流體力學與流體機械復習資料

1、流體力學與流體機械復習考試資料 僅供內部學習交流使用安全 131 班 編制緒論 ：1. 流體力學是以研究 流體 （包括液體和氣體）為研究對象，研究其 平衡和運動基本規(guī)律的科學。 主要研究流體在平衡和運動時的 壓力分 布、速度分布 、與固體之間的相互作用 以及 流動過程中的能量損失 。2. 流體力學的主要研究方法： 實驗研究、理論分析、數(shù)值計算 。 第一章 流體及其物理性質1. 流體： 在任何微小剪切力下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物質即為流體。主要特征： 流動性2. 連續(xù)介質假說 ：質點（而不是分子） 是組成宏觀流體的最小基元， 質點與質點之間沒有間隙其物理性質各向同性， 且在空間和時間上具 有連續(xù)性。3

2、. 流體的粘性（1）流體產(chǎn)生粘性的原因：流體的內聚力；動量交換；流體分子和 固體壁面之間的附著力。（ 2）流層之間的內摩擦力 :帶動力和阻力（一對大小相等、方向相反 的作用力）（3）流體內摩擦切應力 :=·（ du/dy） （N/m 2）=F/A=· U/h （N/m 2）（4）相對運動的結果使流體產(chǎn)生剪切變形。流體的粘性就是阻止發(fā) 生剪切變形的一種特性，而內摩擦力則是粘性的動力表現(xiàn)。(5) 粘性的度量：動力粘度 / (du/dy) (pa·s) 運動粘度 / (m2/s) 溫度升高時，流體的粘性降低，氣體的粘性增加。4. 課后習題答案第二章 流體靜力學1. 作用

3、在流體上的力1）表面力 ：作用在被研究流體的表面上， 其大小與被作用的面積 成正比，如法向壓力和切向摩阻力。（平衡流體不存在表面切向力， 只有表面法向力）（ 2）質量力 ：作用在被研究流體的每個質點上，其大小與被研究流 體的質量成正比，如重力和慣性力。質量力常用單位質量力表示，所 謂單位質量力，是指作用在單位質量流體上的質量力。2. 流體靜壓力及其特性 流體處于平衡狀態(tài)時，表面力只有壓力，稱其為靜壓力，單位面 積上作用的靜壓力稱為靜壓強。靜壓力有兩個重要特性：靜壓力垂直于作用面，并沿著作用面內法線方向； 平衡流體中任何一點的靜壓力大小與其作用面的方位無關， 其值均 相等。3. 流體平衡微分方程

4、式（壓力差公式）dp=（Xdx+Ydy+Zdz）4. 等壓面 ：平衡流體中壓力相等的點所組成的平面或曲面稱為等壓 面。等壓面的兩個性質：（ 1）平衡流體中，任一點的等壓面恒與質 量力正交；（ 2）當兩種互不相混的液體處于平衡時，它們的分界面 必為等壓面。5. 重力作用下流體靜壓力的分布規(guī)律（1）靜壓強分布規(guī)律p=p0+(z0-z)=p0+h幾何意義：z位置水頭；任一點在基準面 0-0 以上的位置高度，表示單位重 量流體從某一基準面算起所具有的位能。P/測壓管高度 ：表示單位重量流體從壓強為大氣壓算起所具 有的壓力能(壓力水頭)。Z+P/測壓管水頭(靜水頭)：單位重量流體的總勢能。6. 壓力單位

5、和壓力測量方法(1)1at = = =10mH201atm=760mmHg=×105P=1h1 2h2(2)( 2)絕對壓力( p)、相對壓力 (pg)、真空度 (pv)、大氣壓力( pa) 絕對壓力( p):以絕對真空為零點算起的壓力 p=pa+pg 相對壓力 (pg):以大氣壓為零點算起的壓力，又稱表壓力 pg=p-pa 真空度 (pv):負的相對壓力的絕對值， pv=pa-p上述三者之間相對關系如下圖所示：(3)靜壓力測量方法： 液柱式 、電測式 、機械式7. 液體的相對平衡(1)容器做等加速直線運動時液體的平衡 等壓面方程 aycos gzazsin c 流體靜壓力分布規(guī)律

6、pp0( aycos gzazsin)(2) 容器做等角速旋轉運動時液體的平衡 等壓面方程 ( 2r2)/2-gz=c 流體靜壓力分布規(guī)律 p=p0+( 2r2)/2g -z)8. 靜止液體對壁面的作用力(1)作用在平面上的力 總壓力 P=p0A+ hcA 壓力中心 yD=yc+Jcx/y cA（2）作用在曲面上的力Px= hcAPz=V9. 課后習題答案2)將I）式代入2）式得：卩於弘一心+生-hj _人一他人一幾/片一他人一対 Shi* 12-lft如囹2-36 W75,尢貢爪和儲爪和兎及力1.5rn 局二1.2m r/=3m.試求：水箱的水保捋不致抑出時的加砂匕：以此加速度運動時. 水箱

7、麻扳審所受的總壓力TTrrTrT77T777777T?圈 2W ft 2-16解* b; = (h + H)b/ 2 .h = 0.8m . = " , " -C.13* Ad=l .3lni/s* 由壓力分飾公咒可彳曲 卩二卩廠何叭+gz)在水箱后世.板將Jt帶入上式并對水符后空板逬彳枳分：幾dA - 1 以一。十 gdA?= £ pdA =卩/+芻(al-2gz)Mz2 ip(,A 十S'( H h h) H II)2 A2|=片A上bHul旦M-2H心2 2=卩十彳A乞牛如加2/r)=A(/?6 + r(/-/|-y+/0lH.=A【幾* 丁1兩Ml

8、大r/KiF好和抵,服 Pn A«r/4=10584N217 T7K小車沿傾用為cr的軌迫冋卜做笛加理運初.i艾加速廈為a,如圖237 所示。求水車內水面的傾角0。圖 2-37 I£2-!7ftl解；在自由液面上建立直角坐標系.以水平方向為*軸,向右為正向蛇1T方 向為y軸向上為正向.作用在液體十的單位碩擔力為：X =ucosaY = -+<isiiiaz = o根抓汗強差平均微分方秤式；dp二/Xx(L"yd>+Zdz)在液面上為大氣壓強,dp=c,代入壓強差平均微分方程式.可斜;acosadx - dy 4 a sin ady = 0 .dvdv

9、"r/cosa“sina-g-(an2-18尺|為b*"l的飛機汽油箱如圏238所示,其申所裝的汽油為郵箱油雖的 三分之試確定下面兩種惜況下飛機作水平等加速飛行對的加速度“各是多 少？解：b【c門二血口2所以.F = 2M3二上二土二竺，得，K c 3c2b 12 = = -g = 3.27tn/s3r 3如c/3 = (f+c/2"M2 所以.c =f/6 , J.=-_= =1.5 g c/2-c cA a = 1.5 =14.7nVs2第三章 流體運動學1.研究流體運動的兩種方法1）拉格朗日法（跟蹤法）2）歐拉法（截跡法）2.基本概念1）定常流動 ：流場中各

10、點的流動參數(shù)與時間無關的流動2）非定常流動 ：流場中各點的流動參數(shù)與時間有關的流動（3）跡線：流體質點運動的軌跡稱為跡線（ 4）流線：同一時刻在流場中連續(xù)各點的速度方向線特點：非定常流時，流線形狀隨時間改變；定常流時 流體的形狀不隨時間變化，且與跡線完 全重合。一般情況下，流線不能相交，且只能是一條光滑的曲 線。（5）流管：在流場中作一條不與同一流線重合的封閉曲線，則通過 該曲線上所有點的流線組成的管狀表面就稱為流管（6）流束：流管中的所有流體稱為流束（7）總流 ：流動邊界內所有流束的總和稱為總流。分為 有壓流、無 壓流、射流（8）過流斷面：與總流或流束中的流線處處垂直的斷面稱為過流斷面（9）

11、水力直徑 ：總流過流斷面上， 流體與固體的接觸長度稱為濕周， 總流過流斷面的面積 A 與濕周之比稱為水力半徑，水力半徑的 4 倍稱為水力直徑，用 di 表示di=4×（A/ ）=4R3. 流體運動的連續(xù)性方程流體運動的連續(xù)性方程是質量守恒定律在工程流體力學中的具體表 現(xiàn)，屬于運動學方程，不涉及任何作用力，對理想流體和實際流體均 適用。要判斷流體是否存在， 只要看其是否滿足連續(xù)性微分方程即可。（1） 連續(xù)性微分方程（2） 恒定不可壓縮總流的連續(xù)性方程對于沿程有流量流進或流出情況， 總流的連續(xù)性方程需作相應的 修正，即式中， Q 為流進（取正號）或者流出（取負號）的流量。流體機械部分第四

12、章 給排水系統(tǒng)課后思考題及習題1. 排水設備由哪幾部分組成 答：由水泵、電動機、起動設備、管路、管路附件和儀表等。2. 水倉有什么作用至少要幾個 答：一是儲存、集中礦水，排水設備可以將水從水倉排至地面；二是沉淀礦水。 水倉至少有兩個，一個主水倉，一個副水倉，以便清理時輪換使用。3. 為什么要在關閉閘閥的情況下啟動和停止離心式水泵。答：閘閥關閉時，泵的流量為零，從泵的功率特性曲線可以看出，零流量時泵 所需功率最小，電動機的啟動電流也最小，所以，關閉閘閥啟動，可減小啟動電 流，減輕對電網(wǎng)的沖擊。水泵停止時， 應先關閉排水閘閥， 然后再停電機， 這樣做是為了阻止發(fā)生水4. 裝在吸水面以上的離心式水泵

13、， 為什么必須在啟動前向泵和吸水管空腔充滿水 答:因為若在泵腔內無水的情況下啟動，由于泵腔內空氣密度遠比水小，因而當 泵轉速達到正常時， 吸上真空度比設計值要小得多， 因為無法將水從水倉吸入泵 內進行正常工作。 （利用大氣壓工作 ,排出里面的空氣 ,才能在外界大氣壓的作用 下 ,使水進入水泵內 .）5. 向泵內注水有哪幾種方法其適用條件是什么 答：（1）從泵上漏斗人工向泵內灌水（2）設置專用封閉水箱，使泵經(jīng)常處于注滿水的狀態(tài)此法適用于小型水泵（3）用射流泵注水，適用于排水管中存有壓力水或有壓縮空氣的場所（4）利用真空泵注水，適用于大型水泵6. 將井下主泵房設在井底車場有什么優(yōu)越性答：（1）運輸

14、巷道的坡度都向井底車場傾斜，便于礦水沿排水溝流向水倉（2）排水設備運輸方便（3）由于靠近井筒，縮短了管路長度，不僅節(jié)約管材，而且減少了管路水頭損 失，同時增加了排水工作的可靠性（4）改善了泵與電機的工作環(huán)境（5）水泵房以中央變電所為鄰，供電線路短，減少了供電損失7. 什么是工況點水泵銘牌上標記的是什么工況參數(shù)答 ：一組以流量、 壓頭、 功率和效率在特性曲線上的對應點稱為泵或風機的一個 工況點。（所謂 工況點，即是風機在某一特定轉速和工作風阻條件下的工作參數(shù)， 如、和等，一般是指和兩參數(shù)） 水泵的銘牌標有水泵的主要性能 規(guī)格,：（ 1）揚程（ 2）允許吸上真空髙度（ 3）流量（4）轉速（5）泵軸

15、功率與 配套功率 （ 6）效率9. 水泵的工業(yè)利用區(qū)怎么確定答 ：根據(jù)運行工況點的效率不得低于最高效率的 85% 90%劃定工業(yè)利用區(qū)的區(qū) 域，即 M（） max10. 在什么情況下泵工作出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況保證穩(wěn)定工作的條件是什么 答：同時出現(xiàn)兩個工況點；無工況點。泵的零流量揚程大于管路的測地高度11. 保證水泵正常工作的條件是什么答：1）泵的穩(wěn)定工作條件， （0.9 0.95） H 0 Hc2）工況點位于工業(yè)利用區(qū)（泵的經(jīng)濟工作條件，M （0.85 0.9） max）3）實際裝置的氣蝕余量大于泵的允許氣蝕余量（不發(fā)生氣蝕的條件）12. 產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因是什么如何防止其產(chǎn)生 答 ：由于沖擊應力造成的表面疲勞破壞， 液體的化學和電化學作用加速了氣蝕的 破壞過程。 提高離心泵抗汽蝕性能的措施 1）提高離心泵本身抗汽蝕的性能 改進泵的吸入口至葉輪葉片入口附近的結構議計 采用前置誘導輪， 采用雙吸式葉輪 采用抗汽蝕的材料。（2提高進液裝置汽蝕余量的措施增加離心泵前儲液罐中液面上的壓力減小泵前吸上裝置的安裝高度。 l將吸上裝置改為倒罐裝置 .減小泵前管路上的流動損失13. 何謂氣蝕現(xiàn)象它對泵的工作有哪些危害答：液體在葉輪入口處流速增加， 壓力低于工作水溫的對應的飽和壓力時， 會 引起一部分液體蒸發(fā)（即汽化）。蒸發(fā)后的汽泡進入壓力較高的區(qū)域時，受壓突 然凝結，于是四周的液