工程热力学典型例题库：流体动力学基础2.ppt

流体动力学基础1流体动力学基础MF2Cd04112答：1）静止流体微团受力的特点为： 各流层之间及流体与固壁之间： 流体质点间相互作用体现为压应力即静压强 静压强的大小与方位无关 2）理想流体微团受力的特点为： 各流层之间及流体与固壁之间： 流体质点间相互作用体现为压应力即动压强 动压强的大小与方位无关题 目 1简要叙述：试比较分析静止流体、理想流体、实际流体微团受力的特点 3续解3）实际流体微团受力的特点：作用在流体上的表面力既有压应力又有切应力；压应力的大小与方位有关，但三个互相垂直方向上的动压强之和为常数，其均值为该点的动压强流体质点在任一坐标平面上都要受到两个切应力和一个法向应力作用，在三个互相垂直的平面上要受到九个主应力的作用其中，六个独立应力 4流体动力学基础MF2Cd0432-04415题 目 2答：1）动能修正系数的物理意义与取值：动能修正系数是断面实际动能与用断面平均流速计算的动能的比值它反映断面流速的不均匀性层流： ，紊流通常取： 2）动量修正系数的物理意义与取值：动量修正系数是断面实际动量与用断面平均流速计算的动量的比值同样反映断面流速的不均匀性层流： ，紊流通常取： 简要叙述：动能修正系数及动量修正系数的物理意义是什么？如何取值？ 6流体动力学基础MF2Cd0423-04327题 目 3简要叙述：试分析理想流体能量方程、实际流体能量方程的适用范围？ 答：1）理想流体能量方程适用于：恒定的、不可压缩理想流体，质量力有势，同一条流线或同一条涡线的流体，或有势流动的各处流体。

2）实际流体能量方程的适用于：恒定的、不可压缩、质量力有势、渐变流断面、无质量的增减、无能量的增减的实际流体8流体动力学基础MF2Cd04329 图示水泵给水系统，输水流量Q=100l/s，水塔距与水池液面高差H=20m，吸水管长度l1=200m，管径d1=250mm，压力管长度l2=600m，管径d2=200mm水泵真空度为7.5m,吸水管与压力管沿程阻力系数分别为1=0.025，2=0.02，各局部阻力系数分别为 试求：1）水泵扬程与安装高度2）绘出总水头线和测压管水头线 题 目 410解题步骤 1. 连续性方程：2. 列1-2断面能量方程：根据总流连续性方程可求得1、2断面的平均流速有： 以1-1断面为基准面，1断面水体本身的总机械能为零，水体依靠水泵增加能量其获得的能量全部用于克服吸水管、压力管的沿程水头损失和局部水头损失，并增加水体的势能此题按有能量增加时的能量方程考虑有：11 解得： 3. 列1-3断面能量方程：12 4. 总水头线与测压管水头线如图： 1-3断面间无能量的增加，但3断面为负压，此负压由水泵的允许真空度决定由此可求水泵的安装高度吸水管段总水头与测压管水头均等于或低于0。

只有经过水泵以后水体能量才能够增加13流体动力学基础MF2Cd043214题 目 5 如图所示，直径D=2m的圆筒水槽下方接一长l=4m，直径d=20cm的圆管出流若不计水头损失，当供给水槽的流量为Q=0.17m3/s时，问水槽中的水深为多少?再求管内的压强分布15解： 若不计水头损失，以过出口断面的水平面为基准面，列出自由水面A到断面E及到出口断面B的能量方程 在自由断面及出口断面处相对压强均为零（p=0），又 ，所以，式（1）中 同 相比可以忽略由式（1）首尾两式得16解续：故 h = 4.72 l = 2.37 m 其次，求压强分布，因为 ，由式（1）第二和第三式得 另一方面，水槽内的压强是静水压强分布，若设到水面的距离为 z9，则 prgz9因此在管子的入口处压强是不连续的17解续：压强分布如图所示(注) 在本例题中，若供给的流量小于Q0.15m3/s，则上式中的h变为负值，即水槽内不形成自由表面 其次，为了考察在BC管内自由水面能否形成，假设有自由水面，其高度为z，由式(1) ，因为 ，所以在z0因此，这时的水是自由下落，可见不能形成自由水面18流体动力学基础MF2Cd044319 如图所示，矩形渠道有一引水闸门，已知：下游流速 =2m/s，上游水深 h1=10m，上下游水头损失2m，求）下游水深h2，）水流作用于单位宽度上的水平分力R。

不计摩擦力 题 目6201. 连续性方程：解题步骤解： (2) 联解(1) (2)两式，得： 2. 列1-2断面的 能量方程：(1)213. 受力分析：4. 动量方程： Rx=175.747kN水流对闸门的冲击力等于闸门对水流的反作用力,大小相等,方向相反有： R=175.747kN控制体，受力分析如图： 列x动量方程： 由于计算断面为均匀流断面，上下游水压力可按静力学求总压力的方法求出:22流体动力学基础MF2Cd044323题 目 7 如图所示，水射流的直径为8cm，速度为50m/s，遇到母线为铅直的曲面板后由初始方向改变1350试求：作用在曲面板上的力24解： 建立图示坐标系，并作图示受力分析由能量方程知，u1=u21)作用在曲面板上的力根据动量方程取 b1=b2=1，则有25解续：解得：解得：26解续：合力的大小：合力的方向： 在上面的解答中，FRy和j 是负值，它表示FRy的方向与y轴的正向相反27 流体力学有压管路的水力计算有压管路的水力计算重 庆 大 学向文英28MF2Cd0710有压管路的水力计算29简要叙述：试分析有压管路中，短管和长管的区分标准，以及串联、并联长管的水力计算特点。

答：1）在有压管路中的水力计算中，只计入沿程水头损失hf,忽略局部水头损失hj 和管路末端流速水头的管路系统称长管；相反，三者都计入的管路系统称短管2）串联管路的水力计算特点：连续性方程：无节点分出流量，即qi=0，各条管段内通过的流量相等即：Q1=Q2=Qi有节点分出流量，qi0：或写为：题 目 130能量方程原理：对于整个管路系统的总水头等于各管段水头损失之和即： 3）并联管路的水力计算特点：连续性方程原理： 对某节点：能量方程原理：在分出节点与汇入节点之间的各管段水头损失相等，也等于管路系统的总水头损失31MF2Cd0734有压管路的水力计算32题 目 2简要叙述枝状管网中控制点的选取原则，经济流速、干管管径的计算方法答：1）枝状管网中控制点的选取原则为：距水塔最远、地形较高、自由水压要求较大、流量大，综合最为不利的点2）经济流速：综合考虑管网造价c（包括铺筑水管建筑费、泵站建造费、水塔建造费）和运行管理费M（泵站电费、维护管网费）综合费用最低时相应的流速，称经济流速 333）干管管径的计算方法：新建给水系统的干管管径的计算按经济流速和流量计算同时，考虑最大允许流速、最小允许流速的要求。

即： 允许 min 经济 允许 max 34MF2Cd0720有压管路的水力计算35题 目 3 图示输水系统，水从密闭容器A沿直径1、2、3管段流入容器B已知：d1=25mm,ll=10m，d2=20mm, l2=10m，d3=20mm,l3=15m，两容器水面的相对压强p01=1at， p02=0.1at，水面高H=4m，管道沿程阻力系数=0.025，局部阻力系数：阀门4.0，弯头0.3，管道进口0.5，管道出口1试求各管道输送的流量 36解： 分析：整个管路系统中既有沿程水头损失，又有局部水头损失，故应按短管计算同时，管路l2、l3并联，并与l1串联 2)总水头损失：(1)1）连续性方程： Q1=Q2+Q3 3738联解(1)、(2) 、(3)两式：3)建立上下游水箱的能量方程：(3)(2)得：39MF2Cd0735有压管路的水力计算40图示供水系统，各管段长度分别为l1=300m，l2=400m， l3= l4=250m d1=250mm，d2=100mm，d3=200mm，d4=150mm =0.025，Qz=0.025m3/s，q=0.00012 m3/m.s,末端自由水压为5m，管路各点地面标高相同，求：水塔距地面高度。

题 目 441解题步骤解： 1. 沿程均匀泄流:2. 并联管路系统:由于沿程均匀泄流段上各点流量不同,其沿程水头损失按计算流量求得有：并联管路中，各管段沿程水头损失相等有：42 (1) (2)联解(1) (2)两式，得：2、3管段总水头损失就等于其中一条管路的水头损失有：434.水塔液面距地面高度 3.主管路1系统 整个管路系统为串联管路，其总沿程水头损失等于各管段水头损失之和 有：主管路1沿程水头损失：则水塔液面距地面高度：44MF2Cd0732有压管路的水力计算45题 目 5铸铁管路系统如下图，已知：干管流量Q=0.3m3/s，l1=1000m,d1=250mm；l2=1000m,d2=250mm；l3=500m, d3=250mm； l4=1000m,d4=200mm求各管段流量Q1、Q2、Q3；A、B两点间的水头损失hfAB； A、C两点间的水头损失hfAC 46解：分析：整个管路为并联系统，在并联的一支路上再串联一只管路，即l1、l2、l3并联，l3、 l4、串联因Q1、Q2、Q3 、Q4未知数，也不知 是否大于1.2m/s故：1）假定各管路处于阻力平方区， 查表：A1=A2=A3=2.752S2/m6、A4=9.029 S2/m62)建立方程：47有则因则有 （1）（2）483）联解（1）、（2）得：验算则 故：各管路处于阻力平方区。

494）求沿程水头损失50MF2Cd0740有压管路的水力计算51题 目 6 输水钢管长1200m，直径D=100mm，壁厚=8mm，水的体积模量K=2.03 105N/cm2，流速=1.2m/s，试求阀门突然关闭时的水击压强又若该管道改为铸铁管，水击压强有何变化？ 解：1）由于阀门突然关闭，可认为关门时间：Tz=0 并产生直接水击压强钢管弹性模量为：则水击波速为：52直接水击压强为： 2）铸铁管弹性模量为： 水击波速为：直接水击压强为：53题 目 7 两密闭水箱A、B如图所示 其间用一直径为d1=50mm的薄壁孔口连通，水箱A液面压力为0.1个工程大气压，水箱B液面为-9.8kN/m2 B水箱的底部接一直径为d2=40mm的圆柱形管嘴，长l=0.1m，孔口的上游水深H1=3m，水流保持恒定，求管嘴流量Q2和下游水深H2 54解： 2）孔口出流和管嘴出流的流量为：其中 连续性方程： 1）孔口出流和管嘴出流的流量系数分别为55则有 4）代入数据解得：3）作用水头56 流动阻力及能量损失流动阻力及能量损失重重 庆庆 大大 学学 龙天渝龙天渝57流动阻力及能量损失流动阻力及能量损失 MF2Cd054958题 目1 n根等长为L、直径为d、沿程阻力系数为 的圆管，在水位差H为定值的两个水箱间水平地并联于同一标高。

如果该两水箱之间距离增加，需要将这n根等长等直径的圆管由并联改为串联，连接的标高不变，求两种连接方式的流量比假定流动处于自模化区并忽略局部损失591. 并联时两水箱液面间能量关系为解题步骤而每根管道的流量并联的n根管道总流量为602. 串联时两水箱液面间能量关系为解题步骤3. 流量比而管内流速为串联的n根管道总流量为61流动阻力及能量损失流动阻力及能量损失 MF2Cd051362题 目2 有一管径 的室内水管，如管中流速 ，水温 1）试判别管中水的流态；（2）求管内保 持层流状态的最大流速63解题步骤解(1) C时水的运动粘性系数为 管中的雷诺数为(2)保持层流状态的最大流速就是临界流速由于 所以 64流动阻力及能量损失流动阻力及能量损失 MF2Cd054L65题 目3 一条输水管长l1000m，管径d0.3m，设计流量Q0.055m3/s，水的运动粘性系数为106m2/s，如果要求此管段的沿程水头损失为hf3m，试问应选择相对粗糙度/d为多少的管道？ 66解题步骤解由已知数据可以计算管流的雷诺数Re和沿程阻力系 数 由水头损失 得: 0.0291567解题步骤应用柯列勃洛克公式：代入的值，。