流体力学与流体机械复习资料.docx

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流体力学与流体机械复习资料

《流体力学与流体机械》复习考试资料

仅供部学习交流使用安全131班编制

绪论：

1.流体力学是以研究流体（包括液体和气体）为研究对象，研究其平衡和运动基本规律的科学。

主要研究流体在平衡和运动时的压力分布、速度分布、与固体之间的相互作用以及流动过程中的能量损失。

2.流体力学的主要研究方法：

实验研究、理论分析、数值计算。

第一章流体及其物理性质

1.流体：

在任何微小剪切力下能产生连续变形的物质即为流体。

主要特征：

流动性

2.连续介质假说：

质点（而不是分子）是组成宏观流体的最小基元，质点与质点之间没有间隙其物理性质各向同性，且在空间和时间上具有连续性。

3.流体的粘性

（1）流体产生粘性的原因：

流体的聚力；动量交换；流体分子和固体壁面之间的附着力。

（2）流层之间的摩擦力:

带动力和阻力（一对大小相等、方向相反的作用力）

（3）流体摩擦切应力:

τ=μ·（du/dy）（N/m2）

τ=F/A=μ·U/h（N/m2）

（4）相对运动的结果使流体产生剪切变形。

流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而摩擦力则是粘性的动力表现。

（5）粘性的度量：

动力粘度μ＝τ/（du/dy）（pa·s）

运动粘度ν＝μ/ρ（m2/s）

温度升高时，流体的粘性降低，气体的粘性增加。

4.课后习题答案

第2章流体静力学

1.作用在流体上的力

（1）表面力：

作用在被研究流体的表面上，其大小与被作用的面积成正比，如法向压力和切向摩阻力。

（平衡流体不存在表面切向力，只有表面法向力）

（2）质量力：

作用在被研究流体的每个质点上，其大小与被研究流体的质量成正比，如重力和惯性力。

质量力常用单位质量力表示，所谓单位质量力，是指作用在单位质量流体上的质量力。

2.流体静压力及其特性

流体处于平衡状态时，表面力只有压力，称其为静压力，单位面积上作用的静压力称为静压强。

静压力有两个重要特性：

①静压力垂直于作用面，并沿着作用面法线方向；

②平衡流体中任何一点的静压力大小与其作用面的方位无关，其值均相等。

3.流体平衡微分方程式（压力差公式）

dp=ρ（Xdx+Ydy+Zdz）

4.等压面：

平衡流体中压力相等的点所组成的平面或曲面称为等压面。

等压面的两个性质：

（1）平衡流体中，任一点的等压面恒与质量力正交；

（2）当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。

5.重力作用下流体静压力的分布规律

（1）静压强分布规律

p=p0+γ（z0-z）=p0+γh

几何意义：

z——位置水头；任一点在基准面0-0以上的位置高度，表示单位重量流体从某一基准面算起所具有的位能。

P/γ——测压管高度：

表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压力能（压力水头）。

Z+P/γ——测压管水头（静水头）：

单位重量流体的总势能。

6.压力单位和压力测量方法

（1）1at=98066.5Pa=735.58mmHg=10mH20

1atm=760mmHg=1.013×105

P=γ1h1＝γ2h2

（2）

（2）绝对压力（p）、相对压力（pg）、真空度（pv）、大气压力（pa）

绝对压力（p）:

以绝对真空为零点算起的压力p=pa+pg

相对压力（pg）:

以大气压为零点算起的压力，又称表压力pg=p-pa

真空度（pv）:

负的相对压力的绝对值，pv=pa-p

上述三者之间相对关系如下图所示：

（3）静压力测量方法：

液柱式、电测式、机械式

7.液体的相对平衡

（1）容器做等加速直线运动时液体的平衡

等压面方程aycosα﹢gz﹢azsinα＝c

流体静压力分布规律p＝p0﹣ρ（aycosα﹢gz﹢azsinα）

（2）容器做等角速旋转运动时液体的平衡

等压面方程（ω2r2）/2-gz=c

流体静压力分布规律p=p0+（（ω2r2）/2g-z）

8.静止液体对壁面的作用力

（1）作用在平面上的力

总压力P=p0A+γhcA

压力中心yD=yc+Jcx/ycA

（2）作用在曲面上的力

Px=γhcA

Pz=γV

9.课后习题答案

第3章流体运动学

1.研究流体运动的两种方法

（1）拉格朗日法（跟踪法）

（2）欧拉法（截迹法）

2.基本概念

（1）定常流动：

流场中各点的流动参数与时间无关的流动

（2）非定常流动：

流场中各点的流动参数与时间有关的流动

（3）迹线：

流体质点运动的轨迹称为迹线

（4）流线：

同一时刻在流场中连续各点的速度方向线

特点：

①非定常流时，流线形状随时间改变；定常流时流体的形状不随时间变化，且与迹线完全重合。

②一般情况下，流线不能相交，且只能是一条光滑的曲线。

（5）流管：

在流场中作一条不与同一流线重合的封闭曲线，则通过该曲线上所有点的流线组成的管状表面就称为流管

（6）流束：

流管中的所有流体称为流束

（7）总流：

流动边界所有流束的总和称为总流。

分为有压流、无压流、射流

（8）过流断面：

与总流或流束中的流线处处垂直的断面称为过流断面

（9）水力直径：

总流过流断面上，流体与固体的接触长度称为湿周，总流过流断面的面积A与湿周χ之比称为水力半径，水力半径的4倍称为水力直径，用di表示

di=4×（A/χ）=4R

3.流体运动的连续性方程

流体运动的连续性方程是质量守恒定律在工程流体力学中的具体表现，属于运动学方程，不涉及任何作用力，对理想流体和实际流体均适用。

要判断流体是否存在，只要看其是否满足连续性微分方程即可。

（1）连续性微分方程

（2）恒定不可压缩总流的连续性方程

对于沿程有流量流进或流出情况，总流的连续性方程需作相应的修正，即

式中，Q为流进（取正号）或者流出（取负号）的流量。

流体机械部分

第4章给排水系统

课后思考题及习题

1.排水设备由哪几部分组成？

答：

由水泵、电动机、起动设备、管路、管路附件和仪表等。

2.水仓有什么作用？

至少要几个？

答：

一是储存、集中矿水，排水设备可以将水从水仓排至地面；二是沉淀矿水。

水仓至少有两个，一个主水仓，一个副水仓，以便清理时轮换使用。

3.为什么要在关闭闸阀的情况下启动和停止离心式水泵。

答：

闸阀关闭时，泵的流量为零，从泵的功率特性曲线可以看出，零流量时泵所需功率最小，电动机的启动电流也最小，所以，关闭闸阀启动，可减小启动电流，减轻对电网的冲击。

水泵停止时，应先关闭排水闸阀，然后再停电机，这样做是为了阻止发生水击。

4.装在吸水面以上的离心式水泵，为什么必须在启动前向泵和吸水管空腔充满水？

答:

因为若在泵腔无水的情况下启动，由于泵腔空气密度远比水小，因而当泵转速达到正常时，吸上真空度比设计值要小得多，因为无法将水从水仓吸入泵进行正常工作。

（利用大气压工作,排出里面的空气,才能在外界大气压的作用下,使水进入水泵.）

5.向泵注水有哪几种方法？

其适用条件是什么？

答：

（1）从泵上漏斗人工向泵灌水

（2）设置专用封闭水箱，使泵经常处于注满水的状态此法适用于小型水泵

（3）用射流泵注水，适用于排水管中存有压力水或有压缩空气的场所

（4）利用真空泵注水，适用于大型水泵

6.将井下主泵房设在井底车场有什么优越性？

答：

（1）运输巷道的坡度都向井底车场倾斜，便于矿水沿排水沟流向水仓

（2）排水设备运输方便

（3）由于靠近井筒，缩短了管路长度，不仅节约管材，而且减少了管路水头损失，同时增加了排水工作的可靠性

（4）改善了泵与电机的工作环境

（5）水泵房以中央变电所为邻，供电线路短，减少了供电损失

7.什么是工况点？

水泵铭牌上标记的是什么工况参数？

答：

一组以流量、压头、功率和效率在特性曲线上的对应点称为泵或风机的一个工况点。

（所谓工况点，即是风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ两参数）水泵的铭牌标有水泵的主要性能规格,：

（1）扬程

（2）允许吸上真空髙度（3）流量（4）转速（5）泵轴功率与配套功率（6）效率

9.水泵的工业利用区怎么确定？

答：

根据运行工况点的效率不得低于最高效率的85%～90%划定工业利用区的区域，即ηM》（0.85～0.9）ηmax

10.在什么情况下泵工作出现不稳定状况？

保证稳定工作的条件是什么？

答：

同时出现两个工况点；无工况点。

泵的零流量扬程大于管路的测地高度

11.保证水泵正常工作的条件是什么？

答：

1）泵的稳定工作条件，

2）工况点位于工业利用区（泵的经济工作条件，

）

3）实际装置的气蚀余量大于泵的允许气蚀余量（不发生气蚀的条件）

12.产生气蚀现象的原因是什么？

如何防止其产生？

答：

由于冲击应力造成的表面疲劳破坏，液体的化学和电化学作用加速了气蚀的破坏过程。

提高离心泵抗汽蚀性能的措施

1）提高离心泵本身抗汽蚀的性能

①改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构议计

②采用前置诱导轮，

③采用双吸式叶轮

④采用抗汽蚀的材料。

（2}提高进液装置汽蚀余量的措施

①增加离心泵前储液罐中液面上的压力

②减小泵前吸上装置的安装高度。

l③将吸上装置改为倒罐装置.

④减小泵前管路上的流动损失

13.何谓气蚀现象？

它对泵的工作有哪些危害？

答：

液体在叶轮入口处流速增加，压力低于工作水温的对应的饱和压力时，会引起一部分液体蒸发（即汽化）。

蒸发后的汽泡进入压力较高的区域时，受压突然凝结，于是四周的液体就向此处补充，造成水力冲击。

这种现象称为汽蚀。

危害:

汽蚀使叶轮或泵壳蚀坏和断裂

汽蚀使泵的性能下降

汽蚀使泵产生噪音和振动

14.在什么情况下需采用并联运行方式？

什么情况下采用串联运行？

串、并联工作后其特性曲线怎样绘制？

答：

并联常用于一台水泵的流量不能满足要求或流量变化较大的场合

串联常用于单台泵扬程不能满足需要的场合

15.若想拆除一个叶轮调节多级泵扬程，为什么不能拆除吸水侧叶轮？

应当拆除哪一个？

答:

因为拆除吸水侧叶轮，会增加吸水侧的阻力损失，使水泵提前发生气蚀。

应当拆除最后或中间一级的叶轮。