第一章 流体力学一.填空题1. 某设备的真空表读数为500mmHg ，设备外环境大气压强为640mmHg ，则它的绝对压强为_________Pa 。

该设备的绝对压强=640-500=140mmHg ＝140×133.32＝1.866×104Pa 。

2. 流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_________形曲线，中心最大速度为平均速度的____________倍。

此时摩擦系数λ与__________无关，只随__________加大而_______________。

抛物线，2，ε/d ，Re ，减小。

3.牛顿粘性定律表达式为_____τ＝μy ∆∆μ_______，它只适用于___牛顿____型流体。

4.内摩擦力是流体________________的表现，所以又称为___________力或者__________________力。

粘性， 粘滞，粘性摩擦5.流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数λ与________及________有关。

在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于___________线。

Re ，ε/d ，水平6.粘度的物理意义是___促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。

___。

7.在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。

则细管内水的流速为粗管内流速的________倍。

据=21u u (12d d )2＝（112d d ）2＝(2)2=4 8. 流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为__________________和_____________两种。

局部阻力的计算方法有___________法和_________法。

直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。

9.在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__位___能与___静压___能之和为常数。

10. 法定单位制中，粘度的单位为_________________,在cgs 制中粘度的单位为_______________________，他们之间的关系是________________。

Pa·S ；p 或cp ； 1cp ＝1×10－2 p ＝1×10－3Pa·S （11. 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____零_____,邻近管壁处存在_____滞流（或层流）内____层，且Re 值越大，则该层厚度越_____薄（或小）_______。

12.实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_____不______守恒。

因实际流体流动时有________摩擦阻力__________。

13. 流体在一段装有若干个管件的直管l 中流过的总能量损失的通式为__________，它的单位为_________________。

∑f h ＝d l l e ∑+λ.22u （2分） J/Kg (1分)二.选择题1. 流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re ＝1500，则其摩擦系数应为（ ）（A ） 0.032 （B ）0.0427 （C ）0.0267 （D ）无法确定0427.0150064Re 64===λ 应选（B ）2. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（ D ）（A ） 同一种流体内部 （B ） 连通着的两种流体（C ） 同一种连续流体 （D ） 同一水平面上，同一种连续的流体3. 在一水平变径管道上，细管截面A 及粗管截面B 与U 管压差计相连，当流体流过时，U 管压差计测量的是（C ）（A ）A 、B 两截面间的总能量损失 （B ）A 、B 两截面间的动能差（C ）A 、B 两截面间的压强差 （D ）A 、B 两截面间的局部阻力4. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（ c ）（A ） 为常数，与Re ，ε/d 均无关（B ） 随Re 值加大而减小（C ） 与Re 值无关，是ε/d 的函数（D ） 是Re 值与ε/d 的函数5. 流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失与流速u 的关系为（ ）（A ） 与u 2成正比（B ） 与u 成正比（C ） 与u 1.75成正比（D ） 与u 0.55成正比2.2u d l h f λ=， 当流体作滞流时，:64Re 64代入可得μρλdu == ρμρμρμ222322642..64d l u d l u u d l du h f === 应选（B ）三.解答题1.什么是理想流体？引入理想流体的概念有什么意义？（1） 流动时没有阻力的流体，即总能量损失为零，称这种流体为理想气体。

（2） 自然界中不存在理想流体，但引入这个概念可使复杂的流体流动问题得以简化。

2. 何谓有效功（净功）？有效功率？轴功率？（1） 在流动过程中，输送机械对1Kg 流体所做的功称为有效功（净功）。

以We 表示，单位为J/Kg 。

（2分）（2） 单位时间内输送机械对流体所做的有效功称为有效功率。

以Ne 表示，单位为W 。

而s e e w W N .=（2分）（3） 有效功率Ne 与输送机械的效率η的比值称为轴功率。

以N 表示，单位为W 。

即ηNeN =(2分)3.化工厂哪些计算要应用流体静力学基本方程式？主要应用与以下三个方面：（1） 压强差与压强的测量。

（2） 测量容器内的液面位置（3）计算液封高度。

（4.扼要说明柏努利方程式和流体静力学基本方程式的关系。

静止流体∑====-0,0,02121f h W e u u 。

此时柏努利方程式即可化简为静力学基本方程式。

所以，静力学基本方程式是柏努利方程式的一个特例。

5.液体及气体的粘度随温度、压强的变化情况如何？1、 液体粘度随温度升高而减小，气体则相反。

（2分）2、 液体粘度基本上不随压强而变，除了极高及极低的压强外，气体粘度几乎不随压强而变。

3、6. 何谓滞流内层？由于在管壁附近流体速度很小，且湍流时管壁处速度也为零，故离管壁很近的一薄层流体运动必然是滞流，这层流体称为滞流内层。

四.计算题1.空气中各组分的摩尔分数为：0.21O 2、0.78N 2、0.01Ar 。

（1）求标准状况下空气的平均密度ρ0；（2）求绝对压强为3.8×104Pa 、温度为20℃时空气的平均密度ρ；比较两者的结果。

（1）求空气的ρ0：已知M O2=32，M N2=28，M Ar =40。

单位均为kg/kmol 。

①先求出标准状况下空气的平均密度Mm ：Mm= M O2•χO2+ M N2•χN2+ M Ar •χAr =32×0.21+28×0.78+40×0.01=28.96kg/kmol （2分） ②293.1273315.896.2833.101000=⨯⨯==RT M P m ρkg/m 3（2分） （2）求3.8×104Pa 、20℃时空气的平均密度ρ：452.0)20273(1033.101273108.3293.134000=+⨯⨯⨯⨯⨯==T P PT ρρkg/m 3（2分） 由计算结果可看出：空气在标准状况下的密度与其在3.8×104Pa 、20℃状态下的密度相差很多，故气体的密度一定要标明状态。

（1分） （共7分）2.水在附图所示的水平管内流动，在管壁A 处连接一U 形管压差计，指示液为汞，密度为13600kg/m 3，U形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的压强可忽略不计），当地大气压Pa 为101.33Pa ，水的密度取1000kg/m 3，其它数据见附图，求A 处的绝对压强为多少Pa ？（1）取U 形管中处于同一水平面上的B 、C 、D 三点，根据等压点的判定条件可得到P B =P C ，P C =P D ，于是可得P B =P C =P D （2分）（2）根据静力学基本方程式可得：P D =Pa+R ρHg g =Pa+0.25ρHg g =P B （2分）P A =P B +h ρH2O g =P D + h ρH2O g = Pa+0.25ρHg g +0.20ρH2O g （2分）于是A 处的绝对压强：P A =101330+0.25×13600×9.81+0.20×1000×9.81=136646Pa=136.646kPa （2分） （共8分）3. 某车间输水管路为φ60×3.5mm 的钢管，流速为4m/s ，因生产情况有变动，预使流速减至2.5m/s 左右，而用水量不变。

拟采用两个改进方案：（1）换一根粗管；（2）增加一根管子。

求两种方案各应选用管子的型号。

（1）换一根粗管。

体积流量Vs 不变， ===2211A u A u v s （1分） 体积流量为：5.244)053.0(422⨯=⨯=粗d v s ππ（1分） 所换一根粗管的直径067.05.2)053.0(42=⨯=粗d m 。

可选用附录23中（一）无缝热轧钢管，规格为φ76×3.5mm （2分）（2）增加一根管子。

Vs 不变，总体积流量为两根管子内体积流量之和，用d 增表示所增加管子的内径。

（1分）5.245.2)053.0(44)053.0(4222⨯+⨯⨯=⨯⨯=增d v s πππ（2分） 可解出 041.05.2)053.0(5.2)053.0(422=⨯-⨯=增d m 。

可选用附录23中（一）无缝热轧钢管，规格为φ50×3.5mm 。

（2分） （共9分）4. 实验室为了控制流动为定态流动，采用带溢流装置的高位槽。

（如本题附图）槽内水经φ89×3.5mm 的管子送至密闭设备内。

在水平管路上装有压强表，读数为6×104Pa 。

已知由高位槽至压强表安装的截面间总能量损失105/kg 。

每小时需要水2.85×104kg 。

求高位槽液面至压强表安装处的垂直距离h 。

解：（1）取高位槽水液面为1-1’截面，压强表安装位置为2-2’截面，以水平管的中心线为基准水平面，如图中所示。

（3分）（2）可列出柏努利方程：212222121122-∑+++=+++f e h P u g z w P u g z ρρ （2分）各量确定如下：z 1=h （待求值），z 2=0，P 1=0（表压），P 2＝6×104Pa （表压），u 1≈0，u 2可求出，w e ＝0 （2分）（3）求2u ：取3/1000m kg ＝水ρ，而m mm d 082.0825.32892=⨯-=＝5.1)082.0(4100036001085.2)(4/242222=⨯⨯===ππρωρωd A u s s m/s （2分） （4）将以上各值代入柏式，可求出z 1：1010001062)5.1(000081.9421+⨯++=+++z 。