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1、冶金设备基础习题主讲教师：李运姣 College of Metallurgical science and Engineering, CSU2004. 5. 1 1.流体的基本性质与流体流动现象1-1 流体的连续介质模型的含义是什么？1-2 什么叫流体的压缩性和膨胀性？什么叫不可压缩流体？1-3 什么叫理想流体？1-4 写出牛顿粘性定律的数学表达式，说明各符号的意义。1-5 流体的粘度是如何产生的？它的物理意义和单位是什么？动力粘度与运动粘度有何关系？1-6 流体的流动型态可分为哪几种？其叛别依据是什么？1-7 紊流有何特点？如何将工程中不稳定的紊流现象转化为稳定流动现象来处理？ 1-8 50
2、kg 密度为 1600 kgm-3 的溶液与 50kg 25的水混合，问混合后溶液的密度为多少？（设混合前后溶液的体积不变）。1-9 如图所示为一平板在油面上作水平运动，已知运动速度 u为 0.8ms-1，平板与固定板之间的距离 ，油的粘度为 1.253Pas，由平板所带动的油运动速度呈现直线分布，问作用在平板单位面积上的粘性力为多少？1-10 25水在内径为 50mm 的管内流动，流速为 2ms-1，试求其雷诺准数为若干？1-11 运动粘度为 4.4cm2s-1 的油在内径为 50mm 的管道内流动，问：（1）油的流速为 0.015ms-1 时，其流动 ss 型态如何？（2）若油的流速增加
3、5 倍，其流动型态是否发生变化？1-12 某输水管路，水温为 20，管内径为 200mm，试求：（1）管中流量达到多大时，可使水由层流开始向湍流过渡？（2）若管内改送运动粘度为 0.14cm2s-1 的某种液体，且保持层流流动，管中最大平均流速为多少？2 流体静力学基本方程2-1 何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？2-2 写出流体静力学基本方程式，说明方程式中各项的物理意义及方程式的应用条件。2-3 某地区大气压力为 750mmHg。有一设备需在真空度为 600mmHg 条件下工作，试求该设备的绝对压力，以 mmHg 和 Pa 表示。2-4 如附图所示，回收罐中盛有密度分别为 12
4、00kgm-3 和 1600kgm-3 的两种液体，罐上方与大气相通，设大气压力为 100kPa，其它数据如图所示，试求 M、N 两点所受压力。2-5 如附图所示，在盛有空气的球形密封容器上联有两根玻璃管，一根与水相通，另一根装有水银，若h1=0.3m，求 h2=?2-6 如附图所示，已知容器 A 中水面上的压力 P0=2.5104Pa，h=0.5m，h 1=0.2m，h 2=0.5m，h 3=0.22m。酒精密度为 800kgm-3，水银密度为 13600kgm-3。求空气室中的压力为多少？ 2-7 如图所示为一真空测试装置。当真空度为零时，杯中液面和测试管中的液面都位于 0 标线处。杯中装
5、有水银，若杯内径为 0.06m，测试管内径为 6mm，h=0.3m 。（1）试确定真空度的计算公式；（2）求出在上述给定条件下真空度的数值。2-8 常温水在如附图所示的管道中流过，现用一复式 U 形压差计（即两个 U 形压差计串联组成）测定a、b 两点的压差。指示液为汞，其余充满水。水的密度为 1000kgm-3，汞的密度为 13600kgm-3，现测得：h1=1.2m，h 2=0.8m，h 3=1.3m，h 4=0.6m。试计算 a、b 两点间的压差。2-9 本题附图为远距离测量控制装置示意图，用以测定分相槽内煤油和水的相界面位置。已知两吹气管出口的距离 H=1m， U 型管压差计的指示液为
6、水银，煤油的密度为 820kgm-3。试求当压差计读数 R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离 h。2-10 用本题附图中的串联 U 型管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U 型管压差计的指示液为水银，两 U 型管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为 h1=2.3m、h 2=1.2m、h 3=2.5m 及h4=1.4m。锅炉中水面与基准面间的垂直距离 hs=3m。大气压强 pa=99.3103Pa。试求锅炉上方水蒸气的压力 p。2-11 如图所示的测压管分别与三个设备相通，连通管的上部都是水，下部都是水银，三个设备是水面处于同一水平面上。问：（1）1、2、3 处的压力
7、是否相等？（2）4、5、6 处的压力是否相等？（3）若 h1=100mm，h 2=200mm，且设备 B 直接与大气相通（大气压力为 1.013105Pa），求 A、C 两设备水面上的压力。 3 流体动力学基本方 3-1 什么叫稳定流动与不稳定流动？3-2 什么叫流线和流管？3-3 试述体积流量、质量流量和质量流速的概念。3-4 写出欧拉方程的表达式，说明其适用条件。3-5 分别写出理想流体与实际流体的柏努利方程，说明各项的单位及物理意义。3-6 已知流体运动的速度场为： 式中：a 为常数。试求 t=1 时，过（0，b）点的流线方程。3-7 证明不可压缩流体的连续性方程式有如下形式：并回答：（
8、1）上述方程的物理意义是什么？（2）该方程式是否适用于不稳定流动？3-8 密度为 1500kgm-3 的某液体流经一 573.5mm 的管道，若其流速为 0.8ms-1， 求该液体的体积流量（m 3h-1）、质量流量（kgs -1）和质量流速（kgm -2s-1）。3-9 某列管式换热器的管束由 121 根 252.5mm 的钢管组成。空气以 9ms-1 的速度在列管内流动。已知空气在管内的平均温度为 50、压力为 1.96105Pa(表压) ，当地大气压为 9.87104Pa。试求：（1）空气的质量流量；（2）操作条件下空气的体积流量；（3）将（2）的计算结果换算为标准状况下空气的体积流量。
9、3-10 如附图所示，一变径输水管道内径分别为：d 1=25mm，d 2=80mm，d 3=50mm。试求流量为 20m3h-1 时各管道的平均流速。3-11 如图所示水平放置的分支管路，已知 D=100mm，Q=0.015 ls -1，d 1=d2=25mm，d 3=50mm，Q 1=3Q3，2=4ms-1。求 Q1、Q 2、Q 3 及 1、 。3-12 测量流速的皮乇管如附图所示，设被测流体密度为 ，测压管内液体密度为 1，测压管中液面高度差为 h。证明所测管中流速为：3-13 水流过一变径管，细管为 382.5mm 的管子，粗管为 533mm 的管子。水在细管中流速为 2.5ms-1，在
10、 A、B 两点各插入一垂直玻璃管，如附图所示。已知两点间的能量损失为 0.343Jkg-1，问两玻璃管中的水面相差多少？3-14 水在如附图所示的管中流动，截面 1 处的内径为 200mm，流速为 0.5ms-1，水的压力产生的水柱高度为 1m，截面 2 处的内径为 100mm。若忽略两截面间的能量损失，试计算在两截面处的水柱高度差 h。3-15 用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66103Pa；水流经吸入管与排出管（不包括喷头）的能量损失可分别按 hf,1=2
11、2,hf,2=10 2 计算，由于管径不变，故式中 为吸入排出管的流速(ms -1)。排水管与喷头连接处的压力为 9.807104Pa(表压)。试求泵的有效功率。3-16 用压缩空气将密度为 1100kgm-3 的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液面维持恒定。管路径均为 603.5mm，其它尺寸见本题附图。各管段的能量损失为 hf,AB=hf,CD= 2,hf,BD=1.18 2。两压差计中的指示液均为水银。试求当 R1=45mm，h=200mm 时：（1）压缩空气的压力 P1 为若干？（2）U 型管压差计读数 R2 为多少？3-17 如图所示，某厂用压缩空气压送扬液器中密度为 1840k
12、gm-3 的浸出料浆，流量为 3m3h-1。管道采用373.5mm 的无缝钢管，总的能量损失为 1m 液柱（不包括出口损失），假设两槽中液位恒定，试求压缩空气的压力。3-18 图示吸液装置中，吸入管尺寸为 322.5mm，管的下端位于水面下 2m，并装有底阀及拦污网，该处的局部压头损失为 。若截面 2-2 处的真空度为 4m 水柱，由 1-1 截面至 2-2 截面的压头损失为。求：（1）吸入管中水的流量，m 3h-1；（2）吸入口 1-1 处的表压。3-19 在图示装置中，水管直径为 573.5mm。当阀门全闭时，压力表读数为 0.3 大气压，而在阀门开启后，压力表读数降至 0.2 大气压，设
13、总压头损失为 0.5m。求水的流量为若干 m3h-1?3-20 某烟道系统如附图所示，两分烟道完全对称排列，标准状态下烟气总流量 QVO=7200Nm3h-1，烟气平均湿度 t=819，烟气密度 =1.3kgm-3，分支烟道断面尺为 0.60.6m2，总烟道断面为 0.721.0m2。求自分烟道入口处 1 至烟道底部 II 的总压头损失。3-21 本题附图所示的贮槽内径 D 为 2m，槽底与内径 do 为 32mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度 h1 为 2m(以管子中心线为基准)。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按 hf=20 2 公式计算，式中 为液体在管内的流速 ms-1。
14、试求当槽内液面下降 1m 时所需的时间。 4 相似理论与量纲分析原理4-1 试述几何相似、运动相似、动力相似的概念，并举例说明之。4-2 什么叫力学相似准则？试说明各相似准则的物理意义。4-3 什么叫量纲？基本量纲的选择有什么要求？4-4 什么叫量纲分析方法？量纲分析方法的理论依据是什么？4-5 用相似准则来描述物理现象有何优点？4-6 测量水管阀门的局部阻力系数，拟用同一管道通过空气的办法进行。已知水和空气的温度均为 20，管路直径为 50mm。（1）当水的流速为 2.5ms-1 时，风速应为多大？（2）通过空气时测得的压力损失应扩大多少倍才是通过水时的压差？4-7 某烟气以 8ms-1 的
15、速度在烟道中流动，通过烟道的压降为 120Pa。测得烟气温度为 500，密度为0.4kgm-3，粘度为 3.610-5Pas。今欲采用 20的水作为模型进行实验研究，模型与实的特征尺寸之比为1/10，试问：（1）为了保证流动相似，模型中水的流速应为多少？（2）模型中的压降为多少？4-8 实验研究表明，固体颗粒在流体中匀速沉降速度 与固体颗粒的直径 d、密度 s、及流体的密度 、粘度 和重力速度 g 有关，试用量纲分析方法建立固体颗粒匀速沉降速度公式。4-9 已知不可压缩粘性流体绕球体流动时所受的流动阻力 F 与球体的直径 D、流体的流速 、流体的密度 和粘度 有关。试用量纲分析方法推导流动阻力
16、 F 的计算公式。4-10 紊流光滑管单位长度的压头损失 和平均流速 、管径 d、密度 、粘度 和重力加速度 g 有关，试用量纲分析方法确定 的计算表达式。4-11 某容器中搅拌器所需功率为以下四个变量的函数：（1）搅拌桨的直径 D；（2）搅拌桨在单位时间内的转数 n；（3）液体的粘度 ；（4）液体的密度 。试用量纲分析法导出功率与这四个变量之间的关系。4-12 欲用文丘里流量计测量空气（ =1.5710-5m2s-1）流量为 Q1=2.78m2s-1，该流量计的尺寸为D1=4.50m，d 1=2.25m，现设计模型文丘里流量计用 tm=10的水做试验，测得流量为 Qm=0.1028m3s-1，这时水与空气动力相似，试确定文丘里流量计的尺寸。 5 流体流动阻力
