工程流體力學(xué)(水力學(xué))聞德第五章-實際流體動力學(xué)基礎(chǔ)課后答案

(2)(3)工程流體力學(xué)聞德課后習(xí)題答案(2)(3)yτy,pxp,y-2μy-2μy5－2設(shè)例5-1中的下平板固定不動，上平板以速度），一流動與在第一章中討論流體粘性時的流動相比較）解：將坐標(biāo)系ox軸移至下平板，則邊界條件為X由例5-1中的（11）式可得(1)簡單剪切流動。它只是由于平板運動，由于流體的粘滯性帶動流體發(fā)生的流動。速度分布為當(dāng)p＞0時，-py(1-y) 沿著流動方向壓強減小，速度在整個斷面上的分布均為正值；當(dāng)p<0時，沿流動方向壓強增加，則可能在靜止壁面附近產(chǎn)生倒流，這主要發(fā)生p<-1的情況.斯方程和連續(xù)性方程，證明過流斷面上的速度分布為u2q3μθp由納維斯托克斯方程和連續(xù)性方程可得xf-+xx2z——斯托克斯方程可寫成x2x只與z方向有關(guān)，與x無關(guān)，所以偏微分可改為全微分，則d2u-dz2x 1x2x2xμμ5－4設(shè)有兩艘靠得很近的小船，在河流中等速并列向前行駛，其平面位置，如圖a？（當(dāng)圓筒按圖中所示方向（即順時針方向）作等角轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，試問圓筒越流越靠近D側(cè)，還解1）取一通過兩小船的過流斷面，它與自由表面的交線上各點的zpg2maxr0max為管軸處的最大流速。試求斷面平均流速v（以umax表示）和動能修正系數(shù)α值。(r0r20(r0r20A00解：設(shè)n17rr AA0r2π(ry)dy02πu3r2(1 A＋＋v3A0.04m,文丘里管流量系數(shù)μ=0.98，試求流量Q。解：由伯努利方程得v121g2將式(2)(3)代入(1)得g2222222—(1)(2)(3)/s實解：與習(xí)題5-6的解法相同，結(jié)果亦相同解略它說明流量Q與傾斜角無關(guān).=100mm，h=2m，能量損失略去不計，試求管道中的流量至少應(yīng)為多大，才能抽出基坑中-1、2-2寫伯努利方程，得pv2v2 1+1=2 p2(22對壓強）為5kPa，能量損失略去不計，試求管中流量達(dá)到多大時，將在喉道發(fā)生液體的汽pv2pv2—325－10設(shè)一虹吸管布置，如圖所示。已知虹吸管直徑d=150mm，噴嘴出口直徑d2=50mm，水池水面面積很大，能量損失略去不計。試求通過虹吸管的流量Q和管內(nèi)A、B、C、D各點的壓強值。解：由題意得，水箱高度是解：由題意得，水箱高度是v2ππ2ππ2)22mA2A211225－11設(shè)有一實驗裝置，如圖所示。已知當(dāng)閘閥關(guān)閉時，點A處的壓力表讀數(shù)為水箱水面面積很大，能量損失略去不計，試求通過圓管的流量Q。p Appv2—44v2332x9.8π2x3/sA、B兩點間的水流方向，并求出其間的能量損失h。33B2A333AAABp v2p v22O5－13一消防水槍，從水平線向上傾角α=30°,水管直徑d1=150mm，噴嘴直徑d2Mp Mp M222m5-14一鉛垂立管，下端平順地與兩水平的平行圓盤間的通道相聯(lián)，如圖所示。已知立去不計，且假定各斷面流速均勻分布。解：由連續(xù)性方程得22ADB223x234Pa5-15水從鉛垂立管下端射出，射流沖擊一水平放置的圓盤，如圖所示。已知立管直徑差計中的讀數(shù)Δh。能量損失略去不計，且假定各斷面流速分布均勻。解：設(shè)立管出口流速為vD2v44,水流離開圓盤邊緣的流速為v，根據(jù)連續(xù)性方程得2212-221-D2v2x水銀壓差計反映盤面上的駐點壓強p，即pv2──=22]m水箱進(jìn)入管道的進(jìn)口局部損失系數(shù)ζj1＝0.5，第一管段的沿程損失系數(shù)ζf1=6.1，第一管道進(jìn)入第二管道的突然收縮局部損失系數(shù)ζj2＝0.15，第二管段的沿?fù)p失后的斷面平均速度而言）。試求水箱中所需水頭H，并繪出總水頭線和測壓管水頭線。v2hw03v2 v2f12gj22gf22gj32gj42g1Ad2πx2 2v2j2j22gf2f22gj3j32gj4j42g2總水頭線和測壓管水頭線分別如圖中實線和虛線所示。），若不計能量損失，試求單寬（b＝1m）流量q，并繪出總水頭線和測壓管水頭線。解：由伯努利方程得22聯(lián)立解（12）式得總水頭線，測壓管水頭線分別如圖中虛線，實線所示。5—18水箱中的水通過一鉛垂?jié)u擴管滿流向下泄去，如圖計，試求真空表M的讀數(shù)。若d3不變，為使真空表讀數(shù)為零，試求d2應(yīng)為多大。真空表裝在▽=0.4m斷面處。2223223v222 2=—2d222>d3，所以應(yīng)改為漸縮形鉛垂管，才能使真空表讀數(shù)為零。繪出總水頭線和測壓管水頭線，并指出管中出現(xiàn)負(fù)壓（真空）的管段。v2v22（3）對0,0,軸繪出的總水頭線和測壓管水頭線，分別如圖中實線和虛線所示。的揚程H和功率P。m22AA對過流斷面A、C寫氣體伯努利方程可得222221.16kg/m3，試問早晨、中午的氣流方解：設(shè)早晨氣流經(jīng)坑道流出豎井，則設(shè)中午氣流經(jīng)豎井流出坑道，則v22v22圖所示。如爐外空氣密度ρa＝1.2kg/m3，煙氣的平均密度ρ=0.6kg/m3，兩測壓斷面高差H解：由氣體伯努利方程得3Hv2Hv2v2w 3 對經(jīng)過M的過流斷面、出口斷面寫氣體伯努利方程可得2wpMa22v2v222因煙囪斷面不變，各段勢壓低于總壓的動壓值相同，出口斷面勢壓為零。a總壓線、勢壓線、位壓線，分別如圖中的實線，虛線和點劃線所示。整個煙囪內(nèi)部5－26設(shè)有壓圓管流（湍流參閱習(xí)題5-5圖已知過流斷面上的流速分布為()0的最大流速。試求動量修正系數(shù)β值。1=解：設(shè)n-7AA2π(r0y)dyAπr2Aπr20A0r0＋＋v2AA，水箱水面面積很大。若不計能量損失，試求作用于水箱的水平分力FR。.解：設(shè)水箱壁作用于水體的水平分力為F，方向向右。動量修正系數(shù)β=1.0，取水箱R水面、管嘴出口及水箱體作為控制體，對x軸寫總流動量方程可得1所以FRQAF值與F值大小相等，方向相反，即F的方向為水平向左?！猀vFp=5－28設(shè)管路中有一段水平（Oxy平面內(nèi)）放置的等管徑彎管，如圖所示。已知管徑d=0.2m，彎管與x軸的夾角θ=45°,管中過流斷面1－1的平均流速v1=4m/s，其形心處的相對壓強p1=9.81×104Pa。若不計管流的能量損失，試求水解：設(shè)彎管作用于水體的水平分力為F，鉛垂分力為F。由總流動量方程可得2v1pAF'pApAF1F'4π44π4222π422=-+—4π422)N2FFFF2743.5N，方向與F'相反 5－29有一沿鉛垂直立墻壁敷設(shè)的彎管如圖所示，彎頭轉(zhuǎn)角為90°,起始斷面1－1到強p1為試求水流對彎頭的作用力FR?！?gg2 p p g gpp232ππ4πππππp44對x軸寫動量方程得πpd2FπFF對于y軸寫動量方程得π//FFFF5124N，方向與F,相反。/s。水流由過流斷面1－1流到過流斷面2－2，若不計壁上的軸向力FR。解：設(shè)管壁作用于水體的力為F，由總流動量方程可得R2422432π42π4445N），RR解：設(shè)閘門作用于水體的水平力為F，取閘門前后過水?dāng)嗝婕爸g的部分為控制體，R對水平軸列總流動量方程得2v1FFF3232R××××＝FF3023.2N，方向與F,相反，即F的方向為水平向右。A 225－32設(shè)將一固定平板放在水平射流中，并垂直于射流的軸線，該平板取射流流量的/s。若不計能量損失（摩擦阻力）和液體重量的影響，試求作用在固定平板上的沖擊力FA 22R解：設(shè)平板作用于水體的水平力為F，由連續(xù)性方程得RFFF456.46N，方向與F相反，即F的方向為水平向右。管端前端的測壓表M讀數(shù)為60kPa，求法蘭盤接頭A處，上、下螺栓的受力情況。假定螺用位置如圖所示。不計能量損失(摩擦阻力).2211)2 ×2×2Av設(shè)彎管作用于水體的水平力為R平方向總流動量方程可得×＝21FFRFR 421p34水流作用與彎管的力F＝F＝333.82N，方向與F相反，即F的方向為水平向左， 為Qv。對斷面A－A軸心點取矩，以逆時針方向力矩為正，則22ppM受，其力f—l上螺栓所受的拉力—F上F 4每個側(cè)螺栓所受的拉力中MlF 44N4下螺栓所受的拉力F下 R-()N5－34一裝有水泵的機動船逆水航行，如圖所示。已知水速v為1.5m/s，船地的航速v0為9m/s，相對于船身水泵向船尾噴出的水射流的射速vr