第一章流体机械的定义及分类习题

第⼀章流体机械的定义及分类习题
第⼀章流体机械的定义及分类习题
1、流体具有的能量主要包括哪⼏个⽅⾯？
2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶⽚式流体机械和容积式流体机械？
3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举⼏种型式。

第⼆章叶⽚式流体机械概述习题
1、⽔轮机和⽔泵的基本⼯作参数有哪些？各是如何定义的？
2、什么是流体机械？根据什么将流体机械分为叶⽚式流体机械和容积式流体机械？
3、什么是往复式流体机械和回转式流体机械？试分别列举⼏种型式。

4、往复式泵的⼯作原理是什么？
5、齿轮泵的⼯作过程是什么？齿轮泵的容积效率怎样计算？
6、反击型⽔轮机的主要过流部件名称及作⽤是什么？试以混流式为例绘出其单线图。

7、根据⽔轮机利⽤⽔流能量⽅式的不同将⽔轮机分为哪两⼤类？⼜根据转轮区域⽔流流动⽅向特征的不同将反击式⽔轮机分为了⼏种？试分别说出各⾃的特点和使⽤范围。

8、反击式⽔轮机由哪四⼤部件组成？试分别说出它们的作⽤。

9、试说明液⼒变矩器的组成和⼯作原理。

10、什么是⽓压传动？以剪切机为例，说明⽓压传动的⼯作原理。

11、试推导往复泵吸⽔、压⽔过程中活塞上压强的表达式。

12、试证明：单作⽤往复泵安装空⽓室活塞克服管路摩擦所作的功，与不装空⽓室活塞克服管路摩擦所作的功之⽐为。

假定摩擦系数不随速度变化。

第三章叶⽚式流体机械中的能量转化习题
1、总扬程为25m，流量为3m3/min，泄漏量为流量的3%的离⼼泵以1450rpm的转速运转时，泵的轴功率为14.76kw，机械效率取，试求下列值：（1）泵的有效功率；（2）泵的效率；（3）容积效率；（4）⽔⼒效率。

2、⽔轮机效率实验时在某⼀导叶开度下测得下列数据：蜗壳进⼝处压⼒表读数P=22.6×104p a，压⼒表中⼼⾼程H
m=88.5m，压⼒表所在钢管直径D=3.35m，电站下游⽔位?=85m，流量q v=33m3/s，发电机功率P g =7410Kw，发电机效率ηg=0.966，试求机组效率及⽔轮机效率。

3、离⼼泵⾃井中取⽔，输送到压⽔池中，流量为100 m3/h，吸⽔管与压⽔管直径均为150mm，输⽔地形⾼度为32m，若泵所需轴功率为14kw，管路系统总阻⼒系数为10.5，试求离⼼泵装置的总效率。

4、什么是流⾯、轴⾯？什么是轴⾯流线？
5、离⼼泵⾃井中取⽔，输送到压⽔池中，流量为100 m3/h，吸⽔管与压⽔管直径均为150mm，输⽔地形⾼度为32m，若泵所需轴功率为14kw，管路系统总阻⼒系数为10.5，试求离⼼泵装置的总效率。

6、什么是流⾯、轴⾯？什么是轴⾯流线？
7、在分析叶⽚式流体机械内的流动时引⼊了哪些基本假设？试推导出叶⽚式流体机械的基本⽅程。

8、何为反击系数？它有何意义？
9、什么在离⼼式叶轮出⼝附近的流动会产⽣滑移？滑移系数是怎样定义的，它与哪些因素有关？
10、冲击式流体机械在什么情况下，其效率最⾼？试推导出此时效率的表达式。

11、何为⽔⼒机械的最有利⼯作条件？正确绘制出叶轮进、出⼝处的速度三⾓形。

当其流量或⽔头（扬程）发⽣变化时，⽔⼒机械的性能将有何变化？
12、分析变⼯况下的⽔泵的性能分析。

13、已知轴流式⽔轮机的下列数据：D1=0.7m，d h（轮毂直径）=0.28m , b0=0.28m，q v=2m3/s，
n=500r/min，α0=55°, 试求D=0.53m的圆柱层中（其中β2=25°）的进出⼝速度三⾓形。

14、已知混流式⽔轮机的下列数据：D1=2m ，b0=0.2m ，q v=15m3/s ，n=500r/min ，导叶出⼝⾓α0=14°，试求进出⼝速度三⾓形。

（注：转轮进⼝边视为与导叶出⼝边平⾏，b1=b0）。

若出⼝边与下环交点处D2=1.4m，该处轴⾯速度V
m2=12m/s，求为了满⾜H th=250m的条件，β2应为多少？（假定叶⽚数⽆穷多）。

15、⼀台泵的吸⼊⼝径为200mm，流量q v=77.8L/s，样本给定[H v]=5.6m。

吸⼊管路损失DHs=0.5m。

试求1）在标准状态下抽送常温清⽔时的H sz值。

2）如此泵在拉萨（Pa=64922.34pa）使⽤，从开敞的容器
中抽吸80℃温⽔，其H sz⼜为多少？（注：80℃清⽔的Pva=47367.81pa，ρg=9530.44N/m3）
16、⽔轮机的最有利⼯作条件是什么？试绘出其速度三⾓形。

17、某抽⽔蓄能电站装备有可逆⽔泵⼀⽔轮机，假定泵和⽔轮机两种⼯况的参数相同，均为⽔头H=265m，流量q
v=30.2m3/s。

同时还假定两种⼯况下的损失均为：⽔⼒损失DH=10m，容积损失Dq v=0.6m3/s，机械损失DP=730KW。

试求两种⼯况下的⽔⼒效率、容积效率、机械效率、总效率和轴功率。

18、两个混流式⽔轮机转轮，其应⽤⽔头及转速均相同，第⼀个转轮的反作⽤度Ω1=0.5，第⼆个转轮Ω2=0.7,求⼆者直径的⽐值。

19、在转速⼀定的情况下，为了提⾼泵的扬程，可采⽤改变那些参数的⽅法？
20、简述在推导⽔轮机效率换算公式中，作了什么假设？
21、什么是轴⾯投影图？
22、为什么要引⼊⽆穷多和⽆限薄叶⽚的概念？
23、何为⼀元理论⽅法和⼆元理论⽅法？它们各适⽤于何种转轮（叶轮）的设计与流动计算？为什么？
24、推导转轮（叶轮）叶⽚微分⽅程式，并根据⽅程分析在⼀元理论和⼆元理论（）中应⽤逐点积分法进⾏叶⽚绘型时有何不同？
25、⽤的⼆元理论⽅法进⾏叶⽚绘型的特征是什么？在的⼆元理论⽅法中⼜有何区别？
26、何为圆柱层⽆关性假设，按这⼀假设，对轴流式叶⽚机械的流动计算有何意义？
27、简述求解叶栅绕流有哪些⽅法，各⾃具有的特点是什么？
28、试推导轴流式机械转轮（叶轮）流道中的径向平衡⽅程式。

29、试说明叶⽚式流体机械转轮（叶轮）内的轴向旋涡是怎样产⽣的？在设计时如何加以考虑？
30、离⼼式转轮（叶轮）内有哪些损失？在设计中可采取什么措施来减少这些损失？
31、什么是⼆次流？说明离⼼转轮（叶轮）内⼆次流的形状及发⽣部位。

32、简述相对流⾯的概念，它对叶⽚式流体机械的准三元流动解有何意义？
第四章流动机械的相似理论习题
1、流动相似必须满⾜的三个条件是什么？
2、什么是单位参数和相对参数？
3、什么是⽐转速？它有什么重要意义？试分析⽐转速与叶轮形状和⽔⼒性能的关系。

4、什么是⽔轮机的模型综合特性曲线和运转综合特性曲线？它们各有什么重要意义？
5、⽔轮机主要综合特性曲线包括哪些内容？5%出⼒储备线的意义何在？为什么轴流转浆式⽔轮机没有呢？
6、试分析不同⽐转速的⽔轮机模型综合特性曲线的等开度线和等效率曲线的形状和变化规律？
7、何为泵的⼯作特性曲线和通⽤特性曲线？
8、模型⽔轮机与原型⽔轮机之间存在哪些不相似之处？这些不相似将会导致什么结论？
9、已知离⼼泵叶轮直径D=0.4m，在最优⼯况下流量q v=0.1111m3/s、扬程H=50m、转速n=1450r/min、效率η=0.83。

1）该泵的轴功率应为多少？2）如果另⼀台⼏何相似的泵的叶轮直径为0.64m，在效率相
等的相似⼯况下运⾏，转速为1200r/min，那么它的流量、扬程和轴功率为多少？
10、在同⼀台⽔轮机中，改变落差，试求运转情况的相似法则。

11、泵A的尺⼨为泵B的尺⼨的三分之⼀，两泵⼯况相似，效率相等，泵B在扬程为15m时的转速为300r/min，流量为
0.0063m3/s。

问：1）当泵A的扬程为15m时，其转速和流量为多少？2）当泵A的流量为0.0063m3/s 时，其转速和扬程是多少？3）当泵A的转速为300r/min时，其流量和扬程为多少？
第五章叶⽚式流体机械空化、空蚀、泥沙磨损及⽔⼒振动习题
1、什么是汽蚀？汽蚀的危害有哪些？
2、什么⽔是泵汽蚀余量和⽔泵装置汽蚀余量？它们有什么关系？
3、什么是⽔轮机汽蚀系数和⽔轮机装置汽蚀系数？试分别推导出它们的表达式。

4、在流体机械中存在的⾮稳定现象有哪些？试分别说明其产⽣的原因。

5、流体机械中产⽣噪声的原因有哪些？防⽌噪声的措施是什么？
6、试说明低⽐转速的混流式⽔轮机的汽蚀系数，为什么⽐⾼⽐转速的混流式⽔轮机的汽蚀系数要⼩些？
7、⼀台泵的吸⼊⼝径为200mm，流量q v=77.8L/s，样本给定[H v]=5.6m。

吸⼊管路损失DHs=0.5m。

试求1）在标准状态下抽送常温清⽔时的H sz值。

2）如此泵在拉萨（Pa=64922.34pa）使⽤，从开敞的容器
中抽吸80℃温⽔，其H sz⼜为多少？（注：80℃清⽔的Pva=47367.81pa，ρg=9530.44N/m3）
8、已知⽔轮机的临界空化系数σ为0.28，电站⽔温为15℃，电站下游⽔⾯的海拔⾼程为1524m，⽔轮机的吸出⾼度为3m。

问：根据空化条件，允许的最⼤⽔头为多少？
9、双吸离⼼泵的转速为1450r/min，最优⼯况的扬程为43m，流量为1.36m3/s，临界空化余量为Dhσ=3.17m，最⼤流量⼯况的Dhσ为10.60m，吸⽔管路的⽔⼒损失为0.91m，当地⼤⽓压⼒为10.36m，所输送的冷⽔的汽化压⼒为H va=0.31m。

要求计算确定：1）最优⼯况的⽐转速n q、空化⽐转速S、临界空化系数σ和
允许的吸⼊⾼度Hs是多少？2）最⼤流量⼯况的允许吸⼊⾼度Hs 是多少？（提⽰：计算n q和S时应取总流量的⼆分之⼀）。

10、⼀台冷凝泵从封闭的容器中抽⽔，液⾯的压⼒等于汽化压⼒，样本给定[Dh]=0.6m，吸⼊管路损失DHs=0.3m，试求泵的⼏何吸⼊⾼度。

11、已知卧式⽔轮机的⽔头为H=43m，电站⽔温为20℃，⼤⽓压⼒为10.25m（绝对压⼒），⽔轮机主轴中⼼线⾼于下游⽔⾯3.86m，⽔轮机转轮叶⽚出⽔边最⾼点⾼于主轴中⼼线253mm。

问：该⽔轮机的装置空化系数是多少？
12、欲设计⼀台在标准状态下抽送常温清⽔的泵，其流量q v=77.8L/s，⼏何吸⼊⾼度H sz=5.0m，吸⼊管路损失DH s=0.5m。

若设计时估计泵的空化⽐转速C=800。

试问应如何选择泵的转速？
13、反击式⽔轮机的吸出⾼度是如何计算的？安装在⽔电站中的卧轴混流式⽔轮机⼜是如何规定的？
第六章叶⽚式流体机械的选型习题
本门课程结束后将进⾏为期⼀周的叶⽚式流体机械的选型课程设计。

第七章流动机械典型结构及分析习题
1、叶⽚泵的结构型式有哪⼏⼤类？各⾃的结构型式及⽤途是什么？
2、试叙述射流泵的结构组成及其⼯作原理。

3、离⼼式风机主要由哪些零部件组成？
4、⽔轮机导⽔部件有哪⼏种型式？试分别说出它们的结构特点。

5、斜流式⽔轮机的结构特点是什么？
6、你对新型的贯流混流式⽔轮机及其结构有什么看法？
7、可逆式⽔轮机的特点是什么？
8、风车有哪两种结构型式？各⾃的特点是什么？
9、流体传动装置的特点有哪些？
10、齿轮马达具有什么结构特点？
11、试⽐较⽓压传动系统和液压传动系统的优缺点。

西华⼤学课程考试试题
课程名称: 流体机械原理及结构考试类型（考试或考查）：考试
年级：级学时：考试时间：
专业：学⽣姓名: 学号:
⼀、解释（20分，每⼩题4分）
⽐转速叶⽚式流体机械⽔泵滑移系数飞逸转速⽔⼒机械泥沙磨损
⼆、简答题（45分，前三⼩题各10分）
1、什么是⽔轮机的空化系数及装置空化系数？它们之间有什么联系？
2、写出叶⽚式流体机械基本⽅程表达式，并说明在推导⽅程时作了哪些假设？应⽤时如何对⽅程进⾏修正？
3、尾⽔管涡带的形成与什么有关？⼀般情况下，⽔轮机在什么条件下尾⽔管涡带最为严重？运⾏时应注意什么问题？
4、⽔泵的特性曲线及⽔轮机主要综合特性曲线包括哪些内容？5%功率限制线有何意义？为什么轴流式⽔轮机没有？
三、推导题（20分）
推导低⽐转速⽔轮机的空化系数表达式。

四、计算题（15分）
总扬程为25m，流量为3m3/min，泄漏量为流量3%的离⼼泵以1450r/min的转速运⾏时，泵的轴功率为14.76KW，机械效率取ηm=0.92，试求：（1）、泵的有效功率；（2）、泵的效率；（3）、容积效率；（4）、⽔⼒效率。

考试课程：流体机械原理及结构考试时间：100 分钟试卷总分100分
⼀、解释(共20分，各⼩题4分)
单位转速、飞逸转速、叶⽚式流体机械、空腔涡带、轴功率
⼆、简答题（共50分，各⼩题10分）
1、⽔轮机中设置导轴承及真空破坏阀的作⽤。

2、反击式⽔轮机的主要过流部件名称及作⽤是什么？以混流式⽔轮机为例，绘出其单线图。

3、什么是⽔轮机的空化系数及装置空化系数，它们之间有何联系？
4、⽔⼒机械中的主要损失有那些？如何减少这些损失？
5、⽔轮机主要综合特性曲线包括那些内容？功率限制线的意义何在？为什么轴流转桨式⽔轮机没有呢？
三、推导题（20分）
推导⽔轮机尾⽔管恢复系数的表达式。

四、计算题（10分）
总扬程为25m,流量为3m3/min,泄漏量为流量的3%的离⼼泵以1450r/min的转速运转时，泵的轴功率为1476kw,机械效率取
ηm=0.92,试求下列值：（1）、泵的有效功率；（2）、泵的效率；（3）、容积效率；（4）、⽔⼒效率。

考试课程：流体机械原理及结构考试时间：100 分钟试卷总分100 分
⼀、解释（共20分，各⼩题4分）
⽐转速、叶⽚式流体机械、反作⽤度、泥沙磨损、⽔轮机蜗壳包⾓
⼆、简答题（共50分，各⼩题10分）
1、⽔泵的特性曲线及⽔轮机主要综合特性曲线包括哪些内容？5%功率限制线有何意义？
2、⽔轮发电机组中设置推⼒轴承及真空破坏阀的作⽤。

3、尾⽔管涡带的形成与什么有关？⼀般情况下，混流式⽔轮机在什么条件涡带最为严重？运⾏时应注意什么问题？
4、反击式⽔轮机的主要过流部件及作⽤是什么？以轴流式⽔轮机为例，绘出其单线图。

5、什么是⽔轮机空化系数及装置空化系数？它们之间有何联系？
三、推导题（20分）
推导⽔轮机流量调节⽅程式。

四、计算题（10分）
已知某低ns⽔轮机的下列数据：Hp=275m,D1=2m,bo=0.2m,qv,e=15m3/s,n=500r/min,求当导叶出⽔⾓αo=14°时，⽔轮机利⽤的有效⽔头。

（假设为法向出⼝，且不考虑叶⽚对⽔流的排挤）
考试科⽬：流体机械原理及结构考试时间：100 分钟试卷总分100 分
⼀、解释：（20%）
1、单位转速
表⽰当D1=1m,H=1m时⽔轮机具有的转速。

2、飞逸转速
当⽔轮机发电机组突然丢弃全部负荷时，如调速机构失灵或其它原因使导⽔机构不能关闭，机组转速将迅速升⾼并达到某⼀最⼤值，该转速称作飞逸转速。

3、叶⽚式流体机械
能量转换是在带有叶⽚的叶轮及连续绕流叶⽚的介质之间进⾏，叶⽚与流体的相互作⽤⼒是惯性⼒。

4、空腔涡带
⽔轮机和⽔泵在某些偏离⼯况运⾏时，在转轮出⼝和尾⽔管（吸⽔管）内产⽣旋涡带，涡带中间是含有蒸汽和其它⽓体的⼤空腔，空腔内压⼒很低，呈螺旋状⾮轴对称地在尾⽔管（吸⽔管）内旋转，使流场和压⼒场发⽣周期变化。

5、轴功率
原动机传到泵轴上的功率。

⼆、简答题（答案要点）（50%）
1、导轴承：承受由轴传来的径向⼒，维持安装时调整好的轴线位置。

真空破坏阀：导⽔机构紧急关闭时，补⼊空⽓，消除转轮室的真空，避免抬机现象。

2、蜗壳：将⽔流均匀引⼊导⽔机构，并形成⼀定速度环量。

座环：将⽔流均匀引⼊导⽔机构，并承受轴向载荷。

(⽴式机组)
导⽔机构：控制和调节流量，形成或改变转轮进⼝的速度环量。

转轮：将⽔流的能量转换成旋转机械能。

尾⽔管：将转轮出⼝的⽔流引⾄下游，回收转轮出⼝⽔流的部分动能和⾼出下游⽔⾯的位能。

3、空化系数：
叶⽚上压⼒最低点的动⼒真空与⼯作⽔头的⽐值。

（内空化空蚀特性）
装置空化系数：
与⽔轮机安装条件有关的参数（外空化空蚀特性）
联系：
Pk=Pva 初⽣空化条件 Pk<>
Pk＞Pva 不产⽣空化条件
4、存在容积损失、流动损失（⽔⼒损失）及机械损失。

减少损失措施：容积损失：合理选择密封装置的结构型式和间隙。

流动损失：适当降低流速，提⾼过流部件流线形状及降低粗糙度。

机械损失：考虑轴承、叶轮尺⼨、转速、结构型式及润滑条件。

5、有等开度线、等效率线、等空化线、5%功率限制线（可加等压⼒脉动线）。

因为P11=9.81Q11η，在某⼀转速下运⾏的混流式⽔轮机可获得⼀P11max,但随Q11继续增加，η下降，使P下降。

考虑：（1）、在极限⼯况运⾏⽆法实现负荷调节。

（2）、原型与模型不完全相符。

留5%P11max 作为安全余量,这就是5%功率限制线。

线左侧为⼯作区域，右侧为⾮⼯作区域。

转桨式⽔轮机因为⼯作在协联⼯况，效率曲线宽⽽⼴，所以没有功率限制线
（P11max是受空化空蚀条件限制的）。

三、推导题（答案要点）（20%）
1、列转轮出⼝⾄尾⽔管出⼝能量⽅程，获得转轮利⽤的有效能量；
2、与直接出流相⽐，装尾⽔管后转轮多利⽤的能量。

四、计算题（答案要点）（10%）
有效功率Pf =9.81qvH=12.26KW
总效率η=Pf/P=12.26/14.76=0.83
容积效率ηv=qv/(qv=Δqv)=0.971
⽔⼒效率ηh=η/ηv*ηm=0.83/0.971*0.92=0.929
考试科⽬：流体机械原理及结构考试时间：100 分钟试卷总分100 分
⼀、解释（20%）
1、⽐转速：
⼏何相似的⽔轮机（⽔泵）在相似⼯况时，H=1m,P=1kw(或q V=1m/s)时具有的转速。

2、叶⽚式流体机械：能量转换是在带有叶⽚的叶轮及连续绕流叶⽚的介质之间进⾏，
叶⽚与流体的相互作⽤⼒是惯性⼒。

3、反作⽤度：Ω=HP/Hth
表⽰静压能在叶轮总能量中所占⽐例。

4、泥沙磨损：在⽔⼒机械（⽔轮机或⽔泵）的⼯作⽔流中，具有⼀定动能的坚硬沙粒冲撞过流表⾯，⽽将造成材料的微体积剥落，这⼀过程称作泥沙磨损。

5、⽔轮机蜗壳包⾓：从蜗壳尾部（⿐端）⾄进⼝断⾯之间的⾓度。

⼆、简答题（答案要点）（50%）
1、⽔泵特性曲线：H=f(qv)、P=f(qv)、η=(qv)、NPSHr=f(qv)曲线
混流式⽔轮机：等开度曲线、等效率曲线、等空化系数线、等压⼒脉动线、5%功率限制线。

轴流式⽔轮机：等开度曲线、等效率曲线、等转⾓线、等空化系数线。

切击式⽔轮机：等开度曲线、等效率曲线。

因为P11= 9.81Q11η,在某⼀转速下运⾏的⽔轮机可获得⼀P11,max，但随Q11继续增加，⽽η陡降，P 下降。

考虑:（1）、在极限⼯况运⾏的⽔轮机不能实现对负荷的调节；（2）、原型与模型不完全相符。

留5%P11,max作为安全余量，这就是5%功率限制线，限制线左侧为⼯作区域。

2、推⼒轴承：承受⽔轮发电机组的轴向⼒（包括转动部分重量及轴向⽔推⼒）。

3、尾⽔管涡带的形成与⼯况变化有关（偏离设计⼯况时，转轮出⼝为±Cu2），混流式⽔轮机在低负荷（40—50）%Pr运⾏时，尾⽔管中的涡带最为严重（为空腔涡带，呈螺旋状⾮轴对称地旋转，产⽣很⼤的压⼒脉动）。

应避免在该区域运⾏，并在尾⽔管中设置补⽓阀。

4、蜗壳：将⽔流均匀引⼊导⽔机构，并形成⼀定速度环量。

座环：将⽔流均匀引⼊导⽔机构，并承受轴向载荷（⽴式机组）。

导⽔机构：控制和调节流量，形成或改变进⼊转轮的速度环量。

转轮：将⽔流能量转换为旋转机械能。

尾⽔管：将转轮出⼝的⽔流引⾄下游，回收转轮出⼝⽔流的部分动能和⾼出下游⽔⾯的位能。

6、空化系数：
叶⽚上压⼒最低点的动⼒真空与⼯作⽔头的⽐值（内空化空蚀特性）。

装置空化系数：
与⽔轮机安装条件有关的参数（外空化空蚀特性）
联系：当Pk=Pva 初⽣空化条件
Pk Pk＞Pva 不发⽣空化条件
三、推导题（答案要点）（20%）
设：cuoro=cu1r1
cro、cm2均布
由ηhɡH=(cu1r1-cu2r2)
四、计算题（答案要点）（10%）
由
u1=πD1n/60=52.36m/s
cu1=cm1=cm1(取αo=α1)有效⽔头He=255.6m。