流體力學(xué)與流體機(jī)械復(fù)習(xí)資料

1、流體力學(xué)與流體機(jī)械復(fù)習(xí)考試資料僅供內(nèi)部學(xué)習(xí)交流使用 安全131班 編制緒論： 1.流體力學(xué)是以研究流體（包括液體和氣體）為研究對(duì)象，研究其平衡和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)。主要研究流體在平衡和運(yùn)動(dòng)時(shí)的壓力分布、速度分布、與固體之間的相互作用以及流動(dòng)過(guò)程中的能量損失。 2.流體力學(xué)的主要研究方法：實(shí)驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值計(jì)算。第一章 流體及其物理性質(zhì)1. 流體：在任何微小剪切力下能產(chǎn)生連續(xù)變形的物質(zhì)即為流體 。 主要特征：流動(dòng)性2. 連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)：質(zhì)點(diǎn)（而不是分子）是組成宏觀流體的最小基元，質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有間隙其物理性質(zhì)各向同性，且在空間和時(shí)間上具有連續(xù)性。 3. 流體的粘性 （1） 流體產(chǎn)生粘性的原

2、因：流體的內(nèi)聚力；動(dòng)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(nèi)摩擦力:帶動(dòng)力和阻力（一對(duì)大小相等、方向相反的作用力）（3） 流體內(nèi)摩擦切應(yīng)力:=（du/dy) (N/m2) =F/A=U/h (N/m2)（4） 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)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(nèi)摩擦力則是粘性的動(dòng)力表現(xiàn)。（5） 粘性的度量：動(dòng)力粘度/（du/dy) (pas) 運(yùn)動(dòng)粘度/ (m2/s)溫度升高時(shí)，流體的粘性降低，氣體的粘性增加。4.課后習(xí)題答案 第2章 流體靜力學(xué)1.作用在流體上的力 （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

3、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(zhì)量力：作用在被研究流體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，其大小與被研究流體的質(zhì)量成正比，如重力和慣性力。質(zhì)量力常用單位質(zhì)量力表示，所謂單位質(zhì)量力，是指作用在單位質(zhì)量流體上的質(zhì)量力。2.流體靜壓力及其特性 流體處于平衡狀態(tài)時(shí)，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(qiáng)。靜壓力有兩個(gè)重要特性：靜壓力垂直于作用面，并沿著作用面內(nèi)法線方向；平衡流體中任何一點(diǎn)的靜壓力大小與其作用面的方位無(wú)關(guān)，其值均相等。3.流體平衡微分方程式（壓力差公式）dp=(Xdx+Ydy+Zdz)4. 等壓面：平衡流體中壓力相等的點(diǎn)所組成的平面或曲面稱為等壓面。等壓

4、面的兩個(gè)性質(zhì)：（1）平衡流體中，任一點(diǎn)的等壓面恒與質(zhì)量力正交；（2）當(dāng)兩種互不相混的液體處于平衡時(shí)，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(qiáng)分布規(guī)律p=p0+(z0-z)=p0+h幾何意義：z位置水頭；任一點(diǎn)在基準(zhǔn)面 0-0 以上的位置高度，表示單位重量流體從某一基準(zhǔn)面算起所具有的位能。P/測(cè)壓管高度 ：表示單位重量流體從壓強(qiáng)為大氣壓算起所具有的壓力能（壓力水頭）。Z+P/測(cè)壓管水頭（靜水頭）：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的總勢(shì)能。6. 壓力單位和壓力測(cè)量方法(1)1at =98066.5Pa =735.58mmHg =10mH20 1atm=760mmHg=1.013105P

5、=1h12h2(2)（2） 絕對(duì)壓力（p）、相對(duì)壓力(pg)、真空度(pv)、大氣壓力（pa）絕對(duì)壓力（p）:以絕對(duì)真空為零點(diǎn)算起的壓力p=pa+pg相對(duì)壓力(pg):以大氣壓為零點(diǎn)算起的壓力，又稱表壓力pg=p-pa真空度(pv):負(fù)的相對(duì)壓力的絕對(duì)值，pv=pa-p 上述三者之間相對(duì)關(guān)系如下圖所示： (3)靜壓力測(cè)量方法：液柱式、電測(cè)式、機(jī)械式7. 液體的相對(duì)平衡（1）容器做等加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)液體的平衡等壓面方程aycosgzazsinc流體靜壓力分布規(guī)律pp0（aycosgzazsin）（2）容器做等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)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+(2

6、r2)/2g -z)8. 靜止液體對(duì)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/ycA（2） 作用在曲面上的力Px=hcAPz=V9. 課后習(xí)題答案第3章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué) 1. 研究流體運(yùn)動(dòng)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(dòng)：流場(chǎng)中各點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān)的流動(dòng)（2）非定常流動(dòng)：流場(chǎng)中各點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)與時(shí)間有關(guān)的流動(dòng)（3）跡線：流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為跡線（4）流線：同一時(shí)刻在流場(chǎng)中連續(xù)各點(diǎn)的速度方向線 特點(diǎn)：非定常流時(shí)，流線形狀隨時(shí)間改變；定常流時(shí) 流體的形狀不隨時(shí)間變化，且與跡線完全重合。 一般情況下，

7、流線不能相交，且只能是一條光滑的曲線。（5）流管：在流場(chǎng)中作一條不與同一流線重合的封閉曲線，則通過(guò)該曲線上所有點(diǎn)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(dòng)邊界內(nèi)所有流束的總和稱為總流。分為有壓流、無(wú)壓流、射流（8）過(guò)流斷面：與總流或流束中的流線處處垂直的斷面稱為過(guò)流斷面（9）水力直徑：總流過(guò)流斷面上，流體與固體的接觸長(zhǎng)度稱為濕周，總流過(guò)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(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在工程流體力學(xué)中的具體表現(xiàn)，屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，不涉及任何作用力，對(duì)

8、理想流體和實(shí)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(duì)于沿程有流量流進(jìn)或流出情況，總流的連續(xù)性方程需作相應(yīng)的修正，即式中，Q 為流進(jìn)（取正號(hào)）或者流出（取負(fù)號(hào)）的流量。流體機(jī)械部分第4章 給排水系統(tǒng)課后思考題及習(xí)題1. 排水設(shè)備由哪幾部分組成？答：由水泵、電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)設(shè)備、管路、管路附件和儀表等。2. 水倉(cāng)有什么作用？至少要幾個(gè)？答：一是儲(chǔ)存、集中礦水，排水設(shè)備可以將水從水倉(cāng)排至地面；二是沉淀礦水。 水倉(cāng)至少有兩個(gè)，一個(gè)主水倉(cāng)，一個(gè)副水倉(cāng)，以便清理時(shí)輪換使用。3.為什么要在關(guān)閉閘閥的情況下啟動(dòng)和停止離心

9、式水泵。 答：閘閥關(guān)閉時(shí)，泵的流量為零，從泵的功率特性曲線可以看出，零流量時(shí)泵所需功率最小，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流也最小，所以，關(guān)閉閘閥啟動(dòng)，可減小啟動(dòng)電流，減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊。水泵停止時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉排水閘閥，然后再停電機(jī)，這樣做是為了阻止發(fā)生水擊。4. 裝在吸水面以上的離心式水泵，為什么必須在啟動(dòng)前向泵和吸水管空腔充滿水？答:因?yàn)槿粼诒们粌?nèi)無(wú)水的情況下啟動(dòng)，由于泵腔內(nèi)空氣密度遠(yuǎn)比水小，因而當(dāng)泵轉(zhuǎn)速達(dá)到正常時(shí)，吸上真空度比設(shè)計(jì)值要小得多，因?yàn)闊o(wú)法將水從水倉(cāng)吸入泵內(nèi)進(jìn)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(jìn)入水泵內(nèi).）5. 向泵內(nèi)注水有哪幾種方法？其適用條件是什么？

10、答：（1）從泵上漏斗人工向泵內(nèi)灌水（2）設(shè)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(chǎng)所（4）利用真空泵注水，適用于大型水泵6. 將井下主泵房設(shè)在井底車場(chǎng)有什么優(yōu)越性？答：（1） 運(yùn)輸巷道的坡度都向井底車場(chǎng)傾斜，便于礦水沿排水溝流向水倉(cāng)（2） 排水設(shè)備運(yùn)輸方便（3） 由于靠近井筒，縮短了管路長(zhǎng)度，不僅節(jié)約管材，而且減少了管路水頭損失，同時(shí)增加了排水工作的可靠性（4） 改善了泵與電機(jī)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(diǎn)？水泵銘牌上標(biāo)記的是什么工況參數(shù)？答：一組以流量、壓頭、

11、功率和效率在特性曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱為泵或風(fēng)機(jī)的一個(gè)工況點(diǎn)。（所謂工況點(diǎn)，即是風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)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(biāo)有水泵的主要性能規(guī)格,：（1）揚(yáng)程（2）允許吸上真空髙度（3）流量（4）轉(zhuǎn)速（5）泵軸功率與配套功率 （6）效率 9. 水泵的工業(yè)利用區(qū)怎么確定？答：根據(jù)運(yùn)行工況點(diǎn)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（0.850.9）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(shí)出現(xiàn)兩個(gè)工況點(diǎn)；無(wú)工況點(diǎn)。泵的零流量揚(yáng)程大于管路的測(cè)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

12、作條件， 2）工況點(diǎn)位于工業(yè)利用區(qū)（泵的經(jīng)濟(jì)工作條件，） 3）實(shí)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(yīng)力造成的表面疲勞破壞，液體的化學(xué)和電化學(xué)作用加速了氣蝕的破壞過(guò)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(jìn)泵的吸入口至葉輪葉片入口附近的結(jié)構(gòu)議計(jì)采用前置誘導(dǎo)輪，采用雙吸式葉輪 采用抗汽蝕的材料。(2提高進(jìn)液裝置汽蝕余量的措施增加離心泵前儲(chǔ)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(dòng)損失13. 何謂氣蝕現(xiàn)象？它對(duì)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(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，會(huì)引起一部分液體蒸發(fā)（即汽化）。蒸發(fā)后的汽泡進(jìn)入壓力較高的區(qū)域時(shí)，受壓突然凝結(jié)，于是四周的液體就向此處補(bǔ)充，造成水力沖擊。這種現(xiàn)象稱為汽蝕。危害:汽蝕使葉輪或泵殼蝕壞和斷裂 汽蝕使泵的性能下降 汽蝕使