流体力学第四章习题集规范标准答案Word文档下载推荐.docx
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无黏性流体;
(b)无旋流动;
(c)具有速度势;
(d)满足连续性。
4.7一变直径的管段AB,直径dA=0.2m,dB=0.4m,高差h=1.5m,今测得
22
Pa=30kN/m,Pb=40kN/m,B处断面平均流速Vb=i.5m/s.。
试判断水在管中
解:
的流动方向。
Ha
Za
Pa
2
aVa
30
103
1.01.5
4
0.4
4.89(m)
g
2g
1000
9.807
29.807
0.2
Hb
Zb
Pb
BVB
1.5
40
1.01.52
5.69
(m)
以过A的水平面为基准面,则
A、B点单位重量断面平均总机械能为:
•••水流从B点向A点流动。
答:
水流从B点向A点流动。
该点流速u3.85m/s。
4.9水管直径50mm,末端阀门关闭时,压力表读值为21kN/m。
阀门打开后读值降至
5.5kN/m,如不计水头损失,求通过的流量。
通过的流量Q0.011m3/s。
4.10水在变直径竖管中流动,已知粗管直径d1=300mm,流速V1=6m/s。
为使两断面的
压力表读值相同,试求细管直径(水头损失不计)
d1
2,当P1P2时,有:
解:
以过下压力表处的水平面为基准面,列伯努利方程如下:
Z1P1
1V1p22V2
_Z2_hw12
2gg2g
'
/hw12
0,Z13m,z20
222
v22gz1v129.8073694.842v29.74(m/s)由连续性方程V2A2wA
235.5(mm)
"
2di;
V2300■,9.74
d1=200mm,流量计喉管直
=0.95。
现测得水银压差计
细管直径为235.5mm。
4.11为了测量石油管道的流量,安装文丘里流量计,管道直径
3
径d2=100mm,石油密度=850kg/m,流量计流量系数
读书hp=150mm,问此时管中流量Q是多少。
」i
Q
Hg
1hp
其中:
0.95;
K
£
亦
4①°
1
d2
.29.8074
J0241
0.10.0359
hp0.15(m)
1hpK
油
Hg水
水油
0.950.035913.6100010.15850
0.0511575(m3/s)51.2(l/s)答:
此时管中流量Q51.2l/s。
,该处绝对压强P1=0.5大气
4.12水箱中的水从一扩散短管流到大气中,直径d1=100mm
压,直径d2=150mm,试求水头H,水头损失忽略不计。
(1)以出水管轴线为基准面,列管径d1与d2处的伯努利方程,可得:
P11W
2V2
g2g
取12
1.0,
P20,P1
0.5101.325
50.663kPa
2P1
■/V|v2
V2
di
250.663103101.325
101.325
0.15,10.1
(2)从液面到短管出口列能量(伯努利)方程。
4.99429.807
1.27(m)
水头H1.27m。
4.13离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气,直径d=200mm处接一根细玻璃管,
已知管中的水上升H=150mm,求进气流量(空气的密度=1.29kg/m)。
以集流器轴线的水平面为基准面,从距进口一定距离的水平处列到测管处的伯努利方程,可得:
Phv
PaPh
其中Pa0,则PhH水g
QvA47.76—0.221.5(m3/s)4
进气流量Q1.5m3/s。
4.14一吹风装置,进排风口都直通大气,风扇前、后断面直径d1=d2=1m,排风口直径
d3=o.5m,已知排风口风速V3=40m/s,空气的密度=1.29kg/m,不计压强损失,
试求风扇前、后断面的压强P1和P2。
从大气到d1断面,列伯努利方程:
1V1
取0-0断面为基准面,由非恒定流的伯努利方程:
Zi
P1
U1z22g
P2
u2
八dl
g0t
•••Zi
Z,Z2
z,
P1P20
5
•••2z
L
1u
dl
Lu
gt0
gt
u
2gz
t
•「Uz,t
ut
dzdt
•d2z
dt2
令z
ccost
,则
zz0cosz0sin
4.16水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层,喷嘴出口直径d=30mm,出口水
流速度v=54m/s,求水流对煤层的冲击力。
取控制体如图,受力如图。
QV2v
F
d22
0.0322
Qv
v-
1000542.061(kN)
v2
水流对煤层的作用力与
F构成作用力与反作用力,大小为2.061kN,方向向右。
4.17水由喷嘴射出,已知流量Q=0.4m/S,主管直径D=0.4m/s,喷口直径d=0.1m,
水头损失不计,求水流作用在喷嘴上的力。
(1)取过轴线的水平面为基准面,列螺栓断面与出口断面的伯努利方程:
(2)取控制体如图所示,列动量方程。
QvV1mA
4.18闸下出流,平板闸门宽b=2m,闸前水深h1=4m,闸后水深h2=0.5m,出流量
Q=8m3/s,不计摩擦阻力,试求水流对闸门的作用力,并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。
(1)由连续方程
h|bv1h2bv2
Q8
••V|
(m/s)
h1b2
8
8(m/s)
h2b2
0.5
Pl
V1
(2)由动量方程,取控制体如图。
QV2VipiAiP2A2F
•••F
Qv2V|
h2
gb
Qv2v1
10009.80742051000881298.46(kN)
-40.5
gb-10009.8073.522120.14(kN)y2
水流对闸门的作用力F
98.46kN,按静水压强分布规律计算的结果
F静120.14kN。
4.19矩形断面的平底渠道,其宽度B为2.7m,渠底在某断面处抬高0.5m,该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m,如忽略边壁和渠底阻力,试求:
(1)渠道的流量;
(2)水流对底坎的冲力。
(1)以上游渠底为基准面,列上、下游过水断面的能力方程:
z1
1W
Z2P2
其中:
Pa0,
Z1
2.0m,Z2
2.00.151.85m
QQ
A1
Bh1
A2Bh2
h1
2.0m,h2
2.0
0.150.5
1.35m
Q2
Z1Z2
V2v〔
B2h|
B2hf
2gZiz2
11
B"
hfB2h2
2g乙Z2
Bh2
2.71.35
29.8070.15
8.47(m3/s)
8.47—、
1.57(m/s)
2.72
8.47/、
2.32(m/s)
A2
(2)取控制体如图,列动量方程
——►
QV2uPiAP2A2F
FP1A1P2A2
h2h;
-gB-22
gB
v2v1
Bh2h;
gB
10009.807
2.7
22
1352
10008.472.321.57
22.48(kN)
(1)渠道的流量Q8.47m3/s;
(2)水流对底坎的冲力F22.48kN。
4.20下列不可压缩流体、平面流动的速度场分别为:
(1)Ux=y;
Uy=X
(2)Ux=xy;
Uy=xy
(3)Ux=x2y2x;
Uy=(2xyy)
试判断是否满足流函数和流速势的存在条件,并求
(1):
巴巴0,满足连续方程,流速数存在。
xy
1Uy
Ux
又•••
z
2x
y
1,有旋,故不存在。
Uxy,
yxUyx
—dx——dyxdxydyxy
122
•••流速数1xyc
(3)••
•Ux
y2x1
2x1
x
0,故流速数存在。
流函数与势函数满足:
Uxxyxxyy匚Uy2xyy
解得:
x,y
13212
xxyxcy
12
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