材料加工冶金传输原理习题答案Word文档格式.docx

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将V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。

式中V是指液体变化前的体积

1.6如图1.5所示，在相距h＝0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄

板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。

当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平方米受合力F=29N，求两种油的粘度各是多少?

流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为

平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即

代入数据得η=0.967Pa.s

第二章流体静力学（吉泽升版）

2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点?

解:

作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。

质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。

而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。

2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何?

流体静压强指单位面积上流体的静压力。

静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。

2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。

流体静力学基本方程为：

同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强可以互换，比势能总是相等的。

2-4如图2-22所示，一圆柱体d＝0.1m，质量M＝50kg．在外力F＝520N的作用下压进容器中，当h=0.5m时达到平衡状态。

求测压管中水柱高度H＝?

由平衡状态可知：

代入数据得H=12.62m

2.5盛水容器形状如图2.23所示。

已知hl＝0.9m，h2＝0.4m，h3＝1.1m，h4＝0.75m，h5＝1.33m。

求各点的表压强。

表压强是指：

实际压强与大气压强的差值。

2-6两个容器A、B充满水，高度差为a0为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U形管将两容器相连，如图2.24所示。

已知油的密度ρ油=900kg／m3，h＝0.1m，a＝0.1m。

求两容器中的压强差。

记AB中心高度差为a，连接器油面高度差为h，B球中心与油面高度差为b；

由流体静力学公式知：

2-8一水压机如图2.26所示。

已知大活塞直径D＝11.785cm，小活塞直径d=5cm，杠杆臂长a＝15cm，b＝7.5cm，活塞高度差h＝1m。

当施力F1＝98N时，求大活塞所能克服的载荷F2。

由杠杆原理知小活塞上受的力为F3：

∴F2=1195.82N

2-10水池的侧壁上，装有一根直径d＝0.6m的圆管，圆管内口切成a＝45°

的倾角，并在这切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，h=2m，如图2.28所示。

如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦力，问开起盖板的力T为若干?

（椭圆形面积的JC=πa3b/4）

建立如图所示坐标系oxy，o点在自由液面上，y轴沿着盖板壁面斜向下，盖板面为椭圆面，在面上取微元面dA,纵坐标为y，淹深为h=y*sinθ,微元面受力为

板受到的总压力为

盖板中心在液面下的高度为hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45°

盖板受的静止液体压力为F=γhcA=9810*2.3*πab

压力中心距铰链轴的距离为：

X=d=0.6m,由理论力学平衡理论知，当闸门刚刚转动时，力F和T对铰链的力矩代数和为零，即：

故T=6609.5N

2-14有如图2.32所示的曲管AOB。

OB段长L1＝0.3m，∠AOB=45°

，AO垂直放置，B端封闭，管中盛水，其液面到O点的距离L2＝0.23m，此管绕AO轴旋转。

问转速为多少时，B点的压强与O点的压强相同?

OB段中最低的压强是多少?

位于何处?

盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度ω旋转时，其管内相对静止液体压强分布为：

以A点为原点，OA为Z轴建立坐标系

O点处面压强为

B处的面压强为

其中：

Pa为大气压。

当PB=PO时ω=9.6rad/s

OB中的任意一点的压强为

对上式求P对r的一阶导数并另其为0得到，

即OB中压强最低点距O处

代入数据得最低压强为Pmin=103060Pa

第三章习题（吉泽升版）

3.1已知某流场速度分布为，试求过点（3，1，4）的流线。

由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分方程为：

即：

求解微分方程得过点（3,1,4）的流线方程为：

3.2试判断下列平面流场是否连续?

由不可压缩流体流动的空间连续性方程（3-19，20）知：

，

当x=0，1，或y=kπ（k=0，1，2，……）时连续。

3.4三段管路串联如图3.27所示，直径d1=100cm，d2=50cm，d3＝25cm，已知断面平均速度v3＝10m/s，求v1,v2，和质量流量（流体为水）。

可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变，

故：

质量流量为：

3.5水从铅直圆管向下流出，如图3.28所示。

已知管直径d1＝10cm，管口处的水流速度vI

＝1.8m/s，试求管口下方h＝2m处的水流速度v2，和直径d2。

以下出口为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程：

代入数据得：

v2=6.52m/s

由得:

d2=5.3cm

3.6水箱侧壁接出一直径D＝0.15m的管路，如图3.29所示。

已知h1＝2.1m，h2=3.0m,不计任何损失，求下列两种情况下A的压强。

（1）管路末端安一喷嘴，出口直径d=0.075m；

（2）管路末端没有喷嘴。

以A面为基准面建立水平面和A面的伯努利方程：

以B面为基准，建立A,B面伯努利方程：

（1）当下端接喷嘴时，

解得va=2.54m/s,PA=119.4KPa

（2）当下端不接喷嘴时，

解得PA=71.13KPa

3.7如图3.30所示，用毕托管测量气体管道轴线上的流速Umax，毕托管与倾斜（酒精）微压计相连。

已知d=200mm，sinα=0.2，L=75mm，酒精密度ρ1=800kg／m3，气体密度ρ2＝1.66Kg/m3；

Umax=1.2v（v为平均速度），求气体质量流量。

此装置由毕托管和测压管组合而成，沿轴线取两点，A（总压测点），测静压点为B，过AB两点的断面建立伯努利方程有：

其中ZA=ZB,vA=0,此时A点测得

的是总压记为PA*，静压为PB

不计水头损失，化简得

由测压管知：

由于气体密度相对于酒精很小，可忽略不计。

由此可得

气体质量流量:

代入数据得M=1.14Kg/s

3.9如图3.32所示，一变直径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.0m，用压强表测得PA＝7x104Pa，PB＝4x104Pa，用流量计测得管中流量Q=12m3/min，试判断水在管段中流动的方向，并求损失水头。

由于水在管道内流动具有粘性，沿着流向总水头必然降低，故比较A和B点总水头可知管内水的流动方向。

管内水由A向B流动。

以过A的过水断面为基准，建立A到B的伯努利方程有：

代入数据得，水头损失为hw=4m

第四章（吉泽升版）

4.1已知管径d＝150mm，流量Q＝15L/s，液体温度为10℃，其运动粘度系数ν＝0.415cm2/s。

试确定：

（1）在此温度下的流动状态；

（2）在此温度下的临界速度；

（3）若过流面积改为面积相等的正方形管道，则其流动状态如何?

流体平均速度为：

雷诺数为：

故此温度下处在不稳定状态。

因此，由不稳定区向湍流转变临界速度为：

由不稳定区向层流转变临界速度为：

若为正方形则

故为湍流状态。

4.2温度T=5℃的水在直径d＝100mm的管中流动，体积流量Q=15L/s，问管中水流处于什么运动状态?

由题意知：

水的平均流速为：

查附录计算得T=5℃的水动力粘度为

根据雷诺数公式

故为湍流。

4.3温度T=15℃，运动粘度ν＝0.0114cm2/s的水，在直径d=2cm的管中流动，测得流速v=8cm/s，问水流处于什么状态?

如要改变其运动，可以采取哪些办法?

故为层流。

升高温度或增大管径d均可增大雷诺数，从而改变运动状态。

4.5在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重γ＝9.31kN/m3的重油，其重量流量G＝2371.6kN/h，求油温分别为10℃（ν=25cm2/s）和40℃（ν=1.5cm2/s）时的水头损失

由题知：

油温为10℃时

40℃时

4.6某一送风管道（钢管，⊿=0.2mm）．长l=30m，直径d=750mm，在温度T=20℃的情况下，送风量Q=30000m3/h。

问：

（1）此风管中的沿程损失为若干?

（2）使用一段时间后，其绝对粗糙度增加到⊿=1.2mm，其沿程损失又为若干?

（T=20℃时，空气的运动粘度系数ν=0.175cm2/s）

（1）由题意知：

由于Re＞3.29*105，故

（2）：

同

（1）有

4.7直径d=200m，长度l=300m的新铸铁管、输送重度γ=8.82kN/m3的石油．已测得流量Q=0.0278m3/s。

如果冬季时油的运动粘性系数ν1=1.092cm2/s，夏季时ν2=0.355cm2/s，问在冬季和夏季中，此输油管路中的水头损失h1各为若干?

由题意知

冬季

同理，夏季有

因为

由布拉休斯公式知：

第五章边界层理论

5.2流体在圆管中流动时，“流动已经充分发展”的含义是什么？

在什么条件下会发生充分发展了的层流，又在什么条件下会发生充分发展了的湍流？

流体在圆管中流动时，由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化，直至离管口一定距离后不再改变。

进口段内有发展着的流动，边界层厚度沿管长逐渐增加，仅靠固体壁面形成速度梯度较大的稳定边界层，在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小，直至消失后，便形成了充分发展的流动。

当流进长度不是很长（l=0.065dRe），Rex小于Recr时为充分发展的层流。

随着流进尺寸的进一步增加至l=25-40d左右，使得Rex大于Recr时为充分发展的湍流

3．常压下温度为30℃的空气以10m/s的速度流过一光滑平板表面，设临界雷诺数Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层？

求出层流边界层相应点处的边界层厚度

由题意临界雷诺数知对应的厚度为x,则

4.常压下，20℃的空气以10m/s的速度流过一平板，试用布拉修斯解求距