因为随着Re增大，滞流边界层变薄，壁面凸起部分便会伸入湍流区与质点发生碰撞，加剧了液体的湍动性。Re愈大，这种影响就愈显著。R_e当Re增大到一定程度时，曲线变成水平线。这时已与Re的大小无关，只要粗糙度一定，即为一常数。此时h*0u2f。说明阻力损失与液体粘度无关，而惯性力已成为影响阻力的决定因素。110如何理解图17所示的并联管路两支管的能量损失相等？图17110附图答：（1）此例可分别对支管1、支管2到A、B两截面的柏努利方程式来理解。对支管1列A、B两截面的柏努利方程式：pu2pu2

5、Z+A+Z+B+乂hTOC o 1-5 h zAgp2Bgp2f,1再对支管2列A、B两截面的柏努利方程式：z+么+UZ-z+生+UbL+ZhAgp2Bgp2f,2工hAh比较上述两式即可得出：f,1f,2（2）从两条分支管路拥用一个共同的分支点、汇合点支理解。pp分支点A只能有一个压强A，汇合点B也只能有一个压强B，而A和B是两条支路所共有的两点。尽管两支路管子的状况不一，但是通过A、B两点测定的单位质量流体的能量损失必然相同。这和并联电路类似，尽管并联电路各支路的电阻不同，电流强度不同，但由于两端都共有一个测压点，所测得的电势差即势能损失相同。分析：为什么细而长的支管1中流体的流动阻力会和

6、粗而短的支管2相同呢？请读者注意：能量损失是以J/kg为单位来计量的，而绝非指通过某支管的所有流体的阻力损失总和。假如有一单位质量的流体欲通过支管1抵B,但支管1的阻力大于支管2,则该流体会自动放弃走支管1而改走支管2。后续流体也会效仿。结果导致支管2的流量增大，阻力上升。这种过程要一直延续到对单位质量流乙h乙h乙h体来讲，无论走支管1还是走支管2阻力相同时为止，即f,1f,2f,AB。工h工h由f,1f,2，可从数量上确定各支管的流量比：V:V12d5d51:2-九lV1122l包括管件的当量长度。175用风机通过内径为0.3m的圆形导管从大气中抽取空气。导管壁开口接一U形管压差计，压差计读

7、数为245Pa（2.5cmH2O）（真空度）。已知空气的密度为1.29kgm3，求空气的流量（入口与管路的阻力忽略不计）。解：如图113，以通过怀管轴线的水平面00、为基准面，到11、22、截面间的柏努利方程式，以表压计。Zig+P1Pu2+亠2pu+=+P222已知将其代入上式，得2p2PT=19-/sp二-245Pa2空气的体积流量：V二0.785x0.32x19.5二1.38m3/sTOC o 1-5 h z分析：以上是用柏努利方程解题的通常步骤。本题的关键在于两个截面的选择。此外，如果真正理解了该方程能量守恒与转换的物理意义，就可以悟出：既然截面1的3项能量（位能、静压能、动能）为零，

8、截面2的位能为零，则截面2的静压能和动能之和必然为u2p2=2- HYPERLINK l bookmark26 2p零。从而可以断定：截面2的负压完全是静压能转化为动能的结果。即可直接得出的结论。许多涉及柏努利方程的问题都可以采用这种“直接切入”的方法。ddd=41dd1-77如图1-15,水从内径为1管段流向内径为2的管段。已知21，1管段流体流动的速度头为,h=1.8m,h、h9.8kPa（1.0MH2O）3求12。（1）忽略AB段的能量损失；2.49kPa（0.3mHO）（2）AB段的能量损失为2。解：（1）分析在不计AB段能量损失的前提下，在截面B中心所测得的全部静压头（包括速度头转化

9、来的那部分静压头在内）h3即112对于A截面：对于B截面：截面B的动压头：由已知u22U21u2u2h=h-亠=1.8-1.0=0.8m132grd丫1Id丿2u2u2/(2g)12-+得U2/(2g)一41xx1.00.25mHOg42g42h=1.8-0.25=1.55m故2（2）若AB段的能量损失为2.94kPa（0.3mH2O）各截面流体的总能量应为（3十f,a-b）。因为B截面的动压hhh1.55m头没有变化，总能量亦没变，所以2不变，即22h=h+hU2-亠1.8+0.3-1.01.1m13f,A-B2而gh1=h+h0.83+0.31.1m或1f,A-B此例只要抓住问题的实质，即

10、能量守恒与转换，应该是不难解决的。采用这种“直接切入”的方法，较之列A、B截面的柏努力方程求解，显然要简捷些。m3/h1-78某并联输水管路由两条光滑管支路组成，管内流体均处于湍流状态。已知总输水量为70-，求两条支管的流量。d=100mm,d=50mml=700mm,l=350mm设两条支管的内径分别为12，管长分别为12（包括管件的当量长度）工h工h解：由并联管路特性：f,1f,2lU2lU2九亠-1-九-21d22d2即120.3164九R0.25将e代入上式得化简即0.3164l2(dp)O25久2-12I卩丿0.3164l2o2-(dUp).25久2222I卩丿U1.75lU1.75

11、l1121d1.25d1.25121.751.75.0.785d2.0.785d22-d1.25d1.25120VV75(d)1.75x2+1.251Id丿2(d)4-751Id丿2V=V2(d)11.75(l)亠1.75(d)7(l)亠d丿11丿Id丿11475192121代入已知数据：197I50丿1700丿47=6.56x0.673=4.41V=70 x4.41=57m3h14.41+1V=70一57=13m3.；h2分析：解决两条支管并联的问题，大都是先从两支路流动阻力相等这一规律出发，然后确定两个支管的流量比。多条支管并联的管路亦可仿此处理。对于幂指数比较复杂公式的计算，建议先不要代

12、入数据，待推出最终结果后再代入数据，这样可避免一些繁琐的计算。197d=2d,l=2/由计算结果可以看出：支管直径d对流量分配的影响较大（指数为-）。本例尽管两条支管1212，但两条ll支管的流量仍相差较大。其次还应注意，式中的管长是包括当量长度e在内的。如果当量长度发生变化（例如调节某一支路的阀门开度），将直接影响流量在两支管中的分配，即不仅影响本条支管的流量，而且影响其他并联管路的流量，操作时必须注意到这一点。1-17所示。已知容器A液面上方压强182两容器中装有相对密度为08、粘度10mPaS的油品，并用管线相连。如图役=49kPa（05at）（表），容器B液面上方为常压。位差Z1=2.

13、5mm，Z2=4.5m，Z3=3m，管内径d=100mml=100m管长lm（包括全部阻力的当量长度）。已知条件同上题。假设A、B两容器的液面不发生变化，油品的实际流量为多少?分析：两液面维持不变，即系统的推动力不变。当某一流量下，管路流动阻力与系统推动力相等时，这个流量就是油品的实际流量，设为Vh（m3/h）AE=12.2J/kg已知系统推动力。下面求管路的流动阻力Yh由f的计算公式：其中Vu=s=AVh3600 x0.785x0.12=0.0354Vhdup0.1x(0.0354V)x800283Vhh10 x10-30.31640.3164X=0.0771V-0-25Re0.25283V

14、hhB图117181附图1.75hYhf=.0771Vh-0.25罟00=0.0483V0.0483V1.75=12.2hV1.75=253hV=23.6m3/hh3油品的实际流量为23.6m3/h31-83某输油管道按输送密度为820kg/m3、粘度为122mPa.s的油品设计。现因工况变动决定仍用原来的管道改输密度为880kg/m3、运动粘度为140mm2/s的另一种油品，问其输油量较原设计有何变化?假定两种油品在管内均作滞流流动，输油管两端的压强降维持不变。=149mm2/s820由于油品在管内作滞流流动且输油管两端的压强降不变，由泊谡叶方程：Apf32Hlu一11132Hlu2212d

15、2d2Wu=sHu=HuS-p知1122又HWHWWVS1=2-S2S2一1pSpSWV12即S12现在需要将第一种油品的（动力）粘度换算成运动粘度。WS2WS1二1.06输油量较原设计增加了6。185某流体在圆形光滑直管内作湍流流动。若管长和管径不变，仅将流速增至原来的2倍，试计算因磨擦阻力而产生的压降为原来的多少倍?V1031X105设两种情况下，雷诺数Re均在范围内。Aplu20.3164lu2=ph=kd2dup)0.25d2Apf二21.75二3.36ApgU1.75解：Ap即压强降为原来的3.36倍，增加了2.36倍。分析：改变工况条件求其新工况下某些参数的变化情况这类问题出现较多

16、，通常采用对比的方法求解。需注意：一定要找出最kuApgu2简式，才能准确把握各参数之间的数量关系。例如本例中如果忽略了与之间的函数关系，简单得出的结论，则计算结果就会出现错误。1-86原油在圆形直管中流动。已知原油的密度为800kg/m3,运动粘度为50mm2s,流速为0.9m/s,管长为1000m,管内径为100mm。现将流量和管内径都扩大1倍,则管路阻力为原来的多少倍?解：方法一Re-du-0.1X0.9-1800先判定流型：v50X1062000所以流动类型为滞流。由滞流时的直管阻力计算式泊谡叶方程计算原阻力Ap32hlu32(vp)lu32x50 x10-6x800 x1000 x0

17、.9d2d20.12=1.15x105kp=115kPa设流量和管径都改变后的管路阻力为Apf。管内径增大1倍d=2d=100 x2=200mm流量增大1倍uW/(pA)WAW(d、S丄SuW/(pA)WAWSSSu1u0.9X10.45m/s22Apf_32x50 x10-6x800 x1000 x0.450.221.44X104p144kpaa管路变动后阻力为原来的倍数即阻力减小APf14410.1258Ap115验算雷诺数：为原来的12.5%。流量和管径都改变后，d2d,u,172du-p7-duP-2dup=Re1800R从方法一知：e由泊谡叶方程R1800=aA(-t)分离变量d6mcdt(a)(b)(c)aAT-1C)式进行积分f360d6=mcJ丄aAtTt代入已知数360=mcIn(t-1)aA*1x0.406x103350-20ln60 x0.0