工程流體力學(xué)試卷集錦（課后習(xí)題）

緒論

1-1水銀的密度為13600kg/!?,求它對(duì)4℃水的相對(duì)密度d。[13.6]

c=125%

1-2某工業(yè)爐窯煙道中煙氣各組分氣體的體積百分比分別為，

aw=0.3%a—5.2%aN—76%aHo—5%外而洋

外，外,2,H2O，求煙氣的密度。

[1.341kg/m3]

1-3絕對(duì)壓強(qiáng)為4個(gè)工程大氣壓的空氣的等溫體積模量和等蟒體枳模量各等于多少？

[39.244kPa；549.17kPa]

1-4圖1T3所示為鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)，溫度升高時(shí)水可以自由膨脹，進(jìn)入膨脹水箱。已知系

統(tǒng)內(nèi)水的體積8m1水的體脹系數(shù)為0.005l/0C,試求當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的水溫升高50c時(shí)，膨脹水箱

最小應(yīng)有多大容積？[2m)]

圖1-13圖1-14

1

1-5在溫度不變的條件下，體積5m的水，壓強(qiáng)從0.98XIOTa增加到4.9XIOTa,體積減

一9

小了1X10-3試求水的壓縮率。[0,509X10Pa-

—723

1-6某種油的運(yùn)動(dòng)粘度是4.28X10m,/s,密度是678kg/n/,試求其動(dòng)力粘度。[2.9

XlO^Pa.s]

1-7試求當(dāng)水的動(dòng)力粘度〃=L3xlO-Pa-s、密度"=999.4kg/m3時(shí)水的運(yùn)動(dòng)粘度。

[l.SXlO^mVs]

1-815℃的空氣在直徑200mm的圓管中流動(dòng)，假定距管壁1mm處的速度為0.3m/s,試求每

米管長(zhǎng)上的摩擦阻力。[3.41X

IO-3N]

1-9如圖1-14所示，已知錐體高為H,錐頂角為2。，錐體與錐腔之間的間隙為5,間隙

內(nèi)潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度為〃，錐體在錐腔內(nèi)以0的角速度旋轉(zhuǎn)，試求旋轉(zhuǎn)所需力矩M的表達(dá)式。

(otg3aH4

2磔

6cosa4]

l-io如圖1-15所示，已知?jiǎng)恿?rùn)滑軸承內(nèi)軸的直徑D=0.2m,軸承寬度b=0.3m,間隙5=

0.8mm,間隙內(nèi)潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度〃=°245Pa-S,消耗的功率P=50.7W,試求軸的轉(zhuǎn)速n為多

少？[2830rpm]

S1-15滑動(dòng)地承示意國(guó)01-16活建運(yùn)動(dòng)示意國(guó)

1-11直徑為0.46m的水平圓盤(pán)，在較大的平板上繞其中心以90rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。已知兩壁

面間的間隙為0.23mm,間隙內(nèi)油的動(dòng)力粘度為0.4Pa?s,如果忽略油的離心慣性的影響，試求

轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)所需的力矩？[1362N?m]

1-12兩平行平板之間的間隙為2nim,間隙內(nèi)充滿密度為885kg/nf、運(yùn)動(dòng)粘度為0.00159

2

in/s的油，試求當(dāng)兩板相對(duì)速度為4m/s時(shí)作用在平板上的摩擦應(yīng)力？

[2814.3Pa]

1-13如圖1-16所示，活塞直徑d=152.4mm,缸徑D=152.6mm,活塞長(zhǎng)L=30.48cm,潤(rùn)滑油的

運(yùn)動(dòng)粘度v=0-9144xl()7m2/s,密度P=920kg/m3。試求活塞以v=6m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，克服

摩擦阻力所消耗的功率。[4.42

kw]

1-14重500N的飛輪的回轉(zhuǎn)半徑為30cm,轉(zhuǎn)速為600rpm,由于軸承中潤(rùn)滑油的粘性阻滯，

飛輪以0.02rad/s2的角減速度放慢，已知軸的直徑為2cm,軸套的長(zhǎng)度為5cm,它們之間的間隙

為0.05mm,求潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度。

[0.2325Pa?s]

1-15內(nèi)徑8mni的開(kāi)口玻璃管，插入20℃的水中，已知水與玻璃的接觸角°=10°,試求水

在玻璃管中上升的高度。

[3.662mm]

1-16內(nèi)徑8nmi的開(kāi)口玻璃管，插入20℃的水銀中，已知水銀與玻璃的接觸角約為140°,

試求水銀液面在管中下降的高度。[1.36mm]

流體靜力學(xué)

2-1如圖2-37所示，兩互相隔開(kāi)的密封容器，壓強(qiáng)表4的讀數(shù)為2.7x104pa,真空表8的

讀數(shù)為2.9x1(/pa,求連接兩容器的u形管測(cè)壓計(jì)中兩水銀柱的液面差h為多少？[0.42m]

2-2如圖2-38所示，一直立的煤氣管，為求管中煤氣的密度，在高度差H=2()m的兩個(gè)斷

面上安裝U形管測(cè)壓計(jì)，其內(nèi)工作液體為水。已知管外空氣的密度0。=1.28kg/m3,測(cè)壓計(jì)讀

數(shù)442=U5mm。若忽略U形管測(cè)壓計(jì)中空氣密度的影響，試求煤氣管中煤氣

的密度。[0.53m3/kg]

2-3如圖2—39,用U形管測(cè)壓計(jì)測(cè)量壓力水管中A點(diǎn)的壓強(qiáng),U形管中工作液體為水銀,

S2-37S2-38

若4=8()0mm,62=900mm,大氣壓強(qiáng)％=101325Pa,求圖中A點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)。[212.0kPa]

圖3-39圖3-40

2-4如圖2—40所示，用U形管測(cè)量一容器中氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)和真空，

U形管中工作液體為四氯化碳，其密度夕=1594kg/n/,液面差△/?=900mm,

求容器內(nèi)氣體的真空和絕對(duì)壓強(qiáng)。[14.07kPa；84.0kPa]

2-5如圖2-41所示，用U形管測(cè)壓計(jì)測(cè)量管道4、B中的壓強(qiáng)差，若A

管中的壓強(qiáng)為2?744xl(Tpa,8管中的壓強(qiáng)為1372x10,pa,試確定u形管

中兩液面的高度差力為多少。[1.3ml

2-6如圖2—42所示，U形管測(cè)壓計(jì)和容器A連接，若各點(diǎn)的相對(duì)位置

尺寸由二0.25m,入2=i.61m,為=1m,試求容器中水的絕對(duì)壓強(qiáng)和真空。

(33.31kPa；68.0kPa]

S2-41圖2—42

圖2—43圖2—44

2-7如圖2—43所示，盛有油和水的圓形容器頂蓋上有F=5788N的載

荷，已知4—30cm,'?=50cm,d=0.4m。油的密度°。，=800kg/m，,水銀的密

度°〃g=13600kg/m3,試求U形管中水銀柱的高度差H。[0.4m]

2-8如圖2—44所示，兩U形管測(cè)壓計(jì)和一密封容器連接，各個(gè)液面之

間的相對(duì)位置尺寸分別為：4=60cm,”2=25cm,^=30cm,試求下面的U形

管左管中水銀液面距容器中自由液面的距離小為多少。[1.28m]

g蛭二二

02-57S2-58

2-24把2—23題中的平板AB和水平面成45°角放置水下圖2—58中的

位置上，試求水作用在平板上的總壓力和總壓力作用點(diǎn)的位置。[19.47kN；

2.584m]

2-25如圖2—59所示，一較鏈固定的傾斜式自動(dòng)開(kāi)啟的水閘，水閘和水

平面的夾角為6°,當(dāng)水閘一側(cè)的水位//=2m,另一側(cè)水位力=0.4m時(shí)，閘門(mén)

自動(dòng)開(kāi)啟，試求錢(qián)鏈至閘門(mén)下端的距離x。[0.8mJ

2-27試畫(huà)出圖2—60中曲面AB所受液體總壓力的垂直分力對(duì)應(yīng)的壓力

體，并標(biāo)出垂直分力的方向。

S2-60

2-28一扇形閘門(mén)如圖2—61所示，圓心角a=45°,閘門(mén)右側(cè)水深”=

3m,求每米閘門(mén)所承受的靜水總壓力及其方向。[44.575kN；73°32]

2-29一球形盛水容器如圖2—62所示，下半球固定，上半球用螺栓和下

半球固定在一起，球體的直徑d=2m,試求上半球體作用于螺栓上的力。

[10.624kN]

2-30一貯水設(shè)備如圖2—63麻，在C點(diǎn)測(cè)得絕對(duì)壓強(qiáng)夕=196120Pa,

/i=lm,R=\m,求作用于半球4B上的總壓力。[256.72kN]

S2-61S2-62

2-31如圖2-64所示，盛水容器的底部有一圓形孔口，用重G=2.452N、

半徑r=4cm的球體封閉，孔口的直徑”=5cm,水深”=20cm,試求提起該球

所需的最小力凡[3.762N]

▽1凡

P0

流體動(dòng)力基礎(chǔ)

3-1已知流場(chǎng)的速度分布為"二爐,—3y/+2z〈，試確定(1)屬于幾維流動(dòng)？(2)

求(3,1,2)點(diǎn)的加速度。［三維流動(dòng)；%=27,ay=9,a.=64)

-2*13；

u=xyi——y+xyk

3-2已知流場(chǎng)的速度分布為3，試確定(1)屬于幾維流動(dòng)？(2)

163216

砥=丁明=T=V

求(1,2,3)點(diǎn)的加速度。［二維流動(dòng)；3,3,3］

3-3已知流場(chǎng)的速度分布為“=(4/+2y+xy)i+(3x—V+z)),試確定⑴屬于

幾維流動(dòng)？(2)求(2,2,3)點(diǎn)的加速度。［三維流動(dòng)；氏=2004,3

3-4已知流場(chǎng)中速度分布為%V>'=xz~1,%=犯。問(wèn)：⑴該流動(dòng)是

否定常流動(dòng)？(2)求r=0時(shí)點(diǎn)(1,1,1)上流體微團(tuán)的加速度。［屬非定常流動(dòng)；⑸=3,=1,

a.=2,

4J

3-5不可壓縮流體定常流過(guò)一噴嘴，噴嘴截面積A(x)是沿流動(dòng)方向x變化的，若噴嘴中

qvdA(x)

的體積流量為g”，按一維流動(dòng)求噴嘴中流體流動(dòng)的加速度。［A~(x)dx1

一：「X

U=-----_—I+-------2----~J

3-6已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為2Mx+y)27r(x-+y),式中「為常

數(shù)，求流線的方程并畫(huà)出幾條流線。［』+),2=常數(shù)］

3-7一輸油管道，在內(nèi)徑30cm的截面上的流速為2m/s,求另一10cm的截面上的流速和

質(zhì)量流量。已知油的密度為850kg/nJ。［18rn/s；120.1kg/s］

-4x：4y二

u=——rz+——-J

3-8已知一流場(chǎng)內(nèi)速度分布為：x+yx+y,求證通過(guò)任意一個(gè)以原點(diǎn)

為圓心的同心圓的流量都相等(Z方向取單位長(zhǎng)度)。提示：將流場(chǎng)速度以極坐標(biāo)表示。

3-9兩水平放置的平行平板相距am,其間流體流動(dòng)的速度為

Vx=-10-—20—(1——)

?。。，坐標(biāo)系原點(diǎn)選在下平板上，y軸和平板垂直。試確定平板間的體

55

—ci-

積流量和平均流速。［-3m3/s；—3m/s］

3-10不可壓縮流體在直徑20mm的管叉中流動(dòng)，一支管的直徑為10mm,另一支管的直

徑為15mm,若10mm管內(nèi)的流動(dòng)速度為0.3Ws,15mm管內(nèi)的流動(dòng)速度為0.6m/s,試計(jì)算總管

內(nèi)流體的流動(dòng)速度和體積流量。[0.413nVs；129.7X106m3/s]

3-11水龍頭和壓力水箱相連接，若水龍頭的入流速度不計(jì)，計(jì)示壓強(qiáng)為1.7X10N/m）

水龍頭向大氣中噴水，設(shè)水柱成單根流線，試計(jì)算水流能夠到達(dá)的最大高度。[17.3m]

3-12比體積"=0.3816m3/kg的汽輪機(jī)廢氣沿一直經(jīng)&）=100mm的輸氣管進(jìn)入主管，質(zhì)量

流量為2000kg/h,然后沿主管上的另兩支管輸送給用戶，如圖3—28所示。已知力上的用戶需

用量為500kg/h,刈上的用戶需用量為1500kg/h,管內(nèi)流速為25m/s,求輸氣管中蒸汽的平均流

速和兩支管的直徑。[27m/s；0.25m；0.09m]

S3-28

圖3-29

3-13如圖3—29所示，一噴管直徑。=O.5m,收縮段長(zhǎng)/=0.4m,?=30°,若進(jìn)口平均流

速"i=0.3nVs,求出口速度。2。[51.6m/s]

3-14圖3—30為一文特里管和壓強(qiáng)計(jì)，試推導(dǎo)體積流量和壓強(qiáng)計(jì)讀數(shù)之間的關(guān)系式。

（1/蟾）—（l/d：）]

3-15圖3—31中倒置U形管中液體相對(duì)4℃水的相對(duì)密度為0.8,水管直徑d=30cm,求

所給條件下水流的流速°。fl.085m/s]

圖3-30圖3-31

3—16如圖3—32所示一變截面管路，各段的尺寸分別為：Ji=l00mm,150mm,

“3=125mm,4=75mm,自由液面上表壓0<>=14715()N/m2,H=5m,若不計(jì)阻力損失，求通過(guò)管

3

路的水流流量，并繪制測(cè)壓管水頭線。［0.087m/s；13.67；18.75mH2O；17.41mH2O］

3-17在內(nèi)徑為20cm的輸油管道截面上流速0=2m/s,求輸油管道上另內(nèi)徑為5cm的截面

上的流速及管道內(nèi)的質(zhì)量流量。已知油的相對(duì)密度為0.85。［32nVs；53.4kg/s)

3—18在一內(nèi)徑為5cm的管道中流動(dòng)的空氣質(zhì)量流量為0.5kg/s.在某一截面上壓強(qiáng)為5X

105N/m2,溫度為100℃,求在該截面上氣流的平均速度。［54.5nVs］

3-19由空氣預(yù)熱器經(jīng)兩條管道送往鍋爐噴燃器的空氣質(zhì)量流量為8000kg/h,氣溫400℃,

管道截面尺寸均為400X600mnr,已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,760mmHg)下空氣的密度°。=1.29kg/m\

求管道中的平均流速。［8.85nVs］

由3一33

圖3-32

3-20已知離心式水泵出水量gv=3()L/s,吸水管直徑”=150mm,水泵機(jī)軸線離水面高，

=7m(圖3—33),不計(jì)損失，求入口處的真空。［7.15mH2O］

3—21如圖3—34所示，水從井A利用虹吸管引到井B中，設(shè)已知體積流量外=100m3/h,

H=3m,z=6m,不計(jì)虹吸管中的水頭損失。試求虹吸管的管徑d及上端管中的壓強(qiáng)值p。［0.068m,

5.89X104Pa)

3—22有一文特里管，如圖3—35所示，4=15cm,(/2=10cm,水銀差壓計(jì)液面高度差

力=20cm,若不計(jì)損失，求管流流量。［6217s］

圖3-35

3-23如圖3—36所示，某一風(fēng)洞試驗(yàn)段，己知。=lm,d=40cm,從U形管測(cè)壓計(jì)上量出

/;=150mm,空氣的密度為1.291kg/m\U形管中酒精的密度為759.5kg/n?。不計(jì)損失，試求試

驗(yàn)段的流速。[43.26nVs]

3-24如圖3-37所示，離心式風(fēng)機(jī)通過(guò)集流器從大氣中吸取空氣，風(fēng)機(jī)入口直徑

d=2Q0mm,在入口段接一?玻璃管其下端插入水中，若玻璃管中的液柱高度H=250mm,空氣的密

度為1.29kg/n?,求風(fēng)機(jī)每秒鐘吸取的空氣量%。[1.935m%]

3-25如圖3—38所示，直立圓管直徑10mm,一端裝有5mm的噴嘴，噴嘴中心到1截面

的距離為3.6m,從噴嘴出口排入大氣的水流出口速度為18m/s,不計(jì)摩擦損失，計(jì)算截面1處的

計(jì)示壓強(qiáng)。fl.87X106Pal

3-26如圖3—39所示，液面不變的容器內(nèi)水流沿變截面管路向下作定常流動(dòng)，已知

222

AI=0.04m,A2=0.1m,A3=0.03m,液面至各截面的距離分別為：W|=lm,H2=2m,H3=3m,試

求截面4和42處的計(jì)示壓強(qiáng)。[-6717.8Pa；16966Pa]

圖3-38圖3-39

4

3-27如圖3-40所示，己知管徑不同的兩段管路，〃=0.25m,pA=7.845X10Pa；dn=0.5m,

流速U8=1.2m/s,zs=lm,試求A、B兩斷而間的能量差和水流的運(yùn)動(dòng)方向。[3.1mH2O；A-B]

圖3ToS3-41

3-28不可壓縮流體流過(guò)圓形截面的收縮管，管長(zhǎng)0.3m,管徑沿管長(zhǎng)線性變化，入口處管

J_

徑0.45m,出口處管徑0.15m,如果流動(dòng)是定常的，體積流量為0.3n?/s,確定在管長(zhǎng)2處的加

速度。［12m/s2］

3-29密度為r的液體定常地流過(guò)一水平放置的平板,平板的寬度為6,入口處的速度為"，

且分布均勻，出口處的速度分布從板面上的零，線性地增加到矩板面6處的08,如圖3—41所

1,,2

7Pb仙

示，試確定流體作用在平板上的力。［6］

3—30噴水船用泵從船頭吸水，從船尾以高速噴水而運(yùn)動(dòng)。已知流量"二80L7s,船頭吸水

的相對(duì)速度"i=0.5m/s,船尾噴水的相對(duì)速度％=i2m/s,試確定船的推進(jìn)力。［920N］

3-31連續(xù)管系中的90°漸縮彎管放在水平面上，如圖3—42所示，入口直徑由=15cm,出

口直徑4=7.5cm,入口處的平均流速5=2.5m/s,計(jì)示壓強(qiáng)Pi=6.86X10*Pa,若不計(jì)阻力損失，

試求支撐彎管所需的水平力。［1427N；&=22°1

國(guó)3—42S3-43

3-32水由水箱1經(jīng)圓滑無(wú)摩擦的孔口水平射出沖擊到一塊平板上，平板剛能蓋著另一水

箱的孔口，如圖3—43所示，兩孔口中心線重合，且’2,當(dāng)已知水箱1中的水位高度

E時(shí)，求水箱2中水位高度伉。仍尸2'1

3—33如圖3—44所示消防水槍水平工作，水槍進(jìn)口直徑〃i=15mm,出口直徑d（）=7mm,

水槍工作水量qv=160L/min,試確定水槍對(duì)消防隊(duì)員的后坐力。[260NJ

3-34如圖3-45所示，直徑O=80mm的油缸端部有d=20mm的小孔，若油的粘度P=800

kg/m3,試求活塞上的作用力尸=3000N,油從小孔出流時(shí)，油缸將受多大的作用力。（忽略活塞

的重量和能量損失）[2647N]

S3-4403-45

3-35如圖3—46所示，用實(shí)驗(yàn)的方法確定流體作用在圓柱體上的力，將一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)、直

徑為。的圓柱體浸入速度為“，的定常、均勻流動(dòng)的不可壓縮流體中，實(shí)際測(cè)得圓柱體前后兩個(gè)

截面上的壓強(qiáng)是同樣的，而圓柱體后的速度如圖所示，試確定流體作用于圓柱體上的力。

22

-P^D

[3]

3-36如圖3—47所示，相對(duì)密度為0.83的油水平射向直立的平板，已知射流直徑d=5cm,

"o=2Om/s,求支撐平板所需的力。[652N]

3-37如圖3—48所示，直徑d=10cm、流速。=20m/s的射流水柱經(jīng)導(dǎo)板后折轉(zhuǎn)90°,若水

柱不散，試求導(dǎo)板對(duì)射流水柱的反作用力的大小和方向。[4440N；45°1

三

三

「

三

「

三rh

三.

三

一

一

一

一

圖3-46圖3-47

3-38如圖3—49所示，一射流初速為"。，流量為qv,平板向著射流以等速。運(yùn)動(dòng)，試

22

p—u(u0+u)sin3

導(dǎo)出使平板運(yùn)動(dòng)所需功率的表達(dá)式。I"。]

S3-48圖3-49

3-39具有對(duì)稱臂的灑水器如圖3—50所示，總流量為5.6X107^3/5,每個(gè)噴嘴的面積為

0.93cm2,不計(jì)損失,求其轉(zhuǎn)速,如不讓它轉(zhuǎn)動(dòng)需加多大的力矩。[8.521/s；0.3Nm]

國(guó)3To03-51

3-40內(nèi)徑小=12.5cm、外徑42=30cm的風(fēng)機(jī)葉輪如圖3—51所示，若葉片寬度左2.5cm,

轉(zhuǎn)速〃=1725r/min,體積流量%7=372nr7h,空氣在葉片入口徑向流入，絕對(duì)壓強(qiáng)m=9.7X1(/Pa,

氣溫八=20℃,圖中42=30°,假設(shè)流體是不可壓縮的。(1)試畫(huà)出入口處的速度圖，并計(jì)算入

口角夕|；(2)畫(huà)出出口處的速度圖，并計(jì)算出口速度“2；(3)求所需的力矩。[43°；20nVs；

0.348Nm]

3-41水在p=2XIO,pa的壓強(qiáng)下沿鴨嘴形彎管流出，如圖3—52所示，其體積流量拆=0.125

m'/s,彎管直徑d=200mm,r=600mmo若忽略能量損失和重力的影響，試求彎管所受的力矩是

多少。18136NmJ

相似原理及量綱分析

4-1試導(dǎo)出用基本量綱L,T,M表示的體積流量"v,質(zhì)量流量”",角速度力矩M,

功W和功率P的量綱。

4-2用模型研究溢流堰的流動(dòng)，采用長(zhǎng)度比例尺0，="2°。（1）已知原型堰頂水頭h=3m,

試求模型的堰頂水頭。（2）測(cè)得模型上的流量機(jī)7s,試求原型上的流量。（3）測(cè)

得模型堰頂?shù)挠?jì)示壓強(qiáng)=一1960P",試求原型堰頂?shù)挠?jì)示壓強(qiáng)。

（0.15399.9加,；—3920041

4-3有一內(nèi)徑d=20Qmm的圓管，輸送運(yùn)動(dòng)粘度”=4.Ox10"6的油，其流量

%=S12〃77s。若用內(nèi)徑d=50mm的圓管并分別用20℃的水和20℃的空氣作模型實(shí)驗(yàn)，

423

試求流動(dòng)相似時(shí)模型管內(nèi)應(yīng)有的流量。[7.553x10〃//sJ.139x10m/S]

4-4將一高層建筑的幾何相似模型放在開(kāi)口風(fēng)洞中吹風(fēng)，風(fēng)速為丫=1°6人，測(cè)得模型迎

風(fēng)面點(diǎn)1處的計(jì)示壓強(qiáng)P】=980P。，背風(fēng)面點(diǎn)2處的計(jì)示壓強(qiáng)試求建筑物

在v=30Ms強(qiáng)風(fēng)作用下對(duì)應(yīng)點(diǎn)的計(jì)示壓強(qiáng)。[8820Pa;~441Pa]

4-5長(zhǎng)度比例尺G=1/40的船模，當(dāng)牽引速度"=0?54帖時(shí)，測(cè)得波阻=LW。

如不計(jì)粘性影響，試求原型船的速度、波阻及消耗的功率。[3.415m/s;70400N;240.4kw|

4-6長(zhǎng)度比例尺G=1/225的模型水庫(kù)，開(kāi)閘后完全放空庫(kù)水的時(shí)間是4min,試求原型水

庫(kù)放空庫(kù)水的時(shí)間。[60min]

4-7新設(shè)計(jì)的汽車高1.5m,最大行駛速度為108km/h,擬在風(fēng)洞中進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。已知風(fēng)洞

實(shí)驗(yàn)段的最大風(fēng)速為45m/s,試求模型的高度。在該風(fēng)速下測(cè)得模型的風(fēng)阻為1500N,試求原型

在最大行駛速度時(shí)的風(fēng)阻。[1.0m；1500N]

4-8在管道內(nèi)以V=20俄/s的速度輸送密度P=L86依/〃/、運(yùn)動(dòng)粘度”L3x107用7s的天

然氣，為了預(yù)測(cè)沿管道的壓強(qiáng)降，采用水模型實(shí)驗(yàn)。取長(zhǎng)度比例尺。=1"°,已知，水的密度

P=998kg加3、運(yùn)動(dòng)粘度-=1.007、106"http://$。為保證流動(dòng)相似，模型內(nèi)水的流速應(yīng)等于多少？

已經(jīng)測(cè)得模型每0.1m管長(zhǎng)的壓強(qiáng)降△"=10°°0”，天然氣管道每米的壓強(qiáng)降等于多

少？[15.49m/5；3.106Po]

4-9擬用水模型來(lái)研究煙氣在6()()℃的熱處理爐中的流動(dòng)情況，已知煙氣的運(yùn)動(dòng)粘度

i/=9.0xl(T//s,長(zhǎng)度比例尺G=l/10,水溫為10℃,試求速度比例尺。[0,1453]

4-10某飛機(jī)的機(jī)翼弦長(zhǎng)b=1500mm,在氣壓氣溫=10℃的大氣中以

=180km"的速度飛行，擬在風(fēng)洞中用模型實(shí)驗(yàn)測(cè)定翼型阻力，采用長(zhǎng)度比例尺G=1/3。

(1)如果用開(kāi)口風(fēng)洞，已知實(shí)驗(yàn)段的氣壓幾=1013252、氣溫『=25℃,實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)速應(yīng)

等于多少？這樣的實(shí)驗(yàn)有什么問(wèn)題？(2)如果用壓力風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)段的氣壓氣溫

尸=30。。,〃”=L854xlO實(shí)驗(yàn)段的風(fēng)速應(yīng)等于多少？[I65m/s；16.17m/s]

4-11低壓軸流風(fēng)機(jī)的葉輪直徑d=0.4m,轉(zhuǎn)速n=1400r/min,流量源=1.39"75,全壓

Pm=128Pa,效率〃=70%,空氣密度P=1.2%g/〃?3,問(wèn)消耗的功率尸等于多少？在保

證流動(dòng)相似和假定風(fēng)機(jī)效率不變的情況下，試確定作下列三種變動(dòng)情況下的、"及和產(chǎn)值:

(1)〃'變?yōu)?800r/min；(2)風(fēng)機(jī)相似放大，d變?yōu)?.8m；(3)”變?yōu)?.29kg/m3。

[254.4W;2.78//s;512Pa,2033.4W;l1.12//5,512Pa,8133.5W;1.39療/sJ37.6尸a,273.2W}

4-12流體通過(guò)水平毛細(xì)管的流量"v與管徑d,動(dòng)力粘度〃，壓力梯度即/L有關(guān)，試導(dǎo)出

4V―k—

流量的表達(dá)式。[L]

4-13薄壁孔口出流的流速V與孔徑d,孔口水頭H,流體密度P,動(dòng)力粘度〃，表面張力0，

卜=/(%Z，Re,We廟司

重力加速度g有關(guān)，試導(dǎo)出孔口出流速度的表達(dá)式。

4-14小球在不可壓縮粘性流體中運(yùn)動(dòng)的阻力FD與小球的直徑d,等速運(yùn)動(dòng)的速度v,流體

卜八=〃Re)M%x

的密度°，動(dòng)力粘度〃有關(guān)，試導(dǎo)出流量表達(dá)式。

4-15通過(guò)三角形堰的流量為與堰頂水頭H,槽口的半頂角6,重力加速度g,液體的密度

P,動(dòng)力粘度〃，表面張力有關(guān)，試導(dǎo)出流量表達(dá)式。［%=/'（Re,優(yōu)力）炳，］

4-16流體通過(guò)孔板流量計(jì)的流量外'與孔板前后的壓差如，管道的內(nèi)徑d”管內(nèi)流速v,

孔板的孔徑d,流體的密度°,動(dòng)力粘度〃有關(guān)，試導(dǎo)出流量表達(dá)式。

粘性液體的?維流動(dòng)

5-1石油在冬季時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為匕=6x104加2/s；在夏季時(shí)，娛=4xl0、m2/s,

試求冬、夏季石油流動(dòng)的流態(tài)。[冬:層流;

夏:紊流]

5-2在半徑為r°的管道中，流體做層流流動(dòng)，流速恰好等于管內(nèi)平均流速的地方與管軸之

間的距離r等于多大？[0-707/0]

5-3用直徑為30cm的水平管道作水的沿程損失實(shí)驗(yàn),在相距120m的兩點(diǎn)用水銀差壓計(jì)（上

面為水）測(cè)得的水銀柱高度差為33cm,已知流量為（）.23值%,問(wèn)沿程損失系數(shù)等于多

少?[0.0193]

5-4噴水泉的噴嘴為一截頭圓錐體，其長(zhǎng)度L=0.5m,兩端的直徑4=40加加，

4=20加加，豎直裝置。若把計(jì)示壓強(qiáng)化“=9?807x10'P”的水引入噴嘴，而噴嘴的能量損

失兒=16”（水柱）。如不計(jì)空氣阻力，試求噴出的流量縱和射流的上升高度

H.r0.004m3/s,8.44m]

5-5輸油管的直徑d=150加加，長(zhǎng).=5000加,出口端比進(jìn)口端高力=1。加,輸送油的

4

質(zhì)量流量%=15489必/人，油的密度P=859.4口/〃尸，進(jìn)口端的油壓Pei=49xlOPa）

沿程損失系數(shù)幾=803,求出口端的油壓P“，。[3,712x10sPt?]

5-6水管直徑[=25（）〃?〃？，長(zhǎng)度L=3（）（）加，絕對(duì)粗糙度s=0.25mm,已知流量

%，=0.095〃?3/s,運(yùn)動(dòng)粘度〃=o.oooooi用2is,求沿程損失為多少水柱。[4.582m水柱]

5-7發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的流量/=04c”"s,油從壓力油箱經(jīng)一輸油管供給（如圖5—35）,

輸油管的直徑d=6〃un，長(zhǎng)度L=5mo油的密度P=820口/加，運(yùn)動(dòng)粘度

2

v=0.000015/?2/5o設(shè)輸油管終端壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)，求壓力油箱所需的位置高度

[0.09621m]

圖5-35圖5-36

5-815℃的空氣流過(guò)直徑"=L25，"、長(zhǎng)度L=200/n、絕對(duì)粗糙度￡=1所的管道，已

知沿程損失與=蹌機(jī)(水柱)，試求空氣的流量4”。[25.24m7s]

5-9內(nèi)徑為6mm的細(xì)管，連接封閉容器A及開(kāi)口容器B,如圖5-36所示，容器中有液體,

其密度為997kg/nf,動(dòng)力粘度〃二°Q0°8Pa-s,容器人上部空氣計(jì)示壓強(qiáng)為

pA=34,5KPao不計(jì)進(jìn)口及彎頭損失。試問(wèn)液體流向及流量/。[A-

B：7.685'10'巾3/巧

5-10-直徑d=12加加、長(zhǎng)度L=15機(jī)的低碳鋼管，用來(lái)排除油箱中的油。已知油面比

管道出口高出〃=2加，油的粘度〃=0°lPa,s,密度夕=815.8依/〃/,求油的流量統(tǒng)。

[5.429x10-3/5

]

5-11在管徑d=100mm,管長(zhǎng)L=300mm的圓管中流動(dòng)著t=10℃的水，其雷諾數(shù)

Re=8xIO*。試求當(dāng)管內(nèi)壁為￡=0.15mm的均勻砂粒的人工粗糙管時(shí)，其沿程能量損失。

[3.97mH2O]

5-12管路系統(tǒng)如圖5—37所示，大水池中水由管道流出，水的丫=0.0113xl()T〃//5,

P=999kg/m3,外界為大氣壓，問(wèn)在圖示的條件下，水的流量是多少？已知管徑d=0.2m,工業(yè)

鋼管的粗糙度為=°-00023?[0.1253m7s]

5-13輸油管長(zhǎng)度/=44m,從敞口油箱向外泄流，油箱中油面比管路出口高”=2m,油

的粘度丫=lxl07〃J/s；

(1)若要求流量%=lxl0"3/s,求管路直徑；

(2)若”=3m,為保持管中為層流，直徑”最大為多少？這時(shí)的流量為多少?

f55mm;98.5mm,().01547m3/s]

5-14一矩形風(fēng)道，斷面為1200x6()0〃〃"，通過(guò)45℃的空氣，風(fēng)量為42000m，/h,風(fēng)道

壁面材料的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度為e=0.1mm,在/=12m長(zhǎng)的管段中，用傾斜30。的裝有酒精的微

壓計(jì)測(cè)得斜管中讀數(shù)方=7.5mm,酒精密度。=SBOkg/m3,求風(fēng)道的沿程阻力系數(shù)4。

并和用經(jīng)驗(yàn)公式算得以及用莫迪圖查得的值進(jìn)行比較。

[計(jì)算值0.0145;經(jīng)驗(yàn)公式值0.0142;莫迪圖值0.0143]

5-15大水池與容器之間有管道相連，其中有水泵一臺(tái)，已知水在15℃時(shí)的

v=0.01141xl0,p=i000kg/m\裝置如圖5-38所示，管壁相對(duì)粗糙度為

￡/1=0.00023,水泵給予水流的功率為20KW。已知流量為0.14m7s,管徑為d=02相。試

問(wèn)容器進(jìn)口8處的壓強(qiáng)為何

值？[Pe=264kPa

]

5-16已知油的密度P=800必/用;粘度〃=0.069Par,在圖5-39所示連接兩容器

的光滑管中流動(dòng)，已知"=3機(jī)。當(dāng)計(jì)及沿程和局部損失時(shí)，管內(nèi)的體積流量為多少？

[0.2559m3/si

圖5—39圖5—40

5-17用新鑄鐵管輸送25℃的水，流量/=03加3S,在/=1000加長(zhǎng)的管道上沿程損

矢為%=2根(水柱)，試求必須的管道直徑。[0.5757m]

5-18一條輸水管，長(zhǎng)/=100°機(jī)，管徑d=03加，設(shè)計(jì)流量/=0.055加3/5,水的運(yùn)

動(dòng)粘度為丫=106"http://s,如果要求此管段的沿程水頭損失為機(jī)，試問(wèn)應(yīng)選擇相對(duì)粗糙

度￡〃為多少的管道。[4.13x107]

5-19用如圖5-40所示裝置測(cè)量油的動(dòng)力粘度。已知管段長(zhǎng)度/=3.6機(jī)，管徑

d=0.015m,油的密度為夕=850kg/液當(dāng)流量保持為%=3.5x10分/s時(shí)，測(cè)壓管

液面高差△h=27mm試求油的動(dòng)力粘度

[2.2195X10-4/5?-5]

2

5-20如圖5-41所示，運(yùn)動(dòng)粘度丫=0.0000015Inj/s、流量縱=15//力的水在g。°

彎管中流動(dòng)，管徑"=5（）〃〃"，管壁絕對(duì)粗糙度￡=（）?2〃〃〃。設(shè)水銀差壓計(jì)連接點(diǎn)之間的距離

L=0.8m,差壓計(jì)水銀面高度差〃=2°團(tuán)機(jī)，求彎管的損失系數(shù)。[0.618]

5-21不同管徑的兩管道的連接處出現(xiàn)截面突然擴(kuò)大。管道1的管徑4二，管道2的

管徑〃2=0-3機(jī)。為了測(cè)量管2的沿程損失系數(shù)2以及截面突然擴(kuò)大的局部損失系數(shù)4，在突

擴(kuò)處前面裝一個(gè)測(cè)壓管，在其他地方再裝兩測(cè)壓管，如圖5-42所示。已知4=L2'〃，"3加測(cè)

壓管水柱高度加=80麗,b=162mm,，=152加加，水流量縱=0.06療/s,試求沿

程水頭損失系數(shù)％和局部損失系數(shù)？。[0.02722;1.7225]

5-22圖5-43所示為一突然擴(kuò)大的管道，其管徑由&=50mm突然擴(kuò)大到乙=100ww,

管中通過(guò)流量/=16〃//”的水。在截面改變處插入一差壓計(jì)，其中充以四氯化碳

（「=1600依/〃?’），讀得的液面高度差%=173〃〃〃。試求管徑突然擴(kuò)大處的損失系數(shù)，并

圖5-43圖5-44

5-23用如圖5-44所示的U形差壓計(jì)測(cè)量彎管的局部損失系數(shù)。已知管徑"=625加，水

流量U形管的工作液體是四氯化碳，密度為夕=1600kg/，/,u形管左右

兩側(cè)液面高度差△"=70加機(jī)，求局部損失系數(shù)[1.2405]

5-24如圖5-45所示，在三路管狀空氣預(yù)熱器中，將質(zhì)量流量/"=5816kg/〃的空氣從

乙=209加熱到與=16°℃。預(yù)熱器高"=4團(tuán)，預(yù)熱器管系的損失系數(shù)7=6,管系的截面

積A|=0.4〃J,連接箱的截面積A?二。8〃/，拐彎處的曲率半徑和管徑的比值R/"=l。若

沿程損失不計(jì)，試按空氣的平均溫度計(jì)算流經(jīng)空氣預(yù)熱器的總壓降

如。[169.7Pa]

u=4xl（T5〃?2/s,設(shè)計(jì)流量為%=2x1°'"'/s’油箱的液面與管道出口的高度差為

〃=1.5m，試求管徑成

[0.01

413m]

5-26容器用兩段新的低碳鋼管連接起來(lái)（如圖5-46）,已知4=20cm,L,=30m,

d2=30cm（L2=6Qm（管i為銳邊入口，管2上的閥門(mén)的損失系數(shù)？=3.5。當(dāng)流量

%=0.2加3/〃時(shí)，求必須的總水頭〃。[11.08m]

5-27水箱的水經(jīng)兩條串聯(lián)而成的管路流出，水箱的水位保持恒定。兩管的管徑分別為

4=0.15根，d2=QA2mt管長(zhǎng)乙="=7〃?，沿程損失系數(shù)4=4=。?。3,有兩種連接

法，流量分別為％”和彘2,不計(jì)局部損失，求比值?"/2。[1.027]

5-28在圖5-47所示的分支管道系統(tǒng)中，已知右=1000m,4=lm,J=00002m

Zi=5mL2=600md2=0.5/714=0.0001mz2=30/71L3=800md3=0.6m

￡3=0.0005用，z3=25m；1/=1x106機(jī)2/5。水泵的特性數(shù)據(jù)位，當(dāng)流量外,為0、1〃/6、

2m'$、3療/$時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓頭”。為42m、40m、35m、25m,試求分支管道中的流量心、

%，2%，3

、o[1.555m7s,0.6338m7s,0.9213m7s]

5-29圖5—48所示為由兩個(gè)環(huán)路組成的簡(jiǎn)單管網(wǎng)，己知右=10°°加，4=05",

J=0.00005/??.L2=1000md2=OAm-0.00004加L3=100md3=OAm

q=0.00004/22L4-1000md4=0.5mq=0.00005m,L5=1000md5=0.3m

%=0.000042機(jī)；管網(wǎng)進(jìn)口力和出口8處水的流量為I"http://,，。忽略局部損失，并假定全部流

動(dòng)處丁?紊流粗糙管區(qū)，試求經(jīng)各管道的流量。

333

「qvX=0.64mIsqv2=0.36優(yōu)"Isqv3=0.15mIsqv4=0.79/HIS

qv5=0.21機(jī)3/5]

5-30在水箱的垂直壁上淹深/z=L5m處有一水平安放的圓柱形內(nèi)伸銳緣短管，其直徑"=

40mm,流速系數(shù)Cv=0.95。

（1）如流動(dòng)相當(dāng)于孔口，如圖5—49所示。試求其收縮系數(shù)和流量。

（2）如流動(dòng)充滿短管，如圖所示。收縮系數(shù)同（1）,只計(jì)收縮斷面以后的擴(kuò)大損失,

試求其流量。[（1）0.554,0.0036m3/s;（2）0.0053m3/s]

圖5-49圖5-50

5-31如圖5—50所示，薄壁容器側(cè)壁上有一直徑"=2（）"機(jī)的孔口，孔口中心線以上水深

H=5m。試求孔口的出流流速匕和流量或。倘若在孔口上外接一長(zhǎng)/=84的短管，取短管

進(jìn)口損失系數(shù)7=0?5,沿程損失系數(shù)％=002,試求短管的出流流速丫和流量心。

[7.7m/s,0.0024m%]

5-32圖5-51所示兩水箱中間的隔板上有一直徑"。二80機(jī)機(jī)的薄壁小孔口，水箱底部裝

有外神管嘴，它們的內(nèi)徑分別為4=60〃〃"，d[=70mm。如果將流量/=?！?"/人的

水連續(xù)地注入左側(cè)水箱，試求在定常出流時(shí)兩水箱的液深“1、”2和出流流量/“、

[8.993m,4.367m;0.0308m7s,0.0292m7s]

5-33如圖5-52所示，沉淀水池的截面積A=40〃J,水深"=2.8機(jī)，底部有一個(gè)

"=°.3加的圓形孔口，孔口的流量系數(shù)0，，=06,試求水池的泄空時(shí)間。[712.73s]

5-34有一封閉大水箱，經(jīng)直徑"=125mm的薄壁小孔口定常出流，已知水頭〃=L8〃z,

流量外,=1.5x1°^團(tuán)/,,流量系數(shù)=°.6。試求作用在液面上氣體的計(jì)示壓強(qiáng)。

[1,899xlO5Pa]

5-35如圖5—53所示，密度為90°kg/'〃3的油從直徑2cm的孔口射出，射到口外擋板上

的沖擊力為2ON,已知孔口前油液的計(jì)示壓強(qiáng)為45000Pa,出流流量為229x10"m3/九試

求孔口出流的流速系數(shù)、流量系數(shù)和收縮系數(shù)。[0.97,0.729,0.752]

氣體的一維流動(dòng)

6-1飛機(jī)在20000m高空（-56.5℃）中以2400km/h的速度飛行，試求氣流相對(duì)于飛機(jī)的馬赫

數(shù)。[2.25]

6-2過(guò)熱水蒸氣（7=133,R=462'/（依.K））在管道中作等嫡流動(dòng)，在截面i上的參數(shù)

為：乙=50.c,Pi=10、Pa,匕=5