第一章習(xí)題解答

1、第一章流體力學(xué)一.填空題1 .某設(shè)備的真空表讀數(shù)為500mmHg設(shè)備外環(huán)境大氣壓強(qiáng)為640mmHg則它的絕對壓強(qiáng)為Pa。該設(shè)備的絕對壓強(qiáng) =640-500=140mmHg= 140X = X 10 4Pa。2 .流體在圓形直管內(nèi)作滯流（層流）流動時(shí)，其速度分布呈 形曲線，中心最大速度為平均速度的 倍。此時(shí)摩擦系數(shù) 入與 無關(guān)，只隨 加大而。拋物線，2, /d , Re,減小。3 .牛頓粘性定律表達(dá)式為 t= ,它只適用于牛頓 型流體。，一一y，一4 .內(nèi)摩擦力是流體 的表現(xiàn)，所以又稱為 力或者力。 粘性， 粘滯，粘性摩擦5 .流體在圓形直管內(nèi)流動時(shí)，在湍流區(qū)則摩擦系數(shù)入與 及 有關(guān)。在完全湍流

2、區(qū)則入與雷諾系數(shù)的關(guān)系線趨近于 線。Re, /d ,水平6 .粘度的物理意義是促使流體流動產(chǎn)生單位速度梯度的剪應(yīng)力。7 .在定態(tài)流動系統(tǒng)中，水連續(xù)地從粗圓管流入細(xì)圓管，粗管內(nèi)徑為細(xì)管的2倍。則細(xì)管內(nèi)水的流速為粗管內(nèi)流速的 倍。據(jù)曳 （曳）2=（ 迎）2= （2） 2=4 力 d1d18 .流體在圓管內(nèi)流動時(shí)的摩擦阻力可分為 和 兩種。局部阻力的計(jì)算方法有 法和 法。直管阻力，局部阻力，阻力系數(shù)，當(dāng)量長度。9 .在靜止的同一種連續(xù)流體的內(nèi)部，各截面上位能與靜壓能之和為常數(shù)。10 .法定單位制中，粘度的單位為,在cgs制中粘度的單位為 ,他們之間的關(guān)系是。Pa - S; p 或 cp; 1cp=1

3、X10 2 p = 1 x 10 3Pa - S（11 .流體在管內(nèi)作湍流流動時(shí)，在管壁處速度為 零，鄰近管壁處存在 滯流（或?qū)恿鳎﹥?nèi) 層，且Re值越大，則該層厚度越 薄（或?。?。12 .實(shí)際流體在直管內(nèi)流過時(shí)，各截面上的總機(jī)械能 不 守恒。因?qū)嶋H流體流動時(shí)有 摩擦阻力。13 .流體在一段裝有若干個(gè)管件的直管l中流過的總能量損失的通式為 ，它的單位為。,lle U2，八、八hf = , 一 (2 分) J/Kg (1 分)d 2二.選擇題1 .流體在圓形直管內(nèi)作定態(tài)流動，雷諾準(zhǔn)數(shù) R2 1500,則其摩擦系數(shù)應(yīng)為()(A)(B)(C)(D)無法確定64640.0427Re 1500應(yīng)選(B2

4、.在靜止流體內(nèi)部各點(diǎn)的靜壓強(qiáng)相等的必要條件是( D )(A)同一種流體內(nèi)部(B)(C)同一種連續(xù)流體(D)連通著的兩種流體同一水平面上，同一種連續(xù)的流體3.在一水平變徑管道上，細(xì)管截面A及粗管截面B與U管壓差計(jì)相連，當(dāng)流體流過時(shí)，U管壓差計(jì)測量的是(C )(A) A、B兩截面間的總能量損失(B) A、B兩截面間的動能差(C) A、B兩截面間的壓強(qiáng)差(D) A、B兩截面間的局部阻力4 .在阻力平方區(qū)內(nèi)，摩擦系數(shù)入(c )(A) 為常數(shù)，與Re, /d均無關(guān)(B) 隨Re值加大而減小(C) 與Re值無關(guān)，是e/d的函數(shù)(D) 是Re值與 /d的函數(shù)5 .流體在圓形直管中作滯流流動時(shí)，其直管阻力損失

5、與流速u的關(guān)系為( )(A) 與u2成正比(B) 與u成正比(C) 與成正比(D)與成正比hf2l u.d 2當(dāng)流體作滯流時(shí),_64巨代入可得Re du64 l u2 . .du d 264u l 32u l2d2d2應(yīng)選(B)三.解答題1 .什么是理想流體引入理想流體的概念有什么意義(1) 流動時(shí)沒有阻力的流體，即總能量損失為零，稱這種流體為理想氣體。(2) 自然界中不存在理想流體，但引入這個(gè)概念可使復(fù)雜的流體流動問題得以簡化。2 .何謂有效功(凈功)有效功率軸功率(1) 在流動過程中，輸送機(jī)械對 1Kg流體所做的功稱為有效功(凈功)。以We表示，單位為J/Kg。(2分)Ne表示，單位為W而

6、N表示，單位為 W即(2) 單位時(shí)間內(nèi)輸送機(jī)械對流體所做的有效功稱為有效功率。以Ne We.Ws （2 分）(3) 有效功率Ne與輸送機(jī)械的效率 Y的比值稱為軸功率。以Ne（2分）3 .化工廠哪些計(jì)算要應(yīng)用流體靜力學(xué)基本方程式主要應(yīng)用與以下三個(gè)方面：(1)壓強(qiáng)差與壓強(qiáng)的測量。(2)測量容器內(nèi)的液面位置(3)計(jì)算液封高度。(4 .扼要說明柏努利方程式和流體靜力學(xué)基本方程式的關(guān)系。靜止流體U 出 0,We 0, hf1 20。此時(shí)柏努利方程式即可化簡為靜力學(xué)基本方程式。所以，靜力學(xué)基本方程式是柏努利方程式的一個(gè)特例。5 .液體及氣體的粘度隨溫度、壓強(qiáng)的變化情況如何1、液體粘度隨溫度升高而減小，氣體

7、則相反。（2分）2、液體粘度基本上不隨壓強(qiáng)而變，除了極高及極低的壓強(qiáng)外，氣體粘度幾乎不隨壓強(qiáng)而變。3、6.何謂滯流內(nèi)層由于在管壁附近流體速度很小，且湍流時(shí)管壁處速度也為零，故離管壁很近的一薄層流體運(yùn)動必然是滯流，這層流體稱為滯流內(nèi)層。四.計(jì)算題1 .空氣中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)為：、。（1）求標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的平均密度p 0;（2）求絕對壓強(qiáng)為X 104P&溫度為20c時(shí)空氣的平均密度p ;比較兩者的結(jié)果。（1）求空氣的p。：已知 MO廣32, MN2=28, MAr=40。單位均為 kg/kmol。先求出標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的平均密度MmMm= Mo2? X O升 Mn2? X N2+ MAr? / Ar

8、=32X +28X +40X=kmol （2 分）務(wù)PMm0,101.33 28.963 八 1.293 kg/m3 （2 分）8.315 273（2）求x 104Pa、20c時(shí)空氣的平均密度p :PTo0 PoT1.2933.8 104 273101.33 103 （273 20）30.452kg/m （2 分）由計(jì)算結(jié)果可看出：空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度與其在X 104Pa 20c狀態(tài)下的密度相差很多,故氣體的密度一定要標(biāo)明狀態(tài)。（1分）（共7分）2 .水在附圖所示的水平管內(nèi)流動，在管壁A處連接一U形管壓差計(jì)，指示液為汞，密度為13600kg/m3, U形管開口右支管的汞面上注入一小段水（此小

9、段水的壓強(qiáng)可忽略不計(jì)），當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a為，水的 密度取1000kg/m3,其它數(shù)據(jù)見附圖，求 A處的絕對壓強(qiáng)為多少Pa（1）取U形管中處于同一水平面上的B、C、D三點(diǎn)，根據(jù)等壓點(diǎn)的判定條件可得到Pb=FC,Pc=FD,于是可得 FB=Pc=FD （2 分）（2）根據(jù)靜力學(xué)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處的絕對壓強(qiáng)：FA=101330+x 13600X +X1000X=136646Pa=（2 分） （共 8 分）3 .某車間輸水管路為4 6

10、0X的鋼管，流速為 4m/s,因生產(chǎn)情況有變動，預(yù)使流速減至左右，而用水量不變。擬采用兩個(gè)改進(jìn)方案：（1）換一根粗管；（2）增加一根管子。求兩種方案各應(yīng)選用管子的型號。（1）換一根粗管。體積流量 Vs不變，vs u1Al u2A2（1分）2體積流量為：vs （0.053）2 4 d粗2.5 （1分）4 4所換一根粗管的直徑d粗 黑53）0.067傕可選用附錄23中（一）無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 4 76X（2分）（2）增加一根管子。d增表示所增加管子的內(nèi)徑。（1Vs 不變，總體積流量為兩根管子內(nèi)體積流量之和，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也可選用附錄23中（一）無縫熱軋鋼管，規(guī)格為 （j）50X。（2分）（共9分）4.實(shí)驗(yàn)室為了控制流動為定態(tài)流動，采用帶溢流裝置的高位槽。（如本題附圖）槽內(nèi)水經(jīng) （）89X的管子送至密閉設(shè)備內(nèi)。在水平管路上裝有壓強(qiáng)表，讀數(shù)為6xi04Pa。已知由高位槽至壓強(qiáng)表安裝的截面間總能量損失105/kg。每小時(shí)需要水x 10 4kg。求高位槽液面至壓強(qiáng)表安裝處的垂直距離ho解：（1）取高位槽水液面為1-1截面，壓強(qiáng)表安裝位置為2-2截面，以水平管的中心線為基準(zhǔn)水平面，如圖中所示。（3分）（2）可列出柏努利方程:2U1PZ1g Wehf

12、1 2（2 分）各量確定如下:Z1=h （待求值），Z2=0,P1=0（表壓），P2=6X 104Pa （表壓），u1 = 0,U2可求出，悵=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將以上各值代入柏式，可求出Z1：（1.5）29.81Z10 0 0 0 （-10006 104口八10?？傻?z17.250m（2 分）（共11分）& -1/tv H求：（1）水在管內(nèi)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.用泵將出水池中常溫的水送至吸收塔頂部，水面維持恒定，各部分相對位置如圖所示。輸水管為（f）76X3mm鋼管，排水管出口與噴頭連接處的壓強(qiáng)為X 104Pa （表壓），送水量為h,水流經(jīng)全部管道（不包括噴頭）的能3量損失為160J/kg 。水的密度取 1000kg/m 。求Z。取水池液面為1-1截面,且定為基準(zhǔn)水平面，取排水管出口與噴頭連接處為2-2截面,如圖所示。（3分）在兩截面間列出柏努利方程:z1g-U12PiWeU22 P2hf1 2（2 分）各量確定如下：zi=0,Z2=26m,ui = 0,

14、 u2=u=s, Pi 表=0, P2 表=X104Pa, 2 h f1-2 =160J/kg（1分）將已知量代入柏式，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.用離心泵將貯水池中的水送到高位槽中水池液面與高位槽液面間的垂直距離為35m定態(tài)流動。輸水管直徑為 4 165X,管路中直管總長為1300m,所有局部阻力白當(dāng)量長度為50mo若泵的流量為lOOmf/h ,泵的效率為65%摩擦系數(shù) 入可取為，水的密度取 1000kg/m3。求:泵的軸功率N （kw）。解：（1）取水池液面為1-1截面,且定為基準(zhǔn)水平面。取高位槽液面為2-2截面，如圖所示。（3分）（2）在兩截面間列出柏努利方程:ZigU12P12WeZ2g2P2hf1 2 （2 分）各量確定：Zi=O, Z2=35m, u- 0,U2=0,Pl = P2=0 （表壓），we待求，必須先求出hf1-2及u。（2分）u