流体力学第四章答案.doc

第四章习题简答
4-2 管径，管长的水平管中有比重为0.9油液流动，水银差压计读数为，三分钟内流出的油液重量为。管中作层流流动，求油液的运动粘度。
解: 管内平均流速为
园管沿程损失hf为水银油=0.142(13.6/0.9-1)=2.004m
园管沿程损失hf可以用达西公式表示： ,对层流, , 有, 但, 从而, 代入已知量, 可得到

题 4-2 图
4-4 为了确定圆管内径，在管内通过的水，实测流量为，长管段上的水头损失为水柱。试求此圆管的内径。
解：

4-6 比重, 的油在粗糙度的无缝钢管中流动，管径，流量, 求沿程阻力系数。
解: 当>Re>4000时，使用光滑管紊流区公式：。
园管平均速度, 流动的, ： , 从而
4-8 输油管的直径,流量，油的运动黏度,试求每公里长的沿程水头损失。
解：

4-10 长度，内经的普通镀锌钢管，用来输送运动粘度的重油，已经测得其流量。求沿程损失为多少？?
解: 园管平均速度, 流动的, ,
4-12 混凝土排水管的水力半径，水均匀流动的水头损失为，粗糙系数，试计算管中流速。
解：
用谢才公式求流速

4- 15 水管中的水通过直径为，长度为，沿程阻力系数为的铅直管向大气中泄水(如图)。求为多大时，流量与无关。
解：取1－1、2－2断面列伯努利方程：

所以，当时，Q与h、l无关。
4-16 如题4-16图，水从直径，长的铅垂管路流入大气中，水箱中液面高度为，管路局部阻力可忽略，沿程阻力系数为。
（1）求管路起始断面A处压强。
（2）h等于多少时，可使A点的压强等于大气压。
解：（1） 设A断面上的压强为，对液面及A断面列伯努力方程：
即
对A断面稍后和管出口断面稍前列伯努力方程并将上式代入：

由此可得：

（2） A处压强为大气压，即表压强为零。由上式可得：

即 时，A断面处表压强为零。
4-17 一输水管直径，管长，管壁的切应力，求在长管上的水头损失及在圆管中心和处的切应力。
解: 由, 有, 在园管中心r=0,
切应力=0, 在r=100mm处, 切应力
水头损失
4-18 从相对压强的水管处接出一个橡皮管，长，直径，橡皮管的沿程阻力系数，在橡皮管靠始端接一阀门，阀门的局部阻力系数，求出口速度。
解: 列橡皮管进, 出口两端伯努力方程：

题4-18 图 题4-19图
4-19 长管输送液体只计沿程损失，当，L一定，沿程损失为时，管路输送功率为最大，已知,, 管路末端可用水头，管路末端可用功率为,,求管路的输送流量与管路直径。
解：管路输送功率为：

∴ 输送流量

沿程损失

∴
d=0.507m

4-20 水从封闭容器沿直径,长度的管道流入容器，若容器水面的相对压强为2个工程大气压，，,局部阻力系数，，，沿程阻力系数，求流量。
解：列1-1、2-2两断面的伯努利方程

解得：·

题4-20 题4-21图
4-21 水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。如水箱的水深，管道直径, 管道长，沿程摩阻系数，局部水头损失系数，试问在什么条件下，流量随管长的增加而减小？
解：（1）对液面及出流断面列伯努力方程：

要使流量随管长的增加而减小，则

4-22 一条输水管，长，管径，设计流量。水的运动粘度为，如果要求此管段的沿程水头损失为，试问应选择相对粗糙度为多少的管道。
解：

由于Re>2000，流动是紊流
根据Re和λ查莫迪图，得=0.004mm
（课本后的答案为1.2mm。）
4-23 水管直径为，、两断面相距，高差，通过流量，水银压差计读值为，试求管道的沿程阻力系数。
解：
列1、2两断面的伯努利方程

由题意可得
v1=v2=v

将上述两式代入伯努利方程可得

题4-23 图 题4-24 图
4-24 两水池水位恒定，已知管道直径，管长，沿程阻力系数，局部水头损失系数，，通过流量。试求水池水面高差。
解：
列1-1、2-2两断面的伯努利方程

则

(课本后的答案为43.9m)
4-25 自水池中引出一根具有三段不同直径的水管如图所示。已知，，，，局部阻力系数，，设沿程阻力系数，求管中通过的流量并绘出总水头线与测压管水头线。

题4-25 图
解：以0-0截面为基准面，列1-1、2-2截面的伯努利方程

则由连续方程可得，代入上式，得

4-26 圆管和正方形管的断面面积、长度、沿程阻力系数都相等，且沿程水头损失也相等，试分析两种形状管道的流量之比。
解：

4-27 水平管路直径由突然扩大为，在突然扩大的前后各安装一测压管，读得局部阻力后的测压管比局部阻力前的测压管水柱高出。求管中的流量。
解：对突然扩大前后断面列伯努利方程式，则：

由连续方程
，
将代入，
则，

所以，

题4-27 图 题4-28图
4-28 直立的突然扩大管路，已知，，，，试确定水银比压计中的水银液面哪一侧较高，差值为多少？
解：对1-1、2-2截面列伯努利方程式，则：

由连续方程v1A1=v2A2得
代入上式得

所以右侧的水银液面高
列3-3等压面方程

4-29 水平突然缩小管路的，，水的流量。用水银测压计测得。求突然缩小的水头损失。
解:对突然缩小前后断面列伯努利方程式，则：

，
由测压计知

所以，

题4-29 图 题4-30 图
4-30 如图所示，水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道。已知直径，，，管道的当量糙度，水温为。若管道出口流速 ，求（1）水位。（2）绘出总水头线和测压管水头线。
解：（1）20℃水的运动黏度为1.007×10-6m2/s
由连续方程，得

,
，
根据Re和查莫迪图，得λ1=0.039，λ2=0.036
对液面及出流断面列伯努力方程：

(课本后的答案为5.44m)
(2)