工程流体力学课后习题答案.doc

流体及其主要物理性质7 相对密度0.89的石油，温度20C时的运动粘度为40cSt，求动力粘度为多少？解： 40cSt0.4St0.410-4m2/s0.410-48903.5610-2 Pas8 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=1，油的动力粘度1.147Pas，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：9 如图所示活塞油缸，其直径D12cm，活塞直径d11.96cm，活塞长度L14cm，油的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：AdL , 0.65P0.065 Pas , u0.5m/s , y=(D-d)/2流体静力学6油罐内装相对密度0.70的汽油，为测定油面高度，利用连通器原理，把U形管内装上相对密度为1.26的甘油，一端接通油罐顶部空间，一端接压气管。同时，压气管的另一支引入油罐底以上0.40m处，压气后，当液面有气逸出时，根据U形管内油面高差h0.70m来推算油罐内的油深H为多少？解：p甘油hp汽油（H-0.4）H甘油h/汽油+0.4=1.260.7/0.70+0.4=1.66m7为测定油品重度，用如下装置，经过1管或2管输入气体，直至罐内油面出现气泡为止。用U形管水银压力计分别量出1管通气时的h1，及2管通气时的h2。试根据1、2两管的沉没深度H1和H2以及h1和h2，推求油品重度的表达式。解：8 如图所示热水锅炉，h250mm，问锅炉内液面在何处？（要求作图表示不必计算）液面上蒸汽压力为多少？右侧两管的液面差h1应为多少？解： CD p0hgh213.698005010-3pa6664Pa p0hgh2水h1 题28图 题29图 题210图14 利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度，如图所示。U形管直径很小，L30cm，h5cm。求物体加速度a为多少？解：自由液面方程：其中，x115cm，x215cm，zs1zs2h5cmzs1zs2a（x2x1）/gagh/L=9.80.05/0.3=1.63m/s215 盛水容器，试求其中深度H1m处的液体压力。容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时；容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时；自由下落时；容器以15m/s2的匀加速度下降时；解：如图建立直角坐标系，则在dp(Xdx+Ydy+Zdz)中有：X0，Y0，Zga所以，dp -(g+a) dz积分上式：p -(g+a) z+C代入边界条件：z0时，p0（表压） 得C0所以：p -(g+a) z ，令zH 得：p(g+a) H容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时：a6m/s2p(g+a)H（9.8+6）1000115800Pa0.16at容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时：a6m/s2p(g+a)H（9.86）100013800Pa0.039at（3）自由下落时：a9.8 m/s2p(g+a)H（9.8-9.8）100010（4）容器以15m/s2的匀加速度下降时：a15 m/s2p(g+a)H（9.815）10001-5200Pa0.053at16 在一直径D300mm、高H500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1300mm，然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液面到达容器上部边缘时的转数n1。当转数超过n1时，水开始溢出容器边缘，而抛物面的顶端将向底部接近。试求能使抛物面顶端碰到容器底时的转数n2，在容器静止后水面高度h2将为多少？解：自由液面方程：注：抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半 附证明：抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半 21 某处装置一安全闸门，门宽B为0.6米，门高H为1.0米。距底0.4米处装有闸门横轴，闸门可绕轴旋转。问门前水深h为若干时，闸门即可自行开放？（不计各处的摩擦力）解：法一：hhD 0.4 mh 1.33 m法二：由题意：P1（0.3e1） P2（0.2 + e2）解得：h 1.33m流体运动学与动力学基础116 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： p00.8at8mH2O2对11、22列伯努利方程:23-7 水从井A利用虹吸管引到井B中，设已知体积流量Q=100米/时，H1=3米，Z=6米，不计虹吸管中的水头损失，试求虹吸管的管径d及上端管中的负压值p。3解： 列1、2的伯努利方程：21 列1、3的伯努利方程：另解：列2、3的伯努利方程：3-8 为测管路轴线处的流速，装置如图所示的测速管。左管接于水管壁，量出不受流速影响的动压强；右管为90弯管，量出受流速影响的总压强。把两管连于U形管水银压差计上。若h=200毫米，求管轴处的流速?Z2解：Z1注：3-9 相对密度为0.85的柴油，由容器A经管路压送到容器B。容器A中液面的表压力为3.6大气压，容器B中液面的表压力为0.3大气压。两容器液面差为20米。试求从容器A输送到容器B的水头损失?解：列A、B两液面的伯努利方程：213-10 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21h=40厘米。流量系数0.9，问每小时流量为若干吨?解：3-18 输油管上水平90转弯处，设固定支座。所输油品相对密度为0.8，管径300mm，通过流量100L/s，断面1处压力2.23大气压，断面2处压力2.11大气压。求支座受压力大小和方向？解：Q100L/s0.1m3/sAV1AV2x方向动量方程：y方向动量方程：3-19 水流经过60渐细弯头AB，已知A处管径DA0.5m，B处管径DB0.25m，通过的流量为0.1m3/s，B处压力pB1.8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： 3-20 消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒口径d1cm，水龙带端部口径D5cm，从消火唧筒射出的流速V20m/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11、22列伯努利方程：动量方程：消防队员所需力为381N，方向向左。流体阻力和水头损失4-3 3 用管路输送相对密度0.9，粘度45cP的原油，维持平均流速不超过1m/s，若保持在层流状态下输送，则管径最大不应超过多少？解：4-6 6 研究流体绕流与流向垂直放置的横卧圆柱体所受的阻力T时，涉及的物理参数为：流体的流速U、流体的粘度、密度、圆柱直径D、圆柱长度及圆柱表面粗糙度。试用因次分析方法中的定理确定各物理量间的无因次关系式。并证明T=CDAU2 (其中：A=D，称迎流面积)，写出阻力系数CD的函数表达式。解：（1）（2）选基本物理量，V，DU= LT-1， = ML-1T-1， = ML-3， D=L， l=L， = L， T=MLT-2M：1x1 x11L：-1-3x1 + y1 + z1 y1 1 T：-1-y1 z11同理得：，所以，令 则 4-18 18 相对密度0.86的柴油，运动粘度0.3St，沿直径250mm的管路输送，全长20km，起点压强17.6大气压，终点压强1大气压，不计高差，求流量。提示：因流量未知，需采用试算法。可先假定水力摩阻系数0.03，求出流速后，再验算流态。解：试算法Q0.06m3/s长管：假设 0.03则 ，水力光滑区即 压力管路的水力计算5-6 6 图示一串联管路，管径、管长、沿程水力摩阻系数和流量分别标于图中，试按长管计算所需的水头H为多少？解：5-7 7 图示一输水管路，总流量Q100L/s，各段管径、长度及程水力摩阻系数分别标于图中，试确定流量Q1、Q2及AB间的水头损失为多少？解：又 （2）由（1）、（2）得Q10.0446m3/s44.6L/sQ20.0554 m3/s55.4L/s5-8 8 图示一管路系统，CD管中的水由A、B两水池联合供应。已知L1500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，10.029，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2解：按长管计算 AD伯努利方程：BD伯努利方程：d2=0.242m5-16 16 用实验方法测得从直径d10mm的圆孔出流时，流出容积的水所需时间为32.8s，作用水头为2m，收缩断面直径dc8mm。试确定收缩系数、流速系数、流量系数和局部阻力系数的大小。解：收缩系数又5-17 17 在d120mm的圆孔形外管嘴上，加接一个直径d230mm、长80mm的管嘴，使液体充满管口泄出。试比较加接第二管嘴前后流量的变化。解：5-18 18 水从固定液面的水箱，通过直径d0.03m的圆柱形外管嘴流出。已知管嘴内的真空度为1.5m水柱，求管嘴出流的流量。解：5-20 20 水沿T管流入容器A，流经线型管嘴流入容器B，再经圆柱形管嘴流入容器C，最后经底部圆柱形管嘴流到大气中。已知d10.008m，d20.010m，d30.006m。当H1.2m，h0.025m时，求经过此系统的流量和水位差h1与h2。解：查表得由题：QQ1Q2Q3所以，经过此系统的流量：Q= Q31.13510-4 m3/s由（1）式：由（2）式：