第一章流體流動(dòng)

1、1第一章：流體流動(dòng)第一章：流體流動(dòng)習(xí)題課習(xí)題課2第一章流體流動(dòng)復(fù)習(xí)課第一章流體流動(dòng)復(fù)習(xí)課一、流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué)三、管路計(jì)算及流量測量三、管路計(jì)算及流量測量二、流體動(dòng)力學(xué)二、流體動(dòng)力學(xué)32. 主要公式主要公式 一、流體靜力學(xué)一、流體靜力學(xué)1212ppgzgz0ppgh2112ppg zz 靜靜力力學(xué)學(xué)方方程程pMRTdudy流體性質(zhì)：流體性質(zhì)：混合流體的密度，平均密度混合流體的密度，平均密度靜止流體內(nèi)部靜壓能和位能可以靜止流體內(nèi)部靜壓能和位能可以相互轉(zhuǎn)化。相互轉(zhuǎn)化。靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小關(guān)系。靜止流體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小關(guān)系。靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)處的壓強(qiáng)。靜止流體內(nèi)部任一點(diǎn)處的壓強(qiáng)。1. 目的目的

2、 a. 學(xué)會(huì)等壓面的選取學(xué)會(huì)等壓面的選取 b. 熟悉靜力學(xué)方程，并練習(xí)其應(yīng)用熟悉靜力學(xué)方程，并練習(xí)其應(yīng)用4 a. a. 單位制換算：主要是工程制和國際單位制換算單位制換算：主要是工程制和國際單位制換算 b. b. 質(zhì)量守衡，能量守衡質(zhì)量守衡，能量守衡 輸入輸入+ +輸出積累輸出積累 c. c. 流體流動(dòng)產(chǎn)生阻力的原因流體流動(dòng)產(chǎn)生阻力的原因 d. d. 流體粘性產(chǎn)生的原因及影響因素流體粘性產(chǎn)生的原因及影響因素 e. e. 流體靜力學(xué)方程的物理意義及能量之間的轉(zhuǎn)換流體靜力學(xué)方程的物理意義及能量之間的轉(zhuǎn)換 f. f. 等壓面的含義及條件等壓面的含義及條件 g. g. 壓強(qiáng)計(jì)：壓強(qiáng)計(jì)： U U型壓強(qiáng)計(jì)

3、的應(yīng)用及所測數(shù)值的含義型壓強(qiáng)計(jì)的應(yīng)用及所測數(shù)值的含義3. 主要概念主要概念5二、流體動(dòng)力學(xué)二、流體動(dòng)力學(xué)2. 主要公式主要公式 a.連續(xù)性方程連續(xù)性方程 b.柏努利方程柏努利方程常數(shù)uAAuAuWS22211121221udud2211221222upupgZgZ2211221222efupupgZWgZh1. 目的及要求目的及要求 a. 練習(xí)截面的選取練習(xí)截面的選取 b. 熟悉柏努利方程并練習(xí)其應(yīng)用熟悉柏努利方程并練習(xí)其應(yīng)用62211221222efupupZHZHgggg2212112222efuuZ gpWZgph3. 基本概念基本概念 a. 連續(xù)性方程的意義及推導(dǎo)條件連續(xù)性方程的意義及

4、推導(dǎo)條件 b. 柏努利方程的意義及三種能量表達(dá)式柏努利方程的意義及三種能量表達(dá)式 c. 柏努利方程的使用注意事項(xiàng)及截面選取的原則柏努利方程的使用注意事項(xiàng)及截面選取的原則 d. 流體流動(dòng)過程中能量的相互轉(zhuǎn)換流體流動(dòng)過程中能量的相互轉(zhuǎn)換71. 基本要求基本要求a. 掌握層流和湍流阻力計(jì)算的方法掌握層流和湍流阻力計(jì)算的方法b. 掌握管路的分類及特點(diǎn)掌握管路的分類及特點(diǎn)c. 掌握流量測量元件的原理、特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)掌握流量測量元件的原理、特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)2. 主要公式主要公式a. 流動(dòng)類型：流動(dòng)類型：b. 阻力計(jì)算：阻力計(jì)算：其中其中 ，層流時(shí)：，層流時(shí)：Re4000, f(Re,/d)查圖查圖1

5、-27，特別的，阻力平方區(qū)，特別的，阻力平方區(qū)f(/d)三、管路計(jì)算及流量測量三、管路計(jì)算及流量測量4RedudGwd 2ii2eflluhd （）64/Re83. 管路計(jì)算管路計(jì)算并聯(lián)管路并聯(lián)管路: 串聯(lián)管路串聯(lián)管路: 分支管路分支管路: 常數(shù) SSSSVVVV321 21fffhhh10 120 20ffEhEhEssasbVVV21ffBfAhhh12sssVVV4. 流量測量流量測量)(2gRcu9選擇選擇流量增大時(shí)，流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的壓強(qiáng)差流量增大時(shí)，流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的壓強(qiáng)差( )A .增大增大B. 減小減小C. 不變不變 答案：答案：( )孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)孔板流量計(jì)的孔流系

6、數(shù)Co，當(dāng)，當(dāng)Re數(shù)增大時(shí)，其值數(shù)增大時(shí)，其值( ) .A.總在增大總在增大B.先減小，當(dāng)先減小，當(dāng)Re數(shù)增大到一定值時(shí)，保持為某定值；數(shù)增大到一定值時(shí)，保持為某定值；C.總是減小總是減小D.不定不定 答案：答案：( )皮托管測定的流速是皮托管測定的流速是( )。A點(diǎn)速度點(diǎn)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、流體流動(dòng)過程中，影響摩擦因子、流體流動(dòng)過程中，影響摩擦因子的兩個(gè)無因次數(shù)群分別為的兩個(gè)無因次數(shù)群分別為 和和 ，而在層流區(qū)，摩擦因子只與，而在層流區(qū)，摩擦因子只與 有關(guān)。有關(guān)。 2 2、轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量流量時(shí)，當(dāng)流量加大時(shí)，轉(zhuǎn)子上下兩截面的、轉(zhuǎn)子

7、流量計(jì)測量流量時(shí)，當(dāng)流量加大時(shí)，轉(zhuǎn)子上下兩截面的壓強(qiáng)差壓強(qiáng)差 （增大，不變，減小），而流體的流通截面（增大，不變，減?。?，而流體的流通截面積積 。（增大，不變，減?。＃ㄔ龃?，不變，減?。?3 3、流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，截面上各點(diǎn)的平均速度、流體在圓管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，截面上各點(diǎn)的平均速度u u與管與管中心處最大速度中心處最大速度u umaxmax的關(guān)系為：的關(guān)系為： u/uu/umaxmax= = 。當(dāng)流動(dòng)。當(dāng)流動(dòng)進(jìn)入湍流時(shí)，進(jìn)入湍流時(shí)，u/uu/umaxmax隨隨ReRe的增加而的增加而 。（減小、不。（減小、不變、增加）變、增加）Re/dRe不變不變增大增大0.50.5增加增加填空填空

8、114用管子從高位槽放水，當(dāng)管徑增大一倍，則水的流量用管子從高位槽放水，當(dāng)管徑增大一倍，則水的流量為原流量（為原流量（ ）倍，假定液面高度，管長，局部阻力及）倍，假定液面高度，管長，局部阻力及摩擦系數(shù)均不變，且管路出口處的流體動(dòng)能項(xiàng)可忽略。摩擦系數(shù)均不變，且管路出口處的流體動(dòng)能項(xiàng)可忽略。答案：（答案：（ ）5常溫下水密度為常溫下水密度為1000kg/m3,粘度為粘度為1cp，在，在d內(nèi)內(nèi)=100mm管管內(nèi)以內(nèi)以3m/s速度流動(dòng)，其流動(dòng)類型為速度流動(dòng)，其流動(dòng)類型為( ).答案：（答案：（ ）620攝氏度的水通過攝氏度的水通過10m長，長，d內(nèi)內(nèi)=100mm的鋼管，流量的鋼管，流量Vn=10m3/

9、h,阻力系數(shù)阻力系數(shù)=0.02,壓力降壓力降P=（ ）。）。答案：（答案：（ ）7.常用測定流量的流量計(jì)有常用測定流量的流量計(jì)有( )，( )，( )。答案：（答案：（ ）（ ）（ ）24湍流湍流125.3N/m2128氣體的粘度隨溫度的升高而（氣體的粘度隨溫度的升高而（ ），水的粘度隨），水的粘度隨溫度的升高而溫度的升高而( )9假如流體的流量不變，而圓形直管的直徑減少二分之一，則假如流體的流量不變，而圓形直管的直徑減少二分之一，則因直管阻力引起的壓降損失為原來的多少倍？假設(shè)為層流。因直管阻力引起的壓降損失為原來的多少倍？假設(shè)為層流。0一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，當(dāng)流量為一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，當(dāng)流量為10m3/h

10、時(shí)，測定轉(zhuǎn)子進(jìn)出時(shí)，測定轉(zhuǎn)子進(jìn)出口壓差為口壓差為50N/m2,現(xiàn)流量變?yōu)楝F(xiàn)流量變?yōu)?2m3/h,則進(jìn)出口壓差為則進(jìn)出口壓差為（ ）N/m2。11. 等邊三角形邊長為等邊三角形邊長為a,其當(dāng)量直徑是（其當(dāng)量直徑是（ ），長方形長），長方形長2a,寬為寬為a,當(dāng)量直徑是當(dāng)量直徑是( )。升高升高降低降低1650a33a341320m 1 用泵將密度為用泵將密度為1100kg/m3、粘度為、粘度為1.210-3Pas的溶液的溶液從貯槽送至表壓為從貯槽送至表壓為0.2105Pa的密閉高位槽，如圖所示。管子的密閉高位槽，如圖所示。管子直徑為直徑為1084mm、直管長度為、直管長度為70m、各種管件的當(dāng)量

11、長度、各種管件的當(dāng)量長度之和為之和為100m（不包括進(jìn)口阻力與出口阻力）。輸送量為（不包括進(jìn)口阻力與出口阻力）。輸送量為50m3/h，兩槽液面恒定，其間垂直距離為，兩槽液面恒定，其間垂直距離為20m。今采用一臺(tái)效。今采用一臺(tái)效率為率為65%、軸功率為、軸功率為7.5kw的庫存離心泵，核算該泵能否完成的庫存離心泵，核算該泵能否完成任務(wù)。（阻力系數(shù)任務(wù)。（阻力系數(shù)可取可取0.027，進(jìn)口阻力系數(shù)，進(jìn)口阻力系數(shù)c為為0.5，出口阻，出口阻力系數(shù)力系數(shù)e為為1）1421 , f22221211hP2ugzWeP2ugz 2,122()2701001.769(0.02710.5)74.14/0.12ef

12、CelluhdJkg 答：在貯槽答：在貯槽1-1面與面與2-2面間列柏努力方程，以面間列柏努力方程，以1-1面為基準(zhǔn)面面為基準(zhǔn)面其中：其中：z1=0，z2=20，P1=0（表壓），（表壓），P2=0.2105Pa（表壓）（表壓）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質(zhì)量流量質(zhì)量流量ws=501100/3600=15.28Kg/s故該泵合適故該泵合適22212121,12520.2 109.81 2074.1

13、41100288.52 /fuuPPWeg zzhJ kg162：用：用U型測壓計(jì)測壓強(qiáng)差，如流量、型測壓計(jì)測壓強(qiáng)差，如流量、管徑均不變，而將水平管改為垂直管徑均不變，而將水平管改為垂直管。問管。問p1 -p 2 =?解：對于垂直管取等壓面解：對于垂直管取等壓面A A1Appg hR水平管時(shí)水平管時(shí)120ppRg20Appg hHgRAApp120pg hRpg hHgR120ppHgRg故故 和水平管對照，多了和水平管對照，多了1 1、2 2兩點(diǎn)位能轉(zhuǎn)換的靜壓能兩點(diǎn)位能轉(zhuǎn)換的靜壓能 如果是氣體，如果是氣體， 密度較小，則水平管、垂直管相同密度較小，則水平管、垂直管相同173. 如圖，且不互溶

14、，兩容器液面在同一水平面，且兩容器尺寸如圖，且不互溶，兩容器液面在同一水平面，且兩容器尺寸相同，試問：相同，試問：如在兩容器底部用管連通，求兩容器液面差如在兩容器底部用管連通，求兩容器液面差h如將右測液體換成如將右測液體換成1，又求液面差，又求液面差h解：解：(1)連通后，右側(cè)下降連通后，右側(cè)下降h/2，左，左側(cè)上升側(cè)上升 h/2，底部為等壓面，底部為等壓面212212222hhhhhhh 將右側(cè)改為將右側(cè)改為1 ，則右側(cè)上升，左，則右側(cè)上升，左側(cè)下降，同理，底部為等壓面。側(cè)下降，同理，底部為等壓面。2121122222hhhhhhh 184. 判斷三個(gè)玻璃管中壓強(qiáng)大小關(guān)系和液柱面高低關(guān)系判斷

15、三個(gè)玻璃管中壓強(qiáng)大小關(guān)系和液柱面高低關(guān)系對理想流體對理想流體22upgHgZ對對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對對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 理想流體理想流體 非理想流體非理想流體192223323222ppuugZgZ對22，332233223222upupgZgZ對非理想流體1、2 液面: 須知12的阻力損失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. 如圖，三槽中水面相同且恒定，忽略阻力，判斷：如圖，三槽中水面相同且恒定，忽略阻力，判斷： u1,u2 u2,u3,u4 p1,p2 p2,p322aaAAppuHgz g（2）對水槽液面和出口處建立柏努利方程，基準(zhǔn)水平面為對水槽液面和出口處建立柏努利方程，基準(zhǔn)水平面為2-222aaBBppuHgz g22aCaCpupHgz gABC22AAuHgz g22BBuHgz g22CCuHgz g解解： （1）略）略2122121222AAupupHgz gz g2222AupHgz g2332BpuHgz g22323222B

17、Apuupz gz g32BAuupp1212zzpp2212221122121222ffhhl uludd212121,dddd12fd6.同一平面兩并聯(lián)管路，同一平面兩并聯(lián)管路， l 1 = l2,d2=2d1，兩管絕對粗糙度相同，兩管絕對粗糙度相同，且流動(dòng)均處于平方區(qū)，判斷兩管的流速哪個(gè)大？且流動(dòng)均處于平方區(qū)，判斷兩管的流速哪個(gè)大？在阻力平方區(qū)，在阻力平方區(qū)，222211221121 1222121112.212222.l uluuuuuuudd解：解：237.由自來水總管引出一支管由自來水總管引出一支管AB，向居民樓供水，在端點(diǎn)，向居民樓供水，在端點(diǎn)B分成分成兩支路，一路供一樓，一路供

18、二樓兩支路，一路供一樓，一路供二樓已知：已知：LAB =100m , LBC = 10m , LBD = 20m , = 0.03 , 管徑管徑d30mm，A處壓強(qiáng)為處壓強(qiáng)為PA3.43105pa（表壓）（表壓）求：當(dāng)閥求：當(dāng)閥C全開時(shí)全開時(shí)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 當(dāng)閥當(dāng)閥C關(guān)小，使關(guān)小，使C流量減半，求此時(shí)流量減半，求此時(shí)D的流量，的流量，（此時(shí)（此時(shí)D閥應(yīng)全開閥應(yīng)全開,D=6.4）24解：首先判斷解：首先判斷B點(diǎn)的靜壓能，設(shè)點(diǎn)的靜壓能，設(shè)D管沒有水。管沒有水。對入口對入口A處外側(cè)和處外側(cè)和11截面之間列柏努利方程，管道截面之間列柏努利方程，管道

19、ABC為基為基準(zhǔn)水平面，對串聯(lián)管路準(zhǔn)水平面，對串聯(lián)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為基準(zhǔn)水平面為基準(zhǔn)水平面22110.522ABABpuplud22110.522ABBCClluud252125211.523.43 101002.421.50.031.529.81 10000.032 9.804.85.0BAABBAABppludppluggdgmm二樓無水此時(shí)此時(shí)223310.758 0.032.421.71 104Vd ums

20、26如水上二樓，則成分支管路如水上二樓，則成分支管路 通過調(diào)節(jié)閥門，使通過調(diào)節(jié)閥門，使11.21Cuum s12222444BDCBDCd ud ud uuuu分支管路的流量關(guān)系為：分支管路的流量關(guān)系為：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：uD=1.39 m/s uB=1.39+1.212.6 m/s2830mP49pa真空度真空度19. 內(nèi)截面為內(nèi)截面為1000mm1200mm的矩形的矩形煙囪煙囪高為高為30m。平均摩爾質(zhì)量為平均摩爾質(zhì)量為30kg/kmol，平均溫度為平均溫度為400的煙道氣的煙道氣自下而上流動(dòng)，煙囪下端維持在自下而上流動(dòng)，煙囪下端維持在49pa49pa的真空度的