流体力学泵与风机第五版答案蔡增基

此答案仅供参考

1.直径为150mm的给水管道，输水量为980.7kN/h，试求断面平均流速。

解：由流量公式Q=ρvA

v=

QρA

注意：(kN/h→kg/s Q=ρvA)

得：v=1.57m/s

2.断面为300mm×400mm的矩形风道,风量为2700m3/h,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150mm×400mm,求该断面的平均流速

解：由流量公式Q=vA由连续性方程知v1A1

得：v=Q

A

=v2A2

得：v2

=12.5m/s

3.水从水箱流经直径d1=10cm,d2=5cm,d3=2.5cm的管道流入大气中.当出口流速10m/时,求(1)容积流量及质量流量;(2)d1及d2管段的流速解：(1)由Q=v3A3=0.0049m3/s质量流量ρQ=4.9kg/s(2)由连续性方程：

v1A1=v3A3,v2A2=v3A3

得：v1=0.625m/s,v2=2.5m/s

4.设计输水量为294210kg/h的给水管道，流速限制在0.9∽1.4m/s之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是50mm的倍数。解：Q=ρvA

将v=0.9∽1.4m/s代入得d=0.343∽0.

275m

∵直径是50mm的倍数，所以取d=0.3m代入Q=ρvA得v

工程流体力学泵与风机习题答案（曹慧哲部分） 第三章

3-1已知流速场ux=2t+2x+2y，uy= t - y+z，uz= t+x – z。求流场中x=2，y=2，z=1的点在t=3时的加速度。a =35.86 m/s2

3-2已知流速场ux=xy3，uy??是几元流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？a =36.27m/s2二元恒定非均匀流

3-3已知平面流动的流速分布为ux=a，uy=b，其中a、b为正数。求流线方程并画出若干条y＞0时的流线。ay-bx=c

3-4已知平面流动速度分布为ux??13（1）点（1，2，3）的加速度；（2）y，uz= xy，试求：

3cycx 其中c为常数，求流线方程，u?，y2222x?yx?y并画出若干条流线。x2+y2=c

3-5已知平面流动速度场分布为u?(4y?6x)ti?(6y?9x)tj。求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。3x-2y=3

3-6已知圆管中流速分布为u?umax()yr01/7,r0为圆管半径，y为离开管壁的距离，umax

为管轴处最大流速。求流速等于断面平均流速的点离管壁的距离y。y=0.242r0

3-7对于不可压缩流体，下

流体力学泵与风机部分习题答案

2-15

解：（1）当?1为空气 p1?p2 pB???z?h??pA ?p?pA?pB???z?h?

?0.3 ?9.8?1000 ?2940pa?2.94kpa （2）当?1为油 p1?p3 pA?p1???h?H?z?

pB?p3???1h??H?

?p?pA?pB?p1?p3??h??H??z??1h??H

??h??z??1h

?9.8?1000?0.1?9.8?1000?0.2?9000?0.1 ?2040pa?2.04kpa 2-16 解：p1?p2

p1?pM??水?H?h1?h2? p2?pa??油h1??汞h2

pM??水?H?h1?h2??pa??油h1??汞h2

?980?9.8?1000??1.5?0.2?h1??7850?h1?13.6?9.8?1000?0.2 ?980?9800?1.5?9800?0.2?9800h1?7850h1?26656 1950h1?26656?980?14700?1960

h1?5.63m 2-28

解：p???h1?h2?

1

P?1212??h1?h2??h1?h2?

工程流体力学泵与风机习题答案（曹慧哲部分） 第三章

3-1已知流速场ux=2t+2x+2y，uy= t - y+z，uz= t+x – z。求流场中x=2，y=2，z=1的点在t=3时的加速度。a =35.86 m/s2

3-2已知流速场ux=xy3，uy??是几元流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？a =36.27m/s2二元恒定非均匀流

3-3已知平面流动的流速分布为ux=a，uy=b，其中a、b为正数。求流线方程并画出若干条y＞0时的流线。ay-bx=c

3-4已知平面流动速度分布为ux??13（1）点（1，2，3）的加速度；（2）y，uz= xy，试求：

3cycx 其中c为常数，求流线方程，u?，y2222x?yx?y并画出若干条流线。x2+y2=c

3-5已知平面流动速度场分布为u?(4y?6x)ti?(6y?9x)tj。求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。3x-2y=3

3-6已知圆管中流速分布为u?umax()yr01/7,r0为圆管半径，y为离开管壁的距离，umax

为管轴处最大流速。求流速等于断面平均流速的点离管壁的距离y。y=0.242r0

3-7对于不可压缩流体，下

工程流体力学泵与风机习题答案（曹慧哲部分） 第三章

3-1已知流速场ux=2t+2x+2y，uy= t - y+z，uz= t+x – z。求流场中x=2，y=2，z=1的点在t=3时的加速度。a =35.86 m/s2

3-2已知流速场ux=xy3，uy??是几元流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？a =36.27m/s2二元恒定非均匀流

3-3已知平面流动的流速分布为ux=a，uy=b，其中a、b为正数。求流线方程并画出若干条y＞0时的流线。ay-bx=c

3-4已知平面流动速度分布为ux??13（1）点（1，2，3）的加速度；（2）y，uz= xy，试求：

3cycx 其中c为常数，求流线方程，u?，y2222x?yx?y并画出若干条流线。x2+y2=c

3-5已知平面流动速度场分布为u?(4y?6x)ti?(6y?9x)tj。求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。3x-2y=3

3-6已知圆管中流速分布为u?umax()yr01/7,r0为圆管半径，y为离开管壁的距离，umax

为管轴处最大流速。求流速等于断面平均流速的点离管壁的距离y。y=0.242r0

3-7对于不可压缩流体，下

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

《流体力学泵与风机》期末考试试卷参考答案

一、判断题（本大题共 10 小题，每小题1 分，共 10 分）

1．没有粘性的流体是实际流体。 错 (1分) 2．在静止、同种、不连续流体中，水平面就是等压面。如果不同时满足这三个条件，水 3．水箱中的水经变径管流出，若水箱水位保持不变，当阀门开度一定时，水流是非恒定流动。 4．紊流运动愈强烈，雷诺数愈大，层流边层就愈厚。错 (1分) 5．Q1=Q2是恒定流可压缩流体总流连续性方程。错 (1分) 6．水泵的扬程就是指它的提水高度。错 (1分) 7．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。错 (1分) 8．一变直径管段，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。

对 (1分)

9．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。错

第1章 CFD 基 础

计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、

热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。

本章介绍CFD一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。

1.1 流体力学的基本概念

1.1.1 流体的连续介质模型

流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。

连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。 连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。

1.1.2 流体的性

第1章 CFD 基 础

计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、

热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。

本章介绍CFD一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。

1.1 流体力学的基本概念

1.1.1 流体的连续介质模型

流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。

连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。 连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。

1.1.2 流体的性

只有部分

2-1 已知某种物质的密度

w 1000kg/m

3

2.94g/cm

3

,

4C

o

时水的密度为

， 试求它的相对密度。

3

33

解:

d

w

2.94 10kg/m1000kg/m

2.94

2-2已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数αco2=13.5%, αso2=0.3%,αo2=5.2%,α（

2

N2

=76%,α

2

H2O

=5%。试求烟气的密度。

3

SO 2.927kg/m

2

3

，

CO 1.976kg/m

3

，

O 1.429kg/m

2

3

，

N 1.251kg/m， H

3

2O

0.804kg/m

）

解: 混合气体的密度

a

ii

i 1

n

0.135 1.976 0.003 2.927 0.052 1.129 0.76 1.251 0.05 0.804=1.341kg/m

3

2-11借恩氏粘度计测得石油的粘度8.5ºE，如石油的密度ρ=850 kg/m3，求石油的动力粘度ºE。（）

解：待测液体在给定温度下的运动粘度与测得的恩氏度的关系：

0.0731E 0.0631/E, cm/s

o

o

2

0.0731 8.5 0.0631/8.5 0.6139

cm

2

/S

0.6139 10

4

850 0.05218

Pa