工程流體力學(xué)課后習(xí)題答案.doc

流體及其主要物理性質(zhì)7 相對(duì)密度0.89的石油，溫度20C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為40cSt，求動(dòng)力粘度為多少？解： 40cSt0.4St0.410-4m2/s0.410-48903.5610-2 Pas8 圖示一平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，已知運(yùn)動(dòng)速度u=1m/s，板與固定邊界的距離=1，油的動(dòng)力粘度1.147Pas，由平板所帶動(dòng)的油層的運(yùn)動(dòng)速度呈直線分布，求作用在平板單位面積上的粘性阻力為多少？解：9 如圖所示活塞油缸，其直徑D12cm，活塞直徑d11.96cm，活塞長(zhǎng)度L14cm，油的0.65P，當(dāng)活塞移動(dòng)速度為0.5m/s時(shí)，試求拉回活塞所需的力F=？解：AdL , 0.65P0.065 Pas , u0.5m/s , y=(D-d)/2流體靜力學(xué)6油罐內(nèi)裝相對(duì)密度0.70的汽油，為測(cè)定油面高度，利用連通器原理，把U形管內(nèi)裝上相對(duì)密度為1.26的甘油，一端接通油罐頂部空間，一端接壓氣管。同時(shí)，壓氣管的另一支引入油罐底以上0.40m處，壓氣后，當(dāng)液面有氣逸出時(shí)，根據(jù)U形管內(nèi)油面高差h0.70m來(lái)推算油罐內(nèi)的油深H為多少？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為測(cè)定油品重度，用如下裝置，經(jīng)過(guò)1管或2管輸入氣體，直至罐內(nèi)油面出現(xiàn)氣泡為止。用U形管水銀壓力計(jì)分別量出1管通氣時(shí)的h1，及2管通氣時(shí)的h2。試根據(jù)1、2兩管的沉沒(méi)深度H1和H2以及h1和h2，推求油品重度的表達(dá)式。解：8 如圖所示熱水鍋爐，h250mm，問(wèn)鍋爐內(nèi)液面在何處？（要求作圖表示不必計(jì)算）液面上蒸汽壓力為多少？右側(cè)兩管的液面差h1應(yīng)為多少？解： CD p0hgh213.698005010-3pa6664Pa p0hgh2水h1 題28圖 題29圖 題210圖14 利用裝有液體并與物體一起運(yùn)動(dòng)的U形管量測(cè)物體的加速度，如圖所示。U形管直徑很小，L30cm，h5cm。求物體加速度a為多少？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，試求其中深度H1m處的液體壓力。容器以6m/s2的勻加速度垂直上升時(shí)；容器以6m/s2的勻加速度垂直下降時(shí)；自由下落時(shí)；容器以15m/s2的勻加速度下降時(shí)；解：如圖建立直角坐標(biāo)系，則在dp(Xdx+Ydy+Zdz)中有：X0，Y0，Zga所以，dp -(g+a) dz積分上式：p -(g+a) z+C代入邊界條件：z0時(shí)，p0（表壓） 得C0所以：p -(g+a) z ，令zH 得：p(g+a) H容器以6m/s2的勻加速度垂直上升時(shí)：a6m/s2p(g+a)H（9.8+6）1000115800Pa0.16at容器以6m/s2的勻加速度垂直下降時(shí)：a6m/s2p(g+a)H（9.86）100013800Pa0.039at（3）自由下落時(shí)：a9.8 m/s2p(g+a)H（9.8-9.8）100010（4）容器以15m/s2的勻加速度下降時(shí)：a15 m/s2p(g+a)H（9.815）10001-5200Pa0.053at16 在一直徑D300mm、高H500mm的圓柱形容器中注入水至高度h1300mm，然后使容器繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)。試決定能使水的自由液面到達(dá)容器上部邊緣時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)n1。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)超過(guò)n1時(shí)，水開(kāi)始溢出容器邊緣，而拋物面的頂端將向底部接近。試求能使拋物面頂端碰到容器底時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)n2，在容器靜止后水面高度h2將為多少？解：自由液面方程：注：拋物體的體積是同底同高圓柱體體積的一半 附證明：拋物體的體積是同底同高圓柱體體積的一半 21 某處裝置一安全閘門，門寬B為0.6米，門高H為1.0米。距底0.4米處裝有閘門橫軸，閘門可繞軸旋轉(zhuǎn)。問(wèn)門前水深h為若干時(shí)，閘門即可自行開(kāi)放？（不計(jì)各處的摩擦力）解：法一：hhD 0.4 mh 1.33 m法二：由題意：P1（0.3e1） P2（0.2 + e2）解得：h 1.33m流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)116 自水箱接出一個(gè)水龍頭，龍頭前有壓力表。當(dāng)龍頭關(guān)閉時(shí)，壓力表讀數(shù)為0.8大氣壓；當(dāng)龍頭開(kāi)啟時(shí)，壓力表讀數(shù)降為0.6大氣壓。如果管子直徑為12毫米，問(wèn)此時(shí)的流量為多少?8mH2O解： p00.8at8mH2O2對(duì)11、22列伯努利方程:23-7 水從井A利用虹吸管引到井B中，設(shè)已知體積流量Q=100米/時(shí)，H1=3米，Z=6米，不計(jì)虹吸管中的水頭損失，試求虹吸管的管徑d及上端管中的負(fù)壓值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 為測(cè)管路軸線處的流速，裝置如圖所示的測(cè)速管。左管接于水管壁，量出不受流速影響的動(dòng)壓強(qiáng)；右管為90彎管，量出受流速影響的總壓強(qiáng)。把兩管連于U形管水銀壓差計(jì)上。若h=200毫米，求管軸處的流速?Z2解：Z1注：3-9 相對(duì)密度為0.85的柴油，由容器A經(jīng)管路壓送到容器B。容器A中液面的表壓力為3.6大氣壓，容器B中液面的表壓力為0.3大氣壓。兩容器液面差為20米。試求從容器A輸送到容器B的水頭損失?解：列A、B兩液面的伯努利方程：213-10 為測(cè)量輸油管內(nèi)流量，安裝了圓錐式流量計(jì)。若油的相對(duì)密度為0.8，管線直徑D=100毫米，喉道直徑d=50毫米，水銀壓差計(jì)讀數(shù)21h=40厘米。流量系數(shù)0.9，問(wèn)每小時(shí)流量為若干噸?解：3-18 輸油管上水平90轉(zhuǎn)彎處，設(shè)固定支座。所輸油品相對(duì)密度為0.8，管徑300mm，通過(guò)流量100L/s，斷面1處壓力2.23大氣壓，斷面2處壓力2.11大氣壓。求支座受壓力大小和方向？解：Q100L/s0.1m3/sAV1AV2x方向動(dòng)量方程：y方向動(dòng)量方程：3-19 水流經(jīng)過(guò)60漸細(xì)彎頭AB，已知A處管徑DA0.5m，B處管徑DB0.25m，通過(guò)的流量為0.1m3/s，B處壓力pB1.8大氣壓。設(shè)彎頭在同一水平面上，摩擦力不計(jì)，求彎頭所受推力為多少牛頓？解：對(duì)A、B列伯努利方程：由動(dòng)量方程：x：y： 3-20 消防隊(duì)員利用消火唧筒熄滅火焰，消火唧筒口徑d1cm，水龍帶端部口徑D5cm，從消火唧筒射出的流速V20m/s，求消防隊(duì)員用手握住消火唧筒所需的力R（設(shè)唧筒水頭損失為1m水柱）？解：對(duì)11、22列伯努利方程：動(dòng)量方程：消防隊(duì)員所需力為381N，方向向左。流體阻力和水頭損失4-3 3 用管路輸送相對(duì)密度0.9，粘度45cP的原油，維持平均流速不超過(guò)1m/s，若保持在層流狀態(tài)下輸送，則管徑最大不應(yīng)超過(guò)多少？解：4-6 6 研究流體繞流與流向垂直放置的橫臥圓柱體所受的阻力T時(shí)，涉及的物理參數(shù)為：流體的流速U、流體的粘度、密度、圓柱直徑D、圓柱長(zhǎng)度及圓柱表面粗糙度。試用因次分析方法中的定理確定各物理量間的無(wú)因次關(guān)系式。并證明T=CDAU2 (其中：A=D，稱迎流面積)，寫出阻力系數(shù)CD的函數(shù)表達(dá)式。解：（1）（2）選基本物理量，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 則 4-18 18 相對(duì)密度0.86的柴油，運(yùn)動(dòng)粘度0.3St，沿直徑250mm的管路輸送，全長(zhǎng)20km，起點(diǎn)壓強(qiáng)17.6大氣壓，終點(diǎn)壓強(qiáng)1大氣壓，不計(jì)高差，求流量。提示：因流量未知，需采用試算法。可先假定水力摩阻系數(shù)0.03，求出流速后，再驗(yàn)算流態(tài)。解：試算法Q0.06m3/s長(zhǎng)管：假設(shè) 0.03則 ，水力光滑區(qū)即 壓力管路的水力計(jì)算5-6 6 圖示一串聯(lián)管路，管徑、管長(zhǎng)、沿程水力摩阻系數(shù)和流量分別標(biāo)于圖中，試按長(zhǎng)管計(jì)算所需的水頭H為多少？解：5-7 7 圖示一輸水管路，總流量Q100L/s，各段管徑、長(zhǎng)度及程水力摩阻系數(shù)分別標(biāo)于圖中，試確定流量Q1、Q2及AB間的水頭損失為多少？解：又 （2）由（1）、（2）得Q10.0446m3/s44.6L/sQ20.0554 m3/s55.4L/s5-8 8 圖示一管路系統(tǒng)，CD管中的水由A、B兩水池聯(lián)合供應(yīng)。已知L1500m，L0500m，L2300m，d10.2m，d00.25m，10.029，20.026，00.025，Q0100L/s。求Q1、Q2及d2解：按長(zhǎng)管計(jì)算 AD伯努利方程：BD伯努利方程：d2=0.242m5-16 16 用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得從直徑d10mm的圓孔出流時(shí)，流出容積的水所需時(shí)間為32.8s，作用水頭為2m，收縮斷面直徑dc8mm。試確定收縮系數(shù)、流速系數(shù)、流量系數(shù)和局部阻力系數(shù)的大小。解：收縮系數(shù)又5-17 17 在d120mm的圓孔形外管嘴上，加接一個(gè)直徑d230mm、長(zhǎng)80mm的管嘴，使液體充滿管口泄出。試比較加接第二管嘴前后流量的變化。解：5-18 18 水從固定液面的水箱，通過(guò)直徑d0.03m的圓柱形外管嘴流出。已知管嘴內(nèi)的真空度為1.5m水柱，