第一章：流體流動

二、本章思考題

1-1何謂理想流體？實際流體與理想流體有何區(qū)別？如何體現(xiàn)在伯努利方程上？

1-2何謂絕對壓力、表壓和真空度？表壓與絕對壓力、大氣壓力之間有什么關(guān)系？真空度與絕對壓

力、大氣壓力有什么關(guān)系？

1-3流體靜力學(xué)方程式有幾種表達形式？它們都能說明什么問題？應(yīng)用靜力學(xué)方程分析問題時如何

確定等壓面？

1-4如何利用柏努利方程測量等直徑管的機械能損失？測量什么量？如何計算？在機械能損失時，

直管水平安裝與垂直安裝所得結(jié)果是否相同？

1-5如何判斷管路系統(tǒng)中流體流動的方向？

1-6何謂流體的層流流動與湍流流動？如何判斷流體的流動是層流還是湍流？

1-7一定質(zhì)量流量的水在一定內(nèi)徑的圓管中穩(wěn)定流動，當(dāng)水溫升高時，Re將如何變化？

1-8何謂牛頓粘性定律？流體粘性的本質(zhì)是什么？

1-9何謂層流底層？其厚度與哪些因素有關(guān)？

1-10摩擦系數(shù)大與雷諾數(shù)Re及相對粗糙度￡/"的關(guān)聯(lián)圖分為4個區(qū)域。每個區(qū)域中，入與哪些因

素有關(guān)？哪個區(qū)域的流體摩擦損失為與流速〃的一次方成正比？哪個區(qū)域的〃/與'J成正比？光

lq

滑管流動時的摩擦損失/與〃的幾次方成正比？

1-11管壁粗糙度對湍流流動時的摩擦阻力損失有何影響？何謂流體的光滑管流動？

1-12在用皮托測速管測量管內(nèi)流體的平均流速時，需要測量管中哪一點的流體流速，然后如何計算

平均流速？

三、本章例題

例1-1如本題附圖所示，用開U液柱壓差計測量敞口貯槽中油品排放量。已知貯槽直徑D為3m,

油品密度為900kg/m3。壓差計右側(cè)水銀面上灌有槽內(nèi)的油品，其高度為hl。已測得當(dāng)壓差計上指

示劑讀數(shù)為R1時，貯槽內(nèi)油面與左側(cè)水銀面間的垂直距離為H1。試計算當(dāng)右側(cè)支管內(nèi)油面向下移

動30mm后，貯槽中排放出油品的質(zhì)量。

解：本題只要求出壓差計油面向下移動

30mm時，貯槽內(nèi)油面相應(yīng)下移的高度，即可求出

排放量。

首先應(yīng)了解槽內(nèi)液面下降后壓差計中指示

劑讀數(shù)的變化情況，然后再尋求壓差計中油面下

移高度與槽內(nèi)油面下移高度間的關(guān)系。

設(shè)壓差計中油面下移h高度，槽內(nèi)油面相應(yīng)1-1附圖

下移H高度。不管槽內(nèi)油面如何變化，壓差計右側(cè)支管中油品及整個管內(nèi)水銀體積沒有變化。故當(dāng)

壓差計中油面下移h后，油柱高度沒有變化，仍為hl,但因右側(cè)水銀面也隨之下移h,而左側(cè)水銀

面必上升h,故壓差計中指示劑讀數(shù)變?yōu)椋≧-2h）,槽內(nèi)液面與左側(cè)水銀面間的垂直距離變?yōu)?/p>

當(dāng)壓差計中油面下移h后，選左側(cè)支管油與水銀交界面為參考面m,再在右側(cè)支管上找出等

壓面n（圖中未畫出m及n面），該兩面上的表壓強分別為：

pm=[Hx-H-h）p.g（A）為油品密度）

Pn=%P6g+（R「2h）PHgg

因P,”二P"，由上二式得：

（H1_H—h）Pog=%Pog+（R「2h）pHgg

上式中第一項“/°g=h'P08+R'PHgg

將式⑵代為QG（2臃理得：）

L1—

Po

神:"5避艇"鷲懿熊式：

-900-'m

即壓手計右側(cè)支管釧面下移30mm,槽內(nèi)液面下降0.8767m,油品排放量為:

22

-DHp0=-x3x0.8767x900=5574館

例1-2直徑D為3m的貯水槽下部與直徑"。為40mm的水平輸送管相連。管路匕裝有-一個閘閥，

閘閥上游設(shè)有水銀液柱壓差計，開口管水銀面上方有一段尼為20mm的清水。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓

差計上讀數(shù)R為740mm,左側(cè)指示劑液面與水管中心線間的垂直距離h為1m。當(dāng)閥門全開時，不

YA=40〃2

包括管子出口損失的系統(tǒng)阻力用經(jīng)驗公式/一計算。式中,為流動系數(shù)的總摩擦阻力，

J/kg,"為水在管路中的流速，m/so試求將水放出24m3需經(jīng)歷若干時間。

解：根據(jù)題意畫出如附圖所示的流程圖。

由題意知流動過程中槽內(nèi)水面不斷下降，故本

題屬于不可壓縮流體作非定態(tài)流動系統(tǒng)。液面高度

隨流動時間增加而逐漸降低，管中水的流速隨液面

下降而逐漸減小。在微分時間內(nèi)列全系統(tǒng)的物料衡

算，可求得液體高度隨時間變化的微分關(guān)系，再列

1-2附圖

瞬間的柏努利方程式可以獲得液體在輸送管內(nèi)流速隨液面高度的變化關(guān)系。聯(lián)立微分式和瞬間的柏

努利式即可求出排水時間。

以水平管的中心線為基準(zhǔn)面，另初始液面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為H1,放HI24m3水后的最終

液面與基準(zhǔn)面間的垂直距離為H2(圖中未畫出)。用靜力學(xué)基本方程式先求出Hi，再用貯槽體積、

直徑、液體深度間的關(guān)系求出H2。當(dāng)閥門全關(guān)時，壓差計讀數(shù)R=0.74m,按常規(guī)的方法在壓差計上

確定等壓參考面，可得：

(H[+h)pHiOg="勵+RpHgg

=3

取PH.OS1OOOkg/m>pHg=13600kg/m‘，故：

(Hi+1)xl000=0.02xl000+0.74xl3600

解得Hi=9.084m

放出24m3水后?液面高度為：

24

H、=9.084--------=5.687%

[⑶2

4

實際上本題是計算貯槽液面由9.084m降到5.687m所需時間。設(shè)d。秒內(nèi)液面下降高度為dH,

管中瞬間流速為“，在de時間內(nèi)列全系統(tǒng)水的體積衡算:

v.ae=vodo+dvA

式中匕——水的瞬間加入量，m3/s；

%——水的瞬間排出量，m3/s；

dVA——4。時間內(nèi)，水在槽中的積累量，

式中各項為：

匕=0

4

Vd.^-d^ude+-D2dH

A4°4

整理得de=-（—）2—（i）

d。u

上式中瞬間液面高度H與瞬間速度"的關(guān)系可通過列瞬間柏努利式求得。在瞬間液面1-1,(圖

中未畫出)及管出口內(nèi)側(cè)截面2-2，間列瞬間柏努利方程式，以水平管中心線為基準(zhǔn)面:

22

gZ|+—+^z-=gz2+上+與-+%i-2

p2p2

式中z、=Hz2=0

Pi=0（表壓）P2=。（表壓）

%HOU2=U(瞬間速度)

Ehf]_2=40〃?

2

9.81//=—+40w2

2

或u=64922)(2)

將式（2）代入式（1）：

dH

de=-(—)2

%0.4922舊

dHdH

或ae=-(-11430

0.040.4922而4H

積分上式的邊界條件為：

優(yōu)=05=9.084m

02=02sH2=5.687加

%==—11430,瑞

=11430x2(國-恒)得黑

=11430x2(79.084-45.687)

=143805?4/7

例1-3流體在管內(nèi)的汽化

用虹吸管將水從水池中吸出，水池

液面與虹吸管出口的垂直距離z=5m,

管路最高點與水面的垂直距離為2m,

虹吸管出口流速及虹吸管最高點壓強Z-5

各為多少？若將虹吸管延長，使池中8m

水面與出口的垂直距離增為z'=8機,

出口流速有何變化？（水溫為30℃,

大氣壓為101.3kPa,水按理想流體處理）。72

解：（1）由斷面1-1、1-2之間的機械能守恒式得1-3附圖

〃2—J2gz=V2x9.81x5=9.9m/s

由斷面1?1和C-C之間的機械能守恒式，并考慮到=u2可得

2

JpuCz7\

Pc=P?_pgh——寸=P“一pg(h+z)

=1.013X105-1000X9.81x7=3.27x104Pa

(2)虹吸管延長后，假定管內(nèi)流體仍保持連續(xù)狀態(tài)，由斷面1-1和2'-2'之間的機械能守恒式

得〃2'=J2gz，

,2

puc

Pc'=Pa-pgh----『=Pa-pg{z'+h)

=1.013xl05-1000x9.81xl0=3.30xl03Pa

因"c小于水在30"C的飽和蒸汽壓p『=4242Pa,故在最高點C附近將出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。此時，C

點壓強不再按機械能守恒式的規(guī)律變化,而保持為流體的飽和蒸汽壓不變。因此，在斷面1-1和2'-2'

間，機械能守恒式不適用，算出的〃’2無效。但是，在斷面1-1和C-C之間，流體依然是連續(xù)的，C

點的流速可在斷面1-1和C-C之間列出機械能守恒式求出:

5

L,pa-pv-L,1.013xlO-4242~八0,I?)

￥匕—)[2(-旃--------9.81x2)=124zs

心m

出口流速〃'2="1。

例1-4阻力損失與勢能的消耗

高位槽水面距管路出口的垂直距離保持為5m不變,水面上方的壓強為4.095xl（）4pa（表壓）,

管路直徑為20mm,長度為24m（包括管件的當(dāng)量長度），阻力系數(shù)為0.02,管路中裝球心閥一個,

試求：（1）當(dāng)閥門全開（自=6.4）時，管路的阻力損失為多少？阻力損失為出口動能的多少倍?

（2）假定2數(shù)值不變，當(dāng)閥門關(guān)?。↗=20）時，管路的出口動能和阻力損失有何變化？

解：（1）在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式

22

gZ|+—+^z-=gz2+也+g+Z

p2p2

.=3+%-3+4)

ppp

22

2f

若取大氣壓強和管出口高度為基準(zhǔn)，并忽略容器內(nèi)的流速（即%=0）,則

22

AT〃

---=gH+

P｝彳+叫+哈

g"。4905X14

29.81X5X-°

u2—>--------/匚=3』力裕

~T

1+2+J1+0.02x+6.4

d0.02

/"/

血=(4—+J產(chǎn)=(24+6.4)x3.1=951/Kg

d2

或z/?z.=--^-=(^^^-+5x9.81)-3.1=957/^

fp21000

!L=/1-+^=0.02X—+6.4=30.4(倍)

2d0.02

此結(jié)果表明，實際流體在管內(nèi)流動時，阻力損失和動能的增加是造成流體勢能減少的兩個原

因。但對于通常管路，動能增加是一個可以忽略的小量，而阻力損失是使勢能減小的主要原因。換

言之，阻力損失所消耗的能量是由勢能提供的。

(2)當(dāng)？=20時

。心P。C。，<4.905X104

,2gH+——9.81x5+

上=一戶=----------歲—2.2力彷

2/24

21+2-+^'l+0.02x——+20

d0.02

L/?'z=--^-=(9.81x5+.4.905)10：_2,2=95.9J/kg

fp21000

與(1)比較，當(dāng)閥門關(guān)小時，出口動能減少而阻力損失略有增加，但是，絕不可因此而誤解為阻

力所消耗的能量是由動能提供的。實際上，動能的增加和阻力損失皆由勢能提供，當(dāng)閥門關(guān)小時，

由于損失的能量增加使得動能減少了。

例1-5虹吸管頂部的最大安裝高度

利用虹吸管將池中溫度為90C熱水引出，兩容器水面的垂直距離為2m,管段AB長5m,管

段BC長10m(皆包括局部阻力的當(dāng)量長度)，管路直徑為20mm,直管阻力系數(shù)為0.02。若要保證

管路不發(fā)生汽化現(xiàn)象，管路頂點的最大安裝高度為多少？(已知90℃熱水飽和蒸汽壓為7.01xl()4pa)

解：在斷面1-1和2-2之間列機械能橫算式，可求得管內(nèi)流速

B

E

h

設(shè)頂點壓強PB=P/，在斷面1-1和斷面B-B

之間列機械能橫算式，可求出B點最大安裝高

度為

心—立_(1+4如)￡1

曬X

PgPgd2g

7.OlxlQ41.62?

10.33--(1+0.02X-)x=2.38加

9.81x10000.0219.6

虹吸管是實際工作中經(jīng)常碰到的管道，為使吸液管正常工作，安裝時必須注意兩點：（1）虹

吸管頂部的安裝高度不宜過大；（2）在入口側(cè)管路（圖中AB段）的阻力應(yīng)盡可能小。

例1-6使用同一水源各用戶間的相互影響

從自來水總管引一支路AB向居民樓供水，在端點B分成兩路各通向-樓和二樓。已知管段

AB、BC和BD的長度（包括管件的當(dāng)量長度）各為100m、10m和20m,管徑皆為30mm,直管阻

力系數(shù)皆為0.03,兩支路出口各安裝球心閥。假設(shè)總管壓力為3.43xl（）5pa（表壓）試求：

（1）當(dāng)一樓閥門全開（&=6.4）,高

度為5m的二樓能否有水供應(yīng)？此時管路AB

內(nèi)的流量為多少？

（2）若將一樓閥門關(guān)小，使其流量減

半，二樓最大流量為多少？

解：（1）首先判斷二樓是否有水供應(yīng)，

為此，可假定支路BD流量為零，并在斷面A

和1-1之間列機械能衡算式

區(qū)=江+（八+晨+《匹

P

p_2x3.43x1031000

k七+介』皿鬻+6.4+1

在斷面A與B之間列機械能衡算式，得

W22

pp/3BIA13.43X10、1002.42一<

—B=-A-(2—+1)—=------------(0.03x----+l)x--------=4.8m<5m

pgpgd2g1000x9.810.032x9.81

此結(jié)果表明二樓無水供應(yīng)。此時管路AB內(nèi)的流量為

心=工第=0.785x0.032x2.42=1.71x10-3^3/5

v41

（2）設(shè)一樓流量減半時，二樓流量為小,,此時管段AB內(nèi)的流速為

4(%,4%,u

〃=——,2=^^+,=L414xlO3q，+1.21

7id-nd12"2

管段BD內(nèi)的流速為

4q/y

"2=h=荔加=L414X10”

在斷面A與2-2之間列機械能衡算式

2,2

PAgz+也-+人土+(歲+Z哈

P2d2

3.43x105100(1414x10%+L21產(chǎn)

=9.81x54-0.03x---x--------------：--------

10000.032

(1.414x103)22

20

+(0.03x+6.4+1)--------------

0^03

2.55x103%,，+3.42x105%,,-442.2=0

-3.42xlO5+7(3.42xlO5)2+4x2.55x10sx442.2

=8.07x1OY加3/5

Qv2x2.55xl08

對于通常的分支管路，總管阻力既不可忽略也不占主導(dǎo)地位，此時，改變支路的數(shù)目或阻力，

對總流量及各支路間流量的分配皆有影響。

例1-7提高流量分配均勻性的代價

在相同的容器1、2內(nèi)，各填充高度為1m和8m的固體顆粒，并以相同的管路并聯(lián)組合，兩

支路的管長皆為5m,管徑皆為200mm,直管阻力系數(shù)為0.02,每支管安裝一閘門閥，容器1和2

的局部阻力系數(shù)各為10和8。

已知管路的總流量為0.3n?/s,試求:

（1）當(dāng)兩閥門全開時，兩支路的流量比和并聯(lián)管路的阻力損失;

（2）當(dāng)兩閥門同時關(guān)小至分=20時，兩支路的流量比及并聯(lián)管路的阻力損失有何變

化？

解：山物料守恒關(guān)系求得

—d~u,H—d-u、=qv

4142,

4/4x0.3口<<

Uy+=——二-----------二9.55(1)

'2㈤23.1416x0.22

因并聯(lián)管路阻力損失相等，由機械能衡算式得

2與+務(wù)+基

2

〃2勺+。+分

1)當(dāng)兩閥門全開

防0.02x5/0.2+8+0.17_Q9(2)

0.02x5/0.2+10+0.17―,—

〃2

由式(1)、式(2)得u—————=5.03m/s

121+0.9

W1=9.55-5.03=4.52m/s

并聯(lián)管路的阻力損失為

55032

Z%=(0.02x言+8+0.17)笠-=109.5J/奴

（2）當(dāng)兩閥門同時關(guān)小

4_=0.02x5/0.2+8+203

-------------------=0.97(3)

u20.02x5/0.2+10+20

9$5=4.85加/s

由式（1）、式（3）得

1+0.97

%=9.55-4.85=4.7m/5

并聯(lián)管路的阻力損失為

SAQC2

=(0.02x—+8+20)—=335.2J/A-g

從此例可以看出，在不均勻并聯(lián)管路中串聯(lián)大阻力元件，可提高流量分配的均勻性，其代價

仍然是能量的消耗。

例1-8倒U形管壓差計

水從傾斜直管中流過，在斷面A和B之間接一空氣壓差計，其讀數(shù)R=10mm,兩測壓點垂

直距離Az=0.3加，試求：

(1)A、B兩點的壓差等于多少？

(2)若采用密度為830kg/n?的煤油

作指示液，壓差計讀數(shù)為多少？

(3)管路水平放置而流量不變，壓差

計讀數(shù)及兩點的壓差有何變化？

解：首先推導(dǎo)計算公式。因空氣是靜止的,

故Pl=P2即

hh

PA-P&^PB-PS(B-R)~p、gR

PA-PShA=PB-叫+gR(。J

在等式兩邊皆加以咫〃

PA+pg(H-liA)=pB+pg(H-h^+gR(p-p,)

(PA+PgzA)~(PB+PS2B)=gR(P-A)

R

PA-PB'=g(p-Pi)

(1)若忽略空氣柱的重量，則

pA'-pB'=gR(p-/?,)=9.81x0.01x1000=98.1為

Z

pA-pB=PA'~PB'~PS^.A-z^)=98.1+1000x9.81x0.3=3.04x10,Pa

(2)若采用煤油作指示液，壓差計讀數(shù)為

PJ-PB'98.1=5.88x102m-58.8ww

g(2一0)—9.81x(1000-830)

(3)若管路流量不變，p7-pj不變,則壓差計讀數(shù)R亦不變。又因管路水平放置，Zn-ZB=0,

故

PA-PB^P*'-PB'=98.1Pa

普通U形管壓差計所用的指示液的密度大于被測流體的密度，若指示液的密度小于被測流體的密

度，則必須采用倒U形管壓差計。最常用的倒U形管壓差計是以空氣作為指示劑，稱為空氣壓差

計。

例1-9管內(nèi)流量與所需勢能差的關(guān)系

（1）用壓縮空氣將密閉容器中的苯沿直徑為50mm的鋼管送至某容器內(nèi)，在某勢能差下，10分鐘

可將容器內(nèi)1.8n?的苯排空。問欲將輸送時間縮短一半，管路兩端的勢能差須增加多少倍？（已知

苯的溫度為20℃,管壁粗糙度為0.5mm）。

（2）用壓縮空氣將容器中的甘油沿直徑為10mm的管道送至高位槽，甘油溫度為60℃,管內(nèi)流量

為0.05xl（y3m3/s。若將流量提高一倍，管道兩端的勢能差須增加多少倍？

解：（1）溫度為20℃時苯的密度P=884依//??,粘度〃=0.67x10-3管內(nèi)流速為

4K4x1.8

〃—=___L_5_3_M___/_S_______

一㈤2x600—3.14x0.052x600

pdu_884x0.05x1.53

則Re==1.01x105

0.67x10-3

￡=絲=0.01

d50

由直管阻力系數(shù)線圖可以確認(rèn)管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)。輸送時間減半，流速〃'增加一倍,

直管阻力系數(shù)不變，故

,（/+港）叱,2

入d2j（倍）

“吟+工吟u

（2）溫度為60℃時的甘油的密度夕=1260左g/zz?,粘度〃=0」尸。7,管內(nèi)流速為

=4^=4x5x101=064w/5

㈤23.14x0.012

則Re=型=12膽°°12°64=_<

8022000

0.1

流量增加一倍,流速〃'增加一倍，但流動形態(tài)仍為層流，故

&?'u'

---———，（倍）

Apu

顯然，在層流條件下，所需勢能差與管內(nèi)流速（或流量）成正比；而在湍流條件下，所需勢能

與流速（或流量）的平方成正比。

例1-10無外加功簡單輸送管路計算問題的自由度

在附圖所示的管路中，管長/=20m，管徑d=53/w加，管壁粗糙度￡=0.5加加，高位槽液面

距管路出口的垂直距離H=4m,管路中有一個標(biāo)準(zhǔn)直角彎頭，一個1/2開的閘門閥。已知水溫為20℃,

管內(nèi)流速為0.5m/s,高位槽液面上方壓強為大氣壓，求流體在該管路中的阻力損失為多少？

解：方法一:

20C水的粘度〃=lxl0-3pa.s

Re=1000x0.Q53x0.5=265xl()4

lx］。/

o5

土￡=吧=0.00943

d53

查得2=0.038

*=J”+鼻+分=0.5+0.75+4.5=5.75

%=(2-+LO—=(0.038x+5.75)x—25JIkg

fd20.0532

方法二：若取管路出口高度及大氣壓為基準(zhǔn)，槽內(nèi)每千克水的總機械能為

?=gz=9.81x4=39.21/彷

P

此能量除極小部分轉(zhuǎn)化為動能外，其余皆損失掉，即

助,=%—4=39.2-電39.L//彷

p22

顯然，兩種方法所求出的結(jié)果是矛盾的。

對于無外加功簡單輸送管路的計算問題，只有以下三式可用：

物料衡算式q^-d2u

v4

機械能衡算式

gZ\+-=gZ2+~+（E+*+1）-

ppd2

直管阻力系數(shù)計算式幾=八二,迎）

d〃

三個方程只能聯(lián)立求解三個未知數(shù)，其余變量必須給定。若給定獨立變量數(shù)目少于方程式組

的自由度（即方程式組所含變量數(shù)與方程式之差），問題無確定解；若給定獨立變量數(shù)多于方程式

自由度，必導(dǎo)致相互矛盾的計算結(jié)果。本例即屬于后一種情況。按題目給定管路情況，管內(nèi)流速必

不為0.5m/s,而由管路自身決定，應(yīng)為1.95m/s（參見例1-11）

例1-11在一定勢能差下管路輸送能力的計算

在例1-10所示管路中輸送溫度為20c的水，閘門閥1/2開（Jc=4.5）,管內(nèi)流量為多少？若將閥

門全開（Jc=017）,管內(nèi)流量為多少？

解：當(dāng)閥門1/2開時，假設(shè)管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，由土=匕=0.00943

d53

查得4=0.037

在斷面1-1和2-2之間列機械能衡算式（參見例1-10附圖），可得

2gH2x9.81x4

=1.95加/s

/20

l+2-+Zf11+0.037x----+0.5+0.75+4.5

dV0.053

pdu1000x0.053x1.95,__..

管內(nèi)雷諾數(shù)為Re=——=----------：-----=1.03x105

〃1x10-3

根據(jù)阻力系數(shù)線圖，山Re和￡/d可知管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，以上計算結(jié)果有效。

此時管內(nèi)流量為

jrjr

q產(chǎn)一cPu=—x0.0532*1.95=4.3x10-3/M3/5

,44

當(dāng)閥門全開時，流速增加，管內(nèi)流動必處于充分湍流區(qū)，2=0.037,管內(nèi)流速為

除2g：___________2x9.81x4__________

=2.19m/5

l+0.037x^°+0.5+0.75+0.17

0.053

管內(nèi)流量為

q「=-i/2w'=-x0.0532x2.19=4.83x10-3/?3

44

本例管路情況已知，屬操作型問題，須聯(lián)立求解關(guān)于簡單輸送管路方程式組。由于阻力系數(shù)

計算式是一個非常復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系式，當(dāng)管內(nèi)流量與流速為待求變量時，必須用試差法或迭

代法來計算。手算時，可按以下步驟進行試差：

（1）假定管內(nèi)流動已進入充分湍流區(qū)，由查出4；

（2）根據(jù)4值，由機械能衡算式計算流速〃；

（3）據(jù)此〃值算出Re,由Re和查出新的幾值，以檢驗是否需要再次計算。

由于大多數(shù)化工管路的流動是處于或接近于充分湍流區(qū)，故經(jīng)、二次試差便可得到足夠準(zhǔn)

確的結(jié)果。

選擇題、填空題

1-1當(dāng)不可壓縮理想流體在水平放置的變徑管路中作穩(wěn)定的連續(xù)流動時，在管子直徑縮小的地方，

其靜壓力（）。（A）不變（B）增大（C）減?。―）不確定

1-2水在內(nèi)徑一定的圓管中穩(wěn)定流動，若水的質(zhì)量流量保持恒定，當(dāng)水溫升高時，Re值將（）。（A）

不變（B）增大（C）減小（D）不確定

1-3層流與湍流的本質(zhì)區(qū)別是：（）。

（A）湍流流速大于層流流速；（B）流動阻力大的為湍流;

（C）層流的雷諾數(shù)小于湍流的雷諾數(shù)；（D）層流無徑向

脈動，而湍流有徑向脈動。

1-4如圖所示，水流過一段等徑水平管子，在A、B兩處

放置相同壓差計（測壓點等高），其讀數(shù)分別為R”R2,

則（）。

（A）R）>R2（B）RI=R2（C）R]<R2（D）R2=RI+2rl題4附圖

1-5如圖所示的并聯(lián)管路，各支管及其總管阻力間的關(guān)系為（）。

（A）（Z%）A_\_B＞（Z與）A-2-B；

（B）＞（，＞）A-\-B=（Z"）A-2-B；

（C）0/）A-B=（Z"f）A-\-B+（Z〃/）A-2-B;

題5附圖

（D）（Z——B=（Z〃/）…=（Z。/）A-2-B；

1-6在皮托管工作時，測壓孔正對流體流動方向所測壓力代表該處的（）o此時側(cè)壁小孔所測

壓力代表該處的（）。

（A）動壓，靜壓；（B）動壓，動壓與靜壓之和；（C）動壓與靜壓之和，靜壓；（D）靜壓，

動壓與靜壓之和。

1-7某流體在圓形直管中作滯流流動時，其速度分布是（）曲線，其管中心最大流速為平均流

速的（）倍，摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為（）。

1-8在湍流摩擦系數(shù)的實驗研究中，采用因次分析法的目的是（）。在阻力平方區(qū)，摩擦

系數(shù)九只與（）有關(guān)。

1-9流速增加一倍后流體在圓管內(nèi)仍作層流流動，則流動阻力損失為原來的（）倍。

1-10如圖所示容器內(nèi)盛有油、水兩種液體，點A位于油水分界的油側(cè)，點B位于水側(cè)，試判斷A、

B兩流體質(zhì)點的總勢能差△5（=￥"—甲彳）上0（＞,=,＜）o

圖所示，水從內(nèi)徑

為4的管段流向內(nèi)徑為

題1.10附圖

d管段，已知

2題1.11附圖

d2=及4,d[

管段流體流動的速度頭為0.8m水柱,%=0.7m，忽略流經(jīng)AB段的能量損失，則〃2=L3m,

hy=1.5m。

1-12圖示管路裝有A、B兩個閥門，試判斷:

（1）A閥門關(guān)小，B閥門不變

Pl變大,P2變小，P3變小,P4變小,（P2-P3）3

（變大，變小，不變）；

（2）A閥門不變，B閥門開大

Pl變小,P2變小,P3變小，P4變大,（P2-P3）變

（變大，變小，不變）；題1.12附圖

（3）A閥門開大，B閥門不變

m變小,m變大,m變大,變大,（m-m）變小,（p2-P3）變大（變大,變小，不變）;

（4）A閥門不變，B閥門關(guān)小

Di變大,a變大,m變大,D4變小,（m-m）變?。ㄗ兇?變小，不變）。

1-13圖示管路兩端連接兩個水槽，管路中裝有調(diào)節(jié)閥門」個。試討

論將閥門開大或關(guān)小時，管內(nèi)流量％,,管內(nèi)總阻力損失

直管阻力損失和局部阻力損失與2有何變化，并以箭頭或適當(dāng)

文字在下表中予以表達（設(shè)水槽液位差H恒定）。

題1.13附圖

總阻力損失直管阻力損失局部阻力損失流量qv

也。八%,

閥開大不變tit

閥關(guān)小不變1Tl

判斷題

1-14粘性是流體的物性之一，無論是靜止的還是流動的流體都具有粘性。（）

1-15盡管粘性是流體的物性之一，但只有流動的流體才考慮粘性的影響，對靜止的流體可不考慮粘

性的影響。（）

1-16U型壓差計測量的是兩截面間靜壓強之間的差值。（）

1-17轉(zhuǎn)子流量計工作時轉(zhuǎn)子受到兩個力的作用，一個是重力，另一個的浮力。（）

1-18孔板流量計工作時，流體在流過孔板前后的靜壓強差不變。（）

1-19轉(zhuǎn)子流量計工作時，流體作用在轉(zhuǎn)子上下兩截面的靜壓強差不變。（）

1-20降低溫度液體的粘度增加。（）

1-21升高溫度氣體的粘度增加。（）

計算題

1-22合成氨廠造氣車間，為防止氣柜中的煤氣倒流至間歇操作的煤氣發(fā)生爐內(nèi)，在管路中裝有水

封箱，若管路進口垂直距離為2m,氣柜和發(fā)生爐的壓差為多少才可能不發(fā)生倒流現(xiàn)象。[答：19.6kPa]

1-23在化工廠采用附圖所示裝置控制液位，已知圓閥孔d1=20mm,浮子與圓閥孔之間由鋼絲相連,

固定距離L=150mm,浮子d2=100mm,圓閥與浮子總質(zhì)量G=0.1kg。試求液位高H為多少時圓閥剛

好開啟？[答：0.17m]

1-24在直徑D=40mm的管路中一文丘里管，文丘里管喉部直徑為10mm,喉部接一細(xì)管，細(xì)管一

端浸入池水中。已知管內(nèi)水的流量為1.26xl0-3m3/s,池水沿細(xì)管上升1.5m,若不計阻力損失，文丘

里管入口斷面的壓強為多少？

［答：2.14xlO5Pa］

1-25高位槽內(nèi)水深為1m并保持恒定，高位槽底部接一高8m的垂直管，若不計阻力損失，試求

以下幾種情況下管內(nèi)流速及管路入口斷面A的壓強：

(1)容器內(nèi)的壓強為大氣壓；

(2)容器內(nèi)的壓強為9.8”l()4pa；

(3)容器內(nèi)保持4.095*lO'Pa的真空度;

(4)容器內(nèi)的壓強為大氣壓，但垂直管延長至20m(水溫為20℃)。

［答：(1)13.3m,22.9kPa；(2)19.3m/s,22.9kPa；(3)8.86m/s,22.9kPa；(4)14.75m/s,2.33kPa］

8m

題1.24附圖題1.25附圖

1-26在容器側(cè)壁開一直徑為d=20mm的小孔，容器內(nèi)的水面維持恒定并高于小孔中心0.5m,試求:

(1)通過小孔流出的水量(小孔的流量系數(shù)為0.61)：

(2)在小孔處接一長度L=0.5m的水平短管，直管阻力系數(shù)X=0.025,水的流量有何變化？

(3)將短管延長至3m,4仍為0.025,水的流量為多少？

(4)試說明以上三種情況流量變化的原因，并計算水平管為多長時，其流量剛好與小孔流量

相等？

［答：(1)6.0x10-4m3/s；(2)6.75xl0"m3/s；(3)4.29x10-4m3/s；(4)孔流系數(shù)C0是綜合考慮了縮脈,

能量損失等多種因素的校正系數(shù)，是由實驗測定的。上述計算結(jié)果表明直接小孔流出的水流由于縮

脈，摩擦等因素其能量是很大的，可近似計算相當(dāng)于0.95m短管的阻力損失］

1-27如圖所示管路從A水池向B水池輸水，已知各段管長均為/=100加，管徑均為100mm，上

游水池面積SA為100加2,下游水池面積SB為80加2,HA=10/??,HB=4加。忽略各種局部阻力，

為使上游水池水位下降1機，需多少時間？（設(shè)阻力系數(shù)4均為0.025）[答：7372.6s]

1-28有一真空管路，管長/=28加，管徑4=120用加，管壁粗糙度￡=0.2加加，管內(nèi)是溫度為

300K的空氣，已知管內(nèi)質(zhì)量流量為0.02kg/s,出口端壓強為137.3Pa,求管路入口端壓強為多少？[答:

1.07kPa]

題1.26附圖題1.27附圖

1-29鼓風(fēng)機將車間空氣抽入截面為200mmx300mm、長155m的風(fēng)道內(nèi)（粗糙度e=0.1mm）,然后

排至大氣中，體積流量為0.5n?/s。大氣壓力為750mmHg,溫度為15℃。求鼓風(fēng)機的功率，設(shè)其效

率為0.6。[答：0.5kW]

1-30在20℃下將苯液從貯槽中用泵送到反應(yīng)器，經(jīng)過長40m的（p57x2.5mm的鋼管，管路上有兩

個90。彎頭，一個標(biāo)準(zhǔn)閥（按1/2開啟計算）。管路出口在貯槽的液面以上12m。貯槽與大氣相通，

而反應(yīng)器是在500kpa下操作。若要維持0.5L/S的體積流量，求泵所需的功率。泵的效率取0.5。[答:

605W]

1-3130℃的空氣從風(fēng)機送出后流經(jīng)一段直徑200mm長20m的管，然后在并聯(lián)的管內(nèi)分成兩段，

兩段并聯(lián)管的直徑均為150mm,其一長40m,另一長80m；合攏后又流經(jīng)一段直徑200mm長30m

的管，最后排到大氣。若空氣在200mm管內(nèi)的流速為10m/s,求在兩段并聯(lián)管內(nèi)的流速各為多少，

又求風(fēng)機出口的空氣壓力為多少。[答：U|=7.37m/s,U2=10.41m/s；風(fēng)機出口p=65mmH2O]

1-32-酸貯槽通過管道向下方的反應(yīng)器送酸，槽內(nèi)液面在管出口以上2.5m。管路由（p38x2.5mm

無縫鋼管組成，全長（包括管件的當(dāng)量長度）為25m。粗糙度取為0.15mm。貯槽內(nèi)及反應(yīng)器內(nèi)均

為大氣壓。求每分鐘可送酸多少nA酸的密度p=1650kg/n?,粘度p=12cP。[答：0.068m3/min]

第二章：流體輸送機械

2-1離心泵在啟動前，為什么泵殼內(nèi)要灌滿液體？啟動后，液體在泵內(nèi)是怎樣提高壓力的？泵入口

的壓力處于什么狀態(tài)？

2-2離心泵的特性曲線有幾條？其曲線形狀是什么樣子？離心泵啟動時，為什么要關(guān)閉出口閥門？

2-3在測定離心泵的揚程與流量的關(guān)系時，當(dāng)離心泵出口管路上的閥門開度增大后，泵出口壓力及

進口處的液體壓力將如何變化？

2-4離心泵操作系統(tǒng)的管路特性方程是怎樣推導(dǎo)的？它表示什么與什么之間的關(guān)系？

2-5離心泵的工作點是怎樣確定的？流量的調(diào)節(jié)有哪幾種常用的方法？

2-6何謂離心泵的氣蝕現(xiàn)象？如何防止發(fā)生氣蝕？

2-7影響離心泵最大允許安裝高度的因素有哪些？

2-8什么是液體輸送機械的揚程(或壓頭)？離心泵的揚程與流量的關(guān)系是怎樣測定的？液體的流

量、泵的轉(zhuǎn)速、液體的黏度對揚程有何影響？

2-9管路特性方程〃