【高分复习笔记】柴诚敬《化工流体流动与传热》（第2版）笔记和考研真题详解

目录内容简介目录绪论01复习笔记02名校考研真题详解第1章流体流动基础1」复习笔记1.2名校考研真题详解第2章流体输送机械复习笔记名校考研真题详解第3章流体与颗粒之间的相对运动复习笔记名校考研真题详解第4章液体搅拌4.1复习笔记42名校考研真题详解第5章传热过程基础复习笔记名校考研真题详解第6章换热器复习笔记名校考研真题详解第7章蒸发复习笔记名校考研真题详解0.I复习笔记ー、化学工程学科的进展化学エ艺与单元操作化学工业泛指对原料进行化学加工,以改变物质结构或组成,或合成新物质,而获得有用产品的制造エ业，又称化学加工エ业。各种化工生产过程都是由化学反应和若干物理操作有机的组合而成。化学反应过程及其设备——反应器是化工生产的核心;构成多种化工产品生产的物理过程统称为化工单元操作,简称单元操作。.化学工程及其进展化学工程是研究化学工业和相关过程工业生产中所进行的化学反应过程及物理过程共同规律的ー门工程学科。“三传一反''（动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程）概念的提出，开辟了化学工程发展过程的新历程。二、单元操作及传递过程单元操作分类（1）遵循流体动力学基本规律的单元操作,包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）等。（2）遵循热量传递基本规律的单元操作,包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。（3）遵循质量传递基本规律的单元操作,包括蒸储、吸收、革取、吸附、膜分离等。从工程目的来看,这些操作都可将混合物进行分离,故又称之为分离操作。（4）同时遵循热质传递规律的单元操作,包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。.传递过程从本质上讲,所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程或它们的结合。.单元操作与传递过程的融合（1）传递是单元操作的科学基础;（2）传递是单元操作数学模型的基础。.本课程的研究方法（1）实验研究方法（经验法）；（2）数学模型法（半经验半理论方法）。三、单位制度和单位换算。单位和单位制度在工程和科学中,单位制有不同的分类方法。.单位换算（1）物理量的单位换算（2）经验公式（或数字公式）的单位换算。①物理方程它是根据物理规律建立起来的。物理方程遵循单位或量纲一致的原则。②经验方程它是根据实验数据整理成的公式,式中各物理量的符号只代表指定单位制的数字部分,经验公式又称数字公式。0.2名校考研真题详解ー、选择题按照国际单位制（SI制）的规定,下列物理量中（ ）采用的是导出单位。［北京理工大学2007研］A.时间B.温度c.力D,物质量【答案】C【解析】国际单位制（SI制）中七大基本单位是:长度m,时间s,质量kg,热カ学温度K,电流A,光强度cd,物质量mol。若p表示密度,采用混合规制スー"。,计算液体混合物密度时,式中5计算液体混合物密度时,式中5表示的是各组分的（）分率。［北京理工大学2007研］A.体积B.质量C.摩尔D.比摩尔【答案】B4c水在SI制中密度为（ ）：重度为（ ）:在工程单位制中密度为（）;重度为（ ）。［浙江工业大学2005研］l（XX）kgf/m31000kg/m2102kgfsVm49810N/m2【答案】BDCA二、填空题某流体的相对密度（又称比重）为0.8,在SI制中,其密度p=,y=〇［浙江工业大学2005研］【答案】800kg/m3；7848N/m'三、判断题在化工设计中经常使用的经验公式里各物理量必须采用指定单位下的数值。（）［北京理工大学2007研］【答案】ベ第1章流体流动基础1.I复习笔记ー、流体的物理性质连续介质假定（1）将流体视为由无数微团或质点组成的密集而无间隙的连续介质。（2）连续性假设并不是在任何情况下都适用，如高真空下的气体就不能视为连续介质。.流体的密度和比容（1）密度的定义与性质流体的密度是指单位体积流体所具有的质量,以P表示。比体积是指密度的倒数,以符号U表示,它是指单位质量流体所占有的体积,即液体的密度随着压カ和温度的变化很小,一般可忽略不计,因此p=常数。气体的密度随p=hl=型

pVRT温度、压カ改变较大。低压气体的密度可近似按理想气体状态方程计算高压气体的密度可采用实际气体状态方程计算。（2）流体混合物的密度①液体混合物的组成常用质量分数表示。以1kg液体混合物为基准,设各个组分在混合前后体积不变（理想溶液）,则1kg混合物的体积等于各组分单独存在时体积之和，即

丄=吆+您+.・・+%AnPA样pA,pB,…，pn 各纯组分的密度,kg/m5；(Oa,(Ob,(On 混合物中各组分的质量分数,kg/kgo②气体混合物的组成常用体积分数屮表示。以lm3气体混合物为基准,各组分的质量分别为(|)ApA,(pBpB，(pnpn,则10!ツ气体混合物的质量等于各组分质量之和,即pm=pA(pA+pB(PB+pn(Pnq)A,Qb,(pn 气体混合物中各组分的体积分数,mVm'o.流体的膨胀性和压缩性(1)膨胀性流体的膨胀性是指流体温度升高时其体积会增大的性质。膨胀性的大小用体积膨胀系数aa=]a=]dy表示。dT——流体温度的增量,K；dv/v——流体体积的相对变化量。液体的膨胀性通常可忽略不计,而气体的膨胀性相对很大。(2)可压缩性可压缩性是指流体受压力作用其体积会减小的性质。流体可压缩性的大小用体积压缩系数P来表征。负号表示dv与dp的变化方向相反。8.丄业P由于pv=l,故上式又可以写成由B的表达式知,。值越大,流体越容易被压缩;反之,不易被压缩。.流体的黏性（1）牛顿黏性定律流体在运动时，任意相邻流体层之间存在着抵抗流体变形的作用カ,称为剪切カ（内摩擦力）。流体的黏性是指流体所具有的在其内部产生阻碍自身运动的特性。①黏性的产生原因a.流体分子之间的引力（内聚カ）产生内摩擦カ;b.流体分子作随机热运动的动量交换产生内摩擦カ。“一”五②牛顿黏性定律T 剪应カ或内摩擦カ,N/mユ;卩——流体的动カ黏度,简称黏度,Pas；duJdy——速度梯度，l/so负号表示t与速度梯度的方向相反。（2）流体的黏度ル表示单位速度梯度下流体的内摩擦カ,它直接反映了流体内摩擦力的大小。在SI制中,g的单位为N-s/mユ或Pa-s。以前单位有泊（P）或厘泊（cP）,换算关系为:lPa-s=10P=10OOcPoP运动黏度是指流体黏度卩与密度p的比值,以v表示在SI制中,v的单位为nV/s,其非法定单位为cnV/s（St）,它们的关系为lSt=100cSt=107m2/s当温度升高或压カ降低时,液体黏度降低；温度降低、压カ升高时，液体黏度增大。当温度升高时,气体黏性增大；当压カ提高时,气体黏度减小。（3）理想流体与黏性流体黏性流体或实际流体是指具有黏性的流体。理想流体是指假想的、完全无黏性（卩=0）的流体。二、流体静力学作用在流体上的カ（1）质量カ质量カ是指作用在流体元的每ー质点上的カ,可分为:①外界カ场对流体的作用力;②流体作不等速运动而产生的惯性カ。质量カ与它所作用的流体质量成正比,单位质量流体所受到的质量力称为单位质量カ,它在数值上等于加速度。（2）表面カ表面力是指作用在流体元的表面上,只与所接触的表面积有关,而与流体的质量无关的作用カ。单位面积上的表面力称为表面应カ（N/m?）。.流体的静压カ及其特性（1）静压カ及其特性静压カ是指在静止流体中,作用于单位面积上的内法向表面应カ,简称压カ。流体的静压カ有两个重要的特性:①流体静压カ垂直于其作用面,方向为该作用面的内法线方向。静压カ只能作用于内法向表面上。②静止流体中任意一点处的静压カ的大小与作用面的方位无关,即同一点上各方向作用的静压カ值相等。在SI制中,压カ的单位是N/m，或Pa。工程上有时沿用atm（标准大气压）、流体柱高度、bar（巴）或kgf/cmユ等，换算关系如下atm=101300N/m-=101.3kPa=1.033kgf7cm==10.33mHQ=760mmHg（2）大气压カ、绝对压カ、表压カ和真空度①绝对压カ绝对压カ是指以绝对零值（绝对真空）为基准算起的压カ，它表示了压力的真实太小,它总是正值。②表压カ压カ可以用仪表来测量，这种仪表本身也受到大气压的作用,但在大气中它的读数为零。因此所测得的压カ只是实际压カ和当地大气压カ的差值，这种压カ差称作表压カ。③真空度表压カ值可正可负。负的表压カ表示被测点的压カ低于大气压カ,即该点呈现一定的真空,这个负的表压值称为真空度。绝对压カ、表压カ和真空度之间的关系如下:绝对压カ=大气压カ+表压カ表压カ=绝对压カー大气压カ真空度=ー表压カ.流体静力学基本方程《十«2=常数重力作用下的流体静力学基本方程液体为不可压缩流体,若在静止液体内部的竖直方向上,任取两点ス和Z2,并设两点处的=与+gz?压カ分别为P和P”则若将上式中的厶取在液面上,并设液面上方的压カ为p°,み处的压カ为p,则可写成

p=po+(zo—z)pg=p04-pgh由上式可知:①在重力作用下,静止液体内部的压カ仅是坐标Z的函数,压カ随液体深度的增大而增大。②在重力作用下的静止液体内部,静压カ由两部分组成:液体表面压カP。和流体自重引起的压カpgh。③当z值一定,p为常数,等压面是水平面。④将式写成表明压カ差的大小可以用一定的液柱高度来表示。.流体静力学方程的应用(1)压カ与压カ差的测量①U形管压差计U形管压差计的测压原理如图1-1所示。当U形管的两端与两被测点连通时,由于作用于U形管两端的压カ不等(图1-1中P>P2),因此指示液A在U形管的两侧显示出高度差R。pi-p2=(Pa-Pe)qR图1-1u管压差计P\—p2=pAf(R若被测流体为气体,因气体密度比指示液密度小得多,式中的PB可忽略不计,于是若U形管的一端与被测流体连接，而另端与大气相通，此时读数R反映的是被测流体的表压カ。②双液U形管微压差计如图1-2所示，为双液U形管微压差计的示意图。此压差计可用于测量压カ或压差较小的场合。图1-2双液U管微压差计P1ー6=(pA-Pc)gR(2)液位的测量如图1-3所示,由压差计读数可求出容器内的液面高度。容器的液面愈低,压差计的读数愈大;当液面达到最大高度时,压差计读数为零。图1-3压差法测量液位1一容器;2ー平衡器的小室；3-U管压差计三、流体流动概述描述流体运动的方法(1)拉格朗日观点和欧拉观点①拉格朗日观点:着眼于流场中的每ー个运动着的流体质点,跟踪观察每ー个流体质点的运动轨迹及其速度、压カ等量随时间的变化。然后综合所有流体质点的运动,得到整个流场的运动规律。②欧拉观点:着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空间点为考察对象，研究流体质点通过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。然后综合所有空间点的运动参数随时间的变化,得到整个流场的运动规律。(2)系统与控制体采用拉格朗日观点考察流体流动时，所用的考察对象称为系统。采用欧拉观点考察流体流动时,所用的考察对象称为控制体。.稳态与非稳态流动稳态流动是指流体运动时,若任一点上流体的速度和压力等运动参数都不随时间改变,只与空间位置有关的流动。.流量与平均流速(1)迹线与流线迹线是指流体质点运动的轨迹。流线在某ー时刻,在曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向相同。流线有如下性质:①在非稳态流场中,流线的形状及位置随时间而变。稳态流场的流线则不随时间改变,与迹线重合。②在任一瞬时,通过流场中的某一点只能有一条流线通过。即流线不能相交。(2)流量与平均流速①流量a.体积流量是指单位时间内通过有效流通截面的流体体积。b.质量流量是指单位时间内通过流通截面的流体质量，以W、表示，单位为kg/s。若流体密度为P,则Ws=pVs②平均流速与质量平均流速匕Mb=A平均流速定义为质量平均流速定义为质量平均流速G又称质量通量,其单位为kg/(nv-s)。.流体流动的型态(1)流体流动时,因流动条件的不同,呈现出层流和湍流的流动型态。(2)流动型态的判据——雷诺数［吁［誓卜吗騁誓立"。い雷诺数:Re=dpu/|io雷诺数的量纲为ー,表示流体惯性力与黏性カ之比。流体在管内流动时,ReV2()()()时为层流;Re>4(XX)时为湍流;而Re在2000〜4000范围内,流动处于ー种过渡状态,可能是层流亦可能是湍流。四、流体流动的基本方程连续性方程Hr十い十9B〒お(1)微分形式的连续性方程電+▽,写成向量形式,为上式称为流体流动的连续性方程,对于稳态或非稳态流动、理想流体或实际流体、不可压缩流体或可压缩流体、牛顿型或非牛顿型流体均适用。(2)积分形式的连续性方程设截面1-1与2-2的面积分别为Ai与Aい流体在两截面上的密度分别为pi和p2,平PiumAi=/)：««A：均流速分别为Ubl和Ub2,则W，=0ubiAiN金”nんノニ…H修トん匸常数推广到管路的任意截面,得对于圆形管道,由式可得“bl(もく2.机械能衡算方程门+チ+竽=常数(1)理想流体沿流线稳态流动的伯努利方程r*•对同一流线上的任意两点1和2,有gz 单位质量流体的位能,J/kg;PP——单位质量流体的压カ能,J/kg；U* 单位质量流体的动能,J/kg。gZ)+^■+与■=84+ス+ラ・+ガ＜(2)实际流体沿流线稳态流动的机械能衡算方程h'i 单位质量流体从流线上点1流至点2的能量损失，J/kg。◎i+夕+ +w.=+也+21^.+E所Pム P4(3)实际流体在管内稳态流动的机械能衡算方程该式的适用条件为:不可压缩流体的稳态流动,沿程流量保持不变;作用于流体上的质量カ仅限于重力;所选的上、下游截面必须处在均匀截面。但在两截面之闻的流动可以是均匀流段,也可以是非均匀流段。五、流体流动的阻カ流动阻カ与能量损失的概念(1)管内流动阻カ的分类①直管摩擦阻カ直管摩擦阻カ是指流体在等径直管道内运动时,由于壁面的作用,使得流体内部产生动量梯度从而发生分子或涡流动量传递(亦即流体质点间的内摩擦カ),以及流体与管壁之间的黏附作用等,沿程阻碍着流体运动的阻力。直管能量损失是指为克服直管阻カ而消耗的机械能。单位质量流体的直管能量损失以hr表示。②局部阻カ当流体流经弯管、流道突然扩大或缩小、阀门、三通等局部区域时，流速的大小和方向被迫急剧改变,因而发生流体质点的撞击,出现涡旋、流体与壁面分离等现象。局部阻カ是指在局部障碍处产生的阻カ。局部能量损失是指流体为克服局部阻力而消耗的机械能,以hi表示。因此,实际流体在管路中流动的总机械能损失2拼为直管阻カ损失与局部阻カ损失之和。柄=必ースセだ

pac(2)计算直管摩擦阻カ的通式△外，=ウ"？或.圆管内的稳态层流(1)速度分布孙=知メ=も!TJ；"川!?-㈤卜"加(2)管截面的平均流速为△公一丁^=ーアー由上式可得Apu32供〃bL或(3)摩擦阻カ1=64/Re.管内湍流的摩擦阻カ与量纲分析(1)摩擦系数入影响因素的量纲分析①量纲分析的概念与伯金汉兀定理量纲分析法的基础是量纲一致性原则。任何由物理定律导出的方程,其各项的量纲是相同的。/(孙セ‘孙…x")=0伯金汉(Buckingham)兀定理:若影响某ー物理过程的物理变量有n个,即设这些物理变量中有m个基本量纲,则该过程可用N=n—m个量纲为ー数群所表示的关系式来描述,即F(孙肛…次)=0式中，每ー个兀项都是独立的、由若干物理变量组合而成的量纲为ー的数群。兀项中所含的基本物理变量的选择原则是:a.m个基本物理变量中必须包含m个基本量纲;b.所选择的基本物理变量中至少应包含ー个几何特征参数、一个流体性质参数和一个流动特征参数。在流体力学研究中,常选取d、ル和p作为基本变量;c.非独立变量不能作为基本变②管内流动摩擦阻カ的量纲分析管内流动的摩擦系数与雷诺数及管壁的粗糙度有关。(2)管内湍流的摩擦系数对于管内湍流,按流动Re和管壁粗糙度的不同，可分为湍流光滑区、湍流粗糙区和过渡粗糙区三个区。-y=r=2.01g(ReJI)-0.80①湍流光滑区的摩擦系数上式是计算湍流光滑区摩擦系数入的半经验公式,使用条件为:Re>40(X)o在4000VReVx=0.3164Re-025IO、的范围内,还可用布拉休斯(Blasius)经验公式计算:②湍流粗糙区的摩擦系数③过渡粗糙区的摩擦系数.边界层的概念与局部阻カ（1）边界层的概念当实际流体与固体壁面作相对运动时,流体内部会有剪应カ的作用。当流动的雷诺数较高时,剪应カ（或速度梯度）将集中在壁面附近,远离壁面处的速度梯度很小,这部分流体可视为理想流体。据此可将流动分成两个区域:①远离壁面的主流区域,可按理想流体处理;②壁面附近的薄层流体,速度梯度很大,必须考虑黏性力的影响,这层流体称为边界层。（2）管路上的局部阻カ管路上的各种管件都会产生一定的能量损失，称为局部阻カ。①阻カ系数法该法是将局部能量损失表示成流体动能因子“"2的ー个倍数,即局部阻カ系数。a.截面突然扩大，ー突然扩大时的阻カ系数。注意,计算阻カ损失时，应按细管的平均流速计算动能因子。b.截面突然缩小在计算时,动能因子应按细管内的平均流速计算。c.管道入口与出口0.5流体自容器流入管内,相当于突然缩小时Ai>>ん即Aユ/A合0,于是当流体自管路流入容器,或自管路直接排放至管外空间时，相当于突然扩大时Az>>Ai即1=1A1/A2-0I此时d.常见管件与阀门的局部阻カ系数Z称祖カ系数，名阻カ系数，弯去.4ヂ0.35な准阀粤头・90・0.75全开6.0三通1举开9.5回年头1.5角岗,全开2.0管接头0.04止送闽活接・0.04陣式•*70.0用風热板式2.0全开0.17水表,盘式7.0半开4.5表1-1常见管件与阀门的阻カ系数②当量长度法局部阻カ亦可仿照直管阻カ写成如下形式:.ーム欣Le——管件或阀门的当量长度,单位为m,它表示流体流过某一管件或阀门时的局部阻カ,相当于流过一段直径为d、长为し的直管阻カ。六、管路计算简单管路匕=加，/4连续性方程机械能衡算方程dubpe阻カ系数方程2.并联与分支管路当管路中存在分流与合流时,称为复杂管路。如图1-4(a)所示,在主管路A处分出两个或多个支路,然后在B处又汇合的管路,称为并联管路;在图1-4(b)中,主管路A在0点分成B、C二支路后不再汇合，称为分支管路。图1Y并联与分支管路示意图(1)并联管路Xhj-B=Z%=乙ワ1并联管路中各支管的流动阻カ损失相等。匕=%+%由流体的连续性条件,在稳态下,主管中的流量等于各支管流量之和,即(2)分支管路图1-4(b)所示的简单分支管路，以分支点〇处为上游截面,分别对支管B和支管C列机械能西+4+を+Z+4+与+ZL

ェP エP衡算方程,可得对分支管路,单位质量流体在各支管流动终了时的总机械能与能量损失之和相等。主管流量等于各支管流量之和,即七、流量测量测速管u=C成(pA-p)gR/p测速管又称毕托管,流量计算公式如下:通常校正系数C=0.98〜1.0〇。测速管测定的流速是管道截面上某ー点的局部值,称为点速度。欲获得管截面上的平均流速は，需测量径向上若干点的速度,然后用数值法或图解法积分求得截面平均速度。测速管的优点是流体的能量损失较小,通常适合测量大直径管路中的气体流速,但不能直接测量平均流速,且压差读数较小,通常需配用微压差计。2.孔板流量计孔板流量计是利用孔板对流体的节流作用,使流体的流速增大,压カ减小,以产生的压カV«=CoAoノ2&R(pa—P)/p差作为测量的依据。流量计算公式如下:W,=CoAoy/2gRp(.px—p)Co——流量系数或孔流系数(0.6~0.7),与Re、面积比A0/Ai以及取压法有关,需由实验测定。孔板流量计安装位置的上、下游都要有一段内径不变的直管作为稳定段。根据经验,其上游直管长度至少应为104,下游长度至少为5a。孔板流量计制造简单,安装与更换方便。其主要缺点是流体的能量损失大,A"Ai越小,能量损失越大。.文丘里流量计为减少流体节流造成的能量损失,可用一段渐缩渐扩的短管代替孔板。其流量计算公式如Vj=CvAoy/2Cpl-ホ)/p下:Cv—文氏流量计的流量系数,其值由实验测定。C.值一般为0.98〜0.99；Ao——喉颈处截面积:pi-p。为上游截面i-r与喉管截面〇ー〇，的压カ差。通常文丘里流量计上游的测压点距管径开始收缩处的距离至少应为管径的1/2长度,而下游测压口设在喉颈处。优点是能量损失小,但不如孔板那样容易更换以适用于各种不同的流量测量;文丘里管的喉颈是固定的，致使其测量的流量范围受到实际Ap的限制。.转子流量计上述各流量计的共同特点是收缩ロ的截面积保持不变,而压カ随流量的变化而改变,这类流量计统称为变压カ流量计。另ー类流量计是保持压カ差几乎不变，让收缩的截面积变化,这类流量计称为变截面流量计,最为常见的是转子流量计。Cr=Cム顾RA】）一转子流量计的流量系数,与Re及转子形状有关,需由实验测定。…ar严中转子流量计的体积流量为对于特定的转子流量计,流量系数Cr不变,则流量仅随Ar而变。由于玻璃管为上大下小的锥体,Ar值随转子所处的位置而变,因而转子所处位置的高低反映了流量的大小。优点是能量损失小,测量范围宽。缺点是耐温、耐压性差。ハ、非牛顿流体的流动非牛顿型流体的流动特性流动特性不遵循牛顿黏性定律的流体统称为非牛顿型流体。根据剪应カ与速度梯度（或称剪切速率）关系的不同,可将非牛顿型流体分为若干类型。几种常见类型的非牛顿型流体的剪应カ与剪切速率之间的关系曲线（a线为牛顿型流体）如图1-5所示。图1-5流体的流变图aー牛顿型流体;bー假塑性流体;cー胀塑性流体;dー宾汉塑性流体许多非牛顿型流体,在很大的剪切速率范围内,都可以用如下幕律形式的方程来描述r=K卷）,n——流动特性指数;K 稠度指数,Pas。2.非牛顿型流体的类型（1）假塑性流体大多数非牛顿型流体属于此种类型（如图レ5中的b线）,如聚合物溶液或熔融体、油脂、淀粉溶液等。（2）胀塑性流体这类流体在流动时,表观黏度随剪切速率的增大而增大。某些温沙,含有硅酸钾、阿拉伯树胶等的水溶液均属于胀塑性流体（图1-5中的c线）。（3）宾汉塑性流体某些液体,如润滑脂、牙膏、纸浆、污泥、泥浆等,流动时存在着ー个极限剪应カ或屈服剪应カ加在剪应カ值小于时,流体根本不流动;只有当剪应カ大于时，液体オ开始流动（图1-5中的d线）。1.2名校考研真题详解ー、选择题当管路性能曲线写为H=A+BQ时（ ）。［中南大学2009研］A只包括单位重量流体需增加的位能A包括单位重量流体需增加的位能与静压能之和BQ代表管路系统的局部阻力损失BQ代表单位重量流体增加的动能【答案】B【解析】H=A+BQ,A代表0g,B代表单位重量流体所增加的动能和系统的局部阻カ损失。已知水在圆形直管中流动时,其速度分布呈抛物线,则该管路的摩擦因数入可能是（）〇［西北大学2009研］0.0050.0150.035D.无法判断【答案】C如单位质量流体在管路中的阻カ损失以Eh，表示,单位重量流体在同一管路中的阻力损失以モ表示,则二者的关系为（ ）。［浙江工业大学2005研］EE，EH/eZH.-gEhzEK.«Eh/【答案】B适用于下列（ ）流动所特指的流动条件中。［北京理工大学2007研］A.理想B.等温C.连续D.稳态【答案】D采用局部阻カ系数法计算突然扩大和突然缩小的阻カ时,突然扩大采用的速度是（）,突然缩小采用的速度是（ ）。［南京工业大学2008研］A,粗管中的速度B,细管中的速度C.粗、细管中速度的算术平均值D.粗、细管中速度的几何平均值【答案】B；B【解析】管路由于直径改变而突然扩大或缩小,所产生的能量损失中的流速u均以小管的流速为准。有一并联管路,如图1-1所示,两段管路的流量,流速、管径、管长及流动阻カ损失分别为V”5,d.,1.,hn及V2,U2,d?,L,hno若di=2d?,= 则当两段管路中流体均作层流时，vi/v?=（ ）〇［浙江大学2006研］248图1-1【答案】Chfl一一64ハ/Jニ32比【解析】并联管路各支路的摩擦阻カ相等。"dヲpudd2戸"。V,工«已知:di=2dj>し=2し,所以,Ui=2u2,'： ，所以Vi/V2=8。层流与湍流的本质区别是（ ）。［清华大学2002研】A,湍流流速》层流流速B,流道截面大的为湍流,截面小的为层流C.层流的雷诺数V湍流的雷诺数;D,层流无径向脉动,而湍流有径向脉动。【答案】D【解析】层流与湍流的根本区别是有无径向脉动。对流体黏性的解释,下列叙述中最正确的选择应是（）。［北京理工大学2007研］A,流体受到剪切作用时抵抗变形的特性B.分子微观运动的宏观表现c,原因是分子间的吸引力A、B、C三者【答案】D液体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是（）。［武汉理工大学2008研］A.从位能大的截面流向位能小的截面B.从静压能大的截面流向静压能小的截面C,从动能大的截面流向动能小的截面D,从总能量大的截面流向总能量小的截面【答案】D收缩比相同时,孔板流量计的阻カ损失必然（）于文丘里流量计。［北京理工大学2007研］A.大B.等C.小D,无法比较【答案】A【解析】由于渐缩段和渐扩段，流体在其内的流速改变平缓,涡流较少,喉管处增加的动能可于其后渐扩的过程中大部分转成静压能,所以能量损失就比孔板大大减少。

用标准孔板流量计侧量管中流量,采用如图1-2所示三种装置,两测压孔距离h相等,4=&=&,各管流速相等。读数分别为Ri,氐,R3,则（ ）。（流体皆为水,z指示液为汞）［浙江工业大学2005研］R?<Ri<R3RiVR2=R；R1VR2VR、Ri=R2=R3Ri>R?=Ra图1-2图1-2【答案】D二、填空题并联管路由2个支管组成,管内流体作定态层流流动,已知d=25,L=2k。则5:小=一；hf,:hf2=〇［西北大学2009研］【答案】2:1；1:1采用倒U形差压计测量管路中两点压差时,指示液的密度与被测液体密度关系应该是p担ーp«o［北京理工大学2007研］【答案】小于经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90mm内的燃料油,若保持油品作层流流动,则最大流速不超过〇仲I最;油大学（华东）2008研］【答案】1.14m/spvR,_90x10^x2000pd0.158pvR,_90x10^x2000pd0.158=L14m/s流体流动处于层流时牛顿粘性定律的形式为;当粗糙管位于阻カ平方区时摩擦系数仅和有关。［南京工业大学2008研］du【答案】’”不;相对粗糙度£d牛顿黏性定律的数学表达式是T=一Mu/dy,服从此定律的流体称为〇［武汉理工大学2008研］【答案】牛顿型流体实际流体与理想流体的主要区别在于,实际流体伯努利方程与理想流体伯努利方程的主要区别在于〇［武汉理工大学2008研］【答案】粘度是否为〇;是否有流体阻カ项若两管路并联,从分支到汇合点沿各管路的阻力损失wn,wn的大小关系应为WnW20［北京理工大学2007研］【答案】相等三、判断题用雷诺准数来判断流体的流动形态时,在SI制中属层流范围,在cgs制中则属湍流范围。( )［中国石油大学(华东)2008研］【答案】x【解析】雷诺准数是无因次数群,量纲为1四、简答题如图1-3所示，A,B、C三点在同一水平而上,dA=dB=dc,问:(1)当阀门关闭时，A、B、C三点处的压强哪个大?哪个小?或相等?(2)当阀门打开,高位槽液面保持不变,A、B、C三点处的压强哪个大?哪个小?或相ABCABC等?［中山大学2009研］图1-3答:(1)三点处的压强ー样大。因为阀门关闭时,三点动能都为〇,阻カ为〇,因此三点的静压能相等。(2)当阀门打开时,由于三点处的管径ー样，即流速ー样，动压头相等;而AC段比AB段的阻力损失大,所以る〉外,外。简述流体静压强的特性。［华东理工大学2007研］答:静压强的特性有:(1)静止流体中任意截面上只受到大小相等,方向相反,垂直于作用面的压カ:(2)作用于任一点所有不同方位的静压强在数值上相等;(3)压强各向传递。简要叙述流体绕过圆柱体发生边界层分离现象的过程,并对流体通过孔板流量计和文丘里流量计形成的阻カ损失大小进行比较和原因分析。［南京工业大学2009研］答:(1)过程;①当匀速流体绕过圆柱体时,首先在前缘A点形成驻点,该点的速度为零,压强最大。当流体自驻点向两侧流去时，由于柱面的阻滞作用,便形成边界层。②由A到B,流体沿柱而流动，但由于流道缩小，相应速度变大，流体修正压强减小，在流动方向形成顺压强梯度(の依＜°),加速减压状态。③由B到C,流道扩大,流速降低与压强增加,边界层内流体处于减速加压状态,此时在剪应カ消耗动能和逆压强梯度的双重作用下，壁面附近的流体迅速下降,并在C点处流速为零。离B稍远的流体质因具有较大的速度和动能,故可流过较长距离至C，点速度为〇。④若流体中速度为零点各点连成一线,如图1-4中C-C,所示,改线C-C与边界层上缘之间的区域即形成脱离物质的边界层,这ー现象称为边界层分离或脱体。⑤在CC线以下，流体在逆压强梯度的推动下倒流。在柱体后部产生大量漩涡，造成机械能损失〇表现为流体的阻カ损失增大。(2)流体通过孔板流量计阻カ损失大于文丘里流量计形成的阻力损失,流体通过孔板流量计时发生边界层分离现象严重，文丘里流量计的结构类似流线型,边界层分离现象较小。

图1-4五、计算题水在钢管内流动,已知截面1-1处内径为250mm,流速为lm/s,测压管中水柱高为ん=1m,（1）在截面2-2处管内径为150mm,1-2之间的阻カ损失为1.0J/kg。试计算:（1）在截面2-2处的测压管中产生的水柱高度hユ为多少m水柱?（2）在截面1-1与2-2处产生的水柱高度差少;为多少m水柱?［南京工业大学2008研］图L56«r亠ボp:ア*马ー- 7ー巩ー-S -ーとザ2P2P解:（1）在1-1和2-2间列伯努利方程:

其中,Zi=Z2=0,Ui=lm/s,其中,Zi=Z2=0,Ui=lm/s,pi=ImH：O=pg,代入数据解得ノ=0.555mHQ,即hz=0.555m(2)Ah=hi-h2=l-0.555=0.445m\dz)xl=2.78ws=U/kg如图L6所示,槽内水位维持不变，在水槽底部用内径为100mm的水管引水至用户C点。管路上装有一个闸阀,阀的上游距管路入口端10m处安有以汞为指示液的U管压差计9比=1360Okg.mT）,压差计测压点与用户C点之间的直管长为25m。问:（1）当闸阀关闭时,若测得R=35（）mm,h=1.5m,则槽内液面与水管中心的垂直距离Z为多少m?（2）当闸阀全开时（,阀=0.17,入=0.02）,每小时从管口流出的水为若干mthT?［中山大学2009研］图1-6んg（Z+h）-pH,^解:（1）闸阀关闭,系统内处于静止,由U管处等压面得:，ZfgR餐ーh=13600x0.35/1000-1.5=3.26m（2）以槽液面为1-1、管出口内侧为2-2«管中心线所在水平面为基准线,列伯努利方程,得：,2gpg-2gな乙.=(0.02x35/0.1+0.5+0.17)x無ゼ=7.67①则3.26+0+0=0+电+0+7.67常解得:u：=2.72m/sU：x0.1:x2.72x3600476.87m；h

v=43.如图1-7所示,某液体在光滑管中以u=1.5m/s的速度流动,其密度p=920kg/m,管径d=50mm测压差段长L=3m,U形压差计以泵为指示液,测得R=9.1mm,试计算该液体的粘度。（Re=300〇〜1x18,l=0.3164/Re。=)［浙江!:业大学2005研］图1-7解:从1-1到2-2列伯努利方程:Ih,-A-—其中’ d2gPI_p：=R^gR_pg(L+R)而根据两截面的压强差:Pi+Pg.+R+h)=P：+Pgh+取gR._r.(13600-920)x0.0091-920x310.052x9.81

L 920 J3 1.5-=0.0356代入数据0.3164假设符合‘Re°M,则Re=6215〇假设成立。/…pdu920x0.05x1^6215« « 则有タタ所以“0.0075pa.s。第2章流体输送机械2.I复习笔记ー、概述管路系统对流体输送机械的基本要求(1)管路特性方程H,= 励++SWr管路对流体输送机械的能量要求由柏努利方程计算,则H.——输送机械对1N液体作的净功,J/N或m；Az——下游与上游截面间的位压头差,m；Ap/pg 下游与上游截面间的静压头差,m；△琢/2g——下游与上游截面间的动压头差,m；ilHf 两截面之间的压头损失,moH.=K+GQJ又可简化为:其中K=Aw+PgG=0警+对点X一摩擦系数,量纲为ー:1——管路长度,m；L—局部阻力的当量长度,m；d——管路直径,m；，一局部阻カ系数,量纲为ー:Qe 液体流量，mVs；g 重力加速度,m/s2o管路中液体的压头与流量之间的关系称为管路特性方程式。表示He与Q。的关系曲线,称为管路特性曲线。曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定,与泵的性能无关。（2）管路系统对输送机械的其他性能要求①结构简单，质量轻，投资费用低;②运行可靠,操作效率高,日常操作费用低；③能适应被输送流体的特性,如黏度、可燃性、毒性、腐蚀性、爆炸性、含固体杂质等。.流体输送机械的分类表2-1流体输送机械的分类输送形式离心式回转式往复式液体作用式液体输送离心泵、漩涡泵、轴流泵齿轮泵、螺杆泵往复泵、柱塞泵、计量泵、隔膜泵喷射泵、虹吸管、空气升液器气体输送离心式通风机、鼓风机与压缩机罗茨鼓风机、液环（水环）压缩机与真空泵往复压缩机与真空泵、隔膜压缩机蒸汽或水喷射真空泵二、离心泵离心泵的基本结构和工作原理（1）离心泵的基本结构离心泵的装置如图2-1所示。它的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗牛形泵壳。图2-1离心泵的装置简图1-叶轮;2ー泵壳:3ー泵轴;4-吸入口;5-吸入管;6ー单向底阀;7ー滤网;8ー排出口;9ー排出管;10ー调节阀(2)离心泵的工作原理当离心泵启动后,泵轴带动叶轮作高速旋转运动,迫使预先充灌在叶片间的液体旋转,在惯性离心力作用下,液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程中获得能量,静压能增高,流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速,部分动能转化为静压能,最后沿切向流入排出管路。气缚:若在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋转后产生的离心力小,叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压,因而虽启动离心泵也不能输送液体。启动前需先向泵内灌满被输送液体。吸入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出,还是为了防止气缚现象发生。(3)离心泵的叶轮和其它部件①离心泵的叶轮叶轮是离心泵的关键部件。a.按其机械结构可分为:闭式、半闭式和开式三种闭式叶轮适用于输送清洁液体;半闭式和开式叶轮适用于输送含有固体颗粒的悬浮液,这类泵的效率较低。b.按吸液方式不同可分为:单吸式与双吸式两种。单吸式叶轮结构简单,液体只能从ー侧吸入。双吸式叶轮可同时从叶轮两侧对称地吸入液体,它不仅具有较大的吸液能力,而且基本上消除了轴向推力。c.根据叶轮上叶片的几何形状可分为:后弯、径向和前弯三种。后弯叶片有利于液体的动能转换为静压能。②离心泵的其他部件a.导轮导轮中的叶片使进入泵壳的液体逐渐转向而且流道连续扩大,从而减少了能量损失,使部分动能有效地转换为静压能。多级离心泵通常均安装导轮。b.轴封装置为避免泵内高压液体沿间隙漏出,或防止外界空气从相反方向进入泵内,必须设置轴封装置。2.离心泵的基本方程和特性方程（1）简化假设①叶轮为具有无限薄、无限多叶片的理想叶轮,液体质点将完全沿着叶片表面而流动,液体无旋涡、无冲击损失;②被输送的是理想液体,液体在叶轮内流动不存在流动阻カ;③泵内为稳态流动过程。简化假设下的压头必为在指定转速下可能达到的最大压头——理论压头。（2）液体通过叶轮的流动理想液体在理想叶轮中的旋转运动应是等角速度的。（3）离心泵基本方程的推导①理想液体在离心力场中的运动方程稗2g2g=常数式中u=（or在无限多叶片构成的叶片通道内理想液体作稳态流动时,总机械能是守恒的。但各项能量可以互相转换。理想液体流经叶轮后静压头的增量Hp；②离心泵的理论压头H…—+。=ル+儿

Pg2g"单位重量液体通过离心泵叶片入口截面到叶片出口截面所获得的机械能为:目中一具有无穷多叶片的离心泵对单位重量理想液体所提供的理论压头,m；K——单位重量理想液体经理想叶轮后动压头的增量,moUu?-ufwf—d_fi

“t・8=-x r-5 152g2g2g离心泵基本方程③离心泵理论压头的影响因素的的&kD此离心泵基本方程式的另一种表达形式:n 叶轮转速,r/min；离心泵理论压头的影响因素:a.叶轮的转速和直径加大叶轮直径,提高转速均可提高泵的压头。b,叶片的几何形状根据流动角供的大小，叶片形状可分为后弯、径向、前弯三种。d.液体密度离心泵的理论压头与液体密度无关。（4）离心泵的特性方程式H=A.-BQ.离心泵的性能参数与特性曲线(1)离心泵的性能参数①流量流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积,常用单位为L/s、nV/s或mVh等。离心泵的流量与泵的结构、尺寸和转速有关。②压头(扬程)压头即离心泵对单位重量(1N)液体所提供的有效能量,单位为J/N或m。③效率效率反映能量损失大小的参数。离心泵的能量损失包括以下三项:a.容积损失无容积损失时泵的功率与有容积损失时泵的功率之比称为容积效率小。b.水力损失由于液体流经叶片、蜗壳的沿程阻力,流道面积和方向变化的局部阻力,以及叶轮通道中的环流和旋涡等因素造成的能量损失。这种损失可用水力效率小来反映。c.机械损失由于高速旋转的叶轮表面与液体之间摩擦,泵轴在轴承、轴封等处的机械摩擦造成的能量损失。机械损失可用机械效率小来反映。离心泵的总效率由上述三部分构成,即离心泵的效率与泵的类型、尺寸、加工精度、液体流量和性质等因素有关。④轴功率泵的轴功率:由电动机输入泵轴的功率,单位为W或kW。N宀HQ*离心泵的有效功率:液体在单位时间内从叶轮获得的能量，则有N。——离心泵的有效功率，W；Q——泵的实际流量,mVs；嬴・艦H——泵的有效压头m。N 轴功率,kWoQ(2)离心泵的特性曲线图2-2离心泵特性曲线①离心泵的压头一般随流量加大而下降。②离心泵的轴功率在流量为零时最小,随流量的增大而上升。在启动离心泵时,应关闭泵的出口阀门,以减小启动电流,保护电机。停泵时先关闭出口阀门主要是为防止高压液体倒流损坏叶轮。③当流量为零时,离心泵的效率为零,随着流量加大,泵的效率出现ー极大值。离心泵在与最高效率点相对应的流量及压头下运转最为经济。该最高效率点称为泵的设计点,对应的Q,、H,、N.值称为最佳工况参数。离心泵铭牌上标出的性能参数即是最高效率点对应的参数。离心泵应尽可能在高效区(在最高效率的92%范围内)工作。离心泵的特性曲线随转速而变,特性曲线图或说明书中一定标出测定时的转速。一般特性曲线的测定是在一定转速，用20C的清水，在98.1kPa的气压下进行。(3)影响离心泵性能的因素分析和性能换算①液体物性的影响a,密度的影响离心泵的流量、压头均与液体密度无关,效率也不随液体密度而改变,因而当被输送液体密度发生变化时,H-Q与”-Q曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。b.黏度的影响当被输送液体的黏度大于常温水的黏度时,泵内液体的能量损失增大,导致泵的流量、压头减小,效率下降，但轴功率增加,泵的特性曲线均发生变化。②离心泵转速的影响か（気离心泵的比例定律Q1,Hi,N,——转速为m时泵的性能;Q”H”N2——转速为ル时泵的性能。适用条件是离心泵的转速变化不大于±20%③离心泵叶轮直径的影响好（给‘离心泵的切割定律:a. vー叶轮直径为び时泵的性能;Q,H,N——叶轮直径为Dユ时泵的性能。适用条件是固定转速下,叶轮直径的变化不大于5%D”.离心泵的工作点和流量调节（1）离心泵的工作点联立泵的特性方程和管路特性方程所解得的流量和压头即泵的工作点对应的参数。泵的工作点为管路特性曲线与泵的特性曲线的交点（如图2-3所示）。对所选定的泵以一定转速在此管路系统操作时,只能在此点工作。在此点,8Q.Q=Q.・图2-3泉的工作点(2)离心泵的流量调节对泵进行流量调节,实质上是改变泵的工作点。①改变管路特性曲线——改变泵出口阀开度改变离心泵出口管路上阀门开度,便可改变管路特性方程式中的G值,从而使管路特性曲线发生变化。开大阀门，使G值变小,管路特性曲线变平坦,使流量向增大方向变化,如图2-4中的曲线2所示;反之,关小阀门,流量变小,如图2-4中的曲线1所示。采用阀门调节流量的缺点是阀门关小时,不仅增大了管路系统流动阻カ,而且使泵的效率0*0. WQ.下降,经济上不太合理。2-4改变阀门开度时工作点变化图2-5改变泵转速时工作点变化②改变泵的特性曲线根据比例定律和切割定律,改变泵的转速、叶轮直径均可改变泵的特性曲线，从而达到调节流量(同时改变压头)的目的。图2-5为改变泵的转速时流量变化示意图,图2-5中m>n>ル。(3)离心泵的并联和串联操作当单台泵不能满足输送任务要求时,可采用离心泵的并联或串联操作。①离心泵的并联将两台型号相同的泵并联于管路系统，则两台泵的流量和压头必定相同。在同一压头下,并联泵的流量为单台泵的两倍。由于流量加大使管路流动阻カ加大。并联后的总流量必低于单台泵流量的两倍而并联压头略高于单台泵的压头。并联泵的总效率与单台泵的效率相同。②离心泵的串联两台型号相同的泵串联操作时,每台泵的流量和压头也各自相同。在同一流量下,两台串联泵的压头为单台泵压头的两倍。两台泵串联操作的总压头必低于单台泵压头的两倍,流量大于单台泵的,串联泵的效率为Q串下单台泵的效率。③离心泵组台方式的选择a•如果单台泵所能提供的最大压头小于管路两端的い2+第)值,则只能采用泵的串联操作。b.对于管路特性曲线较平坦的低阻型管路，采用并联组合方式可获得较串联组合更高的流量和压头;反之，对于管路特性曲线较陡的高阻型管路,则宜采用串联组合方式。.离心象的汽蚀现象与安装高度(1)离心泵的汽蚀现象气蚀:当叶片入口附近的最低压カ等于或小于输送温度下液体的饱和蒸气压时，液体将在此处汽化或者是溶解在液体中的气体析出并形成气泡。含气泡的液体进入叶轮高压区后,在高压作用下急剧地缩小而破灭,气泡的消失产生局部真空,周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占据的空间造成冲击和振动。在巨大冲击カ反复作用下,使叶片表面材质疲劳,从开始点蚀到形成裂缝,导致叶轮或泵壳破坏的现象。汽蚀现象发生时由于部分流道空间被气泡占据，致使泵的流量、压头及效率下降，严重时,吸不上液体,泵不能正常操作。汽蚀发生的原因归根结底是叶片吸入口附近的压カ过低。(2)离心泵的允许安装(或吸上)高度泵的允许安装高度或允许吸上高度:上游贮槽液面与泵吸入口之间允许达到的最大垂直距离，以H・表示。儿"留一か”出离心泵的允许安装高度H,即Hg——泵的允许安装高度,m；pi——泵入口处可允许的最低压カ,Pa；——液体流经吸入管路的压头损失,m；po——贮槽液面上的压カ,Pao若贮槽上方与大气相通,则P。即为大气压Pa,则①离心泵的汽蚀余量:NPSH-色+也ー厶

pg2gpgNPSH——离心泵的气蚀余量,m；Pv一操作温度下液体的饱和蒸气压,Pao(NPSHレ事=?+ハPg2g2g*,**临界气蚀余量:H,=^1-NPSH-He

K(NPSH)，.由泵制造厂家通过实验测定。pg②离心泵的允许吸上真空度H,=H；-そ-Hf.(MH\——离心泵的抗气蚀性能参数,其值越大,泵的安装高度H,越高。H;与泵的结构、被输送液体的性质及当地大气压有关,且随流量加大而变小。H;值由泵的制造厂家在98.1kPa(10mHめ)大气压下,用20C清水实验测得。可按下式对H,值进行换算:H——操作条件下输送液体时的允许吸上真空度，m液柱;H；——实验条件下送水时的允许吸上真空度,mHQ(lmH9=9.81kPa)；Ha——泵安装地区的大气压カ,mH2；Pv 操作条件下液体的饱和蒸气压,Pa；10——实验条件下的大气压,mH9；0.24——20℃下水的饱和蒸气压,mH。1000——实验条件下水的密度,kg/m，；p——操作条件下液体的密度,kg/m\离心泵的允许吸上真空度H;与必需汽蚀余量（NPSH）’的关系为.离心泵的类型与选择（1）离心泵的类型①清水泵（IS型、D型、Sh型）②油泵（Y型）③防腐蚀泵（F型）④杂质泵（P型）⑥屏蔽泵⑦磁力泵（C型）（2）离心泵的选择①根据被输送液体的性质和操作条件,确定泵的类型。②根据管路系统对泵提出的流量。和扬程H0的要求,所选泵所能提供的流量Q和压头H比管路要求值可稍大一点,并使泵在高效范围内工作。当遇到几种型号的泵同时在最佳工作范围内满足流量和压头的要求时,应该选择效率最高者,并参考泵的价格作综合权衡。③核算泵的轴功率:若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率。三、往复泵往复泵的工作原理往复泵是通过活塞的往复运动直接以压カ能的形式向液体提供能量的液体输送机械。当活塞自左向右移动时，工作室的容积增大,形成低压,将贮液池内的物体经吸入阀吸入泵缸内。此后，活塞便改为由右向左移动，泵缸内液体受到挤压而压カ增大,致使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出。.往复泵的特性（1）往复泵的压头往复泵的压头与泵的几何尺寸和流量无关,只决定于管路情况。（2）往复泵的流量（排液能力）往复泵的流量（排液能力）只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关,与泵的压头及管路情况无关。.往复泵的流量调节（1）旁路调节往复泵（正位移泵）；（2）改变活塞冲程和往复次数。2.2名校考研真题详解ー、选择题根据对离心泵叶轮工作运行情况的分析,设计离心泵采用（）形状叶轮为宜。［北京理工大学2007研］A,前弯B.径向C,后弯D.任意【答案】C离心泵最常用的调节方法是（ ）。［浙江工业大学2005研］A,改变吸入管路中阀门开度B.改变压出管路中阀门的开度C.安装同流支路,改变循环量的大小D.撤销离心泵的叶轮【答案】B往复泵适用于（ ）。［浙江工业大学2005研］A.大流量且流量要求特别均匀的场合B,介质腐蚀性特别强的场合C.流量较小，扬度较高的场合D.投资较小的场合【答案】C【解析】往复泵主要适用于小流量高压强的场合,输送高粘度液体时的效果也比离心泵好,但它不宜输送腐蚀性液体和含有固体粒子的悬浮液。往复泵适用于（ ）。［中南大学2009研］A,大流量且流量要求特别均匀的场合B,介质腐蚀性特别强的场合C.流量较小，扬程较高的场合D,投资较小的场合【答案】c【解析】往复泵适用于高压头、小流量、高粘度液体的输送,但不宜于输送腐蚀性液体。有时由蒸汽机直接带动,输送易燃、易爆的液体。离心泵的扬程是（ ）。［中南大学2009研］A.实际的升杨高度B.泵的吸液高度C.液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度D,单位重量液体出泵和进泵的机械能差值【答案】D【解析】扬程不等于升扬高度,是单位重量液体流经泵后获得的有效能量,即机械能差值。泵的效率不包括（ ）。［中南大学2009研］A.水力效率B,机械效率C.原动机效率D.容积效率【答案】C【解析】泵的效率包括容积、水力、机械效率。某离心泵正常工作较长时间后发现有气缚现象，此时应该采取的操作是（）。［西北大学2009研］A.停泵,向泵内灌液B.检查泵及管路是否有泄漏现象C.降低泵的安全高度D.检查泵的电极是否超负荷运行【答案】B离心机的转鼓直径为1m。转速为600r/min,在其中沉降同一颗粒,比在重力沉降器内的沉降快（）。［西北大学2009研］101倍20倍201倍21倍【答案】C离心泵铭牌上标明的扬程是指（ ）。［浙江大学2006研］A,功率最大时的扬程B.最大流量时的扬程C.泵的最大扬程D.效率最高时的扬程【答案】D【解析】离心泵铭牌上标出的性能参数,指该泵在运行时效率最高点的性能参数。以下型号的泵不是水泵（ ）。［浙江工业大学2005研］B型口型F型sh型【答案】C【解析】F型泵主要输送酸碱等腐蚀性液体时应采用的耐腐蚀性泵。有人认为泵的扬程就是泵的升扬高度,有人认为泵的轴功率也就是原动机的功率（）〇［浙江工业大学2005研］A.这两种说法都不对B.这两种说法都对C.前ー种说法对D.后一种说法对【答案】A离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值（）。［浙江工业大学2005研］A.包括内能在内的总能量B,机械能C.压能D.位能（即实际的升扬高度）【答案】B离心泵在n=m时的特性曲线（QiH关系）与!1=ル时的特性曲线（Q?-出关系）对应点的关系是（ ）。卩青华大学2002研］Qi=Q?,H2=Hi（nVni）2Q?=Qi（ル/m）,H?=Hi（nJm）2Hi=H2,Q2=Qi（ni/n2）Q2=Qi（n^ni）,H2=Hi（n2/ni）【答案】B年凡2:1エ；【解析】エエメg.エ「对操作中的离心泵,在效率不变的前提下和较小的幅度范围内改变泵的转速,将引起泵的功率以改变后与改变前的转速比的（ ）次方的关系改变。［北京理工大学2007研］A.1B.2C.3D.5【答案】C【解析】改变前后流量之比为转速一次方之比;扬程为转速二次方之比;功率为转速3次方之比。离心泵出口调节阀的开启度改变时,则（ ）。［南京工业大学2009研］A,不会改变管路性能曲线B,不会改变工作点C.不会改变泵的特性曲线D,不会改变管路所需的扬程【答案】C【解析】改变阀门开度实质是改变管路特性曲线,随之也改变了泵的工作点,但不改变泵的特性曲线。（改变泵的转速或减小叶轮直径可以改变泵的特性曲线）固定冲程的往复泵应该通过安装并改变（ ）阀门进行流量调节。［北京理工大学2007研］A.进口B.旁路C,出口D.任意位置的【答案】B（多选）离心泵的选择后弯叶片的原因有（ ）。［南京工业大学2008研］A.扬程随流量的增加而减小B.功率的相对稳定有利于对电机的保护C.理论压头中动能大干静压能D.理论压头中静压能大于动能【答案】ABD二、填空题为什么离心泵的叶片要采用后弯叶片原因是〇［武汉理工大学2009研］【答案】为了提高离心泵经济指标（为了获得较高的能量利用率）离心通风机的全风压时指〇［浙江工业大学2005研］【答案】动风压加静风压离心泵的特性参数包括流量、ヽ和;其中仅随流量的增加而增大: 在流量为零时亦为零。［中国石油大学（华东）2007研］【答案】扬程;轴功率;效率;轴功率;效率【解析】离心泵的4个特性参数,扬程随流量的增大而减小,轴功率随流量的增大而增大,效率随之先增大后减小,从原点出发。离心泵的安装高度应 允许安装高度,否则会发生 现象。［武汉理工大学2008研］【答案】小于；气蚀导致离心泵发生气蚀的主要原因是〇［中国石油大学（华东）2007研］【答案】离心泵叶轮入口附近液体的静压强小于输送温度下液体的饱和蒸气压离心泵并联的目的是为在较低扬程情况下获得较大的流量；而离心泵串联的目的是为在较小流量下获得较大的扬程。因此离心泵并联多应用于管路特性曲线较为的管路;离心泵串联多应用于管路特性曲线较为的管路。［中国石油大学（华东）2007研］【答案】平缓；陡直往复式压缩机的余隙系数£=,£,则嬴增大,生产能力〇［中国石油大学（华东）2008研］——xlOO<M>【答案】《ー4 ;变小;变大【解析】当气体的压缩比ー定时,余隙系数减小,容积系数变大,压缩机的吸气量也就增大;反之成立。离心泵的流量调节常用,而往复泵的流量调节采用0［武汉理工大学2008研］【答案】改变阀门开度；旁路调节泵的机械损耗包括ヽ和〇［武汉理工大学2009研］【答案】泵轴与轴承之间；泵轴与填料函之间,叶轮盖板外表面与液体之间产生摩擦而引起的能量损失离心泵特性曲线通常包括 曲线、 曲线和 曲线。这些曲线表示在一定下,输送某种特定液体时泵的性能,泵制造厂所提供的特性曲线是用测定的〇［武汉理工大学2009研］【答案】H-Q；N-Q；n-Q1转速；一定转速、常压下以常温的清水为エ质三、判断题离心泵内的流动阻カ是用经验公式计算的。（ ）［浙江大学2006研］【答案】ベ四、名词解释气缚现象与气蚀现象［东北大学2007研］答;气缚现象:离心泵启动时,如果泵内存有空气,由于空气密度相对于输送液体很低,旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。汽蚀现象:离心泵安装高度提高时,将导致泵内压カ降低,泵内压カ最低点通常位于叶轮叶片进ロ稍后的一点附近。当此处压カ降至被输送液体的饱和蒸汽压时,将发生沸腾,所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中,又因压カ迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心,产生频率很高、瞬时压カ很大的冲击。五、简答题现想测定某ー离心泵的性能曲线,将此泵装在不同的管路上进行测试时,所得性能曲线是否ー样?为什么?［中山大学2009研］答:所得性能曲线ー样,因泵的性能只与泵的结构、转速有关,而与管路的情况无关。离心泵的汽蚀现象及安装高度的确定方法?［东北大学2007研］答:汽蚀现象:离心泵安装高度提高时，将导致泵内压カ降低,泵内压カ最低点通常位于叶轮叶片进ロ稍后的一点附近。当此处压カ降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾,所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中,又因压カ迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心,产生频率很高、瞬时压カ很大的冲击。通常为了安全起见,离心泵的实际安装高度应比允许安装高度低0.5〜1m。六、计算题用离心泵将20C水由贮槽送出,泵的前后各装有真空表和压カ表。已知泵的吸入管路总阻力和速度头之和为2mHQ柱。允许吸上真空高度为5m,大气压强为latm,贮槽液耐低于泵的吸入口距离为2m。试求:(1)泵的允许安装高度为多少m?(2)当水温由20C变为60C时发现真空表与压カ表读数骤然下降，此时出现什么故障?原因何在?怎样排除?(要求定量说明)(已知：20℃时水的饱和蒸汽压为2335Pa,密度为998.2k/m'；60℃时水的饱和蒸汽压为19923Pa,密度为983.2k/mL)［南京工业大学2008研］H=HS2=5-2=3m解：⑴ 2g--(2)已知Hsi=5m(20°C)水温60℃时，Ps2=19923Pa,p2=983.2kg/m'水温20℃时,Ps,=2335Pa,p尸998.2kg/nVTT_TT,P°-PS1'.'為一P5:ヽ则60c时的 .0逐..「透」=5 101325-2335；+ク101325-19923、,1-9982x9.81丿1~9832x9.81」Hfs=H5江一筈-H,，z=3.33-2=L33<2附说明发生了气蚀现象。

排除方法:降低泵的水面间的距离,或减少吸入管路的阻力,如换大一点管径的吸入管。用水泵向高位水箱供水（如图2-1所示）,管路流量为150mVh,泵轴中心线距水池液面和水箱液面的垂直距离分别为2.0m和45m。泵吸入管与排出管分别为内径205mm和内径180mm的钢管,吸入管管长50m（包括吸入管路局部阻カ的当量长度）,排出管管长200m（包括排出管路局部阻カ的当量长度）,吸入管和排出管的管壁粗糙度均为〇.3mm，水的密度1000kg/m，粘度LOxlOrPa.s,泵的效率为65%,圆管内湍流摩擦系数入=0.0231试求:（1）吸入管和排出管内的流速、雷诺数各为多少?各属于哪种流动类型?（2）泵吸入口处A点的真空表读数?雷诺数”pdu1.263x1000x0205而雷诺数”pdu1.263x1000x0205而72.59x10：为湍流（3）泵向单位质量流体所作的功为多少?泵的轴功率?［武汉理工大学2008研］图2-1解:小,土％=——_r=1263m/r(1)吸入管:流速3600x1x0.205- '解:…u.•——~r-1.638m/r排出管:流速•3600xxx0.18- 'Re-雷诺数・Re-雷诺数・pdu1.63Sxl000x0.1S2.95xlO:为湍流（2）在1-1到2-2截面列伯努利方程:り+二+0+也=%+上+5・+ム,

P2 p2 *50代入数据x 02051.263：x50代入数据x 02051.263：x R=-219kPa（表压）所以真空度为249紀a。gzj+w.=gz;+IA,(3)由1-1到3-3截面可知:所做功"'»9.81x47+0.0231xf-^-xl^--=500J/kg所做功"'、r500x1000x150ハTべ N«= «32JdF轴功率为3600x0.65如图2-2所示的送水系统中,两支管路上各装有一个阀门い和V2,AB管段的长度为100m（包括局部阻カ的当量长度）,各管路的内径均为38mm,泵的出口处压カ表读数为3kg,/cm2,试求:（1）当泵只向E槽送水而不向F槽送水,F槽的水也不向下流（い和Vユ两阀均适当开启时），管段BC（包括所有局部阻力）的总长度为多少m?（2）若要泵同时向E、F输送水。应如何调节两个阀门?注：入匀为〇.025,P*=1000kg/mS（2）问只作定性分析。两水槽中的液位恒定,且与大气相通。［清华大学2002研］图2-2解:（1）：BD支路处于动态平衡状态•■•流量=0,Ubd=0以A为基准,列截面A与E之间的伯努利方程:以A为基准,列截面A与F之间的伯努利方程:2x3xl£__10)x981.10.025X-12L-1=6.05651000 I0.038丿Uab=Ubc_2.46m/s由①②可得gZp=gZe-2=9.81x(10-4)=58.86③TOC\o"1-5"\h\zd2 0.038 2 -=58.86x x =29.6mく。。くスざ =29.6m=58.86包+丄=gZj»+え ^-+え -p2 d2d2(2)以A为基准,分别列截面A与E之间、截面A与F之间的伯努利方程厶+U=gZ£+え 缉+ス 2p2 d2d2乙丄X...2乙丄BD.2ス j"ー=ス と旦-g(ZF-Zr)d2d2ド、④则U,JCvU3Cシ2UB:ヽ; UBC比较③、④:d2比较③、④:モ丄,bc>モLbc即关小Vi因为A»>1I皿>0所以应开大V?在离心泵的性能曲线测定实验中,采用马达天平法测轴功率,已知测功臂长为0.4867m,压力表和真空表的距离可忽略不计，出口管和入口管直径相同,问:（1）画出该实验的,并标出实验所用的主要仪器和设备。（2）开启离心泵之前要做什么工作?否则会发生什么现象?并说明原因。（3）开启离心泵时应该关闭什么阀门?并说明原因。（4）开启离心泵后随着流量的增大,压力表和真空表的读数如何变化?（5）某同学测得如下ー组数据:水温20C,水流量为12.48mVh,泵的出口处的压カ表读数为0.159MPa（表）,泵的入口处的真空表读数为ー。.028MPa,祛码质量为0.723kg,离心泵的转数为2933转/分。试求泵的压头H和效率"?（已知水在20℃时的密度为998.2kg/m'）［南京工业大学2009研］解:（1）如图2-3所示:图2-3(2)开泵之前先灌泵,不然会出现气缚现象;原因:离心泵启动时,若泵内存有空气,由于空气密度很低,旋转后产生的离心力小,因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内,虽启动离心泵但却无法输送液体。(3)应先关闭出口阀门,因为这样瞬时的启动功率最小,有利于保护电机。(4)开启离心泵后随流量的增大，压力表和真空表的读数都减小。］/pg-(0.159-0.028)x107(9.81x998.2)=19.096mNa=9.81%Z2m/60=9.81x0.723x0.4867x2x3.14x2933/60=1059.72幅り=pgHl'fNz=998.2x9.81xl9.096X12.48/1059.72/3600=0.612(5)如图2-4所示输水管路中装有离心泵,水由下向上输送,吸入管ABC直径为80mm,管长6m,阻カ系数为储=0.02,压出管直径为60mm,管长13m,阻カ系数Q=0.03,在压出管路E处安装有阀门，其局部阻カ系数0=6.4,管路两端水面高度差为10m,泵进口高于水面2m,'A管内流量为〇.012nWs。白=0.5,。=*=0.75,您=1。试求:图2-4(1)每千克流体需要从离心泵获得多少机械能?(2)泵进、出口断面的压强各为多少?(3)若高位槽内水沿同样管路向下流出,管内流量仍维持0.012m,/s,计算说明是否需要安装离心泵?［华东理工大学2007研］解:（1）已知:di=0.08m,d2=0.06m,し=6m,L2=13m,4T02,厶=0.03,<-0.5,ち=ム=。フ5,4♦L金"6.40有4 ,得ユ=2.387m/s,u?=4.244m/s5^=小一（んム+4ーム）3-+（ス幺ー金-%ー金）上-建立伯努利方程:乙 di 2 -d： 2yhf代入数据得: '=245.77J/kg即每千克流体需要从离心泵获得245.77J的机械能。g\7—（ **—.蠢）］—-ヽ—'P（2）从水槽到离心泵建立机械能衡算式：” -も「ー22。代入相关数据解得即=［（9.81x2）+（0.02x6/0.08+0.5+0.75+1）x2.387V2］xl000=30.3kPa即泵进口处压强为3O.3kPa（真空度）gAz'+（るター金+金+%）'=—+；d: 2p2同样地,从离心泵到高位槽建立机械能衡算式解得:ゝP'=201.4kPa即泵出口处的压强为201.4kPa（绝压）ga-wy（ん金-金）キー（るセ一金一金+な）t（3）从高位槽到低位槽建立机械能衡算式：We=41.634J/kg所以需要安装离心泵。某离心泵在高效率范围内,当输送量为280L-minT时,其产生的扬程是18m,丹=0.65。问：（1）该泵可否将密度1080kgm一，流量为16.5mthT的液体从敞口贮槽输送到压カ为0.4kgfcm-2（表压）的设备内?已知吸入管路和压出管路（包括出口处阻カ）阻カ损失分别为1m和4m,升扬高度9m。（2）若该泵适用,试估算该泵消耗的轴功率为多少kW?［中山大学2009研］解：（1）验泵已知Qe=16.5m:/h=16.5x1000/60=275V280L/min+—+—+HPg2g=9+0.4x9.807x10000/(1080x9.807)+0+(1+4)=17.7<18m故该泵合适。Ne=pgHQ=1080x9.81x17.7x16.5/3600=859.5WN=Ne/n=859.5/0.65=1.322KW。用离心泵将低位水槽中的水输送至高位的水洗塔,已知水洗塔内的表压为1.472xlO，Pa,水槽液面恒定,其上方通大气,低位水槽液面与水洗塔内输水管出口端的垂直距离为20m,在某输送液量下,离心泵对水作的功为374.9J/kg,管内摩擦系数为0.027,吸入和压出管路总长为100m(包括管件及水吸入口的当量长度,但不包括出口的当量长度)。输送管尺寸为X|/108x4mm,水的密度为1000kg/mハ求输送水量为多少mVh。［南京工业大学2009研］=g(z：—zj+p/表)/+解:水槽液面1-1与水洗塔入口2-2间列伯努利方程:-!バLhf=A -其中’d2代入数据374.9=9.81x20+1.472x1()5/1000+(1+0.027xl00/0.1)〃:/2求得的=1.50刑/sV=1.50x-x0.1;=