《流體及粉體力學(xué)基礎(chǔ)》試題A

（裝05用）（閉卷）

一、試解釋如下基本概念：（每小題5分，共40分）

1.固體與流體有何區(qū)別？氣體與液體有何異同？

2.流體產(chǎn)生粘度的原因及條件，說(shuō)明液體與氣體產(chǎn)生粘度的因素。

3.浮體平衡時(shí)需要哪些條件，什么條件下浮體將發(fā)生不穩(wěn)定平衡？

4.為什么浸沒(méi)在液體中的平板的壓力中心總在平面形心的下邊？

5.理想流體與實(shí)際流體的能量方程表達(dá)形式是否相同，為什么？

6.常見(jiàn)的流體流態(tài)有哪些，其判別準(zhǔn)則是什么？臨界狀態(tài)判別準(zhǔn)則的定義和判別數(shù)據(jù)

分別是什么？

7.粉體堆積密度與壓緊密度有何不同和聯(lián)系？

8,中位分離點(diǎn)的含義。

二、（10分）

繪出圖示曲曲月6的水平分力的壓強(qiáng)分布圖和垂直分力的壓力體圖，標(biāo)

三、證明（15分）

試根據(jù)理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程推證能量方程（即伯努利方程），并解釋水平布置的管

路，當(dāng)流量不改變時(shí)，變徑管兩端的比壓能如何變化。

四、問(wèn)答題（10分）

影響水力旋流器性能的主要因素有哪些？

五、計(jì)算題（1題10分，2題15分，共25分）

1.密度為0=88Okg//的原油流過(guò)如圖所示的內(nèi)徑不變的彎管時(shí)，在彎管前、后1-1

和2-2截面上裝有水銀測(cè)壓計(jì).測(cè)得水銀柱高度差為％=25cm,水銀密度為p2=13600kg；，

試求原油流過(guò)這段彎管的能量損失。已知％=550mm,/i2=750mnio

2

2.圓柱曲面的一側(cè)受兩種液體的作用，如圖所示。上層液體深度力尸1.5nv

密度3=867kg/ml下層液體深度/力=1Ill,密度p2=1000kg/ml曲面寬度爐2限圓弧

半徑R=1mo要求：

(1)繪出曲面上水平分力的壓強(qiáng)分布圖及垂直分力的壓力體圖;

(2)計(jì)算曲面靜水總壓力產(chǎn)及其方向。

《工程流體及粉體力學(xué)基礎(chǔ)》試題A

參考答案

（裝05用）（閉卷）

一、試解釋如下基本概念：（每小題5分，共40分）

1.固體與流體有何區(qū)別？氣體與液體有何異同？

答：固休：分子排列緊密，分子間作用力大，有一定的體積，能保持一定形狀，抵抗一

定外力（拉伸、剪切、受壓）的作用，變形小。

流體：分子排列松散，分子間內(nèi)聚力小，不能保持一定形狀，不能抵抗拉力和剪切力作

用，易流動(dòng)，變形大。

氣體與液體的共同點(diǎn)：都具有流體的“無(wú)定形，易流動(dòng)”的特征。

不同點(diǎn)：（1）液體分子間距離較氣體的小，其壓縮性?。?/p>

（2）液體占有確定體積，有自由表面，氣體則無(wú)。

（3）液體粘性大，隨溫度升高而降低，氣體則相反。

2.流體產(chǎn)生粘度的原因及條件，說(shuō)明液體與氣體產(chǎn)生粘度的因素。

答；粘性產(chǎn)生的原因一是流體分子之間的內(nèi)聚力，二足流體分子與固體分子之間的附著

力。其條件是：液體流層發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

液體產(chǎn)生粘度的主要因素是分子間的內(nèi)聚力所形成的粘性阻力，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子

遠(yuǎn)離，內(nèi)聚力下降，粘度減小。

氣體產(chǎn)生粘度的主要因素是分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)鼠交換所形成的粘性阻力，當(dāng)溫度

升高時(shí)，分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，分子交換頻繁，動(dòng)量交換增多，粘度增大。

3.浮體平衡時(shí)需要明E些條件，什么條件下浮體將發(fā)生不穩(wěn)定平衡？

答：浮體平衡時(shí)需要的條件：一是浮體所受的重力和浮力大小相等（1.5分）；二是重心D

和浮心C要在同一條垂線上（1.5分）。

當(dāng)重心D在浮心C的上方，且定傾中心（浮體發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)新浮心的浮力作用線

與浮體原來(lái)平衡時(shí)的浮軸的交點(diǎn)）在重心D之下時(shí)，浮力與重力組成的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和傾斜方

向相同，浮體將處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。（2分）

4.為什么浸沒(méi)在液體中的平板的壓力中心總在平面形心的下邊？

答：取一微小單元小1,則其受力為：dP=ylidA=/ysinadAoP=ysinaycA=PCA?

因所有的分力對(duì)原點(diǎn)的力矩之和等于合力P對(duì)該點(diǎn)的力矩

由于J’/AVc恒大于0,故yD大于yc。

5.理想流體與實(shí)際流體的能量方程表達(dá)形式是否相同，為什么？

答：不相同。

理想流體：4+"+或=22+在+應(yīng)

y2gy2x

實(shí)際流體：4+以+魯=22+也+等+4_2

y2gy2g

主要原因是實(shí)際流體有粘性，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)，有摩擦阻力，有能量損失，沿著流動(dòng)方向總

比能要減小。

6.常見(jiàn)的流體流態(tài)有哪些，其判別準(zhǔn)則是什么？臨界狀態(tài)判別準(zhǔn)則的定義和判別數(shù)據(jù)

分別是什么？

答：常見(jiàn)的流體流態(tài)有層流和紊（湍）流兩種狀態(tài)。其判別準(zhǔn)則是雷諾數(shù)。臨界狀態(tài)

判別準(zhǔn)則雷諾數(shù)的定義是流體運(yùn)動(dòng)的平均速度、流體所在的管徑和流體的密度的乘積再除以

流體的動(dòng)力粘度。一般地，將雷諾數(shù)大于2000時(shí)的流態(tài)稱為紊（湍）流狀態(tài)，小于等于2000

時(shí)的流態(tài)稱為層流狀態(tài)。

7.粉體堆積密度與壓緊密度有何不同和聯(lián)系？

答：粉體粒群自然堆積時(shí)，單位體積的質(zhì)量為堆積容度（1.5分）；若經(jīng)振動(dòng)，使顆粒相

互壓實(shí)，求出的密度為壓緊密度（1.5分）。壓緊密度大于堆積密度。（2分）

8,中位分離點(diǎn)的含義。

答：表示分離概率相等，也就是分離的兩部分產(chǎn)物具有相等的組分或質(zhì)量時(shí)所對(duì)應(yīng)的特

性值稱為中位分離點(diǎn)。

二、（10分）

繪出圖示曲面月5的水平分力的壓強(qiáng)分布圖和垂直分力的壓力體圖，標(biāo)

三、證明（15分）

試根據(jù)理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程推證能量方程（即伯努利方程），并解釋水平布置的管

路，當(dāng)流量不改變時(shí)，變徑管兩端的比壓能如何變化。

證：由理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程得：

1dp_du1dp_du1dp_du

/\——x11-y，/——2

pdxdtpdydtpdzdt

將上式分別乘以公，dy,dz相加得

（Xd；y+㈤一需喈辦+卻吟小吟叱萼

即：(Xdx+Ydy+狗一工dp=gd8)

由r作用在流體上的質(zhì)量力僅有重力,即x=y=o,z=-g,則

-gdzLdp_；d，2)=0

積分得：z+"+Q=C

/2g

22

對(duì)于變徑管，取其兩端部列能量方程，有：ZI+"+&1=Z2+"+且

y2gy2g

由于d]Hd2，則：〃1W〃2，必有PiW〃2；

當(dāng)4>d2時(shí)，“1V〃2，由能量方程知，Pi>P2；

當(dāng)d]V"2時(shí)，硝>〃2,由能量方程知，P|V〃2；

因此，比壓能將隨管徑的增大而增大。

四、問(wèn)答題（10分）

影響水力旋流器性能的主耍因素有哪些？

答：影響水力旋流器性能的主要因素有三類：結(jié)構(gòu)參數(shù)（旋流器圓柱筒的直徑及高度、

進(jìn)口直徑、溢流管直徑、排砂口直徑、錐體角度、溢流管安裝方式）（4分），工藝操作參數(shù)

（進(jìn)口壓力、溢流管回壓）（3分），混合液的性能（固相顆粒組成、固相含量、粘度、固液

相密度）（3分）。

五、計(jì)算題（1題10分，2題15分，共25分）

1.密度為Q=880kg/j〃3的原油流過(guò)如圖所示的內(nèi)徑不變的彎管時(shí)，在彎管前、后1-1

和2-2截面上裝有水銀測(cè)壓計(jì)。測(cè)得水銀柱高度差為a3=25cm,水銀密度為02=13600kg/，/,

試求原油流過(guò)這段彎管的能顯損失。已知％=550mm,/j2=750mnio

解：取通過(guò)測(cè)壓計(jì)的低水銀柱液面為基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)面到彎管的截面1T和2-2的距離分

別為由和力2，其壓強(qiáng)分法為Pl和〃2，管內(nèi)流速為V

P\+0劭=Pl+Plg也一壇）+。2gh3

P\-Pl=P\g（%-4）+叭（。2-Pl）(1)

取1-1和2-2面列能量方程4+互+止=兒+互+■1+〃卬

gpi2g'Mi2g

因管徑不變，v,=v2

貝lj：九一為二絲十人口心(2)

SP\

/\

由(1)和(2)得：%=壇--I

S)

=0.25x(13600/880-1)

=3.6136(m)

答:能量損失為3.6136m液柱高。

2.圓柱曲面力8的一側(cè)受兩種液體的作用，如圖所示。上層液體深度力尸1.5m,

密度pi=867kg/m)下層液體深度方尸1m,密度作=1000kg/m%曲面寬度62m。圓弧

半徑R=\mo要求：

(1)繪出曲面上水平分力的壓強(qiáng)分布圖及垂直分力的壓力體圖；

(2)計(jì)算曲面靜水總壓力戶及其方向。

(