工程流体力学-课后习题(简精版)答案.doc

第一章 流体及其主要物理性质
1-1. 轻柴油在温度15ºC时相对密度为0.83，求它的密度和重度。
解：4ºC时 相对密度：
所以，
1-2. 甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm3，求以国际单位表示的密度和重度。
解：

1-3. 水的体积弹性系数为1.96×109N/m2，问压强改变多少时，它的体积相对压缩1％？
解：

1-4. 容积4m3的水，温度不变，当压强增加105N/m2时容积减少1000cm3，求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。
解：

1-5石油相对密度0.9，粘度28cP，求运动粘度为多少m2/s?
解：

1-6 相对密度0.89的石油，温度20ºC时的运动粘度为40cSt，求动力粘度为多少？
解： ν＝40cSt＝0.4St＝0.4×10-4m2/s
μ＝νρ＝0.4×10-4×890＝3.56×10-2 Pa·s
1-7 图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s，板与固定边界的距离δ=1mm，油的动力粘度μ＝1.147Pa·s，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？

解：
1-8 如图所示活塞油缸，其直径D＝12cm，活塞直径d＝11.96cm，活塞长度L＝14cm，油的μ＝0.65P，当活塞移动速度为0.5m/s时，试求拉回活塞所需的力F=？

解：A＝πdL , μ＝0.65P＝0.065 Pa·s , Δu＝0.5m/s , Δy=(D-d)/2

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第二章 流体静力学
2-1. 如图所示的U形管中装有水银与水，试求：
（1）A、C两点的绝对压力及表压各为多少？
（2）A、B两点的高度差为多少？
解：① pA表＝γh水＝0.3mH2O＝0.03at＝0.3×9800Pa＝2940Pa
pA绝＝pa+ pA表＝（10+0.3）mH2O＝1.03at＝10.3×9800Pa
＝100940Pa
pC表＝γhghhg+ pA表＝0.1×13.6mH2O+0.3mH2O＝1.66mH2O＝0.166at
＝1.66×9800Pa＝16268Pa
pC绝＝pa+ pC表＝（10+1.66）mH2O＝11.66 mH2O ＝1.166at＝11.66×9800Pa＝114268Pa
② 30cmH2O＝13.6h cmH2Oh＝30/13.6cm=2.2cm

题2-2
2-2 今有U形管，内装水和四氯化碳（CCl4），如图所示。试求四氯化碳的相对密度。
解：列等压面方程：
30.6cmH2O＝17.8cmH2O+8.0×
2-3. 图示水罐中气体绝对压强p1＝1.5×104Pa，高度 H＝1m。当时的大气压强相当于745mm水银柱高。试求玻璃管中水银的上升高度h为多少？
解：绝对压强p1＝1.5×104Pa
题2-3
p1+γH＝pa－γhgh
γhgh＝745×10-3×13.6×9800-1.5× 104-9800×1
＝9.929×104-1.5×104-0.98×104＝7.449×104Pa
h＝7.449×104/(13.6×9800)=0.56m

2-4. 油罐内装相对密度0.8的油品，下有底水，为测定油深及油面上的压力，装置如图所示的U形管水银压力计，测得各液面位置如图。试确定油面高度H及液面压力p0。
解：13.6×0.5-0.8＝6mH2O
6-1.6＝6-0.4－d油H
H＝（1.6-0.4）/d油＝1.5m
P0＝6-1.6mH2O＝4.4mH2O＝0.44at＝4.312×104Pa （表压） 题2-4图

第三章 流体运动学与动力学基础
3-1 油管输送相对密度0.8的煤油，设计输送量为50t/h，限制流速不超过0.8m/s，需多大管径？
解：

1
1
3-2 自水箱接出一个水龙头，龙头前有压力表。当龙头关闭时，压力表读数为0.8大气压；当龙头开启时，压力表读数降为0.6大气压。如果管子直径为12毫米，问此时的流量为多少?
8mH2O
解： p0＝0.8at＝8mH2O
2
对1－1、2－2列伯努利方程:
2

2
1
3-3 为测量输油管内流量，安装了圆锥式流量计。若油的相对密度为0.8，管线直径D=100毫米，喉道直径d=50毫米，水银压差计读数
2
1
⊿h=40厘米。流量系数0.9，问每小时流量为若干吨?
解：

3-4 图示水箱在水深H＝3m处接一水平管线。管线由两种直径串联
已知：H＝3m，d1＝20mm，d2＝10mm，L1＝L2＝10m，hw1＝0.6mH2O，hw2＝1mH2O
求：① Q；② i1，i2；③ 绘制水头线
解：① 对0－0、2－2两液面列伯努利方程：

② 粗管段：
细管段：
③

3-5 图示输水管路d1<d2<d3，若忽略管件处的局部阻力，试绘制其总水头线和测压管水头线的示意图。

3-6 用80KW的水泵抽水，泵的效率为90%，管径为30cm，全管路的水头损失为1m，吸水管水头损失为0.2m，试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。
解：
泵的扬程：H=z2-z1+h1-2=29+hw=30mH2O

对1－1、2－2两液面列伯努利方程：

3-7 图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问需多少功率的水泵？设全管路的水头损失为2m，泵的效率为80%，若压水管路的水头损失为1.7m，则压力表上的读数为多少？
解：
泵的扬程：H=z2-z1+hw+=20+2+=42.41m

对1－1、3－3两液面列伯努利方程：

另：对3－3、2－2两液面列伯努利方程：

3-8 水流经过60º渐细弯头AB，已知A处管径DA＝0.5m，B处管径DB＝0.25m，通过的流量为0.1m3/s，B处压力pB＝1.8大气压。设弯头在同一水平面上，摩擦力不计，求弯头所受推力为多少牛顿？
解：

对A、B列伯努利方程：

由动量方程：
x：
y：

3-9 消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒口径d＝1cm，水龙带端部口径D＝5cm，从消火唧筒射出的流速V＝20m/s，求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R（设唧筒水头损失为1m水柱）？
解：

对1－1、2－2列伯努利方程：

动量方程：

消防队员所需力为381N，方向向左。

3-10 水射流以19.8m/s的速度从直径d＝100mm的喷口射出，冲击一固定的对称叶片，叶片的转角α＝135º，求射流对叶片的冲击力。
解：

第四章 流体阻力和水头损失
4-1 用直径100mm的管路输送相对密度0.85的柴油，在温度20C时，其运动粘度为6.7cSt，欲保持层流，问平均流速不能超过多少？最大输送量为多少t/h？
解：
层流：Rec＝2000

4-2 相对密度0.8的石油以流量50L/s沿直径为150mm的管线流动，石油的运动粘度为10cSt，试求每公里管线上的压降（设地形平坦，不计高程差）。
若管线全程长10km，终点比起点高20m，终点压强为1大气压，则起点应具备的压头为多少?
解：（1）

（2）

所以，每公里压降：4.7×105Pa，起点压头：4.86×106Pa
4-3 自地下罐经离心泵向油库输油流程如图。管线直径200mm，吸入段总长20m，地下罐液面至泵中心高差4m。油品相对密度0.75，运动粘度4cSt。
（1）若设计输送量为108t/h，那么吸入段的总水头损失应为多少米油柱？（包括沿程水头损失和局部水头损失）
（2）泵前真空表读数应为多少？
（3）如果泵出口压强为7.25大气压（表压），泵的效率为80%，则泵的额定功率（轴功率）应为多少？

1-带保险活门出口；2－弯头（R＝3d）；3－闸阀；
4－透明油品过滤器；5－真空表；6－压力表

解：（1）

（2）对0－0、5－5列伯努利方程：

（3）对6－6、5－5列伯努利方程：

第五章 压力管路的水力计算
5-1 直径257mm的长管线，总长50km，起点高程45m，终点高程84m，输送相对密度0.88的原油，运动粘度0.276St，设计输量为200t/h，求水力坡降和总压降。
解：

由伯努利方程：

5-2 沿直径200mm，长3km的无缝钢管（Δ＝0.2mm）输送相对密度0.9的原油。若输量为90t/h，其平均运动粘度在冬季为1.09St，夏季为0.42St。试求沿程损失各为多少米油柱？
解：

冬季：层流23.62m
夏季：紊流水力光滑区23.536m