流體力學(xué)習(xí)題答案

1、第七章習(xí)題答案選擇題（單選題）7.1比較在正常工作條件下，作用水頭H，直徑d相等時，小孔口的流量 Q和圓柱形外管嘴的流量Qn :（ b）（a）QQn ； （b） Q9m ； （b）1=（ 34）d， H 0 （ 34） d， H0 9m ； （d） 1 （34） d， H0 9m。Qi=Q2 ；（d）不定。7.3圖示兩根完全相同的長管道，只是安裝高度不同，兩管的流量關(guān)系是：（c）04 1H212=311，通過的流量為：（c）（a） Q Q2 ； （c）7.4并聯(lián)管道1、2,兩管的直徑相同，沿程阻力系數(shù)相同，長度1Qi（a） Q = Q2 ； （ b） Q1 =1.5Q2 ； （ c） Q1 =

2、1.73Q2 ； （d） Q =3Q2。7.5并聯(lián)管道1、2、3、A、B之間的水頭損失是：（d）（a）hfAB=hfi+hf 2 + hf3 ；（ b ） h fAB = hfi + hf2 ；（ c ）hfAB=hf 2+hf 3；（ d ）hfAB= hfi = hf 2= hf3。7.6長管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的：（c）（a）水頭損失相等；（b ）水里坡度相等；（C）總能量損失相等；（d）通過的流量相等。 7.7并聯(lián)管道閥門為 K全開時各段流量為 Qi、Q2、Q3，現(xiàn)關(guān)小閥門K ,其他條件不變， 流量的變化為：（c）16TKQ3（a） Qi、Q2、Q3都減??；（b）Qi減小，Q2不變，Q3

3、減小；（c）Qi減小，Q?增加，Q3減??；（d） Qi不變，Q2增加，Q3減小。7.8有一薄壁圓形孔口， 直徑d為iOmm,水頭H為2m?，F(xiàn)測得射流收縮斷面的直徑dc為38mm，在32.8s時間內(nèi)，經(jīng)孔口流出的水量為0.01 m，試求孔口的收縮系數(shù) ；，流量系解:數(shù)，流速系數(shù)及孔口局部損失系數(shù)。102QA莎專0.0132.8= 0.62VtA 2gH 2 9.807 20.0120.62064-0.974222cVcVc.VcHc2g2g2g二 12 一仁0.062答：孔口的收縮系數(shù);二0.64，流量系數(shù)0.62，流速系數(shù)二0.97，孔口局部損失系數(shù)=0.06 。7.9薄壁孔口出流，直徑 d

4、=2cm,水箱水位恒定 H =2m，試求：（1）孔口流量de ; （2）此孔口外接圓柱形管嘴的流量 Qn ；（ 3）管嘴收縮斷面的真空高度。-j|解： Q=PA/2 gH = 0.6 今 氏。2。2 （t/s）2Qn 二 7A. 2gH =0.82 0.022 . 2g 2 =1.61（|/s） 4以收縮斷面c-c到出口斷面n-n列伯努利方程：2 2 2 Pc:代 _ _P ： nVn% - ;?g 2g ;?g 2g 2gHv12gg4 1.61 10 2 1-0.64I疋_ 0.022一 0.64-9.807= 1.506 (m)答: (1 )孔口流量dc =1.22l/s； (2)此孔口

5、外接圓柱形管嘴的流量Qn =1.61l/s； (3)管嘴收縮斷面的真空高度為 1.506 m。7.10水箱用隔板分為 A、B兩室，隔板上開一孔口，其直徑 d1 =4cm，在B室底部裝有圓柱 形外管嘴，其直徑 d2 =3cm。已知H =3m, h3 =0.5m，試求：（1） h1， h2 ； （ 2）流出水箱的 流量Q。h1_3d1h2Hd2h31Q解：要保持H不變，則補充水量應(yīng)與流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量 均為Q。A.顧 乂專代2gH二hf 斤驚卜曲卜548可解得：-0.548 口 0.548 ,0H3 = 1.06 （ m）1.5481.548h2 = H h -館=31.

6、06 0.5 = 1.44 （m）兀 X0.04,Q =0.642 9.807 1.06 =3.67 (l/s)4答：(1) h1.06m, h2 =1.44m ； (2)流出水箱的流量 Q = 3.67 L/s。27.11有一平底空船，其船底面積 為8m，船舷高h為0.5m，船自重G為9.8kN，現(xiàn)船底破一直徑10cm的圓孔，水自圓孔漏入船中，試問經(jīng)過多少時間后船將沉沒。jQhfI解： 設(shè)船底到水面的水深為 H0 t，船中水深為h，下沉過程是平穩(wěn)的，則有:H。為】=G h 9從孔口流入的流量為Q t =認鬲叫一t二hA , 2G，為常數(shù)。當(dāng)船沉沒時:T0.5 -9.8 10339.8 103

7、 820.62 0.141000 82 9.8 103-393.6（ s）答：經(jīng)過393.6 s后船將沉沒。7.12游泳池長25m，寬10m，水深1.5m，池底設(shè)有直徑10cm的放水孔直通排水地溝，試求放凈池水所需的時間。解：設(shè)池內(nèi)水深為h時，為水流量為 Q =A、. 2gh dV = _QdtdV = A)dh=Qdt dt 二 A0 dh ：AdhQJA 2ghT 二-dh-2A)h/?2 JA.2gH0一2A HoJA,2g152x25x100.620.12,2 9.8074= 7.89 (h)設(shè)水池中的水量為 V，則水量減少量為 dV二-Qdt- dV 二-JA.2ghd Adh答：放

8、凈池水所需的時間為 7.89 ho7.13油槽車的油槽長度為1，直徑為D ,油槽底部設(shè)有卸油孔，孔口面積為 A，流量系數(shù)為J，試求該車充滿油后所需卸空時間。解:ID2a設(shè)當(dāng)油箱中漏深為h時，瞬時泄油量為Qdt。 dV 二 Aodh - -Qdt -A、_2ghdt其中Ao = 2al，匸2a2 +3I 2丿fD)2f12丿=sin日； aD2Dsin v2hDcos =2D2當(dāng)h_D時2dh - - Dsinr2D-h 當(dāng) COS# = 2D .D2dh = Dsin 還2D . sin 二Ao2I 2-dt 1 dh j j= dhAAj2ghAj2g VhA-2120 Aj2g ThIDs

9、dh-二2ID sin 二A2g hdhD sin2hsin - d -Dsin r 亠 i2 二/ 2ID2 2 Sin 9 d62其中0sin r dm、1 COSd0 二sindu 1.1 COST.一 1 - udujiJ -cossin2 二d 二=；三絲du0、1 一 COS)積分可得：T =lD 2 4 A屈答：該車充滿油后所需卸空時間為3g3ID7.14虹吸管將A池中的水輸入 B池，已知長度li=3m , l2=5m，直徑d =75mm，兩池水面高 差H =2m，最大超高h =1.8m，沿程摩阻系數(shù) =0.02，局部損失系數(shù)：進口a =0.5，轉(zhuǎn)彎1=0.2，出口 C=1，試求

10、流量及管道最大超高斷面的真空度。C v2, l v2- v2- v2進亦石亦逐c解：以下游水面為基準(zhǔn)面，從上池水面到下池水面列伯努利方程:二 0.7 1.0 0.02 2g0.075 2gv = J2x9.807；2383 = 3.20 (m/s)兀2Q=vA=3.200.07514.14 (L/s)4從C過流斷面到下池水面列伯努利方程：2,2 2丄Pc- cvc；、I2 VVZc-+cg2gd 2g2g取-C =1T V- =V HPa - PcH v -Pc-1.8 2.0 1-0.025 -1.0 V2p?gI0.0752g= 3.80.0250.0753.2022 9.807=3.10

11、 m答：流量Q =14.14 L/s，管道最大超高斷面的真空度為3.10m。7.15風(fēng)動工具的送風(fēng)系統(tǒng)由空氣壓縮機、貯氣筒、管道等組成，已知管道總長l=100mm ,直徑d =75mm，沿程摩阻系數(shù) =0.045,各項局部水頭損失系數(shù)之和 =4.4,壓縮空氣密度：=7.86 kg / m3，風(fēng)動工具要求風(fēng)壓 650kPa,風(fēng)量0.088 m3 / s，試求貯氣筒的工作壓強。解:從貯氣筒到風(fēng)動工具入口列伯努利方程，忽略高差，則有:接風(fēng)動工具旦二里衛(wèi) 丄遽g : g 2d 2gP1 = P2Pf2 1.0 4.4 O.。45100 Y 4Q 20.075d2-650 1037 86T 1044 6

12、049088 f0.075233= 650 101001.979 10 = 752.0 （ kPa）答：貯氣筒的工作壓強為752.0 kPa。7.16水從密閉容器 A，沿直徑d =25mm ,長丨=10m的管道流入容器 B，已知容器A水面的 相對壓強pi =2at，水面高Hi=1m，H2=5m，沿程摩阻系數(shù) =0.025，局部損失系數(shù)：閥門-v =4.0，彎頭-b =0.3，試求流量。取 vi = v2 = 0 ；進=0.5;出=1.0，則有解：以地面為基準(zhǔn)面，從 A池面到B池面列伯努利方程:2H1弋2 .衛(wèi) 些g 2g2g H10.5+1.0十4.0 + 3漢0.3十0.025漢-V0.02

13、5 丿2g 1 20-5 劇=J16.4= 4.37 （ m/s）兀2Q 二vA =4.370.025 =2.15（ l/s）4答：流量 Q =2.15l/s。7.17水車由一直徑d =150mm ,長丨=80m的管道供水，該管道中有兩個閘閥和4個90彎頭（=0.03，閘閥全開 a=0.12，彎頭 1=0.48）。已知水車的有效容積 V為25m3，水塔 具有水頭h=18m，試求水車充滿水所需的最短時間。解：以管出水口為基準(zhǔn)面，列伯努利方程:d 2g 2g0.5 1.0 4 0.48 2 0.12 0.03 -80 I0.15丿 2g-v=J2g%.66 乂24(m/s)兀2Q=vA=4.240

14、.15 =74.89 (l/s)4/ V =QT= 5.56 (min)二 T = -25 亍-333.84 (s)Q 74.89 10答：水車充滿水所需的最短時間為5.56 min。7.18自密閉容器經(jīng)兩段串聯(lián)管道輸水，已知壓力表讀值 PM=1at,水頭H =2m,管長h=10m,l2=20m，直徑d =100mm， d2 =200mm，沿程摩阻系數(shù)1 = 2 =0.03，試求流量并繪總水頭 線和測壓管水頭線。解:Pmlidi1以管中心線為基準(zhǔn)面，從容器水面到出口斷面列伯努利方程:l2d22H . _Pm 二2V2:?g2g進2222V2Vi-V2li ViI2V2十r 兀AjC2g2gdi

15、 2gd22g FAV2A2 ,ViVr d2di - 2?？汕蟮?進，2gH 2pd2 di1.0d2did2di丿I2d223=2 9.807 2 i01/pMr00.0。2。0.03*= 1.847 (m/s)Vid22i丿1.85=7.3877 (m/s)二V2A2 =i.850.22 =58.03 (L/s)4x00io io+30H (m)i2i0.62.260.6960.i74H p (m)i27.82-0.520.52201210.62.260.1740.6960.522-0 52答：流量Q =58.03 L/s，總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.19水從密閉水箱沿垂直管道送入

16、高位水池中，已知管道直徑d =25mm，管長I =3m,水深h =0.5m ,流量Q=1.5L/s，沿程摩阻系數(shù) =0.033，局部損失系數(shù)：閥門 a =9.3，入口 e =1， 試求密閉容器上壓力表讀值 pM，并繪總水頭線和測壓管水頭線。PmJI解：以下池水面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程:0 Pm?ghil h進.出 I ，、d, P二 Pm hl h g 2I +h)v22g(3.5 c4漢1.5汽1011.0+1.0 +0.033X十9.3儀10.025丿nx0.0252 /= 34.32 1 0374.33 1 03= 108.65 (kPa)4 1.5 10J2二 0.025= 3.06(

17、m/s)xH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63l3.977 / 3.53.5 / 3.5l+h3.53.5閥4.444.443.53.9774.4411.1011.58H,H p(m)答：密閉容器上壓力表讀值Pm =108.65 kPa,總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.20工廠供水系統(tǒng)，由水塔向A、B、C三處供水，管道均為鑄鐵管，已知流量Qc=10L / s，qB=5L / s，qA=10 L / s，各段管長 l1 =350m , l2 =450m，l3=100m，各段直徑 d1 =200mm， d2 =150mm， d3 =100mm，整個場地水

18、平，試求所需水頭。qAlidil2d2Qc水塔qBI 2| 2l2 V2l3 V33_d2 2gd3 2g解：以水平面為基準(zhǔn)面，從水塔水面到C斷面出口列伯努利方程: 2_ . ll , 1 2di 2g其中：2a -5 33，取 n -0.013，查表 7-3 可得:dai = 9.30 ； a2 =43.0 ； a3 =375Qr =25 （ l/s）； Q2 =15 （ l/s）； Q3 =10 （ l/s）代入可得:H =9.3 350 0.0252 43.0 450 0.0152375 100 0.012=10.138 （ m） 答：所需水頭為10.138 m。7.21在長為2l，直徑

19、為d的管道上，并聯(lián)一根直徑相同，長為I的支管（圖中虛線），若水頭H不變，不計局部損失，試求并聯(lián)支管前后的流量比。解：并聯(lián)前，設(shè)管道的比阻為 a，則有:H =2alQ2,并聯(lián)后，總流為Q=alQal33兩支路的流量為 Q； =Q =Q2Qr8t 10心答：并聯(lián)支管前后的流量比為1.26 。7.22有一泵循環(huán)管道，各支管閥門全開時，支管流量分別為 Qi、Q2，若將閥門A開度變小, 其他條件不變，試論證主管流量Q怎樣變化，支管流量 Q1、Q2怎樣變化。H A-QiI Q2解： 設(shè)主管阻抗為So，支管阻抗為Si，S2。主管損失為hf0 SoQ；，支管損失為hfSQSiQi2 -S2Qf。QiQ2hf

20、ihfiV2S2V Si / S2SiS2水泵揚程Ho2=hfo hf = So S Qo.dHoS2y/S2i -、. S. S2SS2=S0 + 2I（ys+ys2）S1S2Qo + So + 2（屆 +4 ） jdQodS1S2左可忑2Qo2H_dHoQo dQodQodS對離心泵，一般有: o，成立Qo: o。dQodS,即Qo減小，而Ho增加，hfo減小，故hf1增加。又.Q Qi Q2，當(dāng)hf1增加時，S2不變，故Q2增加- Qi減少答：主管流量 Q減小，支管流量 Q,減少、Q2增加。7.23電廠引水鋼管直徑 d =18omm ,壁厚：=iomm ,流速v=2 m / s ,工作壓

21、強為1 x io6Pa,當(dāng)閥門突然關(guān)閉時，管壁中的應(yīng)力比原來增加多少倍？解:lH =Cvo其中1435Co192.1 10 1801020.0 10 10-1319 （ m/s）Pa;E = 2o.o 1010Pa; D =180 mm ；= 10 mm1319- H2 =269 (m)9.807=P 二 2638.14 ( kPa) 管中壓強增大的倍數(shù)為 3.64倍。答：管壁中的應(yīng)力比原來增加3.64倍。7.24輸水鋼管直徑d =100m m,壁厚：=7m m ,流速v=1.2m / s，試求閥門突然關(guān)閉時的 水擊壓強，又如該管道改為鑄鐵管水擊壓強有何變化？解：對鋼管：C1435J0920.

22、0 1011341 ( m/s)100 Y2對鑄鐵：c1435CoED*9,2.1 10110.8 10100-1 = 1256 (m/s)、2341 1.2 =164.05 ( m)9.807-H = v0 ：g 9.8071256 1.2 =153.09 (m)6 ：P =1.609 10 Pa=1.507 1 06 Pa答：閥門突然關(guān)閉時的水擊壓強為1.609 106 Pa,該管道改為鑄鐵管水擊壓強為61.507 10 Pa。7.25水箱中的水由立管及水平支管流入大氣，已知水箱水深H =1m，各管段長l=5m，直徑d =25mm，沿程摩阻系數(shù) =0.0237，除閥門阻力（局部水頭損失系數(shù)

23、外，其他局部阻力不計，試求：（1）閥門關(guān)閉時，立管和水平支管的流量Q1、Q2 ；（2）閥門全開（=0）時，流量Q1、Q2 ； （ 3）使Q1 = Q2，應(yīng)為多少？Al,dl,d1l,dIq解：（1）閥門關(guān)閉。HI色竺d 2gV2 =2g H l212 9.807 i 5 * g)0.0237 i00.025Q2 =72=2= 3.520.0252 =i.73 (L/s)4Qi = 0(2)閥門全開。設(shè)結(jié)點處壓強為p，以水平管為基準(zhǔn)面，則有:?g2alQi可得：Q2 -Q| -丄a其中a82.5g 二 d8 20.0237 5 =200587 =2.0 i05 g 二 0.025再從水池面到2

24、2Qi出口列能量方程：2l alQ2 alQi2- Q2Qi22l HalQ = Qi Q22o9可得：Qi2 2QiQ2 Q； Qi22l Hal22l H3Qi2 2QiQ2al22-5Qi -Q2 =0.5 i0J=i.6 i02.0 i0 52_5i.5Qi QQ2=0.5 i.6 i022_5i.6Qi -i.6Q2 =0.5 i.6 i0 -0.iQi2 QQ2 i.6Q； =0Q I -10lQ2丿Q2丿16 =0解得：i0 i0264 6.4Q22故 Q-i = 11.4Q2, Qi - - 1.4Q2不合題意。代入方程中可得:(L/s)128.96Q； = 0.5匯 10互n Q? =0.197 (L/s), Q- =251(3)設(shè)置閥門開度，使QQ