流体力学复习题.doc

第一章 流体流动
2．有一液位恒定的高位槽通过管路向水池供水（见附图），高位槽内液面高度h1为1m，供水总高度h2为10m，输水管内径50mm，总长度100m（包括所有局部阻力的当量长度），。试求：
⑴、供水量为多少？
⑵、若此时在管垂直部分某处出现一直径为1mm的小孔，有人说因虹吸现象，在某一高度范围内不会从小孔向外流水，而还有人认为水将从小孔流出。试推导证明哪种正确。

解：（1）取高位槽上液面为截面1，输水管出口外侧为截面2，在1-1’和2-2’间列柏努利方程，可得：
其中：，
将阻力公式代入，整理得：
所以
供水量
（2）仍取高位槽上液面为截面1，再取垂直管处任意一点为截面3，在1-1’和3-3’间列柏努利方程，可得：

将阻力公式代入，整理得：

=
=
显然，此式为单调增函数，且在处时，
所以在～9m时（即垂直管段任意高度处），，即，表示管内静压高于大气压力，故不会出现虹吸现象，水将从小孔流出。
讨论：判断水是否流出的依据是孔处压力的大小，若该处压力大于大气压力，则水从小孔流出；否则，水不会流出。

4. 用泵输送密度为710kg/m3的油品，如附图所示，从贮槽经泵出口后分为两路：一路送到A塔顶部，最大流量为10800kg/h，塔内表压强为98.07×104Pa。另一路送到B塔中部，最大流量为6400kg/h，塔内表压强为118×104Pa。贮槽C内液面维持恒定，液面上方的表压强为49×103Pa。
现已估算出当管路上的阀门全开，且流量达到规定的最大值时油品流经各段管路的阻力损失是：由截面1―1至2―2为201J/kg；由截面2―2至3－3为60J/kg；由截面2－2至4―4为50J/kg。油品在管内流动时的动能很小，可以忽略。各截面离地面的垂直距离见本题附图。
已知泵的效率为60%，求此情况下泵的轴功率。
答：在1―1与2―2截面间列柏努利方程，以地面为基准水平面。

式中 Z1=5m p1=49×103Pa u1≈0
Z2、p2、u2均未知，Σhf1－2=20J/kg
设E为任一截面上三项机械能之和，则截面2―2上的E2=gZ2+p2/ρ+u22/2代入柏努利方程得：
(a)
由上式可知，需找出分支2―2处的E2，才能求出We。根据分支管路的流动规律E2可由E3或E4算出。但每千克油品从截面2―2到截面3－3与自截面2－2到截面4－4所需的能量不一定相等。为了保证同时完成两支管的输送任务，泵所提供的能量应同时满足两支管所需的能量。因此，应分别计算出两支管所需能量，选取能量要求较大的支管来决定E2的值。
仍以地面为基准水平面，各截面的压强均以表压计，且忽略动能，列截面2－2与3－3的柏努利方程，求E2。

=1804J/kg
列截面2－2与4－4之间的柏努利方程求E2
=2006J/kg
比较结果，当E2=2006 J/kg时才能保证输送任务。将E2值代入式（a），
得 ：We=2006－98.06=1908 J/kg
通过泵的质量流量为：
泵的有效功率为 ：Ne=Wews=1908×4.78=9120W=9.12kW
泵的轴功率为 ：
最后须指出，由于泵的轴功率是按所需能量较大的支管来计算的，当油品从截面2―2到4―4的流量正好达到6400kg/h的要求时，油品从截面2―2到3―3的流量在管路阀全开时便大于10800kg/h。所以操作时要把泵到3－3截面的支管的调节阀关小到某一程度，以提高这一支管的能量损失，使流量降到所要求的数值。
第二章 流体输送机械
1. 什么是泵的气蚀现象？有何表现和危害？怎样防止发生气蚀现象？
答：离心泵能吸上液体是靠大气压和泵进口处真空度的压差作用。离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。如果形成的低压很低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以致于低于体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的液体挤入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使材料受到破坏。把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为气蚀。
气蚀是离心泵操作的不正常现象，表现为泵内噪声与振动增加，输送量明显减少，严重时吸不上液体。气蚀会缩短泵的寿命，操作时应严格避免，其方法是使泵的安装高度不超过某一定值。
第三～四章 机械分离与固体流态化
3．用板框过滤机在恒压下过滤悬浮液。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。
（1）当其它条件不变，过滤面积加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？
（2）当其它条件不变，过滤时间减半，则获得的滤液量为原来的多少倍？
（3）当其它条件不变，过滤压强差加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？
解：（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：，于是
（2）
（3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常的定义可知，
。于是
4. 石英和方铅矿的混合球形颗粒在如图所示的水力分级器中进行分离。两者的密度分别为2650kg/m3和7500kg/m3，且粒度范围均为。水温为20℃。假设颗粒在分级器中均作自由沉降。试计算能够得到纯石英和纯方铅矿的粒度范围及三个分级器中的水流速度。（20℃水的密度998.2kg*m-3，粘度为1.005×10-3Pa*s）

1、2、3号分级器直径逐渐增大而三者中上升水流量均相同，所以水在三者中流速逐渐减小。水在1号中的速度最大，可将密度小的石英颗粒全部带走，于是1号底部可得到纯方铅矿。但是，也有部分小颗粒的方铅矿随同全部石英被带走。在2号分级器，控制水流速度，将全部方铅矿全部沉降下来，但也有部分大颗粒石英会沉降下来。在3号分级器，控制水流速度，可将全部小石英粒子全部沉降下来。
综上所述，1号分级器的作用在于要带走大所有石英粒子（最大为100），因此1号的水流速应该等于100石英的沉降速度；2号的作用在于截下全部方铅矿（最小为20），因此2号的水流速应该等于20方铅矿的沉降速度；3号的作用在于截下全部石英粒子（最小为20），因此3号水流速应该等20石英的沉降速度。
1号分级器中的水流速：
校核：，近似认为处于层流区。
在1号中能够被分离出来的方铅矿的最小直径为：
（该值也可由水流速度反算）
所以，在1号分级器中得到纯方铅矿的粒度范围为：
2号分级器中的水流速：
在该速度下能被在2号中被沉降下来的最小石英粒子：

因此，在2号中，方铅矿；石英；

在3号中能被截下的是的石英。
概念思考题
第一章
1、静力学基本方程应用条件是什么？等压面应如何选择？
2、如何原则选择U形压差计中的指示剂?
3、采用U形压差计测某阀门前后的压力差，问压差计的读数与U形压差计安装的位置有关吗？
4、试说明粘度的单位及物理意义，并分析温度与压力对流体粘度的影响。
5、试说明牛顿粘性定律的内容及适用条件。
6、压强与剪应力的方向及作用面有何不同？
7、柏努利方程有几种表达方式？式中每项的单位及物理意义是什么？
8、流体流动有几种类型？判断依据是什么？
10、雷诺准数的物理意义是什么？
11、流体在圆形直管中流动，若管径一定而将流量增大一倍，则层流时能量损失是原来的多少倍？完全湍流时能量损失又是原来的多少倍？
21．圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失是原来的多少倍？完全湍流时能量损失又是原来的多少倍？(忽略变化)
第二章
1．简述离心泵的结构和工作原理。
2．什么是离心泵的特性曲线？它与泵的转速有什么关系？
3．什么是泵的汽蚀现象和汽蚀余量？
4．什么是泵的气缚现象？它是怎样产生的？如何避免？
5．汽蚀余量在离心泵的安装与使用中起什么作用？
6．什么是离心泵的运行工作点？
7．离心运行工作点调节常用哪些方法？
第三～四章
1．何谓自由沉降速度？试推导其计算式。
2．写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式，说明此公式的应用条件，简述计算沉降速度要用试差法的理由。
3．降尘室的生产能力与哪些因素有关？为什么降尘室通常制成扁平形或多层？降尘室
适用于分离直径为多大的颗粒？降尘室的高度如何确定？
4．何谓离心分离因数？何谓离心沉降速度？它与重力沉降速度相比有什么不同？离心
沉降速度有哪几种主要类型？
5．旋风分离器的生产能力及效率受哪些因素的影响？何谓临界粒径dc?旋风分离器性能
主要用什么来衡量？它一般适用于分离直径多少的颗粒？两台尺寸相同的旋风分离器串联可否提高除尘效率？选用旋风分离器的依据是什么？
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