工程流體力學課后習題答案

1、第1章 緒論【1-1】500cm3的某種液體，在天平上稱得其質(zhì)量為0.453kg，試求其密度和相對密度。【解】液體的密度相對密度 【1-2】體積為5m3的水，在溫度不變的條件下，當壓強從98000Pa增加到4.9105Pa時，體積減少1L。求水的壓縮系數(shù)和彈性系數(shù)?！窘狻坑蓧嚎s系數(shù)公式【1-3】溫度為20，流量為60m3/h的水流入加熱器，如果水的體積膨脹系數(shù)t=0.00055K-1，問加熱到80后從加熱器中流出時的體積流量變?yōu)槎嗌?？【解】根?jù)膨脹系數(shù)則【1-4】用200升汽油桶裝相對密度0.70的汽油。罐裝時液面上壓強為98000Pa。封閉后由于溫度變化升高了20，此時汽油的蒸汽壓力為176

2、40Pa。若汽油的膨脹系數(shù)為0.0006K-1，彈性系數(shù)為13.72106Pa，（1）試計算由于壓力溫度變化所增加的體積，（2）問灌裝時汽油的體積最多不應(yīng)超過桶體積的百分之多少？【解】（1）由可得，由于壓力改變而減少的體積為 由于溫度變化而增加的體積，可由得 （2）因為，相比之下可以忽略由壓力變化引起的體積改變，則由 得 習題1-5圖油uyx【1-5】圖中表示浮在油面上的平板，其水平運動速度為u=1m/s，=10mm，油品的粘度=0.9807Pas，求作用在平板單位面積上的阻力。【解】根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律rz習題1-6圖u則 【1-6】已知半徑為R圓管中的流速分布為式中c為常數(shù)。試求管中的切應(yīng)力

3、與r的關(guān)系?！窘狻扛鶕?jù)牛頓內(nèi)摩擦定律則 第2章 流體靜力學【2-1】容器中裝有水和空氣，求A、B、C和D各點的表壓力？【解】空氣各點壓力相同，與空氣接觸的液面壓力即為空氣的壓力，另外相互連通的同種液體同一高度壓力相同，即等壓面題2-2圖paCpa30cm10cmhAB水【2-2】如圖所示的U形管中裝有水銀與水，試求：（1）A、C兩點的絕對壓力及表壓力各為多少？（2）求A、B兩點的高度差h？【解】由，得（1） 水油Hph1h2R題2-3圖（2）選取U形管中水銀的最低液面為等壓面，則得 【2-3】在一密閉容器內(nèi)裝有水及油，密度分別為w及o，油層高度為h1，容器底部裝有水銀液柱壓力計，讀數(shù)為R，水銀

4、面與液面的高度差為h2，試導出容器上方空間的壓力p與讀數(shù)R的關(guān)系式?！窘狻窟x取壓力計中水銀最低液面為等壓面，則得 p00.4mp壓力氣體題2-4圖hH【2-4】油罐內(nèi)裝有相對密度為0.7的汽油，為測定油面高度，利用連通器原理，把U形管內(nèi)裝上相對密度為1.26的甘油，一端接通油罐頂部空間，一端接壓氣管。同時，壓力管的另一支引入油罐底以上的0.4m處，壓氣后，當液面有氣逸出時，根據(jù)U形管內(nèi)油面高度差h=0.7m來計算油罐內(nèi)的油深H= ?【解】選取U形管中甘油最低液面為等壓面，由氣體各點壓力相等，可知油罐底以上0.4m處的油壓即為壓力管中氣體壓力，即得 AB1mh題2-5圖【2-5】圖示兩水管以U形

5、壓力計相連，A、B兩點高差1m，U形管內(nèi)裝有水銀，若讀數(shù)h=0.5m，求A、B兩點的壓力差為多少？【解】選取U形管內(nèi)水銀最低液面為等壓面，設(shè)B點到水銀最高液面的垂直高度為x，則得 THHpadoyxdDCPyDyCdL題2-6圖【2-6】圖示油罐發(fā)油裝置，將直徑為d的圓管伸進罐內(nèi)，端部切成45角，用蓋板蓋住，蓋板可繞管端上面的鉸鏈旋轉(zhuǎn)，借助繩系上來開啟。已知油深H=5m，圓管直徑d=600mm，油品相對密度0.85，不計蓋板重力及鉸鏈的摩擦力，求提升此蓋板所需的力的大?。浚ㄌ崾荆荷w板為橢圓形，要先算出長軸2b和短軸2a，就可算出蓋板面積A=ab）?！窘狻糠治鋈鐖D，以蓋板上的鉸鏈為支點，根據(jù)力矩

6、平衡，即拉力和液體總壓力對鉸鏈的力矩平衡，以及切角成45可知其中可得 HohBH0.4myCyDyDP題2-7圖0.5m【2-7】圖示一個安全閘門，寬為0.6m，高為1.0m。距底邊0.4m處裝有閘門轉(zhuǎn)軸，使之僅可以繞轉(zhuǎn)軸順時針方向旋轉(zhuǎn)。不計各處的摩擦力，問門前水深h為多深時，閘門即可自行打開？【解】分析如圖所示，由公式可知，水深h越大，則形心和總壓力的作用點間距離越小，即D點上移。當D點剛好位于轉(zhuǎn)軸時，閘門剛好平衡，即。則由 B=0.6m，H=1m，可知 BR=1m油水H0.5m0.5m1.9mAo汞H等效自由液面oAxyCC()h*=pB/ogPxPZP題2-8圖得 【2-8】有一壓力貯油

7、箱（見圖），其寬度（垂直于紙面方向）b=2m，箱內(nèi)油層厚h1=1.9m，密度0=800kg/m3，油層下有積水，厚度h2=0.4m，箱底有一U型水銀壓差計，所測之值如圖所示，試求作用在半徑R=1m的圓柱面AB上的總壓力（大小和方向）?！窘狻糠治鋈鐖D所示，先需確定自由液面，選取水銀壓差計最低液面為等壓面，則由pB不為零可知等效自由液面的高度 曲面水平受力曲面垂直受力 則 【2-9】一個直徑2m，長5m的圓柱體放置在圖示的斜坡上。求圓柱體所受的水平力和浮力。60水H1mABCDAxF題2-9圖（）【解】分析如圖所示，因為斜坡的傾斜角為60，故經(jīng)D點過圓心的直徑與自由液面交于F點。BC段和CD段水平

8、方向的投影面積相同，力方向相反，相互抵消，故圓柱體所受的水平力圓柱體所受的浮力分別畫出F-A段和A-D段曲面的壓力體，虛實抵消，則H水油ABC水的等效自由液面Ax1Ax2(+)(-)h*=poB/wg題2-10圖【2-10】圖示一個直徑D=2m，長L=1m的圓柱體，其左半邊為油和水，油和水的深度均為1m。已知油的密度為=800kg/m3，求圓柱體所受水平力和浮力?！窘狻恳驗樽蟀脒厼椴煌后w，故分別來分析AB段和BC段曲面的受力情況。（1）AB曲面受力（2）BC曲面受力首先確定自由液面，由油水界面的壓力可確定等效自由液面高度則則，圓柱體受力 （方向向上）1.0m0.5m1.0m（）（）題2-11

9、圖abcd【2-11】圖示一個直徑為1.2m的鋼球安裝在一直徑為1m的閥座上，管內(nèi)外水面的高度如圖所示。試求球體所受到的浮力?！窘狻糠治鋈鐖D所示，將整個鋼球曲面分段。首先考慮閥座上面的液體對曲面的作用力，即分別畫出a-d、a-b和c-d段曲面的壓力體；再考慮閥座下面液體對曲面的作用力，即畫出b-c段曲面的壓力體；最后壓力體虛實抵消，圖中實壓力體V2（）為一圓柱體，其底面直徑為閥座直徑1.0m，虛壓力體V1(-)為鋼球體體積，則【2-12】圖示一盛水的密閉容器，中間用隔板將其分隔為上下兩部分。隔板中有一直徑d=25cm的圓孔，并用一個直徑D=50cm質(zhì)量M=139kg的圓球堵塞。設(shè)容器頂部壓力表

10、讀數(shù)pM=5000Pa，求測壓管中水面高x大于若干時，圓球即被總壓力向上頂開？【解】分析如圖所示，由于液面不是自由液面，需將液面壓力轉(zhuǎn)化為該液體的等效高度h*，確定等效自由液面。然后將整個鋼球曲面分段，分別考慮受力。首先考慮隔板上面的液體對曲面的作用力，即分別畫出a-d、a-b和c-d段曲面的壓力體；再考慮隔板下面液體對曲面的作用力，即畫出b-c段曲面的壓力體；最后壓力體虛實抵消，圖中虛壓力體（-）為一球體和圓柱體體積之和，其中圓柱體底面直徑為隔板圓孔直徑。根據(jù)受力分析可知，當x值等于某一值時，圓球所受的浮力和重力相同，當x大于該值是圓球即被頂開，由受力平衡可確定這一臨界值。則 xyh*=pM

11、/g等效自由液面()()題2-12圖abcd第三章 流體運動學【3-1】已知流場的速度分布為（1）屬幾元流動？（2）求（x,y,z）=（3,1,2）點的加速度？【解】（1）由流場的速度分布可知流動屬三元流動。（2）由加速度公式得故過（3,1,2）點的加速度其矢量形式為：，大小a=70。【3-2】已知流場速度分布為ux=x2，uy=y2，uz=z2，試求（x,y,z）=（2,4,8）點的遷移加速度？【解】由流場的遷移加速度得故（2,4,8）點的遷移加速度L12題3-3 圖矢量形式：，大小a=1032?！?-3】有一段收縮管如圖。已知u1=8m/s，u2=2m/s，l=1.5m。試求2點的遷移加速

12、度?！窘狻恳驗槭且欢问湛s管，其流動方向為從2點所在斷面流到1點所在斷面。由流場的遷移加速度其中：則2點的遷移加速度為【3-4】某一平面流動的速度分量為ux=-4y，uy=4x。求流線方程?！窘狻坑闪骶€微分方程將速度分量代入流線微分方程并簡化，得整理，得兩邊積分，解得流線方程可見流線為一簇同心圓，當c取不同值時，即為不同的流線。【3-5】已知平面流動的速度為，式中B為常數(shù)。求流線方程?！窘狻科矫媪鲃拥乃俣确至看肓骶€微分方程簡化得變形得兩邊積分可解得流線方程可見流線為一簇雙曲線，c取不同值時即為不同的流線?！?-6】用直徑200mm的管輸送相對密度為0.7的汽油，使流速不超過1.2m/s，問每秒

13、最多輸送多少kg？【解】由質(zhì)量流量公式得【3-7】截面為300mm400mm的矩形孔道，風量為2700m3/h，求平均流速。如風道出口處截面收縮為150mm400mm，求該處斷面平均流速?！窘狻坑善骄魉俟降萌顼L道出口處截面收縮為150mm400mm，則【3-8】已知流場的速度分布為ux=y+z，uy=z+x，uz=x+y，判斷流場流動是否有旋？【解】由旋轉(zhuǎn)角速度可知故為無旋流動?！?-9】下列流線方程所代表的流場，哪個是有旋運動？（1）2Axy=C（2）Ax+By=C （3）Alnxy2=C【解】由流線方程即流函數(shù)的等值線方程，可得由題意可知流函數(shù)分別為2Axy、Ax+By、Alnxy2，

14、則（1）速度分量旋轉(zhuǎn)角速度可知，故為無旋流動。（2）速度分量旋轉(zhuǎn)角速度可知，故為無旋流動。（3）速度分布旋轉(zhuǎn)角速度可知，故為有旋流動?！?-10】已知流場速度分布為ux=-cx，uy=-cy，uz=0，c為常數(shù)。求：（1）歐拉加速度a=？；（2）流動是否有旋?（3）是否角變形?（4）求流線方程?！窘狻浚?）由加速度公式得 （2）旋轉(zhuǎn)角速度可知 ，故為無旋流動。（3）由角變形速度公式可知為無角變形。（4）將速度分布代入流線微分方程變形得兩邊積分，可得流線方程，流線為一簇射線。第四章 流體動力學題 4-1圖12345m2md 【4-1】直徑d=100mm的虹吸管，位置如圖所示。求流量和2、3點的壓

15、力（不計水頭損失）?！窘狻苛?、4點所在斷面的伯努利方程，以過4點的水平面為基準面。 得 列1、2點所在斷面的伯努利方程，以過1點的水平面為基準面 （v2=v4）得 列1、3點所在斷面的伯努利方程，以過1點的水平面為基準面 （v3=v4）得 題 4-2圖水u=0.8h油1221【4-2】一個倒置的U形測壓管，上部為相對密度0.8的油，用來測定水管中點的速度。若讀數(shù)h=200mm，求管中流速u=?【解】選取如圖所示1-1、2-2斷面列伯努利方程，以水管軸線為基準線其中：p1和p2分別為1-1、2-2斷面軸線上的壓力。設(shè)U形測壓管中油的最低液面到軸線的距離為x，選取U形測壓管中油的最高液面為等壓面

16、，則則 題 4-3圖d1Hm汞mmd2Qz1z2水平基準線1122【4-3】圖示為一文丘里管和壓力計，試推導體積流量和壓力計讀數(shù)之間的關(guān)系式。當z1=z2時，=1000kg/m3，H=13.6103kg/m3，d1=500mm，d2=50mm，H=0.4m，流量系數(shù)=0.9時，求Q=？【解】列1-1、2-2斷面的伯努利方程、以過1-1斷面中心點的水平線為基準線。設(shè)過1-1斷面中心點的水平線到壓力計中水銀的最高液面的距離為x。選取壓力計中水銀的最低液面為等壓面，則又由、，代入伯努利方程，得題 4-4圖paH1221 【4-4】管路閥門關(guān)閉時，壓力表讀數(shù)為49.8kPa，閥門打開后，讀數(shù)降為9.8

17、kPa。設(shè)從管路進口至裝表處的水頭損失為流速水頭的2倍，求管路中的平均流速?！窘狻慨敼苈烽y門關(guān)閉時，由壓力表度數(shù)可確定管路軸線到自由液面的高度H當管路打開時，列1-1和2-2斷面的伯努利方程，則簡化得 得 題 4-5圖B11223344【4-5】為了在直徑D=160mm的管線上自動摻入另一種油品，安裝了如下裝置：自錐管喉道處引出一個小支管通入油池內(nèi)。若壓力表讀數(shù)為2.3105Pa，吼道直徑d=40mm，T管流量Q=30 L/s，油品的相對密度為0.9。欲摻入的油品的相對密度為0.8，油池油面距喉道高度H=1.5m，如果摻入油量約為原輸量的10%左右，B管水頭損失設(shè)為0.5m，試確定B管的管徑。

18、【解】列1-1和2-2斷面的伯努利方程，則 其中： 得 列4-4自由液面和3-3斷面的伯努利方程，以4-4自由液面為基準面，則其中： p3=p2則解得。AB題 4-6圖【4-6】一變直徑的管段AB，直徑dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.0m，用壓力表測得pA=70kPa，pB=40kPa，用流量計測得流量Q=0.2m3/s。試判斷水在管段中流動的方向?！窘狻苛蠥點和B點所在斷面的伯努利方程其中 則 p112233h題 4-7圖Hx故流動方向為AB?！?-7】泄水管路如附圖所示，已知直徑d1=125mm，d2=100mm，d3=75mm，汞比壓力計讀數(shù)h=175mm，不計阻力，求流量和

19、壓力表讀數(shù)?！窘狻吭O(shè)2-2斷面中心點到壓力計中水銀最高液面的距離為x，列1-1、2-2斷面的伯努利方程，以過2-2斷面中心點的水平面為基準面，則選取壓力計中水銀最低液面為等壓面，則得 又由連續(xù)性方程可知 將上兩式代入伯努利方程中，可得，列壓力表所在斷面和出口斷面的伯努利方程可得壓力表度數(shù) 1d3d1Hd2M題 4-8圖12233測壓管水頭線【4-8】如圖所示，敞開水池中的水沿變截面管路排出的質(zhì)量流量Qm=14kg/s，若d1=100mm，d2=75mm，d3=50mm，不計損失，求所需的水頭H，以及第二段管段中央M點的壓力，并繪制測壓管水頭線?！窘狻苛?-1和3-3斷面的伯努利方程，則其中 得

20、 列M點所在斷面2-2和3-3斷面的伯努利方程，則H=4mAv1v2A1=0.2m2A2=0.1m2 題 4-9圖總水頭線（不計損失）總水頭線（計損失）測壓管水頭線測壓管水頭線【4-9】由斷面為0.2m2和0.1m2的兩根管子組成的水平輸水管系從水箱流入大氣中：（1）若不計損失，求斷面流速v1及v2；繪總水頭線及測壓管水頭線；求進口A點的壓力。（2）計入損失：第一段的水頭損失為流速水頭的4倍，第二段為3倍，求斷面流速v1及v2；繪制總水頭線及測壓管水頭線；根據(jù)所繪制水頭線求各管段中間點的壓力?！窘狻浚?）列自由液面和管子出口斷面的伯努利方程，則得 又由 得 列A點所在斷面和管子出口斷面的伯努利

21、方程，則得 （2）列自由液面和管子出口斷面的伯努利方程，則由 得 、細管段中點的壓力為：粗管段中點的壓力為：27m2m真空表題 4-10圖【4-10】用73.5103W的水泵抽水，泵的效率為90，管徑為0.3m，全管路的水頭損失為1m，吸水管水頭損失為0.2m，試求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空表的讀數(shù)。【解】列兩自由液面的伯努利方程，則得 H=30m又由 得列最低自由液面和真空表所在斷面的伯努利方程，則得 故真空表的讀數(shù)為26.632kPa?！?-11】圖示一管路系統(tǒng)，欲維持其出口流速為20m/s，問水泵的功率為多少？設(shè)全管路的水頭損失為2m，泵的效率為80，壓水管路的水頭損失為1.7m，則壓力

22、表上的讀數(shù)為若干？【解】列自由液面和出口斷面的伯努利方程，有19m1m壓力表d2=2cmd1=1cm題 4-11圖 得 又由 列壓力表所在斷面和出口斷面的伯努利方程，則其中： 得 【4-12】圖示離心泵以20m3/h的流量將相對密度為0.8的油品從地下罐送到山上洞庫油罐。地下油罐油面壓力為2104Pa，洞庫油罐油面壓力為3104Pa。設(shè)泵的效率為0.8，電動機效率為0.9，兩罐液面差為40m，全管路水頭損失設(shè)為5m。求泵及電動機的額定功率（即輸入功率）應(yīng)為若干？40m題 4-12圖【解】列兩油罐液面的伯努利方程，則得 則yRF1122題 4-13圖xRxRy【4-13】輸油管線上水平90轉(zhuǎn)變處

23、，設(shè)固定支座。所輸油品=0.8，管徑d=300mm，通過流量Q=100 L/s，斷面1處壓力為2.23105Pa，斷面2處壓力為2.11105Pa。求支座受壓力的大小和方向。【解】選取1-1和2-2斷面及管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標系，設(shè)彎管處管壁對流體的力為R。列x方向動量方程其中：則列y方向動量方程其中：則支座受壓力F的大小為21.84kN，方向與R方向相反。y60pAABpB題 4-14圖oxRRyRxF【4-14】水流經(jīng)過60漸細彎頭AB，已知A處管徑dA=0.5m，B處管徑dB=0.25m，通過的流量為0.1m3/s，B處壓力pB=1.8105Pa。設(shè)彎頭在同一水平面上摩

24、擦力不計，求彎頭所受推力?！窘狻窟x取A和B斷面及管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標系。列A斷面和B斷面的伯努利方程，得（因彎頭為水平放置，即z1=z2=0）其中：則列x方向動量方程可知，與設(shè)的方向相反。列y方向動量方程則題 4-15圖DFdyxR2211o【4-15】消防隊員利用消火唧筒熄滅火焰，消火唧筒出口直徑d=1cm，入口直徑D=5cm，從消火唧筒射出的流速v=20m/s。求消防隊員手握住消火唧筒所需要的力？（設(shè)唧筒水頭損失為1m）【解】選取消火唧筒的出口斷面和入口斷面與管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標系。列1-1和2-2斷面的伯努利方程 其中：得列x方向的動量方程得 Mv

25、1v2D2D1題 4-16圖yx1122R【4-16】嵌入支座的一段輸水管，如圖所示，其直徑由D1=0.15m變化為D2=0.1m。當支座前端管內(nèi)壓力p=4105Pa，流量Q=0.018m3/s，求該管段中支座所受的軸向力?！窘狻咳?-1、2-2斷面及管壁圍成的空間為控制體，建立如圖所示坐標系。列1-1和2-2斷面的伯努利方程求得其中：得列x方向即軸向動量方程則 該管段中支座所受的軸向力【4-17】水射流以19.8m/s的速度從直徑d=0.1m的噴口射出，沖擊一個固定的對稱葉片，葉片的轉(zhuǎn)角=135，求射流對葉片的沖擊力。若葉片以12m/s的速度后退，而噴口仍固定不動，沖擊力將為多大？【解】建立

26、如圖所示坐標系，選取如圖所示控制體F題 4-17圖xyo（1）列x方向的動量方程其中 則射流對葉片的沖擊力。（2）若葉片以12m/s的速度后退，因坐標系建立在葉片上，故水流撞擊葉片前的速度為v=19.8-12=7.8m/s，代入上式得射流對葉片的沖擊力。第五章 量綱分析與相似原理【5-1】試用量綱分析法分析自由落體在重力影響下降落距離s的公式為s=kgt2，假設(shè)s和物體質(zhì)量m、重力加速度g和時間t有關(guān)?！窘狻繎?yīng)用瑞利法（1）分析物理現(xiàn)象，假定（2）寫出量綱方程或（3）利用量綱和諧原理確定上式中的指數(shù)解得回代到物理方程中得【5-2】檢查以下各綜合數(shù)是否為無量綱數(shù)：（1）；（2）；（3）；（4）；

27、（5）?！窘狻浚?）展開量綱公式為有量綱數(shù)；（2）展開量綱公式為有量綱數(shù)；（3）展開量綱公式為有量綱數(shù)；（4）展開量綱公式為有量綱數(shù)；（5）展開量綱公式 為無量綱數(shù)。【5-3】假設(shè)泵的輸出功率是液體密度，重力加速度g，流量Q和揚程H的函數(shù)，試用量綱分析法建立其關(guān)系?！窘狻坷萌鹄?，取比重=g（1）分析物理現(xiàn)象，假定（2）寫出量綱方程或（3）利用量綱和諧原理確定上式中的指數(shù)解得回代到物理方程中得【5-4】假設(shè)理想液體通過小孔的流量Q與小孔的直徑d，液體密度以及壓差有關(guān)，用量綱分析法建立理想液體的流量表達式。【解】利用瑞利法（1）分析物理現(xiàn)象，假定（2）寫出量綱方程或（3）利用量綱和諧原理確定上

28、式中的指數(shù)解得回代到物理方程中得【5-5】有一直徑為D的圓盤，沉沒在密度為的液池中，圓盤正好沉于深度為H的池底，用量綱分析法建立液體作用于圓盤面上的總壓力P的表達式?！窘狻坷枚ɡ恚?）分析物理現(xiàn)象（2）選取H、g、為基本量，它們的量綱公式為，其量綱指數(shù)的行列式為所以這三個基本物理量的量綱是獨立的，可以作為基本量綱。（3）寫出5-3=2個無量綱項，（4）根據(jù)量綱和諧原理，可確定各項的指數(shù)，則，（5）無量綱關(guān)系式可寫為或 總壓力 【5-6】用一直徑為20cm圓管，輸送=410-5m2/s的油品，流量為12 L/s。若在實驗室內(nèi)用5cm直徑的圓管作模型試驗，假如采用（1）20的水，（2）=1710

29、-6m2/s的空氣，則模型流量為多少時才能滿足粘滯力的相似？【解】依題意有Rep=Rem，或（1）查表可知20的水的運動粘度為1.00710-6m2/s，由此可得（2）若為空氣，則【5-7】一長為3m的模型船以2m/s的速度在淡水中拖曳時，測得的阻力為50N，試求（1）若原型船長45m，以多大的速度行駛才能與模型船動力相似。（2）當原型船以（1）中求得的速度在海中航行時，所需的拖曳力為多少？（海水密度為淡水的1.025倍。該流動雷諾數(shù)很大，不需考慮粘滯力相似，僅考慮重力相似。）【解】欲保持重力相似應(yīng)維持弗勞德數(shù)相等，即即 （1）所以有 （2）由同名力相似可知則有 第六章 粘性流體動力學基礎(chǔ)【6

30、-1】用直徑為100mm的管路輸送相對密度為0.85的柴油，在溫度20時，其運動粘度為6.710-6m2/s，（1）欲保持層流，問平均流速不能超過多少？（2）最大輸送量為多少？【解】欲保持層流需Re2000，即則（1） （2） 【6-2】用管路輸送相對密度為0.9，粘度為0.045Pas的原油，維持平均速度不超過1m/s，若保持在層流的狀態(tài)下輸送，則管徑不能超過多少？【解】欲保持層流需Re2000，即其中 則 【6-3】相對密度為0.88的柴油，沿內(nèi)徑0.1m的管路輸送，流量為1.66 L/s。求臨界狀態(tài)時柴油應(yīng)有的粘度為若干？【解】根據(jù)臨界狀態(tài)時即 得 【6-4】用直徑D=0.1m管道，輸送

31、流量為10 L/s的水，如水溫為5。（1）試確定管內(nèi)水的流態(tài)。（2）如果該管輸送同樣質(zhì)量流量的石油，已知石油的密度=850kg/m3，運動粘滯系數(shù)為1.1410-4m2/s，試確定石油的流態(tài)?！窘狻浚?）查表（P9）得水在溫度為5時的運動粘度為1.51910-6m2/s。根據(jù)已知條件可知故為紊流。（2）因該管輸送同樣質(zhì)量流量的石油，其體積流量為則 為層流?！?-5】沿直徑為200mm的管道輸送潤滑油，流量9000kg/h，潤滑油的密度=900kg/m3，運動粘滯系數(shù)冬季為1.110-4m2/s，夏季為3.5510-5m2/s，試判斷冬夏兩季潤滑油在管路中的流動狀態(tài)?！窘狻坑衫字Z數(shù)可知冬季 為層

32、流。夏季 為層流。【6-6】管徑0.4m，測得層流狀態(tài)下管軸心處最大速度為4m/s，（1）求斷面平均流速？（2）此平均流速相當于半徑為若干處的實際流速？【解】（1）由圓管層流速度分布公式平均流速為最大流速的一半，可知（2）令可得【6-7】運動粘度為410-5m2/s的流體沿直徑d=0.01m的管線以v=4m/s的速度流動，求每米管長上的沿程損失?！窘狻坷字Z數(shù)為層流則【6-8】水管直徑d=0.25m，長度l=300m，絕對粗糙度=0.25mm。設(shè)已知流量Q=95 L/s，運動粘度為110-6m2/s，求沿程水頭損失?！窘狻坷字Z數(shù)相對粗糙度 查莫迪圖（P120）得 【6-9】相對密度0.8的石油以

33、流量50L/s沿直徑為150mm，絕對粗糙度=0.25mm的管線流動，石油的運動粘度為110-6m2/s，（1）試求每km管線上的壓降（設(shè)地形平坦，不計高差）。（2）若管線全程長10km，終點比起點高20cm，終點壓強為98000Pa，則起點應(yīng)具備的壓頭為若干？【解】（1）雷諾數(shù)相對粗糙度 查莫迪圖（P120）得每km管線上的壓降題6-10圖h （2）列起點和終點的伯努利方程【6-10】如圖所示，某設(shè)備需潤滑油的流量為Q=0.4cm3/s，油從高位油箱經(jīng)d=6mm，l=5m管道供給。設(shè)輸油管道終端為大氣，油的運動粘度為1.510-4m2/s，（1）求沿程損失是多少？（2）油箱液面高h應(yīng)為多少？

34、【解】（1）雷諾數(shù)為層流則（2）列輸油管道終端和自由液面的伯努利方程（加單位m）【6-11】為了測量沿程阻力系數(shù)，在直徑0.305m、長200km的輸油管道上進行現(xiàn)場實驗。輸送的油品為相對密度0.82的煤油，每晝夜輸送量為5500t，管道終點的標高為27m，起點的標高為152m。起點壓強保持在4.9MPa，終點壓強為0.2MPa。油的運動粘滯系數(shù)為2.510-6m2/s。（1）試根據(jù)實驗結(jié)果計算沿程阻力系數(shù)值。（2）并將實驗結(jié)果與按經(jīng)驗公式所計算的結(jié)果進行對比。（設(shè)絕對粗糙度=0.15mm）?！窘狻浚?）根據(jù)實驗結(jié)果計算沿程阻力系數(shù)，列起點和終點的伯努利方程式由 得 （2）按經(jīng)驗公式計算（表6

35、-2，P120）雷諾數(shù)因為水力光滑。則沿程阻力系數(shù)為【6-12】相對密度為1.2、粘度為1.73mPas的鹽水，以6.95L/s的流量流過內(nèi)徑為0.08m的鐵管，已知其沿程阻力系數(shù)=0.042。管路中有一90彎頭，其局部阻力系數(shù)=0.13。試確定此彎頭的局部水頭損失及相當長度?！窘狻浚?）由局部水頭損失公式（2）相當長度令，即，則可得題6-13圖HL1L2hj1hj2hj3【6-13】如圖示給水管路。已知L1=25m，L2=10m，D1=0.15m，D2=0.125m，1=0.037，2=0.039，閘門開啟1/4，其阻力系數(shù)=17，流量為15L/s。試求水池中的水頭H?！窘狻苛凶杂梢好婧统隹?/p>

36、斷面的伯努利方程式其中： 則 題6-14圖H【6-14】圖示兩水箱由一根鋼管連通，管長100m，管徑0.1m。管路上有全開閘閥一個，R/D=4.0的90彎頭兩個。水溫10。當液面穩(wěn)定時，流量為6.5L/s，求此時液面差H為若干？設(shè)=0.15mm。 【解】列兩液面的伯努利方程 10時水 查表6-3（P123），R/D=4.0的90彎頭的局部阻力系數(shù)0=0.35。雷諾數(shù) 相對粗糙度 因，則則 題6-15圖H2H1pA2A1A3【6-15】如圖所示有一定位壓力水箱，其中封閉水箱液面上的表壓強p=0.118MPa，水由其中流出，并沿著由三個不同直徑的管路所組成的管路流到開口容器中。H1=1m，H2=3

37、m，管路截面積A1=1.5A3，A2=2A3，A3=0.002m2。試確定水的流量Q。【解】設(shè)第三段管路的速度為v3，由連續(xù)性方程可知v2=0.5 v3，v1=0.67 v3四處局部阻力系數(shù)依次為列兩液面的伯努利方程，因管路較短，僅考慮局部水頭，則 解得 題6-16圖【6-16】圖示管路全長l=30m，管壁粗糙度=0.5mm，管徑d=20cm，水流斷面平均流速v=0.1m/s，水溫為10，（1）求沿程水頭損失。（2）若管路上裝有兩個節(jié)門（開度均為1/2），一個彎頭（90折管）進口為流線型，求局部水頭損失。（3）若流速v=4m/s，l=300m，其它條件均不變時，求沿程及局部水頭損失?！窘狻浚?

38、）10時水的，則因 故 （2）經(jīng)查表，節(jié)門0=0.4，彎頭0=0.35，則（3）查莫迪圖得【6-17】試計算光滑平板層流附面層的位移厚度*和動量損失厚度*，已知層流附面層的速度分布為 （1）； （2）【解】（1）當時（2）當時【6-18】試用動量積分關(guān)系式求上題中對應(yīng)的壁面切應(yīng)力w，附面層厚度及摩擦阻力系數(shù)Cf?！窘狻浚?）由上題可知由動量積分關(guān)系式則將代入w中，得（2）當時由動量積分關(guān)系式得 將代入w中，得【6-19】沿平板流動的兩種介質(zhì)，一種是標準狀況下的空氣，其流速為30m/s，另一種是20的水，其流速為1.5m/s，求兩者在同一位置處的層流附面層厚度之比?！窘狻坎楸?，由故【6-20】光

39、滑平板放置在容器中，氣流速度為60m/s，溫度為25，平板寬3m，長1.5m：（1）設(shè)整個平板都是層流附面層；（2）設(shè)整個平板都是紊流附面層。試計算以上兩種情況下平板后端附面層厚度和總阻力?！窘狻坎楸恚?）層流時（2）紊流時【6-21】薄平板寬2.5m，長30m，在靜止水池中水平拖拽，速度為5m/s，求所需拖拽力?！窘狻坑?，可知為紊流層流附面層長度拖曳力第七章 壓力管路 孔口和管嘴出流題7-1圖3m17m1254l2d2l1d13H【7-1】如圖所示為水泵抽水系統(tǒng)，已知l1=20m，l2=268m，d1=0.25m，d2=0.2m，1=3，2=0.2，3=0.2，4=0.5，5=1，=0.03

40、，流量Q=410-3m3/s。求：（1）水泵所需水頭；（2）繪制總水頭線?！窘狻浚?）列兩自由液面的伯努利方程其中：解得 LD21hHldAA題7-2圖【7-2】用長為50m的自流管（鋼管）將水自水池引至吸水井中，然后用水泵送至水塔。已知泵吸水管的直徑為200mm，長為6m，泵的排水量為0.064m3/s，濾水網(wǎng)的阻力系數(shù)1=2=6，彎頭阻力系數(shù)、自流管和吸水管的阻力系數(shù)=0.03。試求：（1）當水池水面與水井水面的高差h不超過2m時，自流管的直徑D=?；（2）水泵的安裝高度H為2m時，進口斷面A-A的壓力?！窘狻浚?）列兩自由液面的能量方程則（2）列水井自由液面和A-A斷面的伯努利方程，則得

41、 【7-3】水箱泄水管，由兩段管子串聯(lián)而成，直徑d1=150mm，d2=75mm，管長l1=l2=50m，=0.6mm，水溫20，出口速度v2=2m/s，求水箱水頭H，并繪制水頭線圖。【解】查表可知，20時水的運動粘度=1.00710-6m2/s總水頭線位置水頭線d1d2Hl1l2題7-3圖測壓管水頭線00由連續(xù)性方程各管段雷諾數(shù) 各管段相對粗糙度查莫迪圖可知，。列自由液面和出口的伯努利方程，則H題7-4圖【7-4】往車間送水的輸水管路由兩管段串聯(lián)而成，第一管段的管徑d1=150mm，長度L1=800m，第二管段的直徑d2=125mm，長度L2=600m，管壁的絕對粗糙度都為=0.5mm，設(shè)壓力水塔具有的水頭H=20m，局部阻力忽略不計，求閥門全開時最大可能流量Q（1=0.029，2=0.027）。【解】列自由液面和出口斷面的伯努利方程解得流量【7-5】有一中等直徑鋼管并聯(lián)管路，流過的總水量Q=0.08m3/s，鋼管的直徑d1=150mm，d2=200mm，長度L1=500m，L2=800m。求并聯(lián)管中的流量Q1、Q2及A、B兩點間的水頭損失（設(shè)并聯(lián)管路沿程阻力系數(shù)