流体力学泵与风机习题集

流体力学泵与风机

习题集

土木与制冷工程学院李晓燕、吴邦喜

一、填 空 题

1．流体力学中三个主要力学模型是（1） （2） （3） 。 2．在现实生活中可视为牛顿流体的有 和 等。

3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在 ；而后者是作用在 。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于 。 5．和液体相比，固体存在着 、 和 三方面的能力。

6．空气在温度为290K，压强为760mmHg时的密度和容重分别为 和 。 7．流体受压，体积缩小，密度 的性质，称为流体的 ；流体受热，体积膨胀，密度 的性质，称为流体的 。

8．压缩系数?的倒数称为流体的 ，以 来表示

9．１工程大气压等于 千帕，等于 水柱高，等于 汞柱高。 10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点，只要 ，这就是 的帕斯卡定律。

11．流体静压强的方向必然是沿着 。 12．液体静压强分布规律只适用于 。 13．静止非均质流体的水平面是 ， 和 。

14．测压管是一根玻璃直管或U形管，一端 ，另一端 。

15．在微压计测量气体压强时，其倾角为??30?，测得l?20cm 则h= 。 16．作用于曲面上的水静压力P的铅直分力Pz等于 。

17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为 。 18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为 ，流线只能是一条光滑的 。

19． 、 和 之和以pz表示，称为总压。

20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体 ，这种流动状态称为 。

?，21．由紊流转变为层流的临界流速vk 由层流转变为紊流的临界流速vk?称为 ，vk称为 。 其中vk22．对圆管来说，临界雷诺数值Rek? 。

23．圆管层流的沿程阻力系数仅与 有关，且成反比，而和 无关。

24．根据?繁荣变化特征，尼古拉兹实验曲线可分为五个阻力区，分别是 ； ； ； 和 。 25．紊流过渡区的阿里特苏里公式为 。

26．速度的 、 或 发生变化而引起的能量损失，称为 损失。 27．正方形形断面管道(边长为a)，其水力半径R等于 ，当量直径de等于 。 28．正三角形断面管道(边长为a)，其水力半径R等于 ，当量直径de等于 。

29．湿周是指 和 接触的周界。

30．层流运动时，沿程阻力系数λ与f(Re)有关，紊流运动沿程阻力系数λ在光滑管区与 有关，在过渡区与 有关，在粗糙区与 有关。 31．串联管路总的综合阻力系数S等于 。

32．并联管路总的综合阻力系数S与各分支管综合阻力系数的关系为 。管嘴与孔口比较,如果水头H和直径d相同，其流速比V孔口/V管嘴等于 ,流量比Q孔口/Q管嘴等于 。

33．不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是 。 34．M?1即气流速度与 相等，此时称气体处于 状态。 35．淹没出流是指液体通过 时的流动。 36．气体自 所形成的流动，称为气体淹没射流。 37．有旋流动是指流体微团的 的流动。

38．几何相似是指 几何相似。即 ， 线段长度保持一定的比例 。

39．因次是指物理量的 和 。因次分析法就是通过对 以及因 的各种性质的分析来研究现象相似性的方法。他是一方程式的 和 为基础的。

40．容积泵与风机又可分为 和 。

41．根据流体的流动情况，可将泵和风机分为以下四种类别： ； ； 和 。 42．风机的压头（全压）p是指 。

43．单位时间内泵或风机所输送的流体量称为 。风机的容积流量，特指 。

44．泵或风机所提供的流量与设备本身效率之间的关系，用 来表示。 45．泵或风机的工作点是 与 的交点。

46．泵的扬程H的定义是：泵所输送的 增值。 47．安装角是指叶片 与 之间的交角。 48．泵和风机的全效率等于 ， 及 的乘积。 49．当泵的扬程一定时，增加叶轮转速可以相应的 轮径。

50．附面层的分离发生在 区。附面层外主流区的流动属于 流动。附面层内的流动属于 流动。 二、判 断 题

1．当平面水平放置时，压力中心与平面形心重合。 2．一个工程大气压等于98kPa,相当于10m水柱的压强。 3．静止液体自由表面的压强，一定是大气压。 4．静止液体的自由表面是一个水平面，也是等压面。

5．当静止液体受到表面压强作用后，将毫不改变地传递到液体内部各点。 6．当相对压强为零时，称为绝对真空。

7．某点的绝对压强小于一个大气压强时即称该点产生真空。

8．流场中液体质点通过空间点时，所有的运动要素不随时间变化的流体叫恒定流。

9．恒定流时，流线随的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。 10．渐变流过水断面上动水压强的分布规律可近似地看作与静水压强分布规律相同。

11．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。

12．一变直径管段，A断面直径是B断面直径的2倍，则B断面的流速是A断面流速的4倍。

13．弯管曲率半径Rc与管径d之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。 14．随流动雷诺数增大，管流壁面粘性底层的厚度也愈大。 15．水泵的扬程就是指它的提水高度。

16．管嘴出流的局部水头损失可有两部分组成，即孔口的局部水头损失及收缩断面出突然缩小产生的局部水头损失。

17．当流速分布比较均匀时，则动能修正系数的值接近于零。 18．流速分布越不均匀，动能修正系数的值越小。

19．在水流过水断面面积相等的前提下，湿周愈大，水力半径愈小。 20．圆形管的直径就是其水力半径。

21．为了减少摩擦阻力，必须把物体做成流线型。

22．在研究紊流边界层的阻力特征时，所谓粗糙区是指粘性底层的实际厚度Δ小于粗糙高度。

23．水泵的安装高度取决于水泵的允许真空值、供水流量和水头损失。 24．大孔口与小孔口都可认为其断面上压强、流速分布均匀，各点作用水头可以认为是一常数。 三、简 答 题

1．什么是粘滞性？什么是牛顿内摩擦定律？不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体？

2．在流体力学当中，三个主要的力学模型是指哪三个？ 3．什么是理想流体？ 4．什么是实际流体？ 5．什么是不可压缩流体？

6．为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线？ 7．为什么水平面必是等压面？

8．什么是等压面？满足等压面的三个条件是什么？ 9．什么是阿基米德原理？

10．潜体或浮体在重力G和浮力P的作用，会出现哪三种情况？ 11．等角速旋转运动液体的特征有那些？ 12．什么是绝对压强和相对压强？ 13．什么叫自由表面？

14．什么是流线？什么是迹线？流线与迹线的区别是什么？ 15．什么是流场？ 16．什么是欧拉法？ 17．什么是拉格朗日法？

18．什么是恒定流动？什么是非恒定流动？ 19．什么是沿程损失？ 20．是局部损失？

21．什么叫孔口自由出流和淹没出流？ 22．什么是有旋流动？什么是无旋流动？

23．流体力学中拉格朗曰分析法和欧拉分析法有何区别？ 24．什么叫流管、流束、过流断面和元流？

25．什么是入口段长度？对于层流、紊流分别用什么表示？ 26．什么是单位压能？ 27．什么是滞止参数？

28．气流速度与断面的关系有哪几种？ 29．什么是几何相似、运动相似和动力相似？

19． 如图示管路中输送气体，采用U形差压计测量压强差为hm液体。试推导通过孔板的流量公式。

20． 如上题图孔板流量计，输送20oC空气，测量h?100mmH2O。??0.62，d?100mm，求Q。

21． 某供热系统，原流量为0.005m3/s，总水头损失h?5mH2O，现在要把流量增加到

0.0085m3/s，试问水泵应供给多大压头。

22． 两水池用虹吸管连通，上下游水位差H?2m，管长l1?3m，l2?5m，l3?4m，直

径d?200mm，上游水面至管顶高度h?1m。已知??0.026，进口网??1.5（每个弯头），出口??1.0，求： （1）虹吸管中的流量；

（2）管中压强最底点的位置及其最大负压值。

23． 如图水泵抽水系统，管长、管径单位为m，?给于图中，流量Q?40?10m3/s，（1）吸水管及压水管的S数。 ??0.03。求：

（2）求水泵所需水头。 （3）绘制总水头线。

?324． 有一简单并联管路如下图，总流量Q?80?10m3/s，??0.02，求各管段的流量及两节点间的水头损失。第一支路d1?200mm，l1?600m，第二支路d2?200mm，

?3l2?360m。

25．三层供水管路，各管路的S值皆为10s2/m5，层高均为5m。设a点的压力水头为20m，求Q1、Q2、Q3，并比较三流量，得出结论来。（忽略a处流速水头）

26．岗位送风所设风口向下，距地面4m。要求在工作区（距地1.5m高范围）造成直径为1.5m射流截面，限定轴心速度为2m/s，求喷嘴直径及出口流量。

27． 已知煤气管路的直径为20厘米，长度为3000米，气体绝对压强p1?980kPa，

6T1?300K，??0.012，煤气的R?490J/kg?K，K?1.3。当出口的外界压力为490kPa

时求质量流量G。

28． 空气自p0?1960kPa，温度293K的气罐中流出，沿长度l?20米，D?2厘米的管道流入p2?293kPa的介质中。设流动为等温过程??0.015不计局部阻力，求出口流量。 29．求半径为r1和r2的两流线间流量的表达式，流速均为（a）ur?0，u??cr（;b）ur?0，

u???2r。

30．流速场的流函数是??3xy?y，它是无旋流动吗？如果不是，计算它的旋转角速度。证明任一点的流速只取决于它对原点的距离。绘流线??2。

2331． 试求直角内流动??a(x?y)的切应力分布。

32． 在管径d?100mm的管道中，试分别计算层流和紊流的入口段长度（层流按Re=2000计算）。

33．若球形尘粒的密度?m?2500kg/m3，空气温度为20oC，求允许采用斯托克斯公式计算尘粒在空气中悬浮速度的最大粒径（相当于Re=1）。

34．已知煤粉炉炉膛中上升烟气流的最小速度为0.5m/s，烟气的运动粘滞系数

22??230?10?6m2/s，问直径d?0.1mm的煤粉颗粒是沉降还是被烟气带走？已知烟气的密

3度?m?0.2kg/m3，煤粉的密度?m?1.3?10kg/m3。

气流速度大于悬浮速度，所以d?0.1mm的煤粉颗粒将被烟气带走。

35． 某体育馆的圆柱形送风口，d0?0.6m，风口至比赛区为60m。要求比赛区风速（质量平均风速）不得超过0.3m/s。求送风口的送风量应不超过多少m3/s？

36．有一两面收缩均匀的矩形孔口，截面为0.05?2m2，出口流速v0?10m/s。求距孔口2.0m处，射流轴心速度vm、质量平均速度v2及流量Q。

37．空气以8m/s的速度从圆管喷出，d0?0.2m，求距出口1.5m处的vm、v2及D。 38．温度为40oC的空气，以v0?3m/s，从d0?100mm水平圆柱形喷嘴射入t0?18oC的空气中。求射流轨迹方程。

39．高出地面5m处设一孔口d0为0.1m，以2m/s速度向房间水平送风。送风温度t0??10oC。室那温度tH?27oC试求距出口3m处的v2、t2及弯曲轴心坐标。

40． 弦长为3m的飞机机翼以300km/s的速度，在温度为20oC，压强为1atm的静止空气中飞行，用比例为20的模型在风洞中作实验，要求实现动力相似。（a）如果风洞中空气的温度、压强和飞行中的相同，风洞中的速度应当为多少？（b）如果在可变密度的风洞中作实验，温度仍为20oC，而压强为30atm，则速度应是怎样？（c）如果模型在水中实验，水温为20oC，则速度应是怎样？

41． 长1.5m，宽0.3m的平板，在温度为20oC的水内拖拽。当速度为3m/s时，阻力为14N。计算相似的尺寸，它在速度为18m/s，绝对压强为101.4kN/m2，温度为15oC的空气气流中形成动力相似条件，它的阻力估计为若干？

42．当水温为20oC，平均流速为4.5m/s 时，直径为0.3m水平管线某段的压强降为

68.95kN/m2。如果用比例为6的模型管线，以空气为工作流体，当平均流速为 30m/s时，

要求在相应段产生55.2kN/m2的压强降。计算力学相似所要求的空气压强，设空气温度为

20oC。

43． 溢水堰模型设计比例为20。当在模型上测得模型流量为Qm?300L/s时，水流推力为

pm?300N，求实际流量Qn和推力pn？

44． 已知4-72-11No6C型风机在转速为1250r/min时的实测参数如下表所列，求： 各测点的全效率； 绘制性能曲线图；

写出该风机的铭牌参数（即最高效率点的性能参数）。 计算及图表均要求采用国际单位。

45．某一单吸单级泵，流量Q?45m3/h，扬程H?33.5m，转速n?2900r/min，试求其比转数nsp为多少？如该泵为双吸式，应以Q/2作为比转数中的流量计算值，则其比转数应为多少？当该泵设计成八级泵，应以H/8作为比转数中的扬程计算值，则比转数为多少？ 46． 某单吸单级离心泵，Q?0.0735m3/s，H?14.65m，用电机由皮带拖动，测得

n?1420r/min，N?3.3kW ；后因该为电机直接联动，n增大为1450r/min，试求此时泵

的工作参数为多少？

47．有一转速为1480r/min的水泵，理论流量Q?0.0833m3/s，叶轮外径D2?360mm，叶轮出口有效面积A?0.023m2，叶片出口安装角?2?30?，试作出口速度三角形。假设流体进入叶片前没有预旋运动，即vul?0。试计算此泵的理论压头HT?。设涡流修正系数

k?0.77，理论压头HT为多少？（提示：先求出口绝对速度的径向分速度vrz，作出速度

三角形。）

仅考虑涡流修正系数时

HT?K?H?T?0.77?61.5?47.35m

48．有一台多级锅炉给水泵，要求满足扬程H?176m，流量Q?81.6m3/h，试求该泵所需的级数和轴功率各为多少？计算中不考虑涡流修正系数。其余已知条件如下：

叶轮外径 D2?254mm 水力效率 ?h?92% 容积效率 ?v?90% 机械效率 ?m?95% 转速 n?1440r/min

流体出口绝对流速的切向分速度为出口圆周速度的55% 49．已知下列数据，试求泵所需要的扬程。

水泵轴线标高130m，吸水面标高126m，上水池液面标高170m，吸人管段阻力0.81m，压力管段阻力1.91m。

50．如图所示的泵装置从低水箱抽送容重

??980kgf/m3的液体，已知条件如下： x?0.1m，

y?0.35m，

z?0.1m，

M1读数为124kPa， M2读数为1024kPa，

Q?0.025m3/s，

??0.8，试求此泵所需的轴功率为多少？（注：该装置中两压力表高差为y?z?x）

51．重??992kgf/m3，[Hs]?5m，吸水面标高102m，水面为大气压，吸入管段阻力为0.79m。试求：泵轴的标高最高为多少？如此泵装在昆明地区，海拔高度为1800mm，泵的安装位置标高应为多少？设此泵输送的水温不变，地区仍为海拔102m，但系一凝结水泵，制造厂提供的临界气蚀余量为?hmin?1.9m，冷凝水箱内压强为9kPa，泵的安装高度有何限制？

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