第1章流体流动
一、思考题
1、粘性流体在流动过程中产生阻力的原因是什么？
2、定态流体与非定态流体有何区别？
3、机械能包括哪几项？有何特性？
4、牛顿流体与非牛顿流体有何区别？
5、何为相对粗糙度？它对层流阻力系数有何影响？
6、边界层分离时为何有旋涡产生？
7、气体、液体的粘度随温度如何变化？
8、考察流体质点运动的方法有哪些？
9、当量直径如何定义的？
10、对牛顿型流体管中何处速度梯度最大，何处剪应力最小？
11、λ随流速的增加而减小（阻力平方区近于常数）为什么能量损失反而增加？
12、管内流体的流速大小与层流内层的薄厚有何关系？流体粘度的大小与层流内层的薄厚有何关系？
13、流体在管内呈层流流动是，其λ与ε/d有何关系？λ与Re有何关系？关系如何？
14、当流体处于阻力平方区时，λ与什么有关？
15、流体进入管中作层流流动，经起始段长度后，速度分布呈什么形状，边界层厚度为何？
16、局部阻力计算有几种方法？如何表示？
17、那种流量计是恒压降、变截面的流量测量装置？
18、那种流量计是变压降、恒截面的流量测量装置？
19、流动型态有几种？各为何？流型判据是什么？各流型是如何判定的？
20、对一三支并联管路，主管中的流量与支管中的流量有何关系？
21、在工程单位制中，质量的单位是什么？
22、湍流粘度μ‘是不是流体的物性？它与什么有关？
23、层流时直管阻力损失如何计算？湍流直管阻力损失的经验式？
24、水的经济流速是多少？一般气体的常用流速是多少？
二、计算题
1.用习题1-1附图所示的U型压差计测量管路A点的压强，U型压差计与管
路的连接导管中充满水。
指示剂为汞，读数R=120mm，当地大气压p a为101.3kPa。
试求：（1）A点的绝对压强，Pa；（2）A点的表压，Pa。
[（1）p A（绝压）=1.28×105 Pa；（2）p A（表压）=2.66×104 Pa]
1-4 附图为一油水分离器。
油与水的混合物连续进入该器，利用密度不同使油和水分层。
油由上部溢出，水由底部经一倒置的U型管连续排出。
该管顶部用一管道与分离器上方相通，使两处压强相等。
已知观察镜的中心离溢油口的垂直距离Hs=500mm，油的密度为780kg/m3，水的密度为1000kg/m3。
今欲使油水分界面维持在观察镜中心处，问倒置U型出口管顶部距分界面的垂直距离H应为多少？因液体在器内及管内的流动缓慢，本题可作静力学处理。
[0.39m]
1-5 用习题1-5附图所示复式U型压差计测定水管A、B两点的压差。
指示液为汞，其间充满水。
今测得h1=1.20m，h2=0.3m，h3=1.30m，h4=0.25m，是以Pa为单位表示A、B两点的压差Δp。
[2.41×105 Pa]
1-8 如图所示，在A、B两容器的上、下各接一压差计，两压差计的指示液相同，其密度均为ρi。
容器及测压导管中均充满水，试求：（1）读数R与H之间的关
系；（2）A点和B点静压强之间的关系。
[（1）H=R；（2）p A> p B]
1-12 水以60m3/h的流量在一倾斜管中流过，此管的内径由100mm突然扩大到200mm，见附图。
A、B两点的垂直距离为0.2m。
在此两点间连接一U型压差计，指示液为四氯化碳，其密度为1630 kg/m3。
若忽略阻力损失，试求：（1）U 形管两侧的指示液液面哪侧高，相差多少mm？（2）若将上述扩大管路改为水平放置，压差计的读数有何变化？
[(1)340mm；（2）R不变]
1-14 图示为马里奥特容器，其上部密封，液体由下部小孔流出。
当液体流出时，容器上部形成负压，外界空气自中央细管吸入。
试以图示尺寸计算容器内液面下降0.5m所需的时间。
小孔直径为10mm。
设小孔的孔流系数C0=0.62。
[1466s]
1-15 水以3.77×10-3m3/s的流量流经一扩大管段。
细管直径d=40mm，粗管直径D=80mm，倒U型压差计中水位差R=170mm，见附图。
求水流经该扩大管段的阻力损失H f，以J/N表示。
[0.26J/N]
1-16 图示为30℃的水由高位槽流经直径不等的两管段。
上部细管直径为20mm，下部粗管直径为36mm。
不计所有阻力损失，管路中何处压强最低？该处的水是否会发生汽化现象？
[细管最上端，会汽化]
1-26 如附图所示。
一高位槽向用水处输水，上游用管径为50mm水煤气管，长80m，途中设90º弯头5个。
然后突然收缩成管径为40mm的水煤气管，长20m，设有1/2开启的闸阀一个。
水温20℃，为使输水量达3×10-3m3/s，求高位槽的液位高度z。
[12.4m]
1-28 如附图所示。
黏度为30m Pa·s、密度为900 kg/m3液体自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。
两容器均为敞口，液面视作不变。
管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括局部阻力的当量长度）。
当阀全关时，阀前、后的压强计读数分别为0.09M Pa和0.045M Pa.现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。
试求：（1）管路的流量；（2）阀前、阀后压强计的读
数有何变化？
[（1）3.39m3/h；（2）p1变小，p2变大]
1-32 附图所示，管路用一台泵将液体从低位槽送往高位槽。
输送流量要求为2.5×10-3m3/s.高位槽上方气体压强（表压）为0.2M Pa，两槽液面高差为6m，液体密度为1100 kg/m3.管路Φ40mm×3mm，总长（包括局部阻力）为50m，摩擦系数λ为0.024。
求泵给每牛顿液体提供的能量为多少？
[38.1J/N]
1-35 如附图所示。
某水槽的液位维持恒定，水由总管A流出，然后由B、C两支
管流入大气。
已知B、C两支管的内径均为20mm，管长l
B =2m，l
C
=4m。
阀门以外
的局部阻力可以略去。
（1）B、C两阀门全开（ζ=0.17）时，求两支管流量之比；（2）提高位差H，同时关小两阀门至1/4开（ζ=24），使总流量保持不变，求B、C两支管流量之比；（3）说明流量均布的条件是什么？设流动已进入阻力平方区，两种情况下的λ=0.028，交点O的阻力可忽略。
[（1）1.31；（2）1.05；（3）能量损失]。