工程流體力學(xué)習(xí)題課(二)第三章

1、主主 講：王講：王 霞霞第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究研究方法方法流體運(yùn)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)規(guī)律基本基本概念概念章節(jié)結(jié)構(gòu)章節(jié)結(jié)構(gòu)研究流體流動(dòng)的方法研究流體流動(dòng)的方法3.1流體運(yùn)動(dòng)的基本概念流體運(yùn)動(dòng)的基本概念3.2質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒連續(xù)性方程連續(xù)性方程3.3牛頓第二定律牛頓第二定律伯努利方程伯努利方程3.4 3.6動(dòng)量定理動(dòng)量定理動(dòng)量方程動(dòng)量方程3.7第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 例例1： 有一噴水裝置如圖示。已知有一噴水裝置如圖示。已知h10.3m，h21.0m，h32.5m，求噴水，求噴水出口流速，及水流噴射高度出口流速，及水流噴射高度h

2、（不計(jì)水頭損失）。（不計(jì)水頭損失）。第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3200320000hhpphhgVhhp200024120 smhhhhghhgpgV/57. 63 . 05 . 28 . 9222212321204mgVh20. 2224解：解： 以以33斷面為基準(zhǔn)面，列斷面為基準(zhǔn)面，列11、33兩斷面的能量方程：兩斷面的能量方程：以以22斷面為基準(zhǔn)面，列斷面為基準(zhǔn)面，列22、44兩斷面的能量方程：兩斷面的能量方程：所以，所以， 第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 例例2：U形水銀壓差計(jì)連接于直角彎管，已知：形水銀壓差計(jì)連接于直角彎管，

3、已知：d1300mm，d2=100mm，管中流量管中流量Q100L/s時(shí)，試問：壓差計(jì)讀數(shù)時(shí)，試問：壓差計(jì)讀數(shù)h等于多少？（不計(jì)水頭損失）等于多少？（不計(jì)水頭損失）第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：以解：以00斷面為基準(zhǔn)面，列斷面為基準(zhǔn)面，列11、22兩斷面的能量方程：兩斷面的能量方程：2gV2gV0222211phzp2gVV212221hzpp又又 smAQV/42. 13 . 014. 31 . 04211smAQV/74.121 . 014. 31 . 04222由等壓面由等壓面aa得壓強(qiáng)關(guān)系：得壓強(qiáng)關(guān)系： hpzpHg21第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基

4、礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)zhppHg216 .1942. 174.1222hzzhHgmmmhHg649649. 018. 8則則 所以所以 第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 例例4：圖示為一抽水裝置，利用噴射水流在吼道斷面上造成的負(fù)壓，可將：圖示為一抽水裝置，利用噴射水流在吼道斷面上造成的負(fù)壓，可將M容器中的積水抽出。已知：容器中的積水抽出。已知：H、b、h（不計(jì)損失），求：吼道有效斷面面積（不計(jì)損失），求：吼道有效斷面面積A1與噴嘴出口斷面面積與噴嘴出口斷面面積A2之間應(yīng)滿足什么樣的條件能使抽水裝置開始工作？之間應(yīng)滿足什么樣的條件能使抽水裝置開始工作？第三章第三章

5、 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：以解：以11為基準(zhǔn)面，列00、11斷面的能量方程：2gV211ph以00為基準(zhǔn)面，列11、22斷面的能量方程：2gV2gV22211phH要使抽水機(jī)工作： bp1則： gHVbhgV2,221第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)又因?yàn)椋?2211VAVA所以： bhHVVAA1221第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-2 已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為，式中已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為，式中B為常數(shù)，求流線方程。為常數(shù)，求流線方程。jyxxBiyxyBu222222第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基

6、礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-2 已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為，式中已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為，式中B為常數(shù)，求流線方程。為常數(shù)，求流線方程。jyxxBiyxyBu222222解：解： 22222,2yxxBuyxyBuyx流線微分方程：流線微分方程： yxudyudx代入得：代入得： 222222yxxBdyyxyBdxCyxydyxdxxdyydx220第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-11：為了在直徑：為了在直徑D160mm的管線上自動(dòng)摻入另一種油品，安裝了如下裝的管線上自動(dòng)摻入另一種油品，安裝了如下裝置：自錐管喉道處引出一個(gè)小支管通入油池內(nèi)。若壓力表讀數(shù)置：

7、自錐管喉道處引出一個(gè)小支管通入油池內(nèi)。若壓力表讀數(shù)2.4at，喉，喉道直徑道直徑d40mm，T管流量管流量Q30L/s，油品相對(duì)密度，油品相對(duì)密度0.9，欲摻入的油品，欲摻入的油品相對(duì)密度為相對(duì)密度為0.8，油池油面距喉道高度，油池油面距喉道高度H1.5m，如果摻入油量為原輸送，如果摻入油量為原輸送量的量的10%，B管水頭損失設(shè)為管水頭損失設(shè)為0.5m油柱，試決定油柱，試決定B管直徑以多大為宜？管直徑以多大為宜？第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解： 列列11、22的伯努利方程：的伯努利方程：gVpgVp22222211smsLAVAVQ/03. 0/3032211

8、2221020096. 0416. 014. 34mDA2222001256. 0404. 014. 34mdAsmAQVsmAQV/89.23001256. 003. 0/493. 1020096. 003. 02211第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)代入伯努利方程：代入伯努利方程：atPagVVpgVVpp21. 037.206268 . 9289.23493. 198009 . 0980004 . 2222222211222112列列33、44的伯努利方程：的伯努利方程：mVQdsmVdVAQQsmhpHgVpphgVpHBBBwBwB033. 0517. 31

9、4. 3003. 044/003. 04%10/517. 3366.125 . 05 . 198008 . 037.206268 . 92220004234241244242414第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-14：用：用80KW的水泵抽水，泵的效率為的水泵抽水，泵的效率為90%，管徑為，管徑為30cm，全管路，全管路的水頭損失為的水頭損失為1m，吸水管水頭損失為，吸水管水頭損失為0.2m，試求抽水量、管內(nèi)流速，試求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空表的讀數(shù)。及泵前真空表的讀數(shù)。 第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解： KWNN729 . 0

10、80泵軸泵泵的揚(yáng)程：泵的揚(yáng)程：H=z2-z1+h1-2=29+hw=30m H2OsmdQVsmHNQQHN/47. 33 . 014. 3245. 044/245. 0309800100072223泵泵對(duì)對(duì)11、22兩液面列伯努利方程：兩液面列伯努利方程：KPaPagVpgVp58.2745.275808 . 9247. 32 . 2980022 . 022 . 022000222第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-16：圖示離心泵以：圖示離心泵以20m3/h的流量將相對(duì)密度的流量將相對(duì)密度0.8的油品從地下罐送到山上洞的油品從地下罐送到山上洞庫(kù)油罐。地下罐油面壓力

11、庫(kù)油罐。地下罐油面壓力0.2大氣壓，洞庫(kù)油罐油面壓力大氣壓，洞庫(kù)油罐油面壓力0.3大氣壓。設(shè)泵大氣壓。設(shè)泵的效率的效率0.8，電動(dòng)機(jī)的效率，電動(dòng)機(jī)的效率0.9，兩罐液面差，兩罐液面差H40m，全管路水頭損失設(shè)，全管路水頭損失設(shè)為為5m，求泵及電動(dòng)機(jī)的額定功率（即輸入功率）應(yīng)為多少？，求泵及電動(dòng)機(jī)的額定功率（即輸入功率）應(yīng)為多少？第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解： 對(duì)對(duì)11、22兩液面列伯努利方程：兩液面列伯努利方程：212104000woohpHpmppHo25.464598008 . 0108 . 92 . 03 . 0540412WNNWNNWQHN84.2

12、7979 . 006.25188 . 04 .201425.4636002098008 . 0軸電泵軸泵第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-17： 用用8kW的水泵抽水，泵的效率為的水泵抽水，泵的效率為90%，管徑，管徑300mm，全管路水頭損失，全管路水頭損失設(shè)為設(shè)為3m水柱，吸入管線的水頭損失設(shè)為水柱，吸入管線的水頭損失設(shè)為0.8m水柱。求抽水量、管內(nèi)流速及泵前水柱。求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空度？（提示：因流量是未知數(shù)，能量方程將為一元三次方程，可用試算真空度？（提示：因流量是未知數(shù)，能量方程將為一元三次方程，可用試算法求解）法求解） 第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與

13、動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解： KWNN2 . 79 . 08泵軸泵由由11、22兩液面列伯努利方程得：兩液面列伯努利方程得：22222423VDAVQhgVHQHNw泵smVQsmViiVVV/1195. 007065. 0/6921. 16921. 19429.108461. 09429.108461. 0084.2036 .1173222232第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)對(duì)對(duì)11、3兩液面列伯努利方程：兩液面列伯努利方程：PaghgVphgVpwwo6 .1907126921. 18 . 0198002121000222吸吸第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)

14、與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-18 輸油管上水平輸油管上水平90 轉(zhuǎn)彎處，設(shè)固定支座。所輸油品相對(duì)密度為轉(zhuǎn)彎處，設(shè)固定支座。所輸油品相對(duì)密度為0.8，管徑管徑300mm，通過流量，通過流量100L/s，斷面，斷面1處壓力處壓力2.23大氣壓，斷面大氣壓，斷面2處壓處壓力力2.11大氣壓。求支座受壓力大小和方向？大氣壓。求支座受壓力大小和方向？第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：Q100L/s0.1m3/sAV1AV2smAQVVmA/4154. 13 . 014. 341 . 007065. 043 . 014. 322122PaatpPaatp5251100

15、678. 211. 2101854. 223. 2x方向動(dòng)量方程：方向動(dòng)量方程： 110VQRApxNQVApRx083.155534154. 11 . 010008 . 007065. 0101854. 2511第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)y方向動(dòng)量方程：方向動(dòng)量方程： 022VQApRyNQVApRy239.147224154. 11 . 010008 . 007065. 0100678. 2522NRRRyx945.21415239.1472208343xyRRarctg第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-

16、193-19：水流經(jīng)過：水流經(jīng)過6060漸細(xì)彎頭漸細(xì)彎頭ABAB，已知，已知A A處管徑處管徑D DA A0.5m0.5m，B B處管徑處管徑D DB B0.25m0.25m通過的流量為通過的流量為0.1m0.1m3 3/s /s，B B處壓力處壓力p pB B1.81.8大氣壓。設(shè)彎大氣壓。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？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？第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解：PaatpsmAQVsmAQVmDAmDABBBAABBAA5222210765. 18 . 1/04. 2049. 01

17、. 0/51. 019625. 01 . 0049. 0425. 014. 3419625. 045 . 014. 34對(duì)對(duì)A、B列伯努利方程：列伯努利方程：NApPNApPPapgVpgVpBBBAAAABBAA625.8654049. 010764. 1335.3500119625. 075.17835075.1783508 . 9251. 004. 2980010764. 12020522522第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)由動(dòng)量方程：由動(dòng)量方程：x： NRVVQRPPxABxBA30623coscosy： NRVQRPyByB8 .76710sinsinNR

18、RRyx38.3156922第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-23： 水射流以水射流以19.8m/s的速度從直徑的速度從直徑d100mm的噴口射出，沖擊一固的噴口射出，沖擊一固定的對(duì)稱葉片，葉片的轉(zhuǎn)角定的對(duì)稱葉片，葉片的轉(zhuǎn)角135 ，求射流對(duì)葉片的沖擊力。，求射流對(duì)葉片的沖擊力。第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)解：解： smAVQ/15543.041 .014.38 .1932NVQRVVQRApAp645.5253135cos18.1915543.01000cos100122211第三章第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)例例3：水從立管下端泄出，立管直徑為：水從立管下端泄出，立管直徑為d50mm，射流沖擊一水平放置的半，射流沖擊一水平放置的半徑徑R150mm的圓盤，若水層離開盤邊的厚度的圓盤，若水層離開盤邊的厚度1mm，求流量，求流