工程流体力学第6章压力管路的水力计算

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工程流体力学思考题

思考题第一章流体及其物理性质1．试述流体的定义，以及它与固体的区别。

2．与气体有哪些共同的特性？它们各有什么不同的特性？试分别举例说明，在空气和水中相同与不同的一些流体力学现象。

3．何谓连续介质？引入连续介质模型的目的意义何在？4．流体的密度、比容以及相对密度之间有何关系？这三者的单位如何？5．流体的压缩性与膨胀性可以用哪些参量来描述？6．完全气体的状态方程是什么？请说明方程中每一个参量的意义。

7．何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性？8．何谓流体的粘性？流体的粘度与流体的压强和温度的关系如何？9．流体的粘性力与固体的摩擦力有何本质区别？10．试述牛顿内摩擦定律，根据此定律说明，当实际流体处于静止或相对静止状态时，是否存在切向应力？11．何谓理想流体？引入理想流体模型的意义何在？12．试述表面张力的定义，及其产生表面张力的机理。

13．何谓附着力，何谓内聚力？试分析水和水银在毛细管中上升或下降的现象。

14．作用在流体上的力可以分为哪两种？第二章流体静力学1．试述流体静压强的两个重要特性。

2．静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？3．何谓流体的平衡状态与相对平衡状态？它们对应的平衡微分方程有何相同之处与不同之处？4．试写出欧拉平衡微分方程式，叙述该方程的适用范围以及方程中每一项的物理意义。

5．何谓质量力有势？试写出重力的势函数。

6．不可压缩流体处于平衡状态时，对作用在它上面的质量力有什么要求？7．试写出静止流体的压强差公式，并叙述其物理意义，此公式对于相对静止流体是否适用？8．试写出静止流体的等压面的微分方程式，此方程式对于相对静止流体是否适用？9．试述等压面的重要性质。

10．流体静力学的基本方程式的物理意义和几何意义各是什么？11．何谓绝对压强、计示压强与真空？它们之间有何关系？12．静压强的计量单位有哪几种？它们的换算关系如何？13．在一U型管中，盛有两种不相溶的、不同密度的液体，试问，在同一水平面上的液体压强是否相同？为什么？14．叙述帕斯卡原理，试举例说明它在工程中的应用。

工程流体力学-管内流动和水力计算

Re vl vd
§6.2 粘性流体的两种流动状态
实验发现，不论流体的性质和管径如何变化
Recr 2320
Re
' cr
13800
Re Recr 层流
Re cr
Re
Re
' cr
层、紊
紊
Re
Re
' cr
紊流
上临界雷诺数在工程上没有实用意义
工程上 Recr 2000
§6.3 流道入口段中的流动
第六章管内流动和水力计算
§6.0 粘性流体总流的伯努利方程
重力场中不可压缩流体总流定常流动的能量方程
gv( u v2 z p )dA gv( u v2 z p )dA 0
A2
g 2g
g
A1
g 2g
g
在缓变流截面上，z+p/(ρg)=C
A
gv( z
p )dA
g
gqV
(z
p
g
)
动能项积分
dl
对于水平放置的圆管 h不变，dh/dl= sinθ =0，即重力项
dp/dl= -△p/l =0
qv
8
d 2
4
p l
qv
d 4p 128l
哈根—泊肃叶公式
4、沿程损失
单位体积流体的压强降
qv
d 4p 128l
单位重力流体的压强降
p
128qV d 4
l
hf
p
g
128qV l d 4
1
g
128l d 4
1、切应力分布
不可压定常层流，倾角θ。因是直线流动，任一截面上(p+ρgh)都是常数，即在同一截面的所有点上压力和重力的共同作用都是一样的。因此，流速分布便是轴对称的。

工程流体力学经典习题答案

第一章流体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15ºC 时相对密度为0.83，求它的密度和重度。

解：4ºC 时所以，33/8134980083.083.0/830100083.083.0mN m kg =⨯===⨯==水水γγρρ1-2.甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm 3，求以国际单位表示的密度和重度。

333/123488.91260/1260/26.1m N g m kg cm g =⨯==⇒==ργρ 1-3.水的体积弹性系数为1.96×109N/m 2，问压强改变多少时，它的体积相对压缩1％？MPa Pa E E VVVV p p6.191096.101.07=⨯==∆=∆=∆β 1-4.容积4m 3的水，温度不变，当压强增加105N/m 2时容积减少1000cm 3，求该水的体积压缩系数βp 和体积弹性系数E 。

解：1956105.2104101000---⨯=⨯--=∆∆-=Pa p V V pβ Pa E p89104105.211⨯=⨯==-β 1-5. 用200L 汽油桶装相对密度为0.70的汽油，罐装时液面上压强为1个大气压，封闭后由于温度变化升高了20ºC ，此时汽油的蒸气压为0.18大气压。

若汽油的膨胀系数为0.0006ºC －1，弹性系数为14000kg/cm 2。

试计算由于压力及温度变化所增减的体积？问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜？解：E ＝E ’·g ＝14000×9.8×104PaΔp ＝0.18atdp pV dT T V dV ∂∂+∂∂=00V T V T V V T T ββ=∂∂⇒∂∂=00V pVp V V p p ββ-=∂∂⇒∂∂-= 所以，dp V dT V dp pVdT T V dV p T 00ββ-=∂∂+∂∂=从初始状态积分到最终状态得：LL L V p p EV T T V V dpV dT V dV T p pp T TT VV 4.21057.24.2200108.914000108.918.020*******.0)(1)(34400000000≈⨯-=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=---=--=-⎰⎰⎰βββ即()kg V V M 32.13810004.220010007.0=-⨯⨯=∆-=ρ另解：设灌桶时每桶最多不超过V 升，则200=++p t dV dV VV dt V dV t t 2000061.0⨯=⋅⋅=βV dp V dV p p 18.0140001⨯-=⋅⋅-=β（1大气压＝1Kg/cm 2）V ＝197.6升 dV t ＝2.41升 dV p ＝2.52×10-3升G ＝0.1976×700＝138Kg ＝1352.4N 1-6.石油相对密度0.9，粘度28cP ，求运动粘度为多少m 2/s?解：s Pa P s Pa s mPa P cP ⋅=⋅=⋅==--1.0110110132()cSt St s m 3131.0/101.310009.01028253==⨯=⨯⨯==--ρμν1-7.相对密度0.89的石油，温度20ºC 时的运动粘度为40cSt ，求动力粘度为多少？解：89.0==水ρρd ν＝40cSt ＝0.4St ＝0.4×10-4m 2/sμ＝νρ＝0.4×10-4×890＝3.56×10-2Pa ·s 1-8.图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s ，板与固定边界的距离δ=1，油的动力粘度μ＝1.147Pa ·s ，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？解：233/10147.11011147.1m N dy du ⨯=⨯⨯==-μτ 1-9.如图所示活塞油缸，其直径D ＝12cm ，活塞直径d ＝11.96cm ，活塞长度L ＝14cm ，油的μ＝0.65P ，当活塞移动速度为0.5m/s 时，试求拉回活塞所需的力F=？解：A ＝πdL , μ＝0.65P ＝0.065 Pa ·s , Δu ＝0.5m/s , Δy=(D-d)/2()N dy du AF 55.821096.11125.010141096.1114.3065.0222=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---μ第二章流体静力学2-1. 如图所示的U 形管中装有水银与水，试求：（1）A 、C 两点的绝对压力及表压各为多少？（2）A 、B 两点的高度差为多少？解：① p A 表＝γh 水＝0.3mH 2O ＝0.03at ＝0.3×9800Pa＝2940Pa p A 绝＝p a + p A 表＝（10+0.3）mH 2O ＝1.03at ＝10.3×9800Pa＝100940Pap C 表＝γhg h hg + p A 表＝0.1×13.6mH 2O+0.3mH 2O ＝1.66mH 2O ＝0.166at＝ 1.66×9800Pa ＝16268Pap C 绝＝p a + p C 表＝（10+1.66）mH 2O ＝11.66 mH 2O ＝1.166at ＝11.66×9800Pa＝114268Pa② 30cmH 2O ＝13.6h cmH 2O ⇒h ＝30/13.6cm=2.2cm题2-2 题2-32-2.水银压力计装置如图。

工程流体力学

§1.1 流体的定义
一、流体特征（续）
液体与气体的区别液体的流动性小于气体；液体具有一定的体积，并取容器的形状；气体充满任何容器，而无一定体积。
流体的定义
流体是一种受任何微小的剪切力作用时，都会产生连续变形的物质。流动性是流体的主要特征。
§1.2 连续介质假说
微观：流体是由大量作无规则热运动的分子所组成，分子间存有空隙，在空间上是不连续的。
在通常情况下，一个很小的体积内流体的分子数量极多；
例如，在标准状态下，1mm3体积内含有2.69×1016个气体分子，分子之间在10-6s内碰撞1020次。
宏观：流体力学研究流体的宏观机械运动，研究的是流体的宏观特性，即大量分子的平均统计特性。结论：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续介质。
1686年牛顿（Newton,I.）发表了名著《自然哲学的数学原理》对普通流体的黏性性状作了描述，即现代表达为黏性切应力与速度梯度成正比—牛顿内摩擦定律。为了纪念牛顿，将黏性切应力与速度梯度成正比的流体称为牛顿流体。 18世纪～ 19世纪，流体力学得到了较大的发展，成为独立的一门学科。古典流体力学的奠基人是瑞士数学家伯努利(Bernoulli，D．) 和他的亲密朋友欧拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推导出了著名的伯努利方程，欧拉于17 55年建立了理想流体运动微分方程，以后纳维(Navier,C .-L.-M.-H.)和斯托克斯(Stokes， G．G．)建立了黏性流体运动微分方程。拉格朗（Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人，将欧拉和伯努利所开创的新兴的流体动力学推向完美的分析高度。但当时由于理论的假设与实际不尽相符或数学上的求解困难，有很多疑不能从理论上给予解决。

流体水力计算

流体水力计算流体水力计算是一项非常重要的工作，它涉及各类流体介质在管道中的运动、压力变化和流速等参数的计算。

正确进行流体水力计算可以确保管道系统的正常运行，提高输送效率，减少能源浪费和可能出现的故障。

本文将详细介绍流体水力计算的一般方法和应用。

在进行流体水力计算之前，首先需要确定计算的目标和所需参数。

通常需要计算的参数包括流速、流量、压力、管道截面尺寸等等。

根据具体情况，可以选择不同的计算方法和工具来得到所需的数据。

在进行计算之前，还需要收集和整理相关的物理数据和运行参数，以确保计算的准确性和可靠性。

流体水力计算的一般方法通常包括两部分：一是基本的流体动力学原理和方程式，二是相应的计算模型和方法。

基本的流体动力学原理和方程式主要包括质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律。

根据这些原理和方程式，可以建立相应的数学模型和方程组进行计算和分析。

在进行流体水力计算时，其次需要选择适合的计算模型和方法。

常见的计算方法包括经验公式、理论计算、数值模拟等。

经验公式是基于实测数据和大量试验统计得到的，适用于一些简单的流体运动情况。

理论计算基于流体力学和热力学的基本原理，通过建立数学模型进行计算。

数值模拟采用计算机技术，通过分析流体运动的数值模型和方程组，利用计算机计算得到结果。

根据需要计算的参数和具体情况，可以选择不同的计算方法和工具。

在进行流体水力计算时，要合理选择模型和方法，并结合实际情况进行验证。

对于复杂的系统和工况，可以采用数值模拟的方法进行计算，获取更加准确的结果。

在使用计算方法和工具进行流体水力计算时，需要注意一些常见的问题和误区。

首先，要确保输入的数据准确和完整，包括管道截面尺寸、流体性质、进出口压力等等。

其次，在进行计算时要注意单位的统一和转换，避免单位不一致导致的计算错误。

另外，还要注意计算过程中的估算和近似，避免过度简化或夸大，导致结果的误差。

总之，流体水力计算是一项复杂而又重要的工作。

正确进行流体水力计算可以确保管道系统的正常运行，提高输送效率，减少能源浪费和可能出现的故障。

工程流体力学压力管路的水力计算

⎛ d2 ⎞ A V1 = 2 V2 = ⎜ ⎜d ⎟ ⎟ V2 , A1 ⎝ 1⎠
2
⎛ d2 ⎞ ⎟ V孔＝⎜ ⎜ d ⎟ V2 ⎝ 孔⎠
2
5-9
⎡⎛ l ⎞⎛ d 2 hw = ⎢⎜ λ1 1 + ζ 1 ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎜ ⎢⎝ d1 ⎠⎝ d1 ⎣
⎛ d2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ +ζ孔⎜ d ⎠ ⎝ 孔
p0
γ
+
V02 2g
如图：H0＝21m
5-12
2、淹没出流
两液面：
H1 = H 2 + ξ孔
Vc =
1
Vc2 V + ξ 扩大 c 2g 2g
2
ζ 扩大 + ζ 孔
2 gH 0 （H0 = H1－H2）
Q＝μ A 2 g ⋅ ΔH
二、管嘴泄流
1、标准圆柱管嘴：自孔口接出短管直径与孔口直径相同，且 l＝（3～4）d 2、管嘴与孔口区别： ① 流态不一样，先收缩，再扩大，然后封住出口，均匀泄出。 ② 孔口只有局部阻力，管嘴加上扩大阻力和沿程阻力。 3、流量计算公式据公式： Q＝μ A 2 gH = εϕ A 2 gH
5-5
如何解决这一矛盾，正是一个管径优选问题。钻、采专业大纲要求一般了解。
二、串、并联管路 1、串联管路
① 定义：由不同管径的管道依次连接而成的管路。 ② 水力特征： a、各联结点（节点）处流量出入平衡，即进入节点的总流量等于流出节点的总流量。
∑Q
i
=0
其中，进为正，出为负，它反映了连续性原理。 b、全线水头损失为各分段水头损失之和，即：
按能量比例大小，分为长管：和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。短管：流速水头和局部水头损失不能忽略的流动管路。

工程流体力学倪玲英习题

第1章流体及其主‎要物理性质‎1-1 液体与气体‎有哪些不同‎性质？1-2 何谓连续介‎质？引入的目的‎意义何在？1-3 密度、重度和比重‎的定义以及‎它们之间的‎关系如何？1-4 流体的压缩‎性和膨胀性‎如何去度量‎？温度和压力‎对它们怎样‎影响？1-5 何谓流体的‎粘性？如何度量流‎体粘性的大‎小？液体和气体‎的粘性有何‎区别？其原因何在‎？1-6 作用在流体‎上的力，包括哪些力‎？在何种情况‎下有惯性力‎？何种情况下‎没有摩擦力‎？第2章流体静力学‎2-1 流体静压力‎有哪些特性‎？如何证明？2-2 试述流体平‎衡微分方程‎式的推导步‎骤，其物理意义‎和适用范围‎是什么？2-3 什么样的函‎数称为力函‎数？力函数与压‎力全微分有‎什么关系？2-4 等压面及其‎特性如何？2-5 静力学基本‎方程说明哪‎些问题？它的使用条‎件是什么？2-6 绝对压、表压和真空‎度的意义及‎其间的相互‎关系如何？2-7 液式测压计‎的水力学原‎理是什么？工作液的选‎择和量程范‎围及精度有‎什么关系？2-8 何谓相对静‎止流体？分析的方法‎如何？它们和静止‎流体有什么‎共性？2-9 如何确定平‎面、曲面上液体‎总压力大小‎、方向、作用点，它们之间有‎什么共性和‎特性？2-10 何谓压力中‎心？何谓压力体‎？确定压力体‎的方法步骤‎如何？2-11 怎样确定潜‎体和浮体所‎受浮力的大‎小和作用点‎？潜体和浮体‎的平衡条件‎是什么？第3章流体运动学‎与动力学基‎础3-1 拉格朗日法‎和欧拉法在‎分析流体运‎动上有什么‎区别？为什么常用‎欧拉法？3-2 欧拉法中流‎体的加速度‎如何表示？3-3 何谓稳定流‎动和不稳定‎流动？试举例说明‎其区别。

3-4 何谓流线？流线有什么‎特点？流线与迹线‎有什么不同‎？3-5 引入断面平‎均流速有什‎么好处？它和实际流‎速有什么关‎系？3-6 重量流量与‎体积流量之‎间的关系如‎何？常用的单位‎是什么？3-7 连续性方程‎的物理意义‎如何？3-8 欧拉运动微‎分方程式的‎物理意义如‎何？适用于什么‎情况？3-9 流束和总流‎的伯诺利方‎程式有何区‎别？其适用条件‎如何？各项的物理‎意义又如何‎？3-10 运动坐标系‎的伯诺利方‎程式如何表‎示？其物理意义‎如何？3-11 应用伯诺利‎方程时要注‎意哪些问题‎？3-12 常用的节流‎式流量计有‎哪些？其基本原理‎如何？3-13 何谓驻压强‎、总压强？测速管的基‎本原理如何‎？3-14 为何伯诺利‎方程可以用‎图表示出来‎？如何表示？何谓水力坡‎降？3-15 何谓泵的扬‎程？泵的功率和‎扬程成怎样‎的关系？3-16 何谓系统与‎控制体？引入这两个‎概念的目的‎是什么？3-17 何谓液流的‎动量方程？它可以解决‎哪些问题？3-18 何谓液流的‎动量矩方程‎？有何用处？第4章流动阻力和‎水头损失4-1 液流阻力是‎怎样产生的‎？表现为哪些‎形式？怎样分类？4-2 为什么可用‎水力半径表‎示断面对阻‎力的影响？4-3 两种流态各‎有何特点？如何判断流‎态？4-4 为什么用雷‎诺数判别流‎态能够说明‎流动阻力的‎物理本质？4-5 实际流体流‎动中质点上‎共受哪些力‎的影响？4-6 实际流体流‎动中切向应‎力和法向应‎力各与形变‎成什么关系‎？4-7 实际流体的‎水动压强和‎理想流体的‎水动压强有‎什么不同？4-8 N－S方程的物‎理意义是什‎么？4-9 因次分析方‎法有什么用‎处？何为π定理‎？用因次分析‎方法处理问‎题的步骤如‎何？4-10 何谓相似原‎理？动力相似基‎于哪些前提‎条件？为什么不易‎做到完全的‎动力相似？4-11 常用的相似‎准数有哪些‎？其物理意义‎各如何？4-12 圆管内层流‎有哪些特点‎？4-13 何谓时均点‎速？为什么用这‎个概念来分‎析紊流问题‎？4-14 雷诺方程中‎各项的物理‎意义如何？4-15 普朗特混合‎长度假说是‎怎样提出的‎？利用混和长‎度处理紊流‎问题有什么‎好处？4-16 何谓切应力‎速度？4-17 试说明绝对‎粗糙度、平均粗糙度‎和相对粗糙‎度的区别？4-18 何谓层流边‎层？其大小与哪‎些因素有关‎？4-19 水力光滑和‎水力粗糙如‎何划分？4-20 怎样进行阻‎力实验来确‎定沿程水力‎摩阻系数λ‎和局部阻力‎系数ξ值？4-21 何谓当量直‎径和当量长‎度？有什么用处‎？4-22 试总结计算‎水头损失的‎方法和步骤‎。

《工程流体力学》第六章管内流动及水力计算

§6.2 黏性流体的两种流动状态
二、流动状态的判别
v vcr，m 1,层流 v vcr，m 1.75 ~ 2,湍流 vcr v vcr ,过渡状态
考虑多种因素，采用雷诺数作为指标
Re vd vd
Re 2000，层流式中，d —特征长度。对于圆管Re 13800，湍流
§6.2 黏性流体的两种流动状态
二、流动状态的判别
记录流动损失、流速关系；由层流到紊流：实验点沿 OABCD线移动。由紊流到层流：实验点沿 DCAO线移动。
损失、流速对数方程 lg hf lg k m lg v，
亦即，hf kvm
2020/6/24
7
《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算
z2
1
V12 2g
z1
P1 g
2
V2 2 2g
z2
P2 g
hwl
动能修正系数 1 ( v )3 dA AA v
其中，hwl —沿流线的机械能损耗。层流时， 2
称为沿流线的伯努利方程。
湍流时， 1.03 ~ 1.1
2020/6/24
πr2 p πr2(p p dl) 2πrdlτ l
l
dl
l
πr2dlρl sin θ 0
其中，sin h / l
式子两面同除r 2dl，得2 ( p gh)
r
l
又因 ( p gh) 0 得 r d ( p gh)
r
2 dl
粘性流体在圆管中作层流流动时，同一截面
上2020的/6/2切4 向应力的大小与半径成正比。

《管道的水力计算》PPT课件_OK

8
应用：孔板流量计
H0
z1
z2
p1 p2
g
v12 v22 2g
p
g
Q A 2gH0
注意：A——孔口面积，μ也可查表
9
3.非恒定出流（以液面下降为例）
等截面S容器，t时刻孔口水头h
dt内流出体积 dV Qdt A 2ghdt
容器减少体积 dV Sdh
t
0 dt
h2
h1
A
S 2gh
Σζ1=15，管段2的d=20mm，总长10m，Σζ2=15，管路 λ=0.025，干管总流量Q=1L/s，求Q1和Q2
解：并联
S1
8
l1 d
2d
1
4
2.03 1011kg / m7
S2 1.39 1011kg / m7
32
Q1 S2
Q2
S1
解得 Q1 0.45L / s Q2 0.55L / s 阻力平衡水平失调
dh
t 2S A 2g
h1 h2
10
容器放空：h2=0
2S t
h1
2Sh1
2V
A 2g A 2gh1 Qmax
V——放空容器的体积 Qmax——开始出流时最大流量
放空时间是水位不下降时放空所需时间的两倍
11
管嘴出流
l=3~4d的短管
1.管嘴出流
列A-A、B-B断面能量方程
zA
pA
g
v
2 A
内，且又可使低位油箱可泄空？
必须pA≥0，列低油箱到A点的能量方程
z
pA
g
h2
h2
S2Q2
注意：因q1=0，故q2=Q，解得z≥1.27m

工程流体力学第六章孔口、管嘴和有压管流.

2.流量比较
Q 孔口
A 2g
孔口孔口
孔 H口
孔口 0.6 21
Q n
nA n 2gH n n 0.82
14
管流基本概念
简单管道是指管道直径不变且无分支的管道
复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。
短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道。
其中 K AC R
25
三、简单管道水力计算应用举例 1、虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压力输水管道，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。
虹吸管的工作原理图
26
虹吸灌溉
27
真空输水：世界上最大直径的虹吸管(右侧直径 1520毫米、左侧600毫米),虹吸高度均为八米，犹如一条巨龙伴游一条小龙匐卧在浙江杭州萧山区黄石垅水库大坝上，尤为壮观，已获吉尼斯世界纪录。
将产生汽化，破坏水流的连续性。故一般不使虹吸管
中的真空值大于7－8米。虹吸管应按短管计算。
31
例2：图示用直径d = 0.4m的钢筋混凝土虹吸管从河道向灌
溉渠道引水，河道水位为120m，灌溉渠道水位118m，虹
吸管各段长度为l1 = 10m，l2 =5m， l3 =12m，虹吸管进
口安装无底阀的滤网（ζ= 2.5）,管道有两个60o的折角弯管（ζ=0.55）。求：
0.03327 2.5 20.551.0
0.4
0.383
QcA 2gz
0.3830.7850.42 29.82 0.30m3 s
33
（2）计算虹吸管的最大安装高度列河道水面和虹吸管下游转弯前过水断面的能量方程

工程流体力学_倪玲英_习题

第1章流体及其主要物理性质1-1 液体与气体有哪些不同性质？1-2 何谓连续介质？引入的目的意义何在？1-3 密度、重度和比重的定义以及它们之间的关系如何？1-4 流体的压缩性和膨胀性如何去度量？温度和压力对它们怎样影响？1-5 何谓流体的粘性？如何度量流体粘性的大小？液体和气体的粘性有何区别？其原因何在？1-6 作用在流体上的力，包括哪些力？在何种情况下有惯性力？何种情况下没有摩擦力？第2章流体静力学2-1 流体静压力有哪些特性？如何证明？2-2 试述流体平衡微分方程式的推导步骤，其物理意义和适用范围是什么？2-3 什么样的函数称为力函数？力函数与压力全微分有什么关系？2-4 等压面及其特性如何？2-5 静力学基本方程说明哪些问题？它的使用条件是什么？2-6 绝对压、表压和真空度的意义及其间的相互关系如何？2-7 液式测压计的水力学原理是什么？工作液的选择和量程范围及精度有什么关系？2-8 何谓相对静止流体？分析的方法如何？它们和静止流体有什么共性？2-9 如何确定平面、曲面上液体总压力大小、方向、作用点，它们之间有什么共性和特性？2-10 何谓压力中心？何谓压力体？确定压力体的方法步骤如何？2-11 怎样确定潜体和浮体所受浮力的大小和作用点？潜体和浮体的平衡条件是什么？第3章流体运动学与动力学基础3-1 拉格朗日法和欧拉法在分析流体运动上有什么区别？为什么常用欧拉法？3-2 欧拉法中流体的加速度如何表示？3-3 何谓稳定流动和不稳定流动？试举例说明其区别。

3-4 何谓流线？流线有什么特点？流线与迹线有什么不同？3-5 引入断面平均流速有什么好处？它和实际流速有什么关系？3-6 重量流量与体积流量之间的关系如何？常用的单位是什么？3-7 连续性方程的物理意义如何？3-8 欧拉运动微分方程式的物理意义如何？适用于什么情况？3-9 流束和总流的伯诺利方程式有何区别？其适用条件如何？各项的物理意义又如何？3-10 运动坐标系的伯诺利方程式如何表示？其物理意义如何？3-11 应用伯诺利方程时要注意哪些问题？3-12 常用的节流式流量计有哪些？其基本原理如何？3-13 何谓驻压强、总压强？测速管的基本原理如何？3-14 为何伯诺利方程可以用图表示出来？如何表示？何谓水力坡降？3-15 何谓泵的扬程？泵的功率和扬程成怎样的关系？3-16 何谓系统与控制体？引入这两个概念的目的是什么？3-17 何谓液流的动量方程？它可以解决哪些问题？3-18 何谓液流的动量矩方程？有何用处？第4章流动阻力和水头损失4-1 液流阻力是怎样产生的？表现为哪些形式？怎样分类？4-2 为什么可用水力半径表示断面对阻力的影响？4-3 两种流态各有何特点？如何判断流态？4-4 为什么用雷诺数判别流态能够说明流动阻力的物理本质？4-5 实际流体流动中质点上共受哪些力的影响？4-6 实际流体流动中切向应力和法向应力各与形变成什么关系？4-7 实际流体的水动压强和理想流体的水动压强有什么不同？4-8 N－S方程的物理意义是什么？4-9 因次分析方法有什么用处？何为π定理？用因次分析方法处理问题的步骤如何？4-10 何谓相似原理？动力相似基于哪些前提条件？为什么不易做到完全的动力相似？4-11 常用的相似准数有哪些？其物理意义各如何？4-12 圆管内层流有哪些特点？4-13 何谓时均点速？为什么用这个概念来分析紊流问题？4-14 雷诺方程中各项的物理意义如何？4-15 普朗特混合长度假说是怎样提出的？利用混和长度处理紊流问题有什么好处？4-16 何谓切应力速度？4-17 试说明绝对粗糙度、平均粗糙度和相对粗糙度的区别？4-18 何谓层流边层？其大小与哪些因素有关？4-19 水力光滑和水力粗糙如何划分？4-20 怎样进行阻力实验来确定沿程水力摩阻系数λ和局部阻力系数ξ值？4-21 何谓当量直径和当量长度？有什么用处？4-22 试总结计算水头损失的方法和步骤。

管路的水力计算课件

求解方程
利用数值计算方法，求解描述管路水流的方程组，得到各点的水流参数。
结果分析
对计算结果进行分析，评估管路系统的性能和可靠性，提出优化建议。
计算中的注意事项
准确性
确保数学模型的准确性和计算方法的可靠性，以提高计算结果的精度。
适用性
考虑管路系统的实际情况，如流体特性、管材、管径等，选择合适的数学模型和计算方法。
管道水头损失与流体流速、管道长度、管道直径和重力加速度等因素有关。
04
管路水力计算实例
简单管路水力计算
01
02
03
计算公式
使用伯努利方程和连续性方程进行简单管路的水力计算。
适用场景
适用于单管、无分支、无变化的管路系统。
计算步骤
确定管路起点和终点的水头、管路长度、管径、流速等相关参数，代入公式进行计算。
效率
在保证计算精度的前提下，尽量采用高效的数值计算方法和计算机技术，缩短计算时间。
安全性
注意管路系统的安全性和稳定性，避免因不合理的水力计算导致管路系统出现故障或事故。
02
管路水力计算基本原理
伯努利方程
伯努利方程是流体力学中的基本方程，它表达了流体在重力场中运动时，流体的动能、势能和压
管路的水力计算课件
目录
• 管路水力计算概述 • 管路水力计算基本原理 • 管路水力计算方法 • 管路水力计算实例 • 管路水力计算的优化建议 • 管路水力计算的未来发展
01
管路水力计算概述
定义与目的
01
02
定义
目的
管路水力计算是指通过数学模型和计算方法，对管路中的水流特性进行模拟和分析的过程。

《工程流体力学》第六章管内流动及水力计算解读

Re l V 其中：h f — 达西公式，沿程阻力系数取决于 / d d 2g 流态
2
V2 其中： hj —局部阻力系数，弯管、闸门、管件等。 2019/2/23 2g
3
《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算
§6.1 管内流动的能量损失
a
二、流动阻力损失
r0 r
《工程流体力学》第六章管内流动和水力计算
§6.4 圆管中的层流流动
三、平均速度和流量
qV vl dA
A 2 r0 0 r0 r 2 r02 d r2 ( p gh)2rdr vl max (1 2 )2rdr 0 4 dl r0
r0 1 2vl max Avl max va A 4 2
已知： a 4m/s；
0
0
H 2 h2 2
h1 9m；h2 0.7m；
hw 13m
求： H
h1
解：由伯努利方程（地面为0位势） pa pa （H h1 ) 0 h2 2 hw g g 2g
2 2
2 2
紊流流动: 1.0
42 得H hw h2 h1 13 0.7 9 5.52 (m) 2g 2 9.806
圆管中的层流流动的实际动能等于按平均流速计算的动能的两倍。
vl 2 1 8 动量修正系数 ( ) d A 6 A A va r0

r0
0
4 (r r ) rdr 3
2 0 2 2
壁面应力 w
2019/2/23
r r0
r0 p 2 va 2l 8
圆管层流体积流量 QV udA

管路水力计算课件

经验公式法是根据大量的实验数据总结出的经验公式，用于快速计算管路阻力系数，但精度相对较低。
管路水头损失计算
管路水头损失是指流体在管路中流动时所损失的机械能，其计算方法包括实测法和理论计算法。
实测法是通过实验测量管路中的水头损失和流速，然后根据相关
公式计算水头损失。
理论计算法是根据流体力学的基本理论，通过求解伯诺里方程等方程组来计算水头损失，精度较
03
02
理想流体：无粘性，无旋涡，服从牛顿定律。
04
稳定流与非稳定流
稳定流：流场中所有物理量都不随时间变化。
05
06
非稳定流：流场中至少有一个物理量随时间变化。
03 管路水力计算方法
CHAPTER
伯诺里方程
伯诺里方程是流体动力学的基本方程，用于描述流体在管路中的运动状态和能量变化。
伯诺里方程的求解方法有多种，包括数值解法和解析解法，其中数值解法应用较为广泛。
一个家庭用水管，管径为100mm，长度为 10m，需要计算出在一定压力下管路所需的流量。
复杂管路计算
总结词
适用于管路复杂、分支多、参数变化大等情况。
公式
H=ΔP/L+∑hf，其中H为水头损失，ΔP为管路压力损失，L为管路长度，∑hf为局部
水头损失。
详细描述
复杂管路计算需要考虑管路的分支、弯头、阀门等因素对水力性能的影响，通过建立数学模型进行计算。
实例
一个工业用水系统，包含多个分支管路和阀门，需要计算出整个系统的流量和压力分布。
多管路系统计算
总结词
适用于多个管路相互连接、相互影响的情况。
详细描述
多管路系统计算需要考虑各管路之间的相互影响和平衡关系，通过建立网络模型进行计算。

工程流体力学课后习题(简精版)答案

第一章流体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15ºC 时相对密度为0.83，求它的密度和重度。

解：4ºC 时所以，33/8134980083.083.0/830100083.083.0mN m kg =⨯===⨯==水水γγρρ1-2.甘油在温度0ºC 时密度为1.26g/cm3，求以国际单位表示的密度和重度。

解：1956105.2104101000---⨯=⨯--=∆∆-=Pa p V V p β Pa E p89104105.211⨯=⨯==-β 1-5石油相对密度0.9，粘度28cP ，求运动粘度为多少m 2/s?()cSt St s m 3131.0/101.310009.01028253==⨯=⨯⨯==--ρμν 1-6 相对密度0.89的石油，温度20ºC 时的运动粘度为40cSt ，求动力粘度为多少？解：89.0==水ρρd ν＝40cSt ＝0.4St ＝0.4×10-4m 2/s μ＝νρ＝0.4×10-4×890＝3.56×10-2 Pa ·s1-7 图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s ，板与固定边界的距离δ=1mm ，油的动力粘度μ＝1.147Pa ·s ，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？解：233/10147.11011147.1m N dy du ⨯=⨯⨯==-μτ 1-8 如图所示活塞油缸，其直径D ＝12cm ，活塞直径d ＝11.96cm ，活塞长度L ＝14cm ，油的μ＝0.65P ，当活塞移动速度为0.5m/s 时，试求拉回活塞所需的力F=？解：A ＝πdL , μ＝0.65P ＝0.065 Pa ·s , Δu ＝0.5m/s , Δy=(D-d)/2()N dy du AF 55.821096.11125.010141096.1114.3065.0222=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---μ第二章流体静力学2-1. 如图所示的U 形管中装有水银与水，试求：（1）A 、C 两点的绝对压力及表压各为多少？（2）A 、B 两点的高度差为多少？解：① p A 表＝γh 水＝0.3mH 2O ＝0.03at ＝0.3×9800Pa ＝2940Pap A 绝＝p a + p A 表＝（10+0.3）mH 2O ＝1.03at ＝10.3×9800Pa＝100940Pap C 表＝γhg h hg + p A 表＝0.1×13.6m H 2O+0.3mH 2O ＝1.66mH 2O ＝0.166at＝1.66×9800Pa ＝16268Pap C 绝＝p a + p C 表＝（10+1.66）mH 2O ＝11.66 mH 2O ＝1.166at ＝11.66×9800Pa ＝114268Pa ② 30c mH 2O ＝13.6h cmH 2O ⇒h ＝30/13.6cm=2.2cm题2-22-2 今有U 形管，内装水和四氯化碳（CCl 4），如图所示。

工程流体力学压力管道水力计算

水力计算的基本原理
伯努利方程
流体在管道中流动时，遵循伯努利方程，即流体在某一封闭管道中的压强、位能和动能之和保持不变。
流量与流速
流量是单位时间内流过管道某一截面的流体量，流速是流体在管道中的速度。通过水力计算可以确定管道的流速和流量。
流体阻力损失
流体在管道中流动时，会受到阻力损失，包括沿程阻力损失和局部阻力损失。水力计算需要确定这些阻力损失，以确定泵或风机的功率要求。
AutoCAD
常用的二维绘图软件，可用于绘制管道布置图和进行简单的水力计算。
Flowmaster
专业的流体仿真软件，可以进行复杂的管道水力计算和流体动力学分析。
Aspen HYSYS
化工流程模拟软件，可用于模拟管道系统中的流体流动和热力学行为。
04
工程实例分析
某城市给水管网水力计算
计算模型
系统优化
根据系统的流量和扬程需求，合理选型和配置水泵，确保供水效率和水泵的安全运行。
根据计算结果，对给水系统进行优化改造，降低能耗和运行成本，提高供水效率。
05
压力管道水力计算的优化与改进
优化设计理念在水力计算中的应用
01
02
03
节能减排
通过优化设计，降低管道系统的能耗和排放，减少对环境的影响。
流量分配
水头损失计算
根据给水管网的布局和设计参数，建立水力计算模型，包括管道长度、管径、流速、水头损失等。
根据用户需求和管网布局，合理分配各管段的流量，确保供水压力和流量的稳定性。
根据管网的实际情况，计算各管段的沿程损失和局部损失，为管网的水力平衡提供依据。
水力平衡调整
根据计算结果，对管网的水力平衡进行调整，确保供水压力的稳定性和各用户的用水需求。

压力管路的水力计算高教课堂

3
第5章压力管路的水力计算
主要内容
管路特性曲线长管水力计算短管水力计算孔口管嘴出流
教学运用
4
§5.1 管路特性曲线
• 定义：水头损失与流量的关系曲线称为管路的特性曲线。
hw
hj
hf
v2 2g
l d
v2 2g
l当 d
l d
v2 2g
l当 l d
v2 2g
L d
v2 2g
其中：L l当 l
教学运用
33
孔口
管嘴
0
0
0
0
H
H
c
c1
d c
d c1
相同孔口直径d、相同作用水头H条件下，孔口、管嘴哪种方式泄流量大？
教学运用
34
一、孔口泄流
分类：
• 自由出流——流体流经孔口直接泄入大气
• 淹没出流——流体流经孔口进入另一充满流体的空间
界定条件：
• 定水头——固定作用水头H，稳定流（定常流）
d 5m
对于不同的流态，β 和 m 的取值见下表：
流态层流水力光滑混合摩擦水力粗糙
β 4.15 0.0246 0.0802A 0.0826λ
m 1 0.25 0.123 0
教学运用
10
掌握
3、简单长管的三类计算问题
• 第一类问题：已知：Q ，Δz ，d，L，μ，γ，求：hf ，Δp 分析：
•
则有：H 0
1
c
v22 2g
1
c
Q2 2 gA2
Q2
•
得：Q
1
1c
A
2gH0 A
2gH0
1 1c