《工程流体及粉体力学基础》试题A 参考答案 (装05用)（闭卷） 一、试解释如下基本概念：（每小题5分，共40分） 定外力（拉伸、剪切、受压）的作用，变形小。 流体：分子排列松散，分子间内聚力小，不能保持一定形状，不能抵抗拉力和剪切力作 用，易流动，变形大。 气体与液体的共同点：都具有流体的“无定形，易流动”的特征 不同点：(1)液体分子间距离较气体的小 其压缩性小 (2)液体占有确定体积，有自由表面，气体则无。 (3)液体粘性大，随温度升高而降低，气体则相反。 2.流体产生粘度的原因及条件，说明液体与气体产生粘度的因素。 答：粘性产生的原因一是流体分子之间的内聚力，二是流体分子与固体分子之间的附者 力。其条件是：液体流层发生相对运动 液体产生粘度的主要因素是分子间的内聚力所形成的粘性阻力，当温度升高时，分子 远离，内聚力下降，粘度减小。 气体产生粘度的主要因素是分子不规则热运动的动量交换所形成的粘性阻力，当温度 升高时，分子不规则热运动增强，分子交换频繁，动量交换增多，粘度增大。 3.浮体平衡时需要哪些条件，什么条件下浮体将发生不稳定平衡？ 答：浮体平衡时需要的条件：一是浮体所受的重力和浮力大小相等(1.5分)：二是重心D 和浮心C要在同一条垂线上(1.5分)。 当重心D在浮心C的上方，且定领中心（浮体发生倾斜时，通过新浮心的浮力作用线 与浮体原来平衡时的浮轴的交点)在重心D之下时，浮力与重力组成的转动力矩和斜方 向相同，浮体将处于不稳定的平衡状态。(2分) 因所有的分力对原点的力矩之和等于合力P对该点的力矩 由于J/。恒大于0，故y大于。 5.理想流体与实际流体的能量方程表达形式是否相同，为什么？ 答：不相同。 实际流作：名号话乙+号器 主要原因是实际流体有粘性，当其流动时，有摩擦阻力，有能量损失，沿着流动方向总
《工程流体及粉体力学基础》试题 A 参考答案 （装 05 用）(闭卷) 一、试解释如下基本概念：（每小题 5 分，共 40 分） 1. 固体与流体有何区别？气体与液体有何异同？ 答：固体：分子排列紧密，分子间作用力大，有一定的体积，能保持一定形状，抵抗一 定外力（拉伸、剪切、受压）的作用，变形小。 流体：分子排列松散，分子间内聚力小，不能保持一定形状，不能抵抗拉力和剪切力作 用，易流动，变形大。 气体与液体的共同点：都具有流体的“无定形，易流动”的特征。 不同点：（1）液体分子间距离较气体的小，其压缩性小； （2）液体占有确定体积，有自由表面，气体则无。 （3）液体粘性大，随温度升高而降低，气体则相反。 2. 流体产生粘度的原因及条件，说明液体与气体产生粘度的因素。 答：粘性产生的原因一是流体分子之间的内聚力，二是流体分子与固体分子之间的附着 力。其条件是：液体流层发生相对运动。 液体产生粘度的主要因素是分子间的内聚力所形成的粘性阻力，当温度升高时，分子 远离，内聚力下降，粘度减小。 气体产生粘度的主要因素是分子不规则热运动的动量交换所形成的粘性阻力，当温度 升高时，分子不规则热运动增强，分子交换频繁，动量交换增多，粘度增大。 3. 浮体平衡时需要哪些条件，什么条件下浮体将发生不稳定平衡？ 答：浮体平衡时需要的条件：一是浮体所受的重力和浮力大小相等（1.5 分）；二是重心 D 和浮心 C 要在同一条垂线上（1.5 分）。 当重心 D 在浮心 C 的上方，且定倾中心（浮体发生倾斜时，通过新浮心的浮力作用线 与浮体原来平衡时的浮轴的交点）在重心 D 之下时，浮力与重力组成的转动力矩和倾斜方 向相同，浮体将处于不稳定的平衡状态。（2 分） 4. 为什么浸没在液体中的平板的压力中心总在平面形心的下边？ 答：取一微小单元 dA ，则其受力为： dP = hdA= y sindA。 P = sinyc A = Pc A 。 因所有的分力对原点的力矩之和等于合力 P 对该点的力矩 Py D = ydP。 y A J y y c c D = c + 。 由于 c Ayc J 恒大于 0，故 yD 大于 c y 。 5. 理想流体与实际流体的能量方程表达形式是否相同，为什么？ 答：不相同。 理想流体： g p u Z g p u Z 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 + + = + + 实际流体： 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 + + = + + + h − g p u Z g p u Z 主要原因是实际流体有粘性，当其流动时，有摩擦阻力，有能量损失，沿着流动方向总
比能要减小。 6.常见的流体流态有哪些，其判别准则是什么？临界状态判别准则的定义和判别数 分别是什么 。其判别准则是雷诺数 临界状态 e 地。将雷话数大于0时的流卷为素状，小等于20 时的流态称为层流状态」 7.粉体堆积密度与压条密度有何不同和联系？ 答：粉体粒群自然堆积时 单位体积的质量为堆积密度(15分)：若经振动，使颗粒相 互压实，求出的密度为压紧密度(1.5分)。压紧密度大于堆积密度。(2分) 8,中位分离点的含义。 答：表示分离概率相等，也就是分离的两部分产物具有相等的组分或质量时所对应的特 性值称为中位分离点。 (10分 经出架的水平分力的压强分布和直分力的压力体，标 出数值和方向。 （5分 00h2 三、证明(15分) 试根据理想流体的运动微分方程推证能量方程（即伯努利方程），并解释水平布置的管 路，当流量不改变时，变径管两端的比压能如何变化。 证：由理想流体运动微分方程得： 将上式分别乘以k,d山，止相加得
比能要减小。 6. 常见的流体流态有哪些，其判别准则是什么？ 临界状态判别准则的定义和判别数据 分别是什么？ 答：常见的流体流态有层流和紊（湍）流两种状态。其判别准则是雷诺数。临界状态 判别准则雷诺数的定义是流体运动的平均速度、流体所在的管径和流体的密度的乘积再除以 流体的动力粘度。一般地，将雷诺数大于 2000 时的流态称为紊（湍）流状态，小于等于 2000 时的流态称为层流状态。 7. 粉体堆积密度与压紧密度有何不同和联系？ 答：粉体粒群自然堆积时，单位体积的质量为堆积密度（1.5 分）；若经振动，使颗粒相 互压实，求出的密度为压紧密度（1.5 分）。压紧密度大于堆积密度。（2 分） 8，中位分离点的含义。 答：表示分离概率相等，也就是分离的两部分产物具有相等的组分或质量时所对应的特 性值称为中位分离点。 二、（10 分） 绘出图示曲面 AB 的水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图，标 出数值和方向。 ( 5 分 ) 解： 三、证明（15 分） 试根据理想流体的运动微分方程推证能量方程（即伯努利方程），并解释水平布置的管 路，当流量不改变时，变径管两端的比压能如何变化。 证：由理想流体运动微分方程得： dt du x p X x = − 1 , dt du y p Y y = − 1 , dt du z p Z z = − 1 将上式分别乘以 dx ， dy ， dz 相加得
恤++偎+要是小告+鲁告 即：（h++)。p=d） 由于作用在流体上的质量力仅有重力，即X=Y=Q,Z=-g,则 -gt-p-4h0 对于变轻常，取桃两垢都列能最方虎，有：号号行+公会 由于d,≠d2,则：叫≠2，必有n≠p2: 当d>d时，山p2: 当d,，由能量方程知，n<P2 因此，比压能将随管径的增大而增大。 四、问答题(10分】 影响水力旋流器性能的主要因素有哪些？ 答：影响水力旋流器性能的主要因素有三类：结构参数（旋流器圆柱筒的直径及高度 进口直径、溢流管直径、排砂口直径、锥体角度、溢流管安装方式)(4分)，工艺操作参数 (进口压力、溢流管回压)(3分)，混合液的性能（固相颗粒组成、因相含量、粘度、固液 相密度)(3分)。 五、计算题(1题10分，2题15分，共25分 1.密度为P=880kg/m3的原油流过如图所示的内径不变的弯管时，在弯管前、后1-1 和2-2截面上装有水银测压计。测得水银柱高度差为h3=25cm,水银密度为P2=13600kg/m3, 试求原油流过这段弯管的能量损失。己知=550mm,=750m 解：取通过测压计的低水银柱液面为基准面，基准面到弯管的截面1-1和2-2的距离分 别为和，其压强分别为和P,管内流速为 p+pigh =p:+p(h 3)+P8h P-P2=Pi8(h2-m)+ghs(P2-pi) (1)
( ) ( ) 2 2 1 1 dz d u dt du dy dt du dx dt du dz z p dy y p dx x p Xdx Ydy Zdz x y z = + + = + + + + − 即： ( ) ( ) 2 2 1 1 Xdx +Ydy + Zdz − dp = d u 由于作用在流体上的质量力仅有重力，即 X =Y = 0, Z = −g ，则 ( ) 0 2 1 1 2 − gdz − dp − d u = 积分得： C g p u z + + = 2 2 对于变径管，取其两端部列能量方程，有： g p u z g p u z 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 + + = + + 由于 d1 ≠ d 2 ，则： u1 ≠ u2 ，必有 p1 ≠ p2 ； 当 d1 ＞ d 2 时， u1 ＜ u2 ，由能量方程知， p1 ＞ p2 ； 当 d1 ＜ d 2 时， u1 ＞ u2 ，由能量方程知， p1 ＜ p2 ； 因此，比压能将随管径的增大而增大。 四、问答题（10 分） 影响水力旋流器性能的主要因素有哪些？ 答：影响水力旋流器性能的主要因素有三类：结构参数（旋流器圆柱筒的直径及高度、 进口直径、溢流管直径、排砂口直径、锥体角度、溢流管安装方式）（4 分），工艺操作参数 （进口压力、溢流管回压）（3 分），混合液的性能（固相颗粒组成、固相含量、粘度、固液 相密度）（3 分）。 五、计算题（1 题 10 分，2 题 15 分，共 25 分） 1.密度为 1 =880kg/ 3 m 的原油流过如图所示的内径不变的弯管时，在弯管前、后 1-1 和2-2截面上装有水银测压计。测得水银柱高度差为 h3 =25cm，水银密度为 2 =13600 kg/ 3 m ， 试求原油流过这段弯管的能量损失。已知 1 h =550mm，h2 =750mm。 解：取通过测压计的低水银柱液面为基准面，基准面到弯管的截面 1-1 和 2-2 的距离分 别为 1 h 和 h2 ，其压强分别为 p1 和 p2 ，管内流速为 v ( ) p1 + 1gh1 = p2 + 1g h2 − h3 + 2 gh3 ( ) ( ) p1 − p2 = 1g h2 − h1 + gh3 2 − 1 （1）
和2面列雀量方起小品茶会景 因管径不变，=2 则：h=P凸二P2+h-n) (2) gp 由和@)得么合- 答：能量损失为3.6136m液柱高 2.圆柱曲面B的 一侧受两种液体的作用，如图所示。上层液体深度=1.5m 密度p,=867kg/m3。下层液体深度，=1m,密度p=1000kg/。曲面宽度b2m。圆弧 半径阿m。要求： (1)绘出曲面上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图： ②)计算曲面静水总压力P及其方向。 解：(1)绘出压强分布图及压力体图 5分 (2)计算静水总压力P及其方向 10分 P.=(pigh+pigh +pzgh )bh =7x(2x867×9.81x15+1000x9.81xx2x1 =25515.81+9810=35325.81W P-g+Ag -Digh Rb+P:g b =867x981x15x1x2+月×314159x100x9.81x1x2 =25515.81+15409.499=40925.31N =40.925KN
取 1-1 和 2-2 面列能量方程 hw g v g p h g v g p h + + = + + + 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 1 因管径不变， 1 2 v = v 则： 1 2 1 1 2 h h g p p hw + − − = （2） 由（1）和（2）得： = −1 1 2 3 hw h =0.25 (13600/880-1) =3.6136(m) 答：能量损失为 3.6136m 液柱高。 2. 圆柱曲面 AB 的一侧受两种液体的作用，如图所示。上层液体深度 h1= 1.5 m， 密度1=867 kg/m3。下层液体深度 h2=1 m，密度2＝1000 kg/m3。曲面宽度 b=2 m。圆弧 半径 R=1 m。要求: (1) 绘出曲面上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图； (2) 计算曲面静水总压力 P 及其方向。 解：(1) 绘出压强分布图及压力体图 5 分 (2) 计算静水总压力 P 及其方向 10 分 N P gh gh gh bh x 25515.81 9810 35325.81 (2 867 9.81 1.5 1000 9.81 1) 2 1 2 1 ( ) 2 1 1 1 1 1 2 2 2 = + = = + = + + =35.326KN N gh Rb g R b Pz gV gV 25515.81 15409.499 40925.31 3.14159 1000 9.81 1 2 4 1 867 9.81 1.5 1 2 4 1 2 1 1 2 1 1 2 2 = + = = + = + = + =40.925KN
P=Vp2+P2=V35.3262+40.9252 =54.063KN g=arctan三=arctan 40.925 =arctan1.158495=49.2 P 35.326 。=49°11'58” 答：曲面静水总压力为54.063KN
KN P Px Pz 54.063 35.326 40.925 2 2 2 2 = = + = + arctan1.158495 35.326 40.925 = arctan = arctan = xz PP =49.2 °=49 °11 ′58 ″ 答：曲面静水总压力 为 54.063KN