第一章流体流动

1、1第一章：流体流动第一章：流体流动习题课习题课2第一章流体流动复习课第一章流体流动复习课一、流体静力学一、流体静力学三、管路计算及流量测量三、管路计算及流量测量二、流体动力学二、流体动力学32. 主要公式主要公式 一、流体静力学一、流体静力学1212ppgzgz0ppgh2112ppg zz 静静力力学学方方程程pMRTdudy流体性质：流体性质：混合流体的密度，平均密度混合流体的密度，平均密度静止流体内部静压能和位能可以静止流体内部静压能和位能可以相互转化。相互转化。静止流体内部压强的大小关系。静止流体内部压强的大小关系。静止流体内部任一点处的压强。静止流体内部任一点处的压强。1. 目的目的

2、 a. 学会等压面的选取学会等压面的选取 b. 熟悉静力学方程，并练习其应用熟悉静力学方程，并练习其应用4 a. a. 单位制换算：主要是工程制和国际单位制换算单位制换算：主要是工程制和国际单位制换算 b. b. 质量守衡，能量守衡质量守衡，能量守衡 输入输入+ +输出积累输出积累 c. c. 流体流动产生阻力的原因流体流动产生阻力的原因 d. d. 流体粘性产生的原因及影响因素流体粘性产生的原因及影响因素 e. e. 流体静力学方程的物理意义及能量之间的转换流体静力学方程的物理意义及能量之间的转换 f. f. 等压面的含义及条件等压面的含义及条件 g. g. 压强计：压强计： U U型压强计

3、的应用及所测数值的含义型压强计的应用及所测数值的含义3. 主要概念主要概念5二、流体动力学二、流体动力学2. 主要公式主要公式 a.连续性方程连续性方程 b.柏努利方程柏努利方程常数uAAuAuWS22211121221udud2211221222upupgZgZ2211221222efupupgZWgZh1. 目的及要求目的及要求 a. 练习截面的选取练习截面的选取 b. 熟悉柏努利方程并练习其应用熟悉柏努利方程并练习其应用62211221222efupupZHZHgggg2212112222efuuZ gpWZgph3. 基本概念基本概念 a. 连续性方程的意义及推导条件连续性方程的意义及

4、推导条件 b. 柏努利方程的意义及三种能量表达式柏努利方程的意义及三种能量表达式 c. 柏努利方程的使用注意事项及截面选取的原则柏努利方程的使用注意事项及截面选取的原则 d. 流体流动过程中能量的相互转换流体流动过程中能量的相互转换71. 基本要求基本要求a. 掌握层流和湍流阻力计算的方法掌握层流和湍流阻力计算的方法b. 掌握管路的分类及特点掌握管路的分类及特点c. 掌握流量测量元件的原理、特点及使用注意事项掌握流量测量元件的原理、特点及使用注意事项2. 主要公式主要公式a. 流动类型：流动类型：b. 阻力计算：阻力计算：其中其中 ，层流时：，层流时：Re4000, f(Re,/d)查图查图1

5、-27，特别的，阻力平方区，特别的，阻力平方区f(/d)三、管路计算及流量测量三、管路计算及流量测量4RedudGwd 2ii2eflluhd （）64/Re83. 管路计算管路计算并联管路并联管路: 串联管路串联管路: 分支管路分支管路: 常数 SSSSVVVV321 21fffhhh10 120 20ffEhEhEssasbVVV21ffBfAhhh12sssVVV4. 流量测量流量测量)(2gRcu9选择选择流量增大时，流体流经转子流量计的压强差流量增大时，流体流经转子流量计的压强差( )A .增大增大B. 减小减小C. 不变不变 答案：答案：( )孔板流量计的孔流系数孔板流量计的孔流系

6、数Co，当，当Re数增大时，其值数增大时，其值( ) .A.总在增大总在增大B.先减小，当先减小，当Re数增大到一定值时，保持为某定值；数增大到一定值时，保持为某定值；C.总是减小总是减小D.不定不定 答案：答案：( )皮托管测定的流速是皮托管测定的流速是( )。A点速度点速度B.平均速度平均速度C.最大速度最大速度 答案：答案：( )cba101 1、流体流动过程中，影响摩擦因子、流体流动过程中，影响摩擦因子的两个无因次数群分别为的两个无因次数群分别为 和和 ，而在层流区，摩擦因子只与，而在层流区，摩擦因子只与 有关。有关。 2 2、转子流量计测量流量时，当流量加大时，转子上下两截面的、转子

7、流量计测量流量时，当流量加大时，转子上下两截面的压强差压强差 （增大，不变，减小），而流体的流通截面（增大，不变，减小），而流体的流通截面积积 。（增大，不变，减小）。（增大，不变，减小） 3 3、流体在圆管内作层流流动时，截面上各点的平均速度、流体在圆管内作层流流动时，截面上各点的平均速度u u与管与管中心处最大速度中心处最大速度u umaxmax的关系为：的关系为： u/uu/umaxmax= = 。当流动。当流动进入湍流时，进入湍流时，u/uu/umaxmax随随ReRe的增加而的增加而 。（减小、不。（减小、不变、增加）变、增加）Re/dRe不变不变增大增大0.50.5增加增加填空填空

8、114用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量用管子从高位槽放水，当管径增大一倍，则水的流量为原流量（为原流量（ ）倍，假定液面高度，管长，局部阻力及）倍，假定液面高度，管长，局部阻力及摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。摩擦系数均不变，且管路出口处的流体动能项可忽略。答案：（答案：（ ）5常温下水密度为常温下水密度为1000kg/m3,粘度为粘度为1cp，在，在d内内=100mm管管内以内以3m/s速度流动，其流动类型为速度流动，其流动类型为( ).答案：（答案：（ ）620摄氏度的水通过摄氏度的水通过10m长，长，d内内=100mm的钢管，流量的钢管，流量Vn=10m3/

9、h,阻力系数阻力系数=0.02,压力降压力降P=（ ）。）。答案：（答案：（ ）7.常用测定流量的流量计有常用测定流量的流量计有( )，( )，( )。答案：（答案：（ ）（ ）（ ）24湍流湍流125.3N/m2128气体的粘度随温度的升高而（气体的粘度随温度的升高而（ ），水的粘度随），水的粘度随温度的升高而温度的升高而( )9假如流体的流量不变，而圆形直管的直径减少二分之一，则假如流体的流量不变，而圆形直管的直径减少二分之一，则因直管阻力引起的压降损失为原来的多少倍？假设为层流。因直管阻力引起的压降损失为原来的多少倍？假设为层流。0一转子流量计，当流量为一转子流量计，当流量为10m3/h

10、时，测定转子进出时，测定转子进出口压差为口压差为50N/m2,现流量变为现流量变为12m3/h,则进出口压差为则进出口压差为（ ）N/m2。11. 等边三角形边长为等边三角形边长为a,其当量直径是（其当量直径是（ ），长方形长），长方形长2a,宽为宽为a,当量直径是当量直径是( )。升高升高降低降低1650a33a341320m 1 用泵将密度为用泵将密度为1100kg/m3、粘度为、粘度为1.210-3Pas的溶液的溶液从贮槽送至表压为从贮槽送至表压为0.2105Pa的密闭高位槽，如图所示。管子的密闭高位槽，如图所示。管子直径为直径为1084mm、直管长度为、直管长度为70m、各种管件的当量

11、长度、各种管件的当量长度之和为之和为100m（不包括进口阻力与出口阻力）。输送量为（不包括进口阻力与出口阻力）。输送量为50m3/h，两槽液面恒定，其间垂直距离为，两槽液面恒定，其间垂直距离为20m。今采用一台效。今采用一台效率为率为65%、轴功率为、轴功率为7.5kw的库存离心泵，核算该泵能否完成的库存离心泵，核算该泵能否完成任务。（阻力系数任务。（阻力系数可取可取0.027，进口阻力系数，进口阻力系数c为为0.5，出口阻，出口阻力系数力系数e为为1）1421 , f22221211hP2ugzWeP2ugz 2,122()2701001.769(0.02710.5)74.14/0.12ef

12、CelluhdJkg 答：在贮槽答：在贮槽1-1面与面与2-2面间列柏努力方程，以面间列柏努力方程，以1-1面为基准面面为基准面其中：其中：z1=0，z2=20，P1=0（表压），（表压），P2=0.2105Pa（表压）（表压）u1=0m/s，u2=0m/s，d0.1mu=V/S=504/(36003.140.12)1.769m/s22212121,1 22fuuPPWeg zzh15288.52 15.286.78/7.50.65esWNKJ sKW质量流量质量流量ws=501100/3600=15.28Kg/s故该泵合适故该泵合适22212121,12520.2 109.81 2074.1

13、41100288.52 /fuuPPWeg zzhJ kg162：用：用U型测压计测压强差，如流量、型测压计测压强差，如流量、管径均不变，而将水平管改为垂直管径均不变，而将水平管改为垂直管。问管。问p1 -p 2 =?解：对于垂直管取等压面解：对于垂直管取等压面A A1Appg hR水平管时水平管时120ppRg20Appg hHgRAApp120pg hRpg hHgR120ppHgRg故故 和水平管对照，多了和水平管对照，多了1 1、2 2两点位能转换的静压能两点位能转换的静压能 如果是气体，如果是气体， 密度较小，则水平管、垂直管相同密度较小，则水平管、垂直管相同173. 如图，且不互溶

14、，两容器液面在同一水平面，且两容器尺寸如图，且不互溶，两容器液面在同一水平面，且两容器尺寸相同，试问：相同，试问：如在两容器底部用管连通，求两容器液面差如在两容器底部用管连通，求两容器液面差h如将右测液体换成如将右测液体换成1，又求液面差，又求液面差h解：解：(1)连通后，右侧下降连通后，右侧下降h/2，左，左侧上升侧上升 h/2，底部为等压面，底部为等压面212212222hhhhhhh 将右侧改为将右侧改为1 ，则右侧上升，左，则右侧上升，左侧下降，同理，底部为等压面。侧下降，同理，底部为等压面。2121122222hhhhhhh 184. 判断三个玻璃管中压强大小关系和液柱面高低关系判断

15、三个玻璃管中压强大小关系和液柱面高低关系对理想流体对理想流体22upgHgZ对对11，22z 1= z 2 ;u 1 u 2 p 2 p 1液面液面2高于液面高于液面1对对11，33u 1 = u 3 , z 1 z 3, p 3 p 1 而而p 3 - p 1 = z g 1、3液面同高液面同高 理想流体理想流体 非理想流体非理想流体192223323222ppuugZgZ对22，332233223222upupgZgZ对非理想流体1、2 液面: 须知12的阻力损失1、3 液面: 1定高于32、3 液面: 2定高于322313122uug ZZ222222233312120222222ppu

16、uuuuu液面必定2高于1而13液面必定2高于332g ZZ205. 如图，三槽中水面相同且恒定，忽略阻力，判断：如图，三槽中水面相同且恒定，忽略阻力，判断： u1,u2 u2,u3,u4 p1,p2 p2,p322aaAAppuHgz g（2）对水槽液面和出口处建立柏努利方程，基准水平面为对水槽液面和出口处建立柏努利方程，基准水平面为2-222aaBBppuHgz g22aCaCpupHgz gABC22AAuHgz g22BBuHgz g22CCuHgz g解解： （1）略）略2122121222AAupupHgz gz g2222AupHgz g2332BpuHgz g22323222B

17、Apuupz gz g32BAuupp1212zzpp2212221122121222ffhhl uludd212121,dddd12fd6.同一平面两并联管路，同一平面两并联管路， l 1 = l2,d2=2d1，两管绝对粗糙度相同，两管绝对粗糙度相同，且流动均处于平方区，判断两管的流速哪个大？且流动均处于平方区，判断两管的流速哪个大？在阻力平方区，在阻力平方区，222211221121 1222121112.212222.l uluuuuuuudd解：解：237.由自来水总管引出一支管由自来水总管引出一支管AB，向居民楼供水，在端点，向居民楼供水，在端点B分成分成两支路，一路供一楼，一路供

18、二楼两支路，一路供一楼，一路供二楼已知：已知：LAB =100m , LBC = 10m , LBD = 20m , = 0.03 , 管径管径d30mm，A处压强为处压强为PA3.43105pa（表压）（表压）求：当阀求：当阀C全开时全开时c=6.4 ，管路，管路D可否有水？并求可否有水？并求C的流量的流量 当阀当阀C关小，使关小，使C流量减半，求此时流量减半，求此时D的流量，的流量，（此时（此时D阀应全开阀应全开,D=6.4）24解：首先判断解：首先判断B点的静压能，设点的静压能，设D管没有水。管没有水。对入口对入口A处外侧和处外侧和11截面之间列柏努利方程，管道截面之间列柏努利方程，管道

19、ABC为基为基准水平面，对串联管路准水平面，对串联管路212Afpuh521122 3.43 10 1000100 100.036.4 1.50.5 10.032.42AABBCCpulldum s由由AB列柏努利方程，管道列柏努利方程，管道ABC为基准水平面为基准水平面22110.522ABABpuplud22110.522ABBCClluud252125211.523.43 101002.421.50.031.529.81 10000.032 9.804.85.0BAABBAABppludppluggdgmm二楼无水此时此时223310.758 0.032.421.71 104Vd ums

20、26如水上二楼，则成分支管路如水上二楼，则成分支管路 通过调节阀门，使通过调节阀门，使11.21Cuum s12222444BDCBDCd ud ud uuuu分支管路的流量关系为：分支管路的流量关系为：由由AB列柏努利方程：列柏努利方程：22ABBfABppuh由由B2列柏努利方程：列柏努利方程：22222BBDDfBpuuz gh整理得到：整理得到：2222220.52.2.2.ADDfABfBBCDABBDDDpuz ghhluluuz gdd272221.21100205 9.810.030.50.037.40.0320.03.21.94.570DDDDuuuu 整理得到解得：解得：u

21、D=1.39 m/s uB=1.39+1.212.6 m/s2830mP49pa真空度真空度19. 内截面为内截面为1000mm1200mm的矩形的矩形烟囱烟囱高为高为30m。平均摩尔质量为平均摩尔质量为30kg/kmol，平均温度为平均温度为400的烟道气的烟道气自下而上流动，烟囱下端维持在自下而上流动，烟囱下端维持在49pa49pa的真空度的真空度。，地面处的地面处的大气压强为大气压强为101.33101.33103pa。流体流经烟囱的。流体流经烟囱的摩摩擦系数为擦系数为0.05，试求烟道气的流量为若干，试求烟道气的流量为若干，kg/h？解：已知：解：已知：z10m，z230m，p149pa真空度，真空度， p2？u？选择烟囱下端为截面选择烟囱下端为截面1-1，顶端为，顶端为2-2。截面。截面1-1为基准水为基准水平面。平面。根据题意，查表的根据题意，查表的20，压强为，压强为101.33101.33103pa空气的密空气的密度为度为1.2051.205kg/m3。1-12-22033101.33 101.205 9.81