1、1 第一章：流体流动 二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压 力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何 确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时， 直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6 何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一
2、定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时， 将如何变化？Re 1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10 摩擦系数 与雷诺数 Re 及相对粗糙度 的关联图分为 4 个区域。每个区域中， 与哪些因d/ 素有关？哪个区域的流体摩擦损失 与流速 的一次方成正比？哪个区域的 与 成正比？光fhufh2u 滑管流动时的摩擦损失 与 的几次方成正比？fu 1-11 管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计 算平均
3、流速？ 三、本章例题 例 1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径 D 为 3m，油品密度为 900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为 h1。已测得当压差计 上指示剂读数为 R1 时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为 H1。试计算当右侧支管内油面 向下移动 30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。 解：本题只要求出压差计油面向下移动 30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求 出排放量。 首先应了解槽内液面下降后压差计中指示 剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下 移高度与槽内油面下移高度间的关系。 设压差计中油面下移 h 高
4、度，槽内油面相 应下移 H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。 故当压差计中油面下移 h 后，油柱高度没有变化，仍为 h1，但因右侧水银面也随之下移 h，而左 D apah1 R1 1 C E F B A 10 m n1 1-1 附图 H1 H m 2 侧水银面必上升 h，故压差计中指示剂读数变为（R-2h） ，槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变 为（H1-H-h） 。 当压差计中油面下移 h 后，选左侧支管油与水银交界面为参考面 m，再在右侧支管上找出等 压面 n（图中未画出 m 及 n 面） ，该两面上的表压强分别为： （ 为油品密度）gHp01)
5、(0 hRhHn20 因 ，由上二式得：m = （1）g01)(gH)(101 上式中第一项 （2）hg 将式（2）代入（1） ，并整理得： 0 )2(Hg 取 ，将已知值代入上式： 3/6mkHg876.9)(0. 即压差计右侧支管油面下移 30mm，槽内液面下降 0.8767m，油品排放量为： kgD5490.34202 例 1-2 直径 D 为 3m 的贮水槽下部与直径 为 40mm 的水平输送管相连。管路上装有一个闸阀，0d 闸阀上游设有水银液柱压差计，开口管水银面上方有一段 为 20mm 的清水。当阀门全关时，压R 差计上读数 R 为 740mm，左侧指示剂液面与水管中心线间的垂直距
6、离 h 为 1m。当阀门全开时， 不包括管子出口损失的系统阻力用经验公式 计算。式中 为流动系数的总摩擦阻力， 240uhff J/kg， 为水在管路中的流速， m/s。试求将水放出 24m3 需经历若干时间。u 解： 根据题意画出如附图所示的流程图。 由题意知流动过程中槽内水面不断下降，故本 题属于不可压缩流体作非定态流动系统。液面高度 随流动时间增加而逐渐降低，管中水的流速随液面 下降而逐渐减小。在微分时间内列全系统的物料衡 算，可求得液体高度随时间变化的微分关系，再列 瞬间的柏努利方程式可以获得液体在输送管内流速 1-2 附图 R d h H1 D R 3 随液面高度的变化关系。联立微分
7、式和瞬间的柏努利式即可求出排水时间。 以水平管的中心线为基准面，另初始液面与基准面间的垂直距离为 H1，放出 24m3 水后的最终 液面与基准面间的垂直距离为 H2（图中未画出） 。用静力学基本方程式先求出 H1，再用贮槽体积、 直径、液体深度间的关系求出 H2。当阀门全关时，压差计读数 R=0.74m，按常规的方法在压差计 上确定等压参考面，可得： gRhghHOO22)(1 取 =1000kg/m3、 =13600 kg/m3，故：gOH2 H （H 1+1）1000=0.021000+0.7413600 解得 H1=9.084m 放出 24m3 水后液面高度为： m687.5)3(420
8、8.92 实际上本题是计算贮槽液面由 9.084m 降到 5.687m 所需时间。设 秒内液面下降高度为 ，ddH 管中瞬间流速为 ，在 时间内列全系统水的体积衡算：udAVV01 式中 水的瞬间加入量，m 3/s； 水的瞬间排出量，m 3/s；0 时间内，水在槽中的积累量，m 3。Ad 式中各项为： =01V =0ud24 dHDA204 整理得 （1）ud20)( 上式中瞬间液面高度 H 与瞬间速度 的关系可通过列瞬间柏努利式求得。在瞬间液面 （图中未画出）及管出口内侧截面 间列瞬间柏努利方程式，以水平管中心线为基准面：12 21,2211 fhupgzupgz 4 式中 Hz102z （
9、表压） （表压）pp 1u u2（瞬间速度） 2,40hf 28.9H 或 （2）u 将式（2）代入式（1）： dDd492.0)( 或 Hd14303 积分上式的边界条件为： 01mH08.91 s26752 21043Hdd 084.967521)(H 0.9 hs4138 例 1-3 流体在管内的汽化 用虹吸管将水从水池中吸出，水池 液面与虹吸管出口的垂直距离 ，mz5 管路最高点与水面的垂直距离为 2m， 虹吸管出口流速及虹吸管最高点压强 各为多少？若将虹吸管延长，使池中 水面与出口的垂直距离增为 ，mz8 出口流速有何变化？（水温为 30， 大气压为 101.3kPa，水按理想流体处
10、理） 。 解：（1）由断面 1-1、1-2 之间的机械能守恒式 mz85CCmh21 1 2 2 1-3 附图 5 得 m/s9.581.22 gzu 由断面 1-1 和 C-C 之间的机械能守恒式，并考虑到 可得2uC )(zhgpuhpaCaC =1.013105-10009.817=3.27104Pa （2）虹吸管延长后，假定管内流体仍保持连续状态，由断面 1-1 和 之间的机械能守恒式2 得 gzu)(2 hzgpuhpaCaC =1.013105-10009.8110=3.30103Pa 因 小于水在 30的饱和蒸汽压 =4242Pa，故在最高点 C 附近将出现汽化现象。此时，C V
11、 C 点压强不再按机械能守恒式的规律变化，而保持为流体的饱和蒸汽压不变。因此，在断面 1-1 和 间，机械能守恒式不适用，算出的 无效。但是，在断面 1-1 和 C-C 之间，流体依然是连22u 续的，C 点的流速可在断面 1-1 和 C-C 之间列出机械能守恒式求出： m/s4.12)8.910423.()( 5gpuVa 出口流速 。C2 例 1-4 阻力损失与势能的消耗 高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为 5m 不变，水面上方的压强为 4.095104Pa（表 压） ，管路直径为 20mm，长度为 24m（包括管件的当量长度） ，阻力系数为 0.02，管路中装球心阀 一个，试求：（1）
12、当阀门全开（ ）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的4.6 多少倍？ （2）假定 数值不变，当阀门关小（ ）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？20 解：（1）在断面 1-1 和 2-2 之间列机械能衡算式 fhupgzupgz 221 )()(21 5m P01 1 6 fhu21 若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即 ） ，则01u2)(20udlupgH kgJdlu /1.34602.195.8.1240 KJulhf /95.)4(2)( 或 kgf /1.3)8.1095.( （倍）462.42dluhf 此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动
13、能的增加是造成流体势能减少的两个原 因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。 换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。 （2）当 时0 kgJdlpgHu /2.0.4201195.8.102 kJhf /9.5.)1958.(2 4 与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻 力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时， 由于损失的能量增加使得动能减少了。 例 1-5 虹吸管顶部的最大安装高度 利用虹吸管将池中温度为 90热水引出，两容器水面的垂直距离为 2m
14、，管段 AB 长 5m， 2 21-4 附图 7 管段 BC 长 10m（皆包括局部阻力的当量长度） ，管路直径为 20mm，直管阻力系数为 0.02。若要 保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知 90热水饱和蒸汽压为 7.01104Pa） 解：在断面 1-1 和 2-2 之间列机械能横算式，可求得管内流速 smdlgHu/62.10.528.9 设顶点压强 ，在断面 1-1 和断面 B-BVBp 之间列机械能横算式，可求出 B 点最大安装高 度为 gudlgphABVa2)1(mx m38.2619.)0.5(08.973.104 虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使
15、吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1） 虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中 AB 段）的阻力应尽可能小。 例 1-6 使用同一水源各用户间的相互影响 从自来水总管引一支路 AB 向居民楼供水，在端点 B 分成两路各通向一楼和二楼。已知管段 AB、BC 和 BD 的长度（包括管件的当量长度）各为 100m、10m 和 20m，管径皆为 30mm，直管 阻力系数皆为 0.03，两支路出口各安装球心阀。假设总管压力为 3.43105Pa（表压）试求： （1）当一楼阀门全开（ ） ，高4.6 度为 5m 的二楼能否有水供应？此时管路 AB 内的流量为多少？ （2）若将一楼阀门关
16、小，使其流量减 半，二楼最大流量为多少？ 解：（1）首先判断二楼是否有水供应， 为此，可假定支路 BD 流量为零，并在断面 A 和 1-1 之间列机械能衡算式 B B 1 1 2 2 mHh C A Pa 1-5 附图 5m 总 管 A B C 1 1 2 2 D 1-6 附图 8 2)(211udlupBCAA smlBCA /42.1.603/41/ 51 在断面 A 与 B 之间列机械能衡算式，得 58.41.92)03.1(8.910432)(5 gudlgpB 此结果表明二楼无水供应。此时管路 AB 内的流量为 smuqV /17.42.3.785.4 312 （2）设一楼流量减半时
17、，二楼流量为 此时管段 AB 内的流速为2Vq 21.041.4)2(2 3VVVudu 管段 BD 内的流速为 222 32 .03.4VVVqqd 在断面 A 与 2-2 之间列机械能衡算式 2)(22 udlulgzpBDAB )21.041.(03.581.91043. 35 Vq + 2 ).()14.6.23( 23V 0.40105. 2258 VVqq smqV /107.81. 2.)43(4.3 348852 对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的数目或阻力， 9 对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。 例 1-7 提高流量分配均匀性的代价
18、在相同的容器 1、2 内，各填充高度为 1m 和 8m 的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两 支路的管长皆为 5m，管径皆为 200mm，直管阻力系数为 0.02，每支管安装一闸门阀，容器 1 和 2 的局部阻力系数各为 10 和 8。 已知管路的总流量为 0.3m3/s，试求： （1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻力损失； （2）当两阀门同时关小至 时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变20DC 化？ 解：由物料守恒关系求得 Vqud2124 （1）5.9.06.3221quV 因并联管路阻力损失相等，由机械能衡算式得 C Ddlu1221 （1）当两阀门全开 （2）9
19、.07.2.0/5.82 u 由式（1） 、式（2）得 smu/03.512 24.9 并联管路的阻力损失为 kgJhf /5.10923.)7082.50( （2）当两阀门同时关小 （3）97.021.0/52.21 u 由式（1） 、式（3）得 sm/847.1-7 附图 DC A B 1 2 10 smu/7.48591 并联管路的阻力损失为 kgJhf /2.3.)20.50(2 从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价 仍然是能量的消耗。 例 1-8 倒 U 形管压差计 水从倾斜直管中流过，在断面 A 和 B 之间接一空气压差计，其读数 R=1
20、0mm，两测压点垂 直距离 ，试求：mz3.0 （1）A、B 两点的压差等于多少？ （2）若采用密度为 830kg/m3 的煤油 作指示液，压差计读数为多少？ （3）管路水平放置而流量不变，压差 计读数及两点的压差有何变化？ 解：首先推导计算公式。因空气是静止的， 故 即21p gRhgBA 1)( )( 在等式两边皆加以 H )()()( 1ghphgpBBAA )1Rgzz ( 1BA （1）若忽略空气柱的重量，则 PagRpBA 1.980.89)( 1 PazBA 3104. (2) 若采用煤油作指示液，压差计读数为 mgpRBA 8.5108.5)310(8.9.)( 21 （3）
21、若管路流量不变， 不变，则压差计读数 R 亦不变。又因管路水平放置，BAp 1 2 A B z hB zB hA zA H R z=01-8 附图 11 ，故0BAz PappBAB1.98 普通 U 形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密 度，则必须采用倒 U 形管压差计。最常用的倒 U 形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差 计。 例 1-9 管内流量与所需势能差的关系 （1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为 50mm 的钢管送至某容器内，在某势能差下， 10 分 钟可将容器内 1.8m3 的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增
22、加多少倍？（已 知苯的温度为 20，管壁粗糙度为 0.5mm） 。 （2）用压缩空气将容器中的甘油沿直径为 10mm 的管道送至高位槽，甘油温度为 60，管内流 量为 0.0510-3m3/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？ 解：（1）温度为 20时苯的密度 ，粘度 ，管内流速为3/84mkgsPa31067. sdVu5.160.1360422 则 3.7.Re 50.d 由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速 增加一倍，u 直管阻力系数不变，故 （倍）42)( 2udlp （2）温度为 60时的甘油的密度 ，粘度 ，管内流速为3/160mk
23、gsPa1.0 sdquV/4.0.143522 则 20.8.6Re 流量增加一倍，流速 增加一倍，但流动形态仍为层流，故u 12 （倍）2up 显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势 能与流速（或流量）的平方成正比。 例 1-10 无外加功简单输送管路计算问题的自由度 在附图所示的管路中，管长 ，管径 ，管壁粗糙度 ，高位槽液ml20d53m5.0 面距管路出口的垂直距离 H=4m，管路中有一个标准直角弯头，一个 1/2 开的闸门阀。已知水温为 20，管内流速为 0.5m/s，高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的阻力损失为多少？ 解：方法
24、一： 20水的粘度 sPa310 431065.25.Re 94.d 查得 08 755CBA kgJudlhf /.20)03.2.(2)( 方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为 kJgzp/.9481. 此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即 kgJuhf /.3250.2 显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。 对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式可用： 物料衡算式 udqV24 机械能衡算式 2)1(21dlpgzz H 1 1 A B C 2 1-10 附图 ap 13 直管阻力系数计算式 ),(duf 三个方程只能联立求解三个未知数，其
25、余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组 的自由度（即方程式组所含变量数与方程式之差） ，问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式 自由度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速 必不为 0.5m/s，而由管路自身决定，应为 1.95 m/s（参见例 1-11） 例 1-11 在一定势能差下管路输送能力的计算 在例 1-10 所示管路中输送温度为 20的水，闸门阀 1/2 开（ ） ，管内流量为多少？若将5.4C 阀门全开（ ） ，管内流量为多少？17.0C 解：当阀门 1/2 开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由 093.d 查得 3. 在断面
26、1-1 和 2-2 之间列机械能衡算式（参见例 1-10 附图） ，可得 smdlgHu /95.147.053.027.181.912 管内雷诺数为 5Re u 根据阻力系数线图，由 Re 和 可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。d/ 此时管内流量为 smudqV /103.495.0.4322 当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍流区， ，管内流速为 07. smdlgHu /19.2.5.053.27.1481.912 管内流量为 suqV /18.49.2.4 32 本例管路情况已知，属操作型问题，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数 计算式是一个非常复
27、杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或 14 迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差： （1） 假定管内流动已进入充分湍流区，由 查出 ；d/ （2） 根据 值，由机械能衡算式计算流速 ；u （3） 据此 值算出 Re，由 Re 和 查出新的 值，以检验是否需要再次计算。u/ 由于大多数化工管路的流动是处于或接近于充分湍流区，故经一、二次试差便可得到足够准 确的结果。 选择题、填空题 1-1 当不可压缩理想流体在水平放置的变径管路中作稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方， 其静压力( )。 （A）不变 （B）增大 （C ）减小 （D ）不确定 1-2 水在内径
28、一定的圆管中稳定流动，若水的质量流量保持恒定，当水温升高时，Re 值将（ ） 。 （A）不变 （B）增大 （C）减小 （D）不确定 1-3 层流与湍流的本质区别是：（ ） 。 （A）湍流流速大于层流流速； （B）流动阻力大的为湍流； （C）层流的雷诺数小于湍流的雷诺数； （D）层 流无径向 脉动，而湍流有径向脉动。 1-4 如图所示，水流过一段等径水平管子，在 A、B 两处 放置相同压差计（测压点等高） ，其读数分别为 R1，R 2， 则（ ） 。 （A）R 1R2 (B) R1=R2 (C) R1R2 (D) R2= R1+2 r1 1-5 如图所示的并联管路，各支管及其总管阻力间的关系为（
29、 ） 。 （A） ；BAfBAfhh21)()( （B） ；BAfff 21)( （C） ；fBAfBAf )()( （D） ；BAfff hhh21)( 1-6 在皮托管工作时，测压孔正对流体流动方向所测压力代表该处的（ ） 。此时侧壁小孔所 测压力代表该处的（ ） 。 （A）动压，静压； （B）动压，动压与静压之和； （C）动压与静压之和，静压；（D）静压， 动压与静压之和。 题 4 附图 题 5 附图 15 1-7 某流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是（ ）曲线，其管中心最大流速为平均流 速的（ ）倍，摩擦系数 与雷诺数 Re 的关系为（ ） 。 1-8 在湍流摩擦系数的实验研究
30、中，采用因次分析法的目的是（ ） 。在阻力平方区，摩擦 系数 只与（ ）有关。 1-9 流速增加一倍后流体在圆管内仍作层流流动，则流动阻力损失为原来的（ ）倍。 1-10 如图所示容器内盛有油、水两种液体，点 A 位于油水分界的油侧，点 B 位于水侧，试判断 A、B 两流体质点的总势能差 0 （，） 。)(B 1-11 如 图所示，水从内 径为 的管段流向内1d 径为 管段，已知212d ， 管段流体流1 动的速度头为 0.8m 水柱， ，忽略流经 AB 段的能量损失，则 1.3m， 1.5m。mh7.012h3 1-12 图示管路装有 A、B 两个阀门，试判断： （1）A 阀门关小，B 阀门
31、不变 p1 变大，p 2 变小，p 3 变小，p 4 变小，(p 2-p3) 变 小 (变大，变小，不变)； （2）A 阀门不变，B 阀门开大 p1 变小，p 2 变小，p 3 变小，p 4 变大，(p 2-p3) 变 大 (变大，变小，不变)； （3）A 阀门开大，B 阀门不变 p1 变小，p 2 变大，p 3 变大，p 4 变大，(p 1-p2) 变小，(p 2-p3) 变大(变大，变小，不变)； （4）A 阀门不变，B 阀门关小 p1 变大，p 2 变大，p 3 变大，p 4 变小，(p 2-p3) 变小( 变大，变小，不变)。 1-13 图示管路两端连接两个水槽，管路中装有调节阀门一
32、个。试 讨论将阀门开大或关小时，管内流量 ，管内总阻力损失Vq ，fh Z=0 油 水 A B 题 1.10 附图 1d A B A 1h2d 题 1.11 附图 3h 题 1.12 附 图 A B p1 p2 p3 p4 H 题 1.13 附图 16 直管阻力损失 和局部阻力损失 有何变化，并以箭头或适当文字在下表中予以表达（设水槽1fh2fh 液位差 H 恒定） 。 总阻力损失 fh直管阻力损失 1f 局部阻力损失 2fh流量 Vq 阀开大 不变 阀关小 不变 判断题 1-14 粘性是流体的物性之一，无论是静止的还是流动的流体都具有粘性。 （ ） 1-15 尽管粘性是流体的物性之一，但只有
33、流动的流体才考虑粘性的影响，对静止的流体可不考虑 粘性的影响。 （ ） 1-16 U 型压差计测量的是两截面间静压强之间的差值。 （ ） 1-17 转子流量计工作时转子受到两个力的作用，一个是重力，另一个的浮力。 （ ） 1-18 孔板流量计工作时，流体在流过孔板前后的静压强差不变。 （ ） 1-19 转子流量计工作时，流体作用在转子上下两截面的静压强差不变。 （ ） 1-20 降低温度液体的粘度增加。 （ ） 1-21 升高温度气体的粘度增加。 （ ） 计算题 1-22 合成氨厂造气车间，为防止气柜中的煤气倒流至间歇操作的煤气发生炉内，在管路中装有水 封箱，若管路进口垂直距离为 2m，气柜和
34、发生炉的压差为多少才可能不发生倒流现象。答： 19.6kPa 1-23 在化工厂采用附图所示装置控制液位，已知圆阀孔 d1=20mm，浮子与圆阀孔之间由钢丝相 连，固定距离 L=150mm，浮子 d2=100mm，圆阀与浮子总质量 G=0.1kg。试求液位高 H 为多少时 圆阀刚好开启？答：0.17m 煤气 发生炉 H=2m 去气柜 水封箱 d2 d1 L 题 1.23 附图题 1.22 附图 17 1-24 在直径 D=40mm 的管路中一文丘里管，文丘里管喉部直径为 10mm，喉部接一细管，细管一 端浸入池水中。已知管内水的流量为 1.2610-3m3/s，池水沿细管上升 1.5m，若不计
35、阻力损失，文 丘里管入口断面的压强为多少？ 答：2.1410 5Pa 1-25 高位槽内水深为 1m 并保持恒定，高位槽底部接一高 8m 的垂直管，若不计阻力损失，试求 以下几种情况下管内流速及管路入口断面 A 的压强： （1）容器内的压强为大气压； （2）容器内的压强为 9.81104Pa； （3）容器内保持 4.095104Pa 的真空度； （4）容器内的压强为大气压，但垂直管延长至 20m（水温为 20） 。 答：（1）13.3m，22.9kPa；（2）19.3m/s，22.9kPa；（ 3）8.86m/s ，22.9kPa；（4） 14.75m/s，2.33 kPa 1-26 在容器侧
36、壁开一直径为 d=20mm 的小孔，容器内的水面维持恒定并高于小孔中心 0.5m，试求： （1）通过小孔流出的水量（小孔的流量系数为 0.61） ； （2）在小孔处接一长度 L=0.5m 的水平短管，直管阻力系数 ，水的流量有何变化？025. （3）将短管延长至 3m， 仍为 0.025，水的流量为多少？ （4）试说明以上三种情况流量变化的原因，并计算水平管为多长时，其流量刚好与小孔流 aP1.5mD P0A 1m 8m 题 1.25 附图题 1.24 附图 18 量相等？ 答：（1）6.010 -4m3/s；（2）6.7510 -4m3/s；（3）4.2910 -4m3/s；（4）孔流系数
37、C0 是综合考虑 了缩脉，能量损失等多种因素的校正系数，是由实验测定的。上述计算结果表明直接小孔流出的 水流由于缩脉，摩擦等因素其能量是很大的，可近似计算相当于 0.95m 短管的阻力损失 1-27 如图所示管路从 A 水池向 B 水池输水，已知各段管长均为 ，管径均为 100 ，l10m 上游水池面积 SA 为 100 ，下游水池面积 SB 为 80 ，H A=10 ，H B=4 。忽略各种局部阻力，2m2m 为使上游水池水位下降 1 ，需多少时间？（设阻力系数 均为 0.025）答：7372.6s 1-28 有一真空管路，管长 ，管径 ，管壁粗糙度 ，管内是温度为l8d102.0 300K
38、 的空气，已知管内质量流量为 0.02kg/s，出口端压强为 137.3Pa，求管路入口端压强为多少？ 答：1.07 kPa 1-29 鼓风机将车间空气抽入截面为 200mm300mm、长 155m 的风道内（粗糙度 e=0.1mm） ，然后 排至大气中，体积流量为 0.5m3/s。大气压力为 750mmHg，温度为 15。求鼓风机的功率，设其 效率为 0.6。答：0.5kW 1-30 在 20下将苯液从贮槽中用泵送到反应器，经过长 40m 的 572.5mm 的钢管，管路上有两 个 90弯头，一个标准阀（按 1/2 开启计算） 。管路出口在贮槽的液面以上 12m。贮槽与大气相通， 而反应器是
39、在 500kpa 下操作。若要维持 0.5L/s 的体积流量，求泵所需的功率。泵的效率取 0.5。答：605W 1-31 30的空气从风机送出后流经一段直径 200mm 长 20m 的管，然后在并联的管内分成两段， 两段并联管的直径均为 150mm，其一长 40m，另一长 80m；合拢后又流经一段直径 200mm 长 30m 的管，最后排到大气。若空气在 200mm 管内的流速为 10m/s，求在两段并联管内的流速各为 多少，又求风机出口的空气压力为多少。答：u 1=7.37m/s，u 2=10.41m/s；风机出口 p=65mmH2O ap 0.5m L 题 1.26 附图 A B l 题
40、1.27 附图 19 1-32 一酸贮槽通过管道向下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上 2.5m。管路由 382.5mm 无缝钢管组成，全长（包括管件的当量长度）为 25m。粗糙度取为 0.15mm。贮槽内及反应器内均 为大气压。求每分钟可送酸多少 m3。酸的密度 =1650kg/m3，粘度 =12cP。答：0.068m 3/min 第二章：流体输送机械 2-1 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口 的压力处于什么状态？ 2-2 离心泵的特性曲线有几条？其曲线形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？ 2-3 在测定离心泵的扬程与流量的
41、关系时，当离心泵出口管路上的阀门开度增大后，泵出口压力及 进口处的液体压力将如何变化？ 2-4 离心泵操作系统的管路特性方程是怎样推导的？它表示什么与什么之间的关系？ 2-5 离心泵的工作点是怎样确定的？流量的调节有哪几种常用的方法？ 2-6 何谓离心泵的气蚀现象？如何防止发生气蚀？ 2-7 影响离心泵最大允许安装高度的因素有哪些？ 2-8 什么是液体输送机械的扬程（或压头）？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流 量、泵的转速、液体的黏度对扬程有何影响？ 2-9 管路特性方程 中的 与 的大小，受哪些因素的影响？20VkqH0k 三、本章例题 例 2-1 某油田通过 30015mm
42、的水平钢管将原油输送至炼油厂。管路总长为 1.6105m，输油 量要求为 250103kg/h，现已知油在输送温度下的粘度为 0.187Pas，密度为 890kg/m3。该油管的局 部阻力可忽略，现决定采用一种双吸五级油泵，此泵在适宜工作范围内的性能列于本例附表 1 中。 附表 1 Q/（m 3/h） 200 240 280 320 H/m 500 490 470 425 注：表中数据已作粘度校正。 20 试求在整个输油管路上共需几个泵站？实际输送量为若干 kg/h。 解：油的体积流量 Q= =280.9m3/h890125 3 管内流速 u= =1.363m/s276 Re= =175120
43、00 为滞流310827.du 因原油在直管内作滞流流动，故： 管路压头损失 Hf= 81.9027. 36182 3gdulpf =2050m 由附表 1 单台泵的特性数据查出：当 Q=280.9m3/h 时，H=467.5m 初估泵系数 n= =4.3855.46720 故应采用 5 个泵站。根据串联原理，用同规格 5 台泵串联的压头为单台泵的 5 倍，计算出数 据列于本题附表 2 中。 附表 2 Q/（m 3/h） 200 240 280 320 H/m 2500 2450 2350 2125 将以上数据标绘在本题附 图中，得泵的串联合成特性曲 线。 因输送管路为水平直管， 故管路特性曲
44、线方程为： He=Hf= 36043222dQgldle = =7.302Qe2360785.198027.34 3eH/m 5 台泵串联合成特性曲线He=7.302QeM200 240140016001800200022002400 2-1 附图280 320 Q/（m 3/h） 21 将此管路特性曲线方程标绘在本题附图中，得泵的串联合成特性曲线。 管路特性曲线与泵合成特性曲线的交点，即为工作点，其对应的流量、压头分别为： QM=305m3/h HM=2230m 故实际输油量为 Wh=305890=271103kg/h 例 2-2 某水泵性能参数列于本题附表 1 中。现有两个管路系统，他们的
45、管路特性方程分别为： He=15+0.077Qe2 及 He=15+0.88 Qe2 为提高管路系统的供水量，每条管路系统均用两台相同的泵进行组合操作，试比较各个管路系统 泵的最佳组合方式及最大流量为若干。 附表 1 Q/（ L/s ） 0 1 3 5 7 9 11 H/m 33.8 34.7 34.6 31.7 27.4 21.8 15 解：先按题给已知数据画出单台泵的特性曲线 M1M2，按压头不变流量加倍的原则，画出二台 泵并联时的合成特性曲线 AC，又按流量不变压头加倍的原则，画出二台泵串联时的合成特性曲线 DB。 对于第一种管路系统，按 He=15+0.077Qe2 计算出不同 Qe
46、下对应 He，计算结果列于本题附表 2 中，然后在本题附图中画出管路特性曲线 ABM1。 附表 2 Q/（L/s） 1 3 5 7 9 11 He/m 15.077 15.69 16.93 18.77 21.24 24.32 由图可读出泵并联时的工作点 A QA=13.1L/s 泵串联时的工作点 B QB=11.6 L/s 单台泵工作点 M1 QM=9.2 L/s 由此可见，对于第一种管路系统，即管路特性曲线较平坦的低阻管路，用两台泵并联组合， 可获得高的流量，最大流量为 13.1 L/s。 对于第二种管路系统，按 He=15+0.88 Qe2 计算出不同 Qe 下对应的 He，计算结果列于本
47、题附 表 3，然后在本题附图中画出管路特性曲线 DCM2。 附表 3 Q/（L/s） 1 3 5 7 9 He/m 15.88 22.92 37.0 58.12 86.28 22 由图读出泵并联时的工作点 C 的流量 QC=4.7 L/s。 泵串联时的工作点 D 的流量 QD=6.8 L/s 单台泵操作时其工作点 M2 的 流量 QM2=4.45 L/s。 由此可见，对于管路特性曲 线较陡的高阻管路，用二台 泵串联可获得较大的流量， 最大流量为 68 L/s。 例 2-3 在图示管路中装有一台离心泵，离心泵的特性曲线方程为 （式中2410.7VeqH 的单位用 m3/s 表示， 的单位用 m 表示） ，管路两端的位差 ，压差VqHe mz 。用此管路输送清水时，供水量为 1010-3m3/s，且管内流动已进入阻力平方区。Pap4105.9 若用此管路输送密度为 1200kg/m3 的
