流体力学泵与风机课后习题解答_图文

1、流体力学泵与风机 习题解答 土木与制冷工程学院 李晓燕、吴邦喜 1 一、填 空 题 1流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学 模型（3）无粘性流体力学模型。 2在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作 用在某一面积上的总压力； 而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压 强。 4均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 6 空气在温度为 290 K， 压强为 760 mmHg 时的密度和容重分别为 a = 1.2 kg/m3

2、和 a = 11.77 N/m3。 7流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热， 体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。 8压缩系数 的倒数称为流体的弹性模量 ，以 E 来表示 9工程大气压等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6 毫米汞柱高。 10静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破 坏） ，这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。 11流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。 13静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14测压管是一根玻璃直管或

3、U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一 端开口，直接和大气相通。 15在微压计测量气体压强时，其倾角为 = 30° ，测得 l = 20 cm 则h=10cm。 16作用于曲面上的水静压力 P 的铅直分力 Pz 等于其压力体内的水重。 17通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 18 流线不能相交（驻点处除外） ，也不能是折线，因为流场内任一固定点在同 一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。 19静压、动压和位压之和以 p z 表示，称为总压。 20液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称 为紊流。 21由紊流

4、转变为层流的临界流速 v k 小于 由层流转变为紊流的临界流速 v ，其 k 2 中 v 称为上临界速度， v k 称为下临界速度。 k 22对圆管来说，临界雷诺数值 Re k = 2000 。 23圆管层流的沿程阻力系数仅与雷诺数有关，且成反比，而和管壁粗糙无关。 24 根据 繁荣变化特征， 尼古拉兹实验曲线可分为五个阻力区， 分别是层流区； 临界区；紊流光滑区；紊流过渡区和紊流粗糙区。 k 68 0.25 25紊流过渡区的阿里特苏里公式为 = 0.11( + 。 d Re 26速度的大小、方向或分布发生变化而引起的能量损失，称为局部损失。 27正方形形断面管道(边长为 a，其水力半径 R

5、等于 R = de = a a ，当量直径 de 等于 4 。 3 A = a ，当量直径 x 12 28正三角形断面管道(边长为 a，其水力半径 R 等于 R = 3 a。 3 de 等于 4 R = 29湿周是指过流断面上流体和固体壁面接触的周界。 30层流运动时，沿程阻力系数与 f (Re 有关，紊流运动沿程阻力系数在光 滑管区与 f (Re 有关，在过渡区与 f (Re, K K 有关，在粗糙区与 f ( 有关。 d d 31串联管路总的综合阻力系数S等于各管段的阻抗叠加。 32 并 联 管 路 总 的 综 合 阻 力 系 数 S 与 各 分 支 管 综 合 阻 力 系 数 的 关 系

6、 为 1 s = 1 s1 + 1 s2 + 1 s3 。管嘴与孔口比较,如果水头 H 和直径 d 相同，其流速比 V 孔口/V 管嘴等于 0.97 0.60 ,流量比 Q 孔口/Q 管嘴等于 。 0.82 0.82 33不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是 u x u y u z + + = 0。 y x z 34 M = 1 即气流速度与当地音速相等，此时称气体处于临界状态。 35淹没出流是指液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间 时的流动。 3 36气体自孔口、管路或条缝向外喷射 所形成的流动，称为气体淹没射流。 37有旋流动是指流体微团的旋转角速度在流场内不完全为零 的流动。 38

7、几何相似是指流动空间几何相似。即形成此空间任意相应两线段夹角相同， 任意相应线段长度保持一定的比例 。 39因次是指物理量的性质和类别。因次分析法就是通过对现象中物理量的因次 以及因次之间相互联系的各种性质的分析来研究现象相似性的方法。 他是一方程 式的因次和谐性为基础的。 40容积泵与风机又可分为往复式和回转式。 41根据流体的流动情况，可将泵和风机分为以下四种类别：离心式泵与风机； 轴流式泵与风机；混流式泵与风机和贯流式泵与风机。 42风机的压头（全压） p 是指单位体积气体通过风机所获的的能量增量。 43单位时间内泵或风机所输送的流体量称为流量。风机的容积流量，特指风机 进口处的容积流量

8、。 44泵或风机所提供的流量与设备本身效率之间的关系，用 = f 3 (Q 来表示。 45泵或风机的工作点是泵与风机的性能曲线 与管路的性能曲线 的交点。 46 泵的扬程H的定义是： 泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量 增值。 47安装角是指叶片进、出口处的切线 与圆周速度反方向 之间的交角。 48泵和风机的全效率等于容积效率 ，水力效率 及机械效率 的乘积。 49当泵的扬程一定时，增加叶轮转速可以相应的减少 轮径。 50附面层的分离发生在减速增压 区。附面层外主流区的流动属于有势 流动。 附面层内的流动属于有旋 流动。 二、判 断 题 1当平面水平放置时，压力中心与平面形心重合。

9、 对 2一个工程大气压等于 98kPa,相当于 10m 水柱的压强。对 3静止液体自由表面的压强，一定是大气压。错 4静止液体的自由表面是一个水平面，也是等压面。对 5当静止液体受到表面压强作用后，将毫不改变地传递到液体内部各点。对 6当相对压强为零时，称为绝对真空。错 7某点的绝对压强小于一个大气压强时即称该点产生真空。对 8流场中液体质点通过空间点时，所有的运动要素不随时间变化的流体叫恒定 流。对 9恒定流时，流线随的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。错 4 10 渐变流过水断面上动水压强的分布规律可近似地看作与静水压强分布规律相 同。对 11流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间

10、可以相交。错 12一变直径管段，A 断面直径是 B 断面直径的 2 倍，则 B 断面的流速是 A 断面 流速的 4 倍。对 13弯管曲率半径 Rc 与管径 d 之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。错 14随流动雷诺数增大，管流壁面粘性底层的厚度也愈大。错 15水泵的扬程就是指它的提水高度。错 16管嘴出流的局部水头损失可有两部分组成，即孔口的局部水头损失及收缩断 面出突然缩小产生的局部水头损失。错 17当流速分布比较均匀时，则动能修正系数的值接近于零。错 18流速分布越不均匀，动能修正系数的值越小。错 19在水流过水断面面积相等的前提下，湿周愈大，水力半径愈小。对 20圆形管的直径就是其水力半

11、径。错 21为了减少摩擦阻力，必须把物体做成流线型。错 22在研究紊流边界层的阻力特征时，所谓粗糙区是指粘性底层的实际厚度小 于粗糙高度。对 23水泵的安装高度取决于水泵的允许真空值、供水流量和水头损失。对 24大孔口与小孔口都可认为其断面上压强、流速分布均匀，各点作用水头可以 认为是一常数。错 三、简 答 题 1什么是粘滞性？什么是牛顿内摩擦定律？不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛 顿流体还是非牛顿流体？ 答： 粘滞性是当流体流动时，在流体内部显示出的内摩擦力性质。 牛顿内摩擦定律是： T = A du ； 不满足牛顿内摩擦定律的流体是非牛顿流体。 dy 2在流体力学当中，三个主要的力学模型是指

12、哪三个？ 答： （1）连续介质； （2）无粘性流体； （3）不可压缩流体。 3什么是理想流体？ 答：理想流体即指无粘性流体，是不考虑流体的粘性的理想化的流体。 4什么是实际流体？ 答：考虑流体的粘性的流体。 5什么是不可压缩流体？ 答：不计流体的压缩性和热胀性的而对流体物理性质的简化。 5 6.为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线?答:由于流体在静止时,不能承受拉力和切力,所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。7.为什么水平面必是等压面?答:由于深度相等的点,压强也相同,这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面,可见水平面是压强处处相等的面,即水平面必是等压面。8.什么是等压

13、面?满足等压面的三个条件是什么?答:在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等压面的三个条件是同种液体连续液体静止液体。9.什么是阿基米德原理?答:无论是潜体或浮体的压力体均为物体的体积,也就是物体排开液体的体积。10.潜体或浮体在重力G和浮力P的作用,会出现哪三种情况?答:(1重力大于浮力,则物体下沉至底;(2重力等于浮力,则物体可在任一水深处维持平衡;(3重力小于浮力,则物体浮出液体表面,直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。11.等角速旋转运动液体的特征有那些?答:(1等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇;(2在同一水平面上的轴心压强最低,边缘压强

14、最高。12.什么是绝对压强和相对压强?答:绝对压强:以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。p为零点起算的压强。相对压强:当地同高程的大气压强a13.什么叫自由表面?答:和大气相通的表面叫自由表面。14.什么是流线?什么是迹线?流线与迹线的区别是什么?答:流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线,此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合,这条曲线叫流线。区别:迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的,它是表示这无究多个流体质点在某一固定瞬间运动方向的曲线。而迹线则是在时间过程中表示同一流体质点运动的曲线。15.什么是流场?答:我们把流体流动

15、占据的空间称为流场,流体力学的主要任务就是研究流场中的流动。16.什么是欧拉法?答:通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。17.什么是拉格朗日法?答:通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法。18.什么是恒定流动?什么是非恒定流动?答: 动平衡的流动,各点流速不随时间变化,由流速决定的压强、粘性力也不随时间变化,这种流动称之为恒定流动反之为非恒定流动。19.什么是沿程损失?答: 在沿程不变的管段上,流动阻力沿程也基本不变,称这类阻力为沿程阻力,克服沿程阻力引起的能量损失为沿程损失。20.什么是局部损失?答:在边壁急剧变化的区域,阻力主要地集中在该区域中及其附近,这种集中

16、分布的阻力称为局部阻力。克服局部阻力的能量损失为局部损失。21.什么叫孔口自由出流和淹没出流?答: 在容器侧壁或底壁上开一孔口,容器中的液体自孔口出流到大气中,称为孔口自由出流。如出流到充满液体的空间,则称为淹没出流。22.什么是有旋流动?什么是无旋流动?答: 流体微团的旋转角速度不完全为零的流动称为有旋流动,流场中各点旋转角速度等于零的运动,成为无旋运动。23.在流体力学中,拉格朗曰分析法和欧拉分析法有何区别?答: 拉格朗曰法着眼于流体中各质点的流动情况跟踪每一个质点观察与分析该质点的运动历程然后综合足够多的质点的运动情况以得到整个流体运动的规律。 欧拉法着眼于流体经过空间各固定点时的运动情

17、况它不过问这些流体运动情况是哪些流体质点表现出来的也不管那些质点的运动历程因此拉格朗曰分析法和欧拉分析法是描述流体的运动形态和方式的两种不同的基本方法 。24.什么叫流管、流束、过流断面和元流?答:在流场内,取任意非流线的封闭曲线L ,经此曲线上全部点做流线,这些流线组成的管状流面,称为流管。流管以内的流体,称为流束。垂直于流束的断面称为流束的过流断面,当流束的过流断面无限小时,这根流束就称为元流。25.什么是入口段长度?对于层流、紊流分别用什么表示?答:从入口到形成充分发展的管流的长度称为入口段长度,以表示。对于层流:E x Re 028.0=d x E ;对于紊流:50=dx E 。 26

18、.什么是单位压能?答:p 是断面压强作用使流体沿测压管所能上升的高度,水力学中称为压强水头,表示压力作功所能提供给单位重量流体的能量,称为单位压能。27.什么是滞止参数?答:气流某断面的流速,设想以无摩擦绝热过程降低至零时,断面各参数所达到的值,称为气流在该断面的滞止参数。滞止参数一下标“0”表示。28.气流速度与断面的关系有哪几种?答:M<1为亚音速流动,说明速度随断面的增大而减慢;随断面的减少而加快。M>1为超音速流动,说明速度随断面的增大而加快;随断面的减少而减慢。M=1既气流速度与当地音速相等,此时称气体处于临界状态。29.什么是几何相似、运动相似和动力相似?答: 几何相似

19、是指流动空间几何相似,即形成此空间任意相应两线段交角相同,任意相应线段长度保持一定的比例。运动相似是指两流动的相应流线几何相似,即相应点的流速大小成比例,方向相同。动力相似是指要求同名力作用,相应的同名力成比例。30.要保证两个流动问题的力学相似所必须具备的条件是什么?答:如果两个同一类的物理现象,在对应的时空点上,各标量物理量的大小成比例,各向量物理量除大小成比例外,且方向相同,则称两个现象是相似的。要保证两个流动问题的力学相似,必须是两个流动几何相似,运动相似,动力相似,以及两个流动的边界条件和起始条件相似。31.什么是因次分析法?答: 因次分析法就是通过对现象中物理量的因次以及因次之间相

20、互联系的各种性质的分析来研究现象相似性的方法。32.为什么虹吸管能将水输送到一定的高度?答: 因为虹吸管内出现了真空。33.什么是泵的扬程?答: 泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值。 也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量。单位是m 。34.什么是水力半径?什么是当量直径?答:水力半径R 的定义为过流断面面积A 和湿周之比,即AR =;当量直径。R de 4=35.什么是气蚀现象?产生气蚀现象的原因是什么?答:气蚀是指浸蚀破坏材料之意,它是空气泡现象所产生的后果。原因有下:泵的安装位置高出吸液面的高差太大;泵安装地点的大气压较低;泵所输送的液体温度过高。36.为什么要考

21、虑水泵的安装高度?什么情况下,必须使泵装设在吸水池水面以下?答: 避免产生气蚀现象。吸液面压强处于气化压力之下或者吸水高度大于10米时必须使泵装设在吸水池水面以下。37.试述泵与风机的工作原理答: 当叶轮随轴旋转时,叶片间的气体也随叶轮旋转而获得离心力,并使气体从叶片间的出口处甩出。被甩出的气体及入机壳,于是机壳内的气体压强增高,最后被导向出口排出。气体被甩出后,叶轮中心部分的压强降低。外界气体就能使风机的的吸入口通过叶轮前盘中央的孔口吸入,源源不断地输送气体。38.欧拉方程:(11122=T u T T u T T v u v u gH 有哪些特点? 答:(1用动量矩定理推导基本能量方程时,

22、并未分析流体在叶轮流道中途的运动过程,于是流体所获得的理论扬程,仅与液体在叶片进、出口的运动速度有关,而与流动过程无关;T H (2流体所获得的理论扬程,与被输送流体的种类无关。也就是说无论被输送的流体是水或是空气,乃至其它密度不同的流体;只要叶片进、出口的速度三角形相同,都可以得到相同的液柱或气柱高度(扬程。T H 39.为什么要采用后向叶型?答:动压水头成分大,流体在蜗壳及扩压器中的流速大,从而动静压转换损失必然较大,实践证明,了解这种情况是很有意义的。因为在其它条件相同时,尽管前向叶型的泵和风机的总的扬程较大,但能量损失也大,效率较低。因此离心式泵全采用后向叶轮。在大型风机中,为了增加效

23、率或见得噪声水平,也几乎都采用后向叶型。40.流体流经过泵或风机时,共包括那些损失?答:(1水力损失(降低实际压力;(2容积损失(减少流量;(3机械损失。四、计 算 题1. 图示为一采暖系统图。由于水温升高引起水的体积膨胀,为了防止管道及暖气片胀裂,特在系统顶部设置一膨胀水箱,使水的体积有自由膨胀的余地。若系统内水的总体积m3,加热前后温差o C ,水的膨胀系数8V =50t =0005.0=,求膨胀水箱的最小容积。解 由dV V dT=得: 0.0005850dV V dT =×× 0.2=m 3故膨胀水箱的最小容积为0.m 322. 有一矩形底孔闸门,高 m ,宽 3h

24、 =2b =m ,上游水深 16h =m 下游水深m 。试用图解法及解析法求作用于闸门上的水静压力及作用点?25h =解 A h A h P P P c c =下上 5.35.4(6807.9×=59=kN 作用于闸门中心图解h b A h h P =(219.807659=×=kN3. 宽为1m ,长为AB 的矩形闸门,倾角为,左侧水深 °4513h =m ,右侧水深 m 。试用图解法求作用于闸门上的水静压力及其作用点?22h = 解 压强分布图略,根据图计算如下: 22121211sin 45sin 4522 P P P h h =°° 1

25、19.80739.807222=×××× 62.327.6534.65=kN1122D P y P y P y =1122D P y P y y P=122262.327.653245324534.65h h ×××+×°×=° 62.327.65334.65×=17691 2.4634.65=m 4.m ,闸门可绕C 点转动。求闸门自动打开的水深为多少米。20.4h =h解 故 21111120.1(c b h l J y A h h b h =m C 点是合力作用点的极限

26、点,当其高于C 点闸门自动打开。2(1.0121121h h h ×= 21110100.5 1.3312212h h h =+=+=m 即m 时,闸门便自动打开。1.33h 5. 有一圆滚门,长度 m ,直径 10l =4D =m ,上游水深 14H =m ,下游水深m ,求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 22H = 解2221211(2x P P P l H H =2219.80710(422=××× 590=kN2 34z P V A l R l =39.8074104=×××920=kN6. 一弧形闸门AB ,宽

27、 m ,圆心角 4b =°=45,半径 2r =m ,闸门转轴恰与水面齐平,求作用于闸门的水静压力及作用点。解 2sin =h 21449.80739.22xP h b=×=kN zP V b=×面积(b=××扇形面积三角形面积2211(9.8074(1822b r h=×=××22.4=kN45.2P=kN7.油沿管线流动,A断面流速为2m/s,不计损失,求开口C管中的液面高度。解 21.015.0(22×=ABABvddv4.5=m/s通过B断面中心作基准面,写A、B两断面的能能量方程:25.4225

28、.12.122+=+gpg2212.7(2 4.52pg=+2.70.83= 1.86=m8.用水银比压计量测管中水流,过流断面中点流速u如图。测得A点的比压计读数mm汞柱。(1求该点的流速u;(2若管中流体是密度为g/cm3的油,仍不变,该点流速为若干,不计损失。60h=0.8h解ABpgup=+22hppguBA=(212当管中通水时:hh×=6.1213.85u =m/s 当管中通油时:h h ×=××=16807.98.0807.98.04.13314.31u =m/s 9. 水由管中铅直流出,求流量及测压计读数。水流无损失。解 写出管口断面,圆

29、盘周边断面的能量方程:g vg v 2002032221+=+ 3222122=gvg v2211v A v A =21212(0.0540.30.001A v v A 1v =×× 2110.05 2.10.30.0014v v =×××所以3221.2(2121=×gv g v882.011.232221=g v 1 4.15v =m/s 211(0.05 4.150.008154Q A v =×=m 3/s写管出口、圆盘测压管连接处的能量方程:pg v =+2321 882.03(+=p由等压面规律得:h p 

30、5;=×+15.11119.807( 1.5(30.882 1.5 5.3820.395395133.4h p m =×+=+=×=mm10. 直径为mm 的管道在支承水平面上分支为1700d =2500d =mm 的两支管,A-A 断面压强为kN/m 2,管道流量m 3/s ,两支管流量相等:(1不计水头损失,求支墩受水平推力。(2水头损失为支管流速水头的5倍,求支墩受水平推力。不考虑螺栓连接的作用。700.6Q = 解 11210.61.56(0.74Q v A =×m/s 22220.31.53(0.54Q v A =×m/sgv p g

31、 v p 22222211+=+ 1221222112253.1256.122p g g p g v g v p p +=+= 2170p p =kN/m 2写能量方程式:Rx v Q A p v Q A p +°×+×=+30cos (222221111°×+×+=30cos (22222111v Q A p v Q A p Rx 53.13.010007.0(470000356.16.010007.0(47000022××+×××+×=30801393219 3.219N

32、 =+=kN当记入损失时:gv g v p g v p 252222222211+=+ 264.15p =kN/m 2同理35.24Rx =kN11.油在管中以m/s 的速度流动,油的密度1v =920=kg/m 3,3l =m ,mm 水银压差计测得cm ,试求(1油在管中的流态?(2油的运动粘滞系数25d =9h =?(3若保持相同的平均流速反向流动,压差计的读数有什何变化? 解 (1若为层流:22v d l h f = 264(2v d l d v g h =油汞 22320.09(136009209.807l v d×= 23231920(0.025××&

33、#215;×=2440.09126809.8(2.5100.7910323920××××=×××m 2/s校核是否为层流 3161079.0025.01Re ×4=×=vd所以为层流。(3若倒流:则下端压强大于上端压强,仍为9cm 。h 12.油的流量cm 3/s ,流过直径77Q =6d =mm 的细管,在l 2=m 长的管段两端水银压差计读数cm ,油的密度30h =900=kg/m 3,求油的和值。 解 设若为层流 2772.720.785(0.6v =×m/s 22f l v

34、p d= 2(2vl h g d××=油汞油 260.3127009.8(0.0068.610232900 2.72×××=××××m 2/s638.6109007.7510=××=×Pas验证:62.720.006Re 189720008.610u d×=×故为层流。13. 水箱侧壁接出一根由两段不同的管径所组成的管道。已知1150d =mm ,mm ,m ,管道的当量糙度mm ,水温为o C 。若管道的出口流速m/s ,求(1水位H 。(2绘出总水头线

35、和测压管水头线。275d =22=50l =0.6K =20v解(12222175(2(0.5150d v v d =×=1m/s11 60.50.15Re 742571.0110v d ×=×1 2260.50.15Re 742571.0110v d ×=×210.6(0.004150K d =20.6(0.00875K d =由叶迪图可知0.03=1;0.037=2221122121222l v l v h d g d g=+f2250(0.55020.030.0370.1520.0752g g=××+×

36、15;0.1275 5.03 5.16=+= m0.5= 0.50.375=××=221油2A 751-(=0.51-(A 15022120.50.3750.006370.080.08622m v v h g g=+=+=220.2 5.160.086 5.442f m v H h h g=+=+=210.012752v g =m ; 220.22v g=m (2水头线略。14. 一隔板将水箱分为A 、B 两格,隔板上有直径140d =mm 的薄壁孔口,如题下图,B 箱底部有一直径的圆柱形管嘴,管嘴长0.1l =m ,A 箱水深13H =m 恒定不变。(1分析出流恒定条件(

37、不变的条件。(2在恒定出流时,B 箱中水深等于多少?(3水2H 2H箱流量Q 为何值?1解 (121Q Q =时,恒定不变。2H(2l 2431.0d m =,为管嘴出流,为空 孔口出流。取 1d 10.6=1122A A = 222212220.62(30.822(0.1A g H A g H =+22224222222410.820.820.32(0.1(0.10.59(0.10.60.60.4A H H H H A ××=+=+=×+××3 2230.059(10.59 1.59H H =+=2 2.9411.59 1.85H =m(32

38、210.60.040.358104Q A =××=×m 3/s 15.某诱导器的静压箱上装有圆柱形管嘴,管径为4mm ,长度100l =mm ,02.0=,从管嘴入口到出口的局部阻力系数,求管嘴的流速系数和流量系数(见图5-4图。 5.0=解 为短管出流。故3l 4d 0.707= 0.707=16. 如上题,当管嘴外空气压强为当地大气压强时,要求管嘴出流流速为30m/s 。此时静压箱内应保持多少压强?空气密度为 1.2=kg/m 3。 解 v =000a 0p p p p p =。即静压箱中相对压强为1.08kN/m 217. 某恒温室采用多孔板送风,风道中的静

39、压为200Pa ,孔口直径为20mm ,空气温度为20o C ,8.0=。要求通风量为m 3/s 。问需要布置多少孔口?1解 在通风工程中,对于多孔板送风,流量系数采用0.841Q A 0.8(0.0111.5104=× ×=×m 3/s 1Q nQ =;411872(11.510Q n Q =×个 18. 水从A 水箱通过直径为10cm 的孔口流入B 水箱,流量系数为0.62。设上游水箱的水面高程m 保持不变。13H = (1B 水箱中无水时,求通过孔口的流量。(2B 水箱水面高程m 时,求通过孔口的流量。22H = (3A 箱水面压力为2000Pa

40、,13H =m 时,而B 水箱水面压力为0,m 时,求通过孔口的流量。22H = 解(12210.620.1 3.72104 Q A =××=×m 3/s (22210.620.1 2.16104Q A =××=×m 3/s (3210.620.14 Q A =××20.620.1 2.36104=××=×m 3/s 19. 如图示管路中输送气体,采用U 形差压计测量压强差为m 液体。试推导通过孔板的流量公式。h解 Q = 式中以米计,h 1为差压计用的液体容重。为 流动气体的容重。2

41、0. 如上题图孔板流量计,输送20o C 空气,测量100h =mmH 2O 。62.0=,mm ,求Q 。 100d =解 Q = 0.620.10.24=××=m 3/s 21. 某供热系统,原流量为m 3/s ,总水头损失0.0055h =mH 2O ,现在要把流量增加到m 3/s ,试问水泵应供给多大压头。0.0085解211f hS Q =2222110.0085(5(14.450.0050f f Q h h Q =×=mH 2O 22. 两水池用虹吸管连通,上下游水位差2H =m ,管长13l =m ,25l =m ,m ,直径mm ,上游水面至管顶高

42、度34l =200d =1h =m 。已知026.0=,进口网5.1=(每个弯头,出口0.1=,求: (1虹吸管中的流量;(2管中压强最底点的位置及其最大负压值。 解 写上、下游水面的能量方程:222212(0.02102 1.5115.222220.2l v v v l v v H d g g g dg g =+=+=×+×+=×22220.1315215.215.2v Hg =1.6v =m/s 220.2 1.65104Q A v =××=×m 3/s压强最低点在l 末端,则2220120(10 1.522p l l v v h

43、 g d g+=+22v g 281(12.50.0210.131513.3 2.7520.2p v g =+=+×=m 23. 如图水泵抽水系统,管长、管径单位为m ,给于图中,流量m 3/s ,34010Q =×03.0=。求:(1吸水管及压水管的S 数。(2求水泵所需水头。 (3绘制总水头线。 解 (1S 数:12424208(8(0.03 3.20.251180.25l d S d g g+×+=××= 224242608(8(0.03 1.70.221000.2l d S d g g+×+=××=2223

44、21212(2218(4010 3.54h S QS Q S S Q =+=+=××=m 20 3.5423.54H Z h =+=+=m24. 有一简单并联管路如下图,总流量38010Q =×m 3/s ,02.0=,求各管段的流量及两节点间的水头损失。第一支路1d 200=mm ,1l 600=m ,第二支路mm ,m 。2200d =2360l =解 =1124251880.0260030900.2l d S d gg××=××2224251880.0236018600.2l d S d g g××

45、=×× 110.01820.02320.041455.543=+=+= 215820.0414S =节点间的水头损失m225820.08 3.72h S Q =×=10.0350Q = =m 3/s 20.045Q = =m 3/s 校核 m 3/s120.08Q Q +=25.三层供水管路,各管路的S 值皆为s 2/m 5,层高均为5m 。设a 点的压力水头为20m ,求、,并比较三流量,得出结论来。(忽略a 处流速水头 6101Q 2Q 3Q 解 211h S Q H = 41 4.4610Q=×m3/s以二、三层楼分支点,分别写出能量方程,设分支点

46、水头为,则1H对二层:211H S Q2=; 2 Q= 对三层:21152H S=+3Q;3Q=写上述分支点A点的能量方程21125(H H S Q Q=+3322112 3125( 15(H H S Q Q S Q Q=+=+上式代入Q及Q,则232 1111151515H HH S SS S12=+=+111533515222H HH=111 535335(2224HHH = 4 平方222111112235353535(52(22424444H HH H H=+1(5H化简得:,221171035H H=114H=m423.7410Q=×m3/s432.1210Q=×

47、m3/s123Q Q Q 26.岗位送风所设风口向下,距地面4m 。要求在工作区(距地1.5m 高范围造成直径为1.5m 射流截面,限定轴心速度为2m/s ,求喷嘴直径及出口流量。 解(10 3.4R r a =+S0 6.8 1.5 6.80.08(4 1.50.14d D a S =×=m(200.070.6720.6720.588 2.50.08n r S S a=×= 为主体段。(3000.08 2.50.2940.2940.072 6.520.9660.966m a s r v v ×+=×=m/s 20000.07 6.520.1Q A v

48、=××=m 3/s27. 已知煤气管路的直径为20厘米,长度为3000米,气体绝对压强kPa ,K ,1980p =1300T =0.012=,煤气的490R =J/kg K , 1.3K =。当出口的外界压力为kPa时求质量流量G 。 490解 流体为等温流动,故G = 5.17=kg/s 28. 空气自kPa ,温度K 的气罐中流出,沿长度01960p =29320l =米,厘米的管道流入kPa 的介质中。设流动为等温过程2D =2p =2930.015=不计局部阻力,求出口流量。 解G = = = = = 0.552=kg/s29.求半径为和的两流线间流量的表达式,流

49、速均为(a 1r 2r 0r u =,u c r =;(b ,0r u =2u r =。解 (a (0ln cdr c r r=, 121212ln ln ln r C r C r C r =+= (b 222(02r rdr =,2222222212112(222r r r r =+=30.流速场的流函数是233x y y =,它是无旋流动吗?如果不是,计算它的旋转角速度。证明任一点的流速只取决于它对原点的距离。绘流线2=。 解 (12233x u x y y =; 6x u x x= 6y u xy x=; 6y u x y = 66yx u u x x x y+=0 流动是连续的。 (2

50、6xu y y =;6y u y x=6y x u u y y x= 所以是无旋流动。(33u r =2 因此,任意点上午速度只取决于它对原点的距离。r 22(336x y u dy u dx x y dy xydx =+2333332x y y x =+y2362x y y =x = 流线方程 31. 试求直角内流动的切应力分布。 22(a x y =+解 在平面流动中,切应力表达式为:(y xxy u u xy=+ 2x u ay y =; 2y u a x x = 2xu a y =; 2y u a x= (44xy a a =32. 在管径mm 的管道中,试分别计算层流和紊流的入口段长

51、度(层流按Re=2000计算。100d =解 层流 m 0.028Re 0.02820000.1 5.6E X d =××=××=紊流 m50500.15E X d =×=×=33.若球形尘粒的密度2500m =kg/m 3,空气温度为o C ,求允许采用斯托克斯公式计算尘粒在空气中悬浮速度的最大粒径(相当于Re=1。20 解 Re 为允许采用斯托克斯公式的最大雷诺数。 1= 即 Re 1=u d =代人8-29式21(18m u d g = 21(18m d g d=2623121818(15.710 1.20.21810(2500

52、 1.2049.8m d g ×××=××m 3 34.已知煤粉炉炉膛中上升烟气流的最小速度为0.5m/s ,烟气的运动粘滞系数m 2/s ,问直径mm 的煤粉颗粒是沉降还是被烟气带走?已知烟气的密度623010=×0.2m 0.1d =kg/m 3,煤粉的密度31.310m =×kg/m 3。解 360.50.11050Re 0.217123010280u d××=× 用(8-29式可知:2211(1818m m u d g d g = 2361(0.10.3(1.3100.29.818230

53、100.2=××××× 0.154=m/s气流速度大于悬浮速度,所以mm 的煤粉颗粒将被烟气带走。0.1d =35. 某体育馆的圆柱形送风口,00.6d =m ,风口至比赛区为60m 。要求比赛区风速(质量平均风速不得超过0.3m/s 。求送风口的送风量应不超过多少m 3/s ?解 0020.08600.2940.2940.30.30.4550.455a S r v v ×+=× 16.2940.310.710.455=×=m/s 22000000.310.71 3.03Q A v r v =××

54、;=m 3/s36.有一两面收缩均匀的矩形孔口,截面为0.052×m 2,出口流速010v =m/s 。求距孔口2.0m 处,射流轴心速度、质量平均速度及流量。 m v 2v Q 解 ;020.050b =00.025b =; 0.108a =00.0251.031.030.2380.108n b S a=×=m 2s =m(1010104m v v =m/s (2201010 2.78v v =m/s (3 001.2 3.620.0510 3.6Q Q v =×××=m 3/s 37.空气以8m/s 的速度从圆管喷出,00.2d =m ,求距出口1.5