第一章习题解答

第一章 流体力学

一.填空题

1. 某设备的真空表读数为500mmHg ，设备外环境大气压强为640mmHg ，则它的绝对压强为_________Pa 。该设备的绝对压强=640-500=140mmHg ＝140×133.32＝1.866×104Pa 。

2. 流体在圆形直管内作滞流（层流）流动时，其速度分布呈_________形曲线，中心最大速度为平均速度的____________倍。此时摩擦系数λ与__________无关，只随__________加大而_______________。

抛物线，2，ε/d ，Re ，减小。

3.牛顿粘性定律表达式为_____τ＝μy ∆∆μ_______，它只适用于___牛顿____型流体。

4.内摩擦力是流体________________的表现，所以又称为___________力或者__________________力。 粘性， 粘滞，粘性摩擦

5.流体在圆形直管内流动时，在湍流区则摩擦系数λ与________及________有关。在完全湍流区则λ与雷诺系数的关系线趋近于___________线。

Re ，ε/d ，水平

6.粘度的物理意义是___促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。___。

7.在定态流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。则细管内水的流速为粗管内流速的________倍。据=21u u (1

2d d )2＝（112d d ）2＝(2)2=4 8. 流体在圆管内流动时的摩擦阻力可分为__________________和_____________两种。局部阻力的计算方法有___________法和_________法。

直管阻力，局部阻力，阻力系数，当量长度。

9.在静止的同一种连续流体的内部，各截面上__位___能与___静压___能之和为常数。 10. 法定单位制中，粘度的单位为_________________,在cgs 制中粘度的单位为_______________________，他们之间的关系是________________。

Pa·S ；p 或cp ； 1cp ＝1×10－2 p ＝1×10－3Pa·S （

11. 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为_____零_____,邻近管壁处存在_____滞流（或层流）内____层，且Re 值越大，则该层厚度越_____薄（或小）_______。

12.实际流体在直管内流过时，各截面上的总机械能_____不______守恒。因实际流体流动时有________摩擦阻力__________。

13. 流体在一段装有若干个管件的直管l 中流过的总能量损失的通式为__________，它的单位为_________________。

∑f h ＝d l l e ∑+λ.22u （2分） J/Kg (1分)

二.选择题

1. 流体在圆形直管内作定态流动，雷诺准数Re ＝1500，则其摩擦系数应为（ ）

（A ） 0.032 （B ）0.0427 （C ）0.0267 （D ）无法确定

0427.01500

64Re 64===λ 应选（B ）

2. 在静止流体内部各点的静压强相等的必要条件是（ D ）

（A ） 同一种流体内部 （B ） 连通着的两种流体

（C ） 同一种连续流体 （D ） 同一水平面上，同一种连续的流体

3. 在一水平变径管道上，细管截面A 及粗管截面B 与U 管压差计相连，当流体流过时，

U 管压差计测量的是（C ）

（A ）A 、B 两截面间的总能量损失 （B ）A 、B 两截面间的动能差

（C ）A 、B 两截面间的压强差 （D ）A 、B 两截面间的局部阻力

4. 在阻力平方区内，摩擦系数λ（ c ）

（A ） 为常数，与Re ，ε/d 均无关

（B ） 随Re 值加大而减小

（C ） 与Re 值无关，是ε/d 的函数

（D ） 是Re 值与ε/d 的函数

5. 流体在圆形直管中作滞流流动时，其直管阻力损失与流速u 的关系为（ ）

（A ） 与u 2成正比

（B ） 与u 成正比

（C ） 与u 1.75成正比

（D ） 与u 0.55成正比

2.2

u d l h f λ=， 当流体作滞流时，:64Re 64代入可得μ

ρλdu == ρμρμρμ222322642..64d l u d l u u d l du h f === 应选（B ）

三.解答题

1.什么是理想流体？

引入理想流体的概念有什么意义？

（1） 流动时没有阻力的流体，即总能量损失为零，称这种流体为理想气体。

（2） 自然界中不存在理想流体，但引入这个概念可使复杂的流体流动问题得以简化。

2. 何谓有效功（净功）？有效功率？轴功率？

（1） 在流动过程中，输送机械对1Kg 流体所做的功称为有效功（净功）。以We 表示，单

位为J/Kg 。（2分）

（2） 单位时间内输送机械对流体所做的有效功称为有效功率。以Ne 表示，单位为W 。

而s e e w W N .=（2分）

（3） 有效功率Ne 与输送机械的效率η的比值称为轴功率。以N 表示，单位为W 。即

ηNe

N =(2分)

3.化工厂哪些计算要应用流体静力学基本方程式？

主要应用与以下三个方面：（1） 压强差与压强的测量。

（2） 测量容器内的液面位置（3）计算液封高度。（

4.扼要说明柏努利方程式和流体静力学基本方程式的关系。

静止流体∑====-0,0,02121f h W e u u 。此时柏努利方程式即可化简为静力学基本方程式。所以，静力学基本方程式是柏努利方程式的一个特例。

5.液体及气体的粘度随温度、压强的变化情况如何？

1、 液体粘度随温度升高而减小，气体则相反。（2分）

2、 液体粘度基本上不随压强而变，除了极高及极低的压强外，气体粘度几乎不随压强而变。

3、

6. 何谓滞流内层？

由于在管壁附近流体速度很小，且湍流时管壁处速度也为零，故离管壁很近的一薄层流体运动必然是滞流，这层流体称为滞流内层。

四.计算题

1.空气中各组分的摩尔分数为：0.21O 2、0.78N 2、0.01Ar 。

（1）求标准状况下空气的平均密度ρ0；

（2）求绝对压强为3.8×104Pa 、温度为20℃时空气的平均密度ρ；比较两者的结果。

（1）求空气的ρ0：

已知M O2=32，M N2=28，M Ar =40。单位均为kg/kmol 。

①先求出标准状况下空气的平均密度Mm ：

Mm= M O2•χO2+ M N2•χN2+ M Ar •χAr =32×0.21+28×0.78+40×0.01

=28.96kg/kmol （2分） ②293.1273

315.896.2833.101000=⨯⨯==RT M P m ρkg/m 3（2分） （2）求3.8×104Pa 、20℃时空气的平均密度ρ：

452.0)

20273(1033.101273108.3293.134000=+⨯⨯⨯⨯⨯==T P PT ρρkg/m 3（2分） 由计算结果可看出：空气在标准状况下的密度与其在3.8×104Pa 、20℃状态下的密度相差很多，故气体的密度一定要标明状态。（1分） （共7分）

2.水在附图所示的水平管内流动，在管壁A 处连接一

U 形管压差计，指示液为汞，密度为13600kg/m 3，U

形管开口右支管的汞面上注入一小段水（此小段水的

压强可忽略不计），当地大气压Pa 为101.33Pa ，水的

密度取1000kg/m 3，其它数据见附图，求A 处的绝对

压强为多少Pa ？

（1）取U 形管中处于同一水平面上的B 、C 、D 三点，

根据等压点的判定条件可得到P B =P C ，P C =P D ，于是可得P B =P C =P D （2分）

（2）根据静力学基本方程式可得：