第1章 流体力学基础
1.1 主要公式
1.1.1牛顿内摩擦定律
dy
du μ
τ±= (1-1)
τ－切应力，Pa ；
dy
du －速度梯度，s -1；
μ－流体动力粘度，Pa ·s
1.1.2 稳定流动总能量方程式 单位质量流体的能量平衡式
22
2
22
2222
11111u gZ
v p e w q u gZ v p e +
++=+++
++ (J/kg) (1-2a)
22
2
22
22
111u gZ
h w q u gZ h ++=+++
+ (J/kg) (1-2b)
2
2u
Z g h w q ?
+?+?=+ (J/kg) (1-2c)
式中 Z —某一液面距基准面的高度，m ；
u —流体流动速度，m/s ；
e —单位质量的流体所具有的内能，J/kg ； p —流体绝对压力，Pa ；
v —流体的比体积，m 3/kg ；
ρ—流体的密度，kg/m 3
；
w —单位质量的流体所具有的功，J/kg ； q —单位质量的流体所具有的热量，J/kg ； h —单位质量的流体所具有的焓，J/kg 。
式中以下标1表示的项为体系进口截面上流体的能量，下标2表示的项为体系出口截面上流体的能量。
1.1.3 不可压缩理想流体的稳定流动与柏努利（Bernoulli ）方程
2
2
2
22
2
2
11
1u p gZ
u p gZ +
+
=++
ρ
ρ
(J/kg) (1-3a)
g
u g
p Z g
u p Z 22g
2
2
2
22
1
1
1+
+
=+
+
ρρ (m) (1-3b)
2
2
2
222
2
111u p gZ
u p gZ ρρρρ+
+=+
+
(N/m 2)
(1-3c)
式(1-3a)、式(1-3b)和式(1-3c)为不可压缩理想流体稳定流动能量方程的三种表达式，称为柏努利方程式。式中各项代表单位数量的流体所具有的位能、压力能和动能，式(1-3a)以每1kg 质量的流体所具有的能量来表示；式(1-3b)以每1N 重量的流体所具有的能量来表示；
式(1-3c)以每1m 3
体积的流体所具有的能量来表示。其中，式(1-3b)各项具有长度单位（m ），在使用中将这三项分别称为位压头、静压头和动压头。
1.1.4 不可压缩实际流体的稳定流动 在流体输送中，分子之间的摩擦力将不可避免地造成机械能损失。根据能量守恒原理，损失的机械能转变为分子的内能。在流体流动计算中，我们称这部分内能为摩擦损失或水头损失。在体系与外界无热量交换情况下，不可压缩实际流体的稳定流动能量平衡方程为
)(22122
22
2
2
11
1e e u p gZ
w u p gZ -++
+
=+++
ρρ
(J/kg) (1-4a)
g
e e g
u g
p Z H g
u p Z )
(22g
122
2
2
221
1
1-+
+
+
=++
+
ρρ (m) (1-4b)
或
∑+
+
+
=+++
f
L u p gZ
w u p gZ 222
22
2
2
11
1ρρ (J/kg) (1-4c)
∑+
+
+
=++
+
f
h
g
u g
p Z H g
u p Z 22g
2
2
2
221
1
1ρρ (m) (1-4d)
式中
∑f
L
和∑f h —分别称为单位质量和单位重量流体流动过程中的摩擦损失或水头损
失，H 为输送设备的压头或扬程。 1.1.5 雷诺数Re
雷诺数Re 的表达式，
μ
ρ
lu Re =
(1-5)
式中，l —特征尺寸，m ；
u —流体平均速度，m/s ；
ρ—流体密度，kg/m 3；
μ—流体动力粘度，Pa ·s 。
流态稳定性的判断标准为：
Re>4000时，管中流动状态一般都为紊流； Re<2000时，管中流动状态都为层流；
2000 S A d H 4 = (1-6) A －过流断面面积，m 2； S －过流断面上流体与固体接触周长，m 。 异形管道雷诺数的表达式， μ ρ u d Re H = (1-7) 1.1.6 圆管中的层流 管内流体速度表达式， )r R (l p u 2 24-= μ? (1-8) 流量表达式， l pd l pR Q μ?πμ?π12884 4 = = (1-9) 此式称为哈根－泊肃叶(Hagen-Poiseulle)定律。 式中p ?－作用在圆管两端的压力差，Pa ； l －管长，m ； r －管内任意半径，m ； R －管半径，m 。 平均速度表达式 22 488R l p R l pR A Q u μ?πμ?π= = = (1-10) 最大速度表达式， u l pR u 242 max == μ? (1-11) 1.1.7 流动损失 压强损失表达式， 2 2 328d u l R u l p μμ?= = (1-12) 水头损失表达式， g p h f ρ?= (1-13) 根据达西公式，不论层流还是紊流，圆管中的沿程水头损失一概表示为 g u d l h f 22 λ = (1-14) 层流时沿程水头损失可表示， g u d l h f 2Re 64 2 ? ? = (1-15) 1.1.8沿程阻力系数 尼古拉兹实验曲线可以分为五个阻力区域，每个阻力区域的范围、特点和计算λ的经验 和半经验公式如下。 1) 层流区 当2320Re <时，不论相对粗糙度多少，其实验点均集中分布在直线I 上，这条直线的方程即是Re 64 = λ。 2) 临界区 当4000Re 2320<<时，经验公式为， 3 1 Re 0025.0=λ (1-16) 3) 光滑管紊流区 当4000Re >以后，相对粗糙度d ?较小的几种管道的实验点都分布 在直线III 上，这条直线III 的方程式称为布拉休斯公式 25 .0Re 3164.0＝ λ (1-17) 4) 过渡区 8 9 7 8597Re 2.22?? ? ???< ? ? ???d d ，阻力系数公式， 25 .0Re 6811.0? ? ? ??+? =λd (1-18) 5) 粗糙管紊流区 8 9 597Re ?? ? ???>d ，阻力系数公式， 25 .011.0? ? ? ???=λd (1-19) (1-20) 1.1.9局部阻力系数 局部阻力损失有两种表示法：阻力系数法和当量长度法。 1) 阻力系数法 将局部阻力损失折合成管中平均速度水头的若干倍。 g u h f 22 ζ = (1-21) 2) 当量长度法 将局部阻力损失折合成具有相同直径、长度为e l 的沿程阻力损失。 g u d l h e f 22λ = (1-22) 1.1.10总水头损失 g u d l l h e f 2)(2∑∑+ =λ (1-23) 或 g u d l h f 22 ?? ? ??+=∑∑?λ (1-24) 1.1.11复杂管路 1) 并联管路 并联管路中各支管的阻力损失相等。 ∑∑∑= = -2 1 ,f ,f B A ,f L L L (1-25) 主管中的流量等于各支管中流量之和。 21Q Q Q += (1-26) 2) 分支管路 各支管中，单位质量的流体在流动终了时的总能量及能量损失之和相等。∑∑+ + ρ + =+ +ρ+C ,f C C C B ,f B B B L u p gZ L u p gZ 2 2 2 2 (1-27) 主管流量等于各支管流量之和。 C B A Q Q Q += (1-28) 1.1.12 流体测量 1)测速管 测速管又称皮托管(Pitot tube)。 管内任意点处的速度r u ()ρρ-ρ= gR u A r 2 (1-29) 若被测量的流体是气体，由于ρ??ρA ，上式可简化为 ρρ= gR u A r 2 (1-30) 2) 孔板流量计 流量计算式， ()ρρ-ρ=A gR A C Q 20 (1-31) 式中，C 0－流量系数，由教材图1－23确定； A 0、A 1－分别为孔板孔口面积和管道截面面积，m 2； Re －流体流经管路的雷诺数。 3) 文丘里流量计 流量计算式， ()ρρρ-=A V gR A C Q 20 (1-32) 式中，C V －文丘里流量计的流量系数，其值一般约为0.98或0.99。 4) 转子流量计 流量计算式， () ρ ρρ f f f R R A gV A C Q -=2 (1-33) 式中A f 、V f －为转子的最大截面积和转子体积； f ρ、ρ－转子的密度和流体的密度； C R －转子流量计的流量系数，其值可由教材图1－26确定。 A R －玻璃管与转子之间的环隙面积。 1.1.13 水泵 1) 压头或扬程 )(∑∑++ρ-+ ?fs fD a D h h g p p Z H ＝ (m) (1-34) 2) 泵的功率和效率 单位时间内液体流经泵后实际所得到的功称为，以符号表示，即 1000g HQ Pe ρ= (1-35) P g HQ P Pe 1000ρη== (1-36) 式中，P e －有效功率，KW ； P －轴功率，KW ； 3 ) 泵的安装高度 最大吸上真空高度， g p p H v a s ρ-= max (1-37) p v －被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压，Pa ； 允许吸上真空高度Hsp 。 max s sp H H < (1-38) 允许安装高度Z sp ， ∑- - =f s sp sp h g u H Z 22 (m) (1-39) 通常在泵的样本中查得的H sp 是根据大气压p a ＝10mH 2O ，水温为20℃时得出的数值。若操作条件和上述不符，则H sp 必须按下式进行校正。 g p p H H H v v a sp sp ρ-+ +-=' '10 (1-40) 式中 H a ——泵工作点的大气压，mH 2O ； p v ——20℃下水的饱和蒸汽压，Pa ； p 'v ——输送温度下水的饱和蒸汽压，Pa 。 泵的允许安装高度也可以用泵样本中的允许汽蚀余量p h ?表示 ∑- ?-=fs p s sp h h H Z max (1-41) 为了安全起见，泵的实际安装高度还应比上述两种方法计算的允许值小0.5～1.0m 。 1.1.14 非牛顿流体 1) 宾哈姆流体的切应力与速度梯度的关系， dy du p μττ＋＝0 (1-42) 式中 p μ—塑性粘度，Pa.s ； 0 τ－初始切应力，Pa 。 2) 假塑性流体(pseudoplastic fluid) 假塑性流体切应力与速度梯度的关系为， n dy du k ??? ? ??=τ，n<1 (1-43) 3) 胀塑性流体(dilatant fluid) 胀塑性流体切应力与速度梯度的关系为， n dy du k ??? ? ??=τ，n>1 (1-44) 式中 k ——稠度指数， n ——流变指数。 k 和n 的数值均由实验来确定。 1.1.15 气体输送原理与设备 1) 离心风机全压表达式， ()ρ+ -=2 2 212u p p H T (1-45) 式中，()12p p -－静风压，Pa ； 22 2u ρ－动风压。 风机性能表上的风压，一般都是在20℃、101.3kPa 的条件下用空气作介质测定的。该条件下空气的密度为1.2kg/m 3。若实际的操作条件与上述的实验条件不同，则在选择离心通风机时，应将操作条件下的风压H 'T 按下式换算为实验条件下的风压H T ，即 ' ' T ' ' T T .H H H ρ =ρ ρ=21 (1-46) 式中 ' ρ—操作条件下空气的密度，kg/m 3。 2) 轴功率与效率 离心通风机的轴功率为 η = 1000Q H N T (1-47) 式中 N —轴功率，kW ； H T——全风压，Pa； Q——风量，m3/s； η——效率，因按全风压定出，因而又称全压效率。 1.2 基本概念题 【1-1】粘性流体在静止时有无剪应力，理想流体在运动时有无剪应力？若流体在静止时无剪应力，是否意味着它们没有粘性？ 【1-2】粘性的物理本质是什么？为什么温度升高，气体粘度上升，而液体粘度下降？ 【1-3】雷诺数的物理意义是什么？ 【1-4】什么是水力光滑管？ 【1-5】是否在任何管道中，流量增大则阻力损失就增大；流量减小则阻力损失就减小？为什么？ 【1-6】刚安装好的一台离心泵，启动后出口阀门已经开至最大，但不见水流出，试分析原因并采取措施使泵正常运行。 1.3 习题 【1-1】椰子油流过一内径为20mm的水平管道，其上装有一收缩管，将管径逐渐收缩至12mm，如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa，试求椰子油的流量。 【1-2】牛奶以2×10－3m3/s的流量流过内径等于27mm的不锈钢管，牛奶的粘度为2.12×10－3Pa.s，密度为1030kg/m3，试确定管内流动是层流还是紊流。 【1-3】用泵输送大豆油，流量为1.5×10－4m3/s，管道内径为10mm，已知大豆油的粘度为40×10－3Pa.s，密度为940kg/m3。试求从管道一端至相距27m的另一端之间的压力降。 【1-4】试求稀奶油以6m/s的速度流过管道时，因摩擦而引起的压力降。管道直径φmm，长100m，为水力光滑的不锈钢管。已知稀奶油的密度为1000kg/m3，粘度? 5 2 38. 为12×10－3Pa.s。 【1-5】液体在圆形直管内作层流流动，若流量、管长和液体的物性参数保持不变，而将管径减至原有的1/2，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍。 【1-6】液体在光滑圆形直管内作紊流流动，若管长和管径均不变，而流量增为原来的两倍，问因流动阻力而产生的能量损失为原来的多少倍。摩擦系数可用布拉休斯公式计算。 【1-7】某离心泵安装在高于井内水面5.5m的地面上，吸水量为40m3/h。吸水管尺寸为φmm，包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为4.5J/kg。试求泵入口处的真4 114? 空度。（当地大气压为1.0133×105 Pa ） 【1-8】用离心泵将密度为1200kg/m 3的水溶液由敞开贮槽A 送至高位槽B 。已知离心泵吸入管路上各种流动阻力之和∑=10s ,f L J/kg 、压出管路的∑=30D ,f L J/kg 。两槽液面维持恒定，其间垂直距离为20m 。每小时溶液的输送量为30m 3 。若离心泵效率为0.65，求泵的轴功率。 【1-9】每小时将10m 3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为357?φmm ，全系统直管长度为100m ，其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定，其间垂直距离为20m 。取管壁粗糙度为0.25mm 、水的密度为1000kg/m 3 、粘度为1×10－3 Pa.s 。试求泵的效率为70％时的轴功率。 【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m 3、粘度为1.1×10－3Pa.s 的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内，蒸发空间真空表读数为40kPa 。溶液输送量为18m 3/h 。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m ，管路直径357?φmm ，不包括管路进、出口的能量损失，直管和管件当量长度之和为50m 。取管壁粗糙度为0.02mm 。试求泵的轴功率（泵的效率为65％）。 【1-11】将温度为263K 的冷冻盐水（25％C a Cl 2溶液，密度为1240kg/m 3，粘度为7×10－3 Pa.s ）从开口贮槽送入冷却设备。已知贮槽盐水液面低于管路出口2m 。整个输送管道直径 425.φmm ，长50m ，其中有6个标准弯头，1个截止阀，2个闸阀，均为全开。如果要求流 量为6m 3/h ，试求所需泵的扬程。 【1-12】某罐头厂需用泵将水池中的20℃清水泵送到距水池20m 远、高4m 的设备上去喷淋洗涤原料。水量要求为20m 3/h 。估计管件有：900弯头4只，带滤水网的底阀1只，标准截止阀2只，闸阀1只，试选择合适的离心泵。 【1-13】某溶液由开口高位槽经附图所示的管路流到开口低位槽，两槽液面恒定，其间垂直距离为z 。两条并联管路与总管的长度（包括一切局部阻力的当量长度）、以及管径均相等，即l l l l T b a == = ∑∑∑；d d d d T b a ===。下标a 、b 及T 分别表示并联管路A 、B 及总管路。求阀门A 和B 全开时总流量与关闭任一阀门时总流量间的关系。已知两种流动情况时的流态均为层流。 【1-14】拟用一台3B57型离心泵以60m 3/h 的流量输送常温的清水，已查得在此流量下的允许吸上真空H s ＝5.6m ，已知吸入管内径为75mm ，吸入管段的压头损失估计为0.5m 。试求： 1)若泵的安装高度为5.0m ，该泵能否正常工作？该地区大气压为9.81×104 Pa ； 2)若该泵在海拔高度1000m 的地区输送40℃的清水，允许的几何安装高度为若干米？当地大气压为9.02×104Pa 。 【1-15】某罐头厂为了降低车间内温度，改善劳动条件，拟于墙外安装一台通风机，向车间送风。已知通风管道的长度为20m ，直径为250mm ，其上有局部阻力当量长度为5m 的闸 阀1只，局部阻力系数为0.2的弯头2只。今要求送风量Q＝3000m3/h，求所需要的风压。 第一章 流体流动 静压强及其应用 1-1. 用习题1-1附图所示的U 形压差计测量管道A 点的压强，U 形压差计与管道的连接导管中充满水。指示剂为汞，读数R =120mm ，当地大气压p a 为101.3kPa ，试求：(1) A 点的绝对压强，Pa ；(2) A 点的表压，Pa 。 解：(1) ()R g gR p p Hg a A -++=2.1ρρ ()531028.112.02.181.9100012.081.913600103.101?=-??+??+?=A p kPa (2) 4 3 5 1067.2103.1011028.1?=?-?=表A p kPa 1-2. 为测量腐蚀性液体贮槽中的存液量，采用图示的装置。测量时通入压缩空气，控制调节阀使空气缓慢地鼓泡通过观察瓶。今测得U 形压差计读数为R=130mm ，通气管距贮槽底面h=20cm ，贮槽直径为2m ，液体密度为980kg/m 3。试求贮槽内液体的储存量为多少吨？ 答：80.1980 13 .0136001=?== ρρR H m 14.34 214.342 2 ?==D S πm 2 28.6214.3=?=V m 3 储存量为：4.615498028.6=?kg=6.15t 1-3. 一敞口贮槽内盛20℃的苯，苯的密度为880kg/m 3。液面距槽底9m ，槽底侧面有一直径为500mm 的人孔，其中心距槽底600mm ，人孔覆以孔盖，试求：(1) 人孔盖共受多少液柱静压力，以N 表示；(2) 槽底面所受的压强是多少Pa ？ 解：(1) ()()421042.15.04 6.0981.9880?=?? -??=-==π ρA h H g pA F N (2) 4 4 1077.71042.1981.9880?=?=??==gH p ρPa 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 形管连续排出。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H s =500mm ，油的密度为780kg/m 3，水的密度为1000kg/m 3。今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置的U 形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。 解：gH gH s ρρ=油 3901000 500 780=?= H mm 1-5. 用习题1-5附图所示复式U 形压差计测定水管A 、B 两点的压差。指示液为汞，其间充满水。今测得h 1=1.20m ，h 2=0.3m ，h 3 =1.30m ，h 4 =0.25m ，试以Pa 为单位表示A 、B 两点的压差Δp 。 解：()21211h h g P gh P P i A -+=+=ρρ 流体流动习题 1. 雷诺准数的表达式为_________。当密度ρ＝1000kg/m3,粘度μ=1厘泊的水,在内径为d=100mm,以流速为1m/s 在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______. 答案：Re=d ｕρ/μ ; 105； 湍流 2. 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流速为2m/s,此时管内的平均流速为_________. 答案： 1m/s 3. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为s/,其体积流量为______.平均流速为_______.答案：s ；s 4. 管出口的局部阻力系数等于,管入口的局部阻力系数等于. 5. 流体在园直管内流动，当Re≥4000时的流型称为＿＿＿， 其平均速度与最大流速的关系为＿＿＿，而Re≤2000的流型称为＿＿＿，平均速度与最大流速的关系为＿＿＿。 答案：湍流； ≈； 层流； ＝ umax 6. 某设备上，真空度的读数为80mmHg ，其绝压=____mH2O= _____Pa. （该地区的大气压为720mmHg) 答案： ； ×104pa 7. 应用柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是______________。 8．流体静压强P 的作用方向为（ B ） A ．指向受压面 B ．垂直指向受压面 C ．垂直受压面 D ．平行受压面 9. 层流与湍流的本质区别是 ( D ) A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 10. 在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（ C ）倍 A. 2 B. 8 C. 4 11. 某液体在一等径直管中作稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则层流时，流动阻力变为原来的（ C ） 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心 的最大流速的关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。B A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（ A ）称为流体的密度。 A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（ A ）。 A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（ D ）。 A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（ B ）的流体。 A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（ C ）。 A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（ A ）。 A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（ D ）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（ A ）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（ A ）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（ D ）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（ B ）。 A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( A )。 A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； 第一章《流体力学》练习题 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 A 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 A 3．层流与湍流的本质区别是（）。 A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 D 4．气体是（）的流体。 A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 B 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 C 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 A 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 D 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 A 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 A 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 D 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若 为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。 A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 B 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 A 第一二章习题 一、选择题 1．如图示，某直管管路，阀门A、B全开时，截面1和截面2的测压管液面高为h1和h2,液体先后流经A、B阀， 若关小A阀，h1___↓____； h2____↓____, h1-h2____↓____; 若A阀不变，关小B阀，h1__↑_____； h2____↑____, h1-h2____↓____. 2．管路上装一阀门，减小开度，则流量流速___↓___；液体流经总阻力损失_____不变__；直管阻力___↓__，局部阻力___↑____。 3．水由敞口恒液位的高位槽通过一管道流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，水流量将___↓____；管道总阻力损失__不变______；摩擦系数______不变___（如在阻力平方区）。 4．有一并联管路，如图所示，两段管路的流量、流速、管径、管长、流动阻力损失分别为V1 V2 u1 u2 d1 d2 L1 L2 hf1 hf2 ，及d1=2d2, L1=2L2,则 （1）hf1/ hf2=_____１___ (2)当两段管路中流动均为滞流时，V1/ V2=____８___； u1/ u2=___２____ (3)当两段管路中流动均为湍流时,并取相同的摩擦系数，V1/V2=_４____； u1/ u2=___１___ 5. 水在下图管道中流动,流量为42.4m3/h,A B两截面的内径分别为dA=50mm, dB=100mm,AB两截面的压强 计读数为pA= kPa, pB=60kPa,那么水流动的方向是由___Ａ___流向__Ｂ_______. 6. 敞口容器底部有一(出)进水管,如图,容器内水面保持恒定,管内水流动速度头为0.5m水柱, (1)对a,水由容器流入管内,则2点的表压p2= m水柱____ (2)对b,水由水管流入容器,则2点的表压p2=__1 m水柱______ 7. 在下面两种情况下,假如流体流量不变,而圆形直管如果直径减少1/2,则因直管阻力而引起的压强降为 原来的________ A 如两种情况都为层流 16倍 B 两种情况均在阻力平方区,且认为摩擦系数为常数. ３２倍 8. 某流体在直管中作层流流动,在流速不变的情况下,管长管径同时增加一倍,其阻力损失为原来的 ___１ ／２______. 9. 流体在一圆形直管中流动,平均流速0.5m/s,压降强为10Pa,Re为1000, 则管中心处点速度为____１ m/s____;若流速增到1 m/s,则压强降为___20______Pa. 第一章流体流动和输送 1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。 解：M m=∑M i y i=0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1 ρm=pM m/RT=101.3×103×30.1/(8.314×103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa和0.062MPa。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa。问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？ 解：成都p R=95-8=87kPa（真空度） 拉萨p R=62-8=54kPa（真空度） 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。 解：p B=R3ρH2O g+R2ρHg g=0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa（表）p A=p B+R1ρHg g=12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa（表） ?p=p A-p B=65766.2-12399.8=53366.4Pa 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ0，空气密度为ρ，试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角α为30o时，若要忽略贮液器内的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少？ 第一章 流体流动习题解答 1. 某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa ，试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为98.7×103 Pa 。 解：真空度＝大气压－绝压 3(98.713.3)10atm p p p Pa =-=-?绝压真空度 表压＝－真空度＝-13.3310Pa ? 2. 在本题附图所示的贮油罐中盛有密度为960 kg/m 3的油品，油面高于罐底9.6 m ，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的圆孔，其中心距罐底800 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为32.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉? 解：设通过圆孔中心的水平液面生的静压强为p ，则p 罐内液体作用于孔盖上的平均压强 9609.81(9.60.8)82874p g z Pa ρ=?=??-=(表压) 作用在孔盖外侧的是大气压a p ，故孔盖内外所受的压强差为82874p Pa ?= 作用在孔盖上的净压力为 2282575(0.76) 3.7644 p p d N π π =?=??=?410 每个螺钉能承受的最大力为： 62332.23100.014 4.96104 F N π =?? ?=?钉 螺钉的个数为433.7610/4.96107.58??=个 p 所需的螺钉数量最少为8个 3. 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如本题附图所示。测得R 1=400 mm ，R 2=50 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=50mm 。试求A 、B 两处的表压强。 解：U 管压差计连接管中是气体。若以2,,g H O Hg ρρρ分别表示气体、水与水银的密度，因为g Hg ρρ=，故由气柱 高度所产生的压强差可以忽略。由此可以认为A C p p ≈， B D p p ≈。 由静力学基本方程式知 232A C H O Hg p p gR gR ρρ≈=+ 10009.810.05136009.810.05=??+?? 7161Pa =(表压) 417161136009.810.4 6.0510B D A Hg p p p gR Pa ρ≈=+=+??=? 4. 本题附图为远距离制量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离H =1 m ，U 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820 kg/m 3。试求当压差计读数R=68 m 时，相界面与油层的吹气管出口距离h 。 解：如图，设水层吹气管出口处为a ，煤油层吹气管出口处为b ，且煤油层吹气管到液气界面的高度为H 1。则 1a p p = 2b p p = 1()()a p g H h g H h ρρ=++-油水(表压) 1b p gH ρ=油(表压) U 管压差计中，12Hg p p gR ρ-= (忽略吹气管内的气柱压力) 12a b p p p p gR ρ-=-= C D H 1 压缩空气 p 第一章 流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为6 000 m 3，若气柜内的表压力为5.5 kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为：H 2 40%、 N 2 20%、CO 32%、CO 2 7%、C H 4 1%，大气压力为 101.3 kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 ()mol 4.246245mol 313 314.86000 0.10005.53.101t =???+== RT pV n 各组分的质量： kg 197kg 24.246245%40%4022H t H =??=?=M n m kg 97.1378kg 284.246245%20%2022N t N =??=?=M n m kg 36.2206kg 284.246245%32%32C O t C O =??=?=M n m kg 44.758kg 444.246245%7%722C O t C O =??=?=M n m kg 4.39kg 164.246245%1%144C H t C H =??=?=M n m 2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的 密度。设混合油为理想溶液。 解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m 33 122 1 1 21t m 157.0m 7106083060=??? ? ??+=+ = +=ρρm m V V V 3 3t t m m kg 33.764m kg 157 .0120=== V m ρ 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= () kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=() kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大 流体流动练习题 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。 B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13. 层流层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.圆直管流动流体，滞流时雷诺准数围是（）。 A A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 15. 圆直管流动流体，湍流时雷诺准数是（）。 B 单元练习：流体流动及输送机械 一、填空题（仅供练习使用，需掌握基本概念与基本公式） 1. 层流时，摩擦系数λ与Re的关系为λ=64/Re。 2. U型管压差计指示液为水，若所测压差不变，要使读数R增大，应更换一种密度比水 小的指示液。 3. 流体输送机械向流体提供的能量主要用于流体势能提高和 阻力损失。 4. 离心泵前必须先灌泵是因为空气密度小，造成的压差或泵吸入口的真空度小 而不能将液体吸入泵内。 5. 用离心泵将地面敞口容器中的碱液送至离地面10m高处密闭容器中，容器上方真空表读数 为P，现在表的读数增大，其他管路条件不变，则管路总阻力损失将增大。6. 水由敞口高位槽通过一管路流向压力恒定的反应器，当管路上的阀门开度减小（湍流态变 为层流态），水流量将减小，摩擦系数增大，管路总阻力损失增大。（增大，减小，不变） 二、选择题 1. 对离心泵允许安装高度没有影响的是下列情况中的 D 。 A. 安装处的大气压； B. 输送液体温度； C. 吸入管道的流动阻力； D. 排出管道的流动阻力 2．流体在圆管内层流流动时，最大速度是平均速度的（ C ） A. 四分之一 B. 一半 C .二倍 D. 四倍 3. 当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为（ A ） A. 压力表 B. 真空表 C. 高度表 D. 速度表 4. 流体在直管中流动，当Re≤2000时，流体的流动类型属于（ A ） A.层流 B. 湍流 C.过渡流 D. 漩涡流 三、简答题 1. 离心泵在开车前为何要先关闭出口阀门？ 答：离心泵开动时的瞬时启动电流为正常工作电流的5～7倍，为保护电机，关闭出口阀以减小负荷，减小电流，防止电极因瞬时电流过大而烧毁。 2. 汽蚀现象产生的原因是什么？会造成什么样的结果？ 流体力学练习题及答案 一、单项选择题 1、下列各力中，不属于表面力的是（）。 A．惯性力B．粘滞力 C．压力 D．表面张力 2、下列关于流体粘性的说法中，不准确的说法是（）。 A．粘性是实际流体的物性之一 B．构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力 C．流体粘性具有阻碍流体流动的能力 D．流体运动粘度的国际单位制单位是m2/s 3、在流体研究的欧拉法中，流体质点的加速度包括当地加速度和迁移加速度，迁移加速度反映（）。 A．由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率 B．流体速度场的不稳定性 C ．流体质点在流场某一固定空间位置上的速度变化率 D ．流体的膨胀性 4、重力场中平衡流体的势函数为（ ）。 A ．gz -=π B ．gz =π C ．z ρπ-= D ．z ρπ= 5、无旋流动是指（ ）流动。 A ．平行 B ．不可压缩流体平面 C ．旋涡强度为零的 D ．流线是直线的 6、流体内摩擦力的量纲[]F 是（ ）。 A. []1-MLt B. []21--t ML C. []11--t ML D. []2-MLt 7、已知不可压缩流体的流速场为xyj zi x 2V 2+= ，则流动属于（ ）。 A ．三向稳定流动 B ．二维非稳定流动 C ．三维稳定流动 D ．二维稳定流动 8、动量方程 的不适用于in out QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑ ( ) 的流场。 A．理想流体作定常流动 B．粘性流体作定常流动 C．不可压缩流体作定常流动 D．流体作非定常流动 9、不可压缩实际流体在重力场中的水平等径管道内作稳定流动时，以下陈述错误的是：沿流动方向 ( ) 。 A．流量逐渐减少 B．阻力损失量与流经的长度成正比 C．压强逐渐下降 D．雷诺数维持不变10、串联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失（）。 A．一定不相等 B．之和为单位质量流体的总能量损失 C．一定相等 D．相等与否取决于支管长度是否相等 第1章流体流动 一、选择题 1.流体阻力的表现，下列阐述错误的是（）。 A、阻力越大，静压强下降就越大 B、流体的粘度越大，阻力越大 C、流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D、流体的内摩擦力是产生流体阻力的根本原因 2.压强的具有专门名称的国际单位是Pa，用基本单位表示（）。 A、atm B、mmHg C、Kg/m.s2 D、N/m2 3.水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、无法判断 4.对可压缩流体，满足（）条件时，才能应用柏努力方程求解。 A、 ) %( 20 p p p 1 2 1式中压强采用表压表示 < - B、 ) %( 1 p p p 1 2 1式中压强采用表压表示 < - C、 ) %( 20 p p p 1 2 1式中压强采用绝压表示 < - D、 ) %( 1 p p p 1 2 1式中压强采用绝压表示 < - 5.判断流体的流动类型用（）准数。 A、欧拉 B、施伍德 C、雷诺 D、努塞尔特 6.流体在圆形直管中滞流流动时的速度分布曲线为（）。 A、直线 B、抛物线 C、双曲线 D、椭圆线 7.测速管测量得到的速度是流体（）速度。 A、在管壁处 B、在管中心 C、瞬时 D、平均 8.流体在长为3m、高为2m的矩形管道内流动，则该矩形管道的当量直径为（）。 A、 1.2m； B、0.6m； C、 2.4m； D、 4.8m。 9．当流体在园管内流动时，管中心流速最大，滞流时的平均速度与管中心的最大流速的关系为( ) A、u ＝3/2.umax B、u ＝0.8 umax C、u ＝1/2. umax D u =0.75 umax 10.牛顿粘性定律适用于牛顿型流体，且流体应呈（） A、层流流动 B、湍流流动 C、过渡型流动 D、静止状态 11.计算管路系统突然扩大和突然缩小的局部阻力时，速度值应取为（） A、上游截面处流速 B、下游截面处流速 C、小管中流速 D、大管中流速 12.流体的压强有多种表示方式，1标准大气压为 ( ) A、780mm汞柱 B、1Kgf/cm2 C、10.336m水柱 D、10130Pa 13.流体在圆管中层流流动，若只将管内流体流速提高一倍，管内流体流动型态仍为层流，则阻力损失为原来的（）倍。 A、4 B、2 C、2 D、不能确定 14.阻力系数法将局部阻力hf表示成局部阻力系数与动压头的乘积，管出口入容器的阻力系数为 ( ) A、1.0 B、0.5 C、0.35 D、0.75 15.在柏努利方程式中，P/ρg被称为 ( ) A、静压头 B、动压头 C、位压头 D、无法确定 16.流体的流动形式可用雷诺准数来判定，若为湍流则Re ( ) A、<4000 B、<2000 C、>2000 D、>4000 17.不可压缩性流在管道内稳定流动的连续性方程式为（）可压缩性流体在管道内稳定流动的连续性方程式为（） A、u1S1=u2 S 1 B、u1 S 2=u2 S 1 C、u1 S 1/ρ1=u2 S 2/ρ2 D、u1 S 1/ρ2=u2 S 2/ρ1 18.有两种关于粘性的说法： ( ) ①无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。 ②粘性只有在流体运动时才表现出来。 A、这两种说法都对； B、这两种说法都不对； C、第一种说法对，第二种说法不对； D、第二种说法对，第一种说法不对。 19.层流与湍流的区别是（） 第一章流体流动 流体的重要性质 1．某气柜的容积为 6 000 m 3，若气柜内的表压力为kPa ，温度为40 ℃。已知各组分气 体的体积分数为：H2 40%、 N2 20%、 CO 32%、 CO2 7%、 CH4 1%，大气压力为kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。 解：气柜满载时各气体的总摩尔数 n t pV101.3 5.5 1000.0 6000 mol 246245.4mol RT 8.314 313 各组分的质量： m H 2 40%n t M H 2 40% 246245.4 2kg 197kg m N 2 20%n t M N 2 20% 246245.4 28kg 1378.97kg m CO 32%n t M CO 32% 246245.4 28kg 2206.36kg m CO2 7% n t M CO2 7% 246245.4 44kg 758.44kg m CH 4 1%n t M CH4 1% 246245.4 16kg 39.4kg 2．若将密度为 830 kg/ m 3的油与密度为 710 kg/ m 3的油各 60 kg 混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。 解： m t m1 m2 60 60 kg 120kg V t V1 V2 m1 m2 60 60 m 3 0.157m 3 1 2 8301 710 m t 120 3 3 m V t 0.157 kg m 764.33kg m 流体静力学 3．已知甲地区的平均大气压力为kPa ，乙地区的平均大气压力为kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能 维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同 解：（ 1）设备内绝对压力 化工原理第1章 化工原理试题(附答案) 姓名 _________ 班级 _________ 学号 __________ 一、填空题: 1.( 3分) 题号 1001 第 1章知识点: 600 难度: 易 雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ＝1000 kg.m,粘度μ=1[厘泊]的水,在内径为d=100[mm],以流速为1 [m.s]在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型 为_____. ***答案*** Re=dｕρ/μ ; 10; 湍流 2.( 3分) 题号 1002 第 1章知识点: 600 难度: 易 雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ＝1000 kg. m,粘度μ=1[厘泊]的水,在内径为d=10[mm],以流速为0.15 [m. s]在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型 为_____. ***答案*** Re=dｕρ/μ ; 1500; 层流 3.( 3分) 题号 1003 第 1章知识点: 600 难度: 易 雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ＝820 kg. m,粘度μ=3[厘泊]的水,在内径为d=100[mm],以流速为2[m.s] 在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为_____. ***答案*** Re=dｕρ/μ ; 5,46X10; 湍流 4.( 3分) 题号 1004 第 1章知识点: 600 难度: 易 雷诺准数的表达式为________________。当密度ρ＝820 kg. m,粘度μ=3[厘泊]的水，在内径为d=10[mm]，以流速为0.5[m. s]在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为__ ___. ***答案*** Re=dｕρ/μ ; 1366; 层流 5.( 2分) 题号 1005 第 1章知识点: 600 难度: 易 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流 速为2m.s,此时管内的平均流速为_____________. ***答案*** 1m.s 6.( 2分) 题号 1006 第 1章知识点: 600 难度: 易 某流体在圆管中呈层流流动,今用皮托管测得管中心的最大流 速为3m.s,此时管内的平均流速为_____________. 流体流动 一选择与填空（4×15 共 60分） 1.①孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______， 变_______；后者是恒_______，变______。 ②边长为0.5m的正方形通风管道,其当量直径为_________。 答：①截面，压差，压差，截面；② 0.5 。 2.当Re为已知时，流体在圆形管内呈层流时的摩擦系数λ =_______，在粗糙管内呈 湍流时，摩擦系数λ与____________、_____________有关。 答： 64/Re ， Re ，ε/d 3.对如图所示的测压装置，分别写出ΔＰ＝Ｐ1－Ｐ2 （ａ）图ΔＰ_____________，（ｂ）图ΔＰ________________， （ａ）ΔＰ＝Ｒｇ（ρm－ρ） （ｂ）ΔＰ＝Ｒｇρ 4．下图中高位槽液面保持恒定，液体以一定流量流经管路，ａｂ与ｃｄ两段长度相等，管径与管壁粗糙度相同，则： ①ΔＰab__＜____ΔＰcd，②ｈf ab____＝_____ｈf cd ，③R1__＝_____R2 (填＝、＞、＜ ) 5．层流与湍流的本质区别是：________。 Ａ．湍流流速>层流流速Ｂ．流道截面大的为湍流，截面小的为层流 Ｃ．层流的雷诺数<湍流的雷诺数Ｄ．层流无径向脉动，而湍流有径向脉动 6．水从大管流入小管，管材相同，d大＝2d小,管内流动为层流，则小管每米直管中因流动阻力产生的压降是大管中的____________________倍？ A、8 B、16 C、32 D、＞32 二计算题 1．某流化床反应器上装有两个U管压差计，如本题附图所示。测得R1 = 400 mm，R2 = 50 mm，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，在右侧的U管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 =50 mm。求A、B两处的表压强。 解：U管压差计连接管中是气体，其密度远远小于水银及水的密度，由气柱高度所 产生的压强差可以忽略。设R2下端为C点，R1下端为D点，因此可认为 P A≈P C,P B≈P D。 P A≈P C =ρH2O gR3 +ρHg gR2 = 1000×9.81×0.05 + 13600×9.81×0.05 = 7161 N/m2（表压） P B≈P D = P A +ρHg gR1 = 7161 + 13600×9.81×0.4 = 6.05×104 N/m2（表压） 2．水以2.5m/s的流速流经Φ38×2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一Φ38×3 mm 的水平管相连。如附图所示，在锥形管两侧A、B处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的 压强。若水流经A、B两截面间的能量损失为1.5 J/kg，求两玻璃管的水面差（以mm记），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。（水的密度取为1000 kg/m3） 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p a为101.3kPa。试求：（1）A点的绝对压强，Pa；（2）A点的表压，Pa。 [（1）p A（绝压）=1.28×105 Pa；（2）p A（表压）=2.66×104 Pa] 流体流动习题及答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 一、单选题 1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。 A A 质量； B 粘度； C 位能； D 动能。 2．单位体积流体所具有的质量称为流体的（）。 A A 密度； B 粘度； C 位能； D 动能。 3．层流与湍流的本质区别是（）。 D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 4．气体是（）的流体。 B A 可移动； B 可压缩； C 可流动； D 可测量。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。 A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。 D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在园管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的关系为（）。 B A. Um＝1/2Umax； B. Um＝； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。 C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。 C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 16.层流与湍流的本质区别是：( )。 D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 17.圆直管内流动流体，湍流时雷诺准数是（）。 B A. Re ≤ 2000； B. Re ≥ 4000； C. Re = 2000～4000。 18.某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为（）。 A A. ； B. 101kPa； C. 。 19.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。 C A. 2； B. 8； C. 4。 20.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。 C1流体流动
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