精编工程流体力学 课后答案Word格式文档下载.docx

1、s1-8.图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s，板与固定边界的距离=1，油的动力粘度1.147Pas，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？1-9.如图所示活塞油缸，其直径D12cm，活塞直径d11.96cm，活塞长度L14cm，油的0.65P，当活塞移动速度为0.5m/s时，试求拉回活塞所需的力F=？AdL,0.65P0.065Pas,u0.5m/s,y=（D-d）/2第一章流体静力学2-1.如图所示的U形管中装有水银与水，试求：（1）A、C两点的绝对压力及表压各为多少？（2）A、B两点的高度差为多少？pA表h水0.3mH2O0.0

2、3at0.39800Pa2940PapA绝pa+pA表（10+0.3）mH2O1.03at10.39800Pa100940PapC表hghhg+pA表0.113.6mH2O+0.3mH2O1.66mH2O0.166at1.669800Pa16268PapC绝pa+pC表（10+1.66）mH2O11.66mH2O1.166at11.669800Pa114268Pa30cmH2O13.6hcmH2Oh30/13.6cm=2.2cm题2-2题2-32-2.水银压力计装置如图。求管中心A处绝对压力及表压力？（设油品相对密度为0.9）pA表1513.610+350.9cmH2O225.5cmH2O0.

3、2255at2.2099pA绝pa+pA表（10+2.255）mH2O1.2255at120099Pa2-3.今有U形管，内装水和四氯化碳（CCl4），如图所示。试求四氯化碳的相对密度。列等压面方程：30.6cmH2O17.8cmH2O+8.02-4.图示水罐中气体绝对压强p11.5104Pa，高度H1m。当时的大气压强相当于745mm水银柱高。试求玻璃管中水银的上升高度h为多少？绝对压强p11.5p1+Hpahghhgh74510-313.69800-1.5104-980019.929104-1.5104-0.981047.449h7.449104/（13.69800）=0.56m2-5.油

4、罐内装相对密度0.8的油品，下有底水，为测定油深及油面上的压力，装置如图所示的U形管水银压力计，测得各液面位置如图。试确定油面高度H及液面压力p0。0.5-0.86mH2O6-1.66-0.4d油HH（1.6-0.4）/d油1.5mP06-1.6mH2O4.4mH2O0.44at4.312104Pa（表压）题2-5图2-6.油罐内装相对密度0.70的汽油，为测定油面高度，利用连通器原理，把U形管内装上相对密度为1.26的甘油，一端接通油罐顶部空间，一端接压气管。同时，压气管的另一支引入油罐底以上0.40m处，压气后，当液面有气逸出时，根据U形管内油面高差h0.70m来推算油罐内的油深H为多少？

5、p甘油hp汽油（H-0.4）H甘油h/汽油+0.4=1.260.7/0.70+0.4=1.66m2-7.为测定油品重度，用如下装置，经过1管或2管输入气体，直至罐内油面出现气泡为止。用U形管水银压力计分别量出1管通气时的h1，及2管通气时的h2。试根据1、2两管的沉没深度H1和H2以及h1和h2，推求油品重度的表达式。2-8.如图所示热水锅炉，h250mm，问锅炉内液面在何处？（要求作图表示不必计算）液面上蒸汽压力为多少？右侧两管的液面差h1应为多少？CDp0hgh213.698005010-3pa6664Pap0hgh2水h1题28图题29图题210图2-9.图示两水管以U形压力计相连，A、

6、B两点高差1m，U形管内装水银，若读数h0.50m，求A、B两点的压差为多少？HAHB1h1-0.500.50m2-10.欲测输油管上A、B两点的压差，使用U形管压差计，内装水银，若读数h360mm，油的相对密度0.78，则pApB？2-11.为测水管上微小压差，使用倒U形管，上部充以相对密度0.92的油，若h125mm，求pApB？2-12.图示为校正压力表的压挤机，密闭室内油的容积V300cm3，圆柱塞直径d10mm，柱的螺距t2mm，摇柄半径r150mm，求获得250大气压时所需的手摇轮的转数？（根据油的压缩性找出体积平衡关系，p4.7510-10Pa-1）2-13.用水银测压计测量容器

7、中的压力，测得水银柱高差为h，如图所示。若将测压管下移到虚线位置，左侧水银面下降z，如果容器内压力不变，问水银柱高差h是否改变？改变多少？若容器内是空气，重度a11.82N/m3，结果又如何？p+水zHghh=p+水（z+z）/Hgh=h-h=p+水（z+z）-p-水z/Hg=（水/Hg）z=z/13.60.07353z所以，水银柱高度差h变大。若容器中是空气a11.82N/m3p=Hghh=p/Hg与z无关，h不变2-14.利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度，如图所示。U形管直径很小，L30cm，h5cm。求物体加速度a为多少？自由液面方程：其中，x115cm，x215cm

8、，zs1zs2h5cmzs1zs2a（x2x1）/gagh/L=9.80.05/0.3=1.63m/s22-15.盛水容器，试求其中深度H1m处的液体压力。（1）容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时；（2）容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时；（3）自由下落时；（4）容器以15m/s2的匀加速度下降时；如图建立直角坐标系，则在dp（Xdx+Ydy+Zdz）中有：X0，Y0，Zga所以，dp-（g+a）dz积分上式：p-（g+a）z+C代入边界条件：z0时，p0（表压）得C0所以：p-（g+a）z，令zH得：p（g+a）H（1）容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时：a6m/s2p（g+a）H（9

9、.8+6）1000115800Pa0.16at（2）容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时：a6m/s2p（g+a）H（9.86）13800Pa0.039at（3）自由下落时：a9.8m/s2p（g+a）H（9.8-9.8）10（4）容器以15m/s2的匀加速度下降时：a15m/s2p（g+a）H（9.815）1-5200Pa0.053at2-16.在一直径D300mm、高H500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1300mm，然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液面到达容器上部边缘时的转数n1。当转数超过n1时，水开始溢出容器边缘，而抛物面的顶端将向底部接近。试求能使抛物面顶端碰到容器底

10、时的转数n2，在容器静止后水面高度h2将为多少？注：抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半附证明：2-17.木制提升式闸板，宽度B1.5m，水深H1.5m，闸板与导槽间的摩擦系数为0.7，求提升闸板需力多少？2-18.图示油罐发油装置，将直径d的圆管伸进罐内，端部切成45角，用盖板盖住，盖板可绕管端上面的铰链旋转，借助绳系上提来开启。若油深H5m，圆管直径d600mm，油品相对密度0.85，不计盖板重及铰链的摩擦力，求提升此盖板所需的力的大小。（提示：盖板为椭圆形，要先算出长轴2b和短轴2a，就可算出盖板面积Aab）由题意对轴求矩：2-19.25m3卧式圆筒形油罐，长4.15m，内径2.54m

11、，油品相对密度0.70，油面高度在顶部以上0.20m，求端部圆面积上所受的液体总压力的大小和压力中心位置？2-20.1000m3半地下罐，所装油品相对密度为0.8，油面上压力0.08大气压。钢板的容许应力为1.176108Pa，求最下圈钢板所需厚度？参考工程力学薄壁筒计算原理）2-21.某处装置一安全闸门，门宽B为0.6米，门高H为1.0米。距底0.4米处装有闸门横轴，闸门可绕轴旋转。问门前水深h为若干时，闸门即可自行开放？（不计各处的摩擦力）法一：hhD0.4mh1.33m法二：由题意：P1（0.3e1）P2（0.2+e2）解得：h1.33m2-22.图示两个半圆球形壳，以螺钉相连接。下半球

12、固定于地面，其底部接以测压管，球内装满水，测压管内水面高出球顶1m，球直径2m，试求螺钉所受的总张力。螺钉所受的总张力等于上半球所受到的静水压力F2-23.卧式油罐直径2.2m，长9.6m，油面高出顶部0.2m。密闭时，油面蒸汽压力为368mm水银柱，油品相对密度0.72，求AA及BB断面处的拉力？368mmHg5004.8mmH2O6951.1mmOil6.95mOilAA断面：BB断面：2-24.在盛有汽油的容器的底上有一直径d220mm的圆阀，该阀用绳系于直径d1100mm的圆柱形浮子上。设浮子及圆阀的总质量m100g，汽油相对密度0.75，绳长Z150mm，问圆阀将在油面高度H为多少时

13、开启？由题：临界状态即H0.174m2-25.图示水泵吸水管内的圆球形吸入阀，管内液面高H15m，管外液面高H2=2m。实心钢球直径D=150毫米，材料相对密度8.5，安装在一个直径d=100mm的阀座上。问吸水管内AB液面上需有多大的真空度时，才能将球阀升起？先分清球阀在垂直方向上受哪些力的作用，再根据压力体去解）PG，设真空度为h压力体叠加后只剩V柱（）和V球（）,产生的向上压力P上向下的力为球阀自重GP上G时，阀门可启动，相等为临界状态（p0h4.59104Pa）2-26.玻璃制比重计，管下端小球中装有弹丸，管外径2.0cm，小球体积V010cm3；比重计的重量m25g，汽油相对密度为0

14、.70。求比重计淹没在汽油中的深度h？2.59.80.7（10+3.1422h/4）h8.2cm2-27.一木排由直径250毫米，长10米的圆木结成。用以输送1000牛顿的重物通过河道。设木头的相对密度为0.8，过河时圆木顶面与水面平齐。问至少需要圆木多少根？至少需要圆木x根所以，至少11根。第二章流体运动学与动力学基础3-1已知流场的速度分布为（1）属几元流动？（2）求（x，y，z）（1，2，3）点的加速度。（1）属二元流动。（2）3-2已知平面流动的速度分布规律为流线微分方程：代入得：3-3用直径200mm的管子输送相对密度0.7的汽油，使流速不超过1.2m/s，问每小时最多输送多少吨？3

15、-4油管输送相对密度0.8的煤油，设计输送量为50t/h，限制流速不超过0.8m/s，需多大管径？3-5一离心泵吸入管直径150mm，排出管直径100mm，若限制吸入管流速不超过0.7m/s，求流量及排出管流速各为多少？3-6自水箱接出一个水龙头，龙头前有压力表。当龙头关闭时，压力表读数为0.8大气压；当龙头开启时，压力表读数降为0.6大气压。如果管子直径为12毫米，问此时的流量为多少?p00.8at8mH2O对11、22列伯努利方程:3-7水从井A利用虹吸管引到井B中，设已知体积流量Q=100米/时，H1=3米，Z=6米，不计虹吸管中的水头损失，试求虹吸管的管径d及上端管中的负压值p。列1、

16、2的伯努利方程：列1、3的伯努利方程：列2、3的伯努利方程：3-8为测管路轴线处的流速，装置如图所示的测速管。左管接于水管壁，量出不受流速影响的动压强；右管为90弯管，量出受流速影响的总压强。把两管连于U形管水银压差计上。若h=200毫米，求管轴处的流速?3-9相对密度为0.85的柴油，由容器A经管路压送到容器B。容器A中液面的表压力为3.6大气压，容器B中液面的表压力为0.3大气压。两容器液面差为20米。试求从容器A输送到容器B的水头损失?列A、B两液面的伯努利方程：3-10为测量输油管内流量，安装了圆锥式流量计。若油的相对密度为0.8，管线直径D=100毫米，喉道直径d=50毫米，水银压差

17、计读数h=40厘米。流量系数0.9，问每小时流量为若干吨?3-11为了在直径D160mm的管线上自动掺入另一种油品，安装了如下装置：自锥管喉道处引出一个小支管通入油池内。若压力表读数2.4at，喉道直径d40mm，T管流量Q30L/s，油品相对密度0.9，欲掺入的油品相对密度为0.8，油池油面距喉道高度H1.5m，如果掺入油量为原输送量的10%，B管水头损失设为0.5m油柱，试决定B管直径以多大为宜？列11、22的伯努利方程：代入伯努利方程：列33、44的伯努利方程：3-12图示水箱在水深H3m处接一水平管线。管线由两种直径串联已知：H3m，d120mm，d210mm，L1L210m，hw10

18、.6mH2O，hw21mH2O求：Q；i1，i2；绘制水头线对00、22两液面列伯努利方程：粗管段：细管段：3-13图示输水管路d1d2d3，若忽略管件处的局部阻力，试绘制其总水头线和测压管水头线的示意图。3-14用80KW的水泵抽水，泵的效率为90%，管径为30cm，全管路的水头损失为1m，吸水管水头损失为0.2m，试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。泵的扬程：H=z2-z1+h1-2=29+hw=30mH2O对11、22两液面列伯努利方程：3-15图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问需多少功率的水泵？设全管路的水头损失为2m，泵的效率为80%，若压水管路的水头损失为1.7m

19、，则压力表上的读数为多少？H=z2-z1+hw+=20+2+=42.41m对11、33两液面列伯努利方程：另：对33、22两液面列伯努利方程：3-16图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下罐油面压力0.2大气压，洞库油罐油面压力0.3大气压。设泵的效率0.8，电动机的效率0.9，两罐液面差H40m，全管路水头损失设为5m，求泵及电动机的额定功率（即输入功率）应为多少？3-17用8kW的水泵抽水，泵的效率为90%，管径300mm，全管路水头损失设为3m水柱，吸入管线的水头损失设为0.8m水柱。求抽水量、管内流速及泵前真空度？因流量是未知数，能量方程将为

20、一元三次方程，可用试算法求解）由11、22两液面列伯努利方程得：对11、3两液面列伯努利方程：3-18输油管上水平90转弯处，设固定支座。所输油品相对密度为0.8，管径300mm，通过流量100L/s，断面1处压力2.23大气压，断面2处压力2.11大气压。求支座受压力大小和方向？Q100L/s0.1m3/sAV1AV2x方向动量方程：y方向动量方程：3-19水流经过60渐细弯头AB，已知A处管径DA0.5m，B处管径DB0.25m，通过的流量为0.1m3/s，B处压力pB1.8大气压。设弯头在同一水平面上，摩擦力不计，求弯头所受推力为多少牛顿？对A、B列伯努利方程：由动量方程：x：y：3-2

21、0消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒口径d1cm，水龙带端部口径D5cm，从消火唧筒射出的流速V20m/s，求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R（设唧筒水头损失为1m水柱）？对11、22列伯努利方程：动量方程：消防队员所需力为381N，方向向左。3-21嵌入支座的一段输水管，如图所示，其直径由D1.5m变化为D21m，当支座前压力p4大气压，流量Q1.8m3/s，试确定渐缩段中支座所承受的轴向力？支座所承受的轴向力为384KN，方向向右。3-23水射流以19.8m/s的速度从直径d100mm的喷口射出，冲击一固定的对称叶片，叶片的转角135，求射流对叶片的冲击力。第三章流体阻力和水头损失4

22、-1用直径100mm的管路输送相对密度0.85的柴油，在温度20C时，其运动粘度为6.7cSt，欲保持层流，问平均流速不能超过多少？最大输送量为多少t/h？层流：Rec20004-3用管路输送相对密度0.9，粘度45cP的原油，维持平均流速不超过1m/s，若保持在层流状态下输送，则管径最大不应超过多少？4-4相对密度0.88的柴油，沿内径100mm的管路输送，流量1.66L/s。求临界状态时柴油应有的粘度为多少？4-5研究轴承润滑的问题中，有关的物理参数为：轴的正应力p，摩擦力R，轴径D，轴承长l，轴与轴承间的间隙，润滑剂粘度，转数n。试用因次分析方法确定它们之间的无因次关系式。（1）（2）取

23、p，D，n作为基本物理量p=ML-1T-2，R=MLT-2，D=L，l=L，=L，=ML-1T-1，n=T-1，（3）即4-6研究流体绕流与流向垂直放置的横卧圆柱体所受的阻力T时，涉及的物理参数为：流体的流速U、流体的粘度、密度、圆柱直径D、圆柱长度及圆柱表面粗糙度。试用因次分析方法中的定理确定各物理量间的无因次关系式。并证明T=CDAU2（其中：A=D，称迎流面积），写出阻力系数CD的函数表达式。（2）选基本物理量，V，DU=LT-1，=ML-1T-1，=ML-3，D=L，l=L，=L，T=MLT-2M：1x1x11L：-1-3x1+y1+z1 y11 T：-1-y1z11同理得：，令则4-

24、7假定气体中的声速C依赖于密度、压强p和粘度。试用雷利量纲分析方法求声速C的表达式。（C=）CkxpyzC=LT-1，=ML-3，p=MLT-2，=ML-1T-1，LT-1=kML-3xMLT-2yML-1T-1z4-8蓖麻油相对密度为0.969，动力粘度为484mPas，流经直径为75mm的管道时，平均流速为5m/s。今用空气进行模拟试验，气体管道直径为50mm，空气的运动粘度为0.15cm2/s，气流速度为多少，才能保持动力相似？（0.225m/s）由题意，欲保持动力相似，应维持雷诺数相等Vm0.225m/s4-9油船吃水面积为400m2，航速5m/s，船长50m。在水中进行模型实验时，模

25、型吃水面积为1m2。忽略表面张力及粘性力的影响，只考虑重力的影响，与保持原型及模型中的弗汝德数相等，试求模型长度及模型航速大小。（长度：2.5m，航速：1.12m/s）几何相似：Frn=Frm,4-10充分发展了的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度为常数，且，重力加速度g。求证其流速分布关系式为：证：NavierStokes方程：Xg，Y0，Z0；uyuz0，uxu；不可压稳定流：则NS方程简化为：由连续性方程：得则NS方程进一步简化为：积分：再积分：边界条件：y0时，u0 C20y时， C1g所以4-11管径400mm，测得层流状态下管轴心处最大流速为4m/s，求断面平均流速。此平均流速相当于

26、半径为多少处的实际流速？；4-12求证半径为a的圆管中粘性液体层流状态时，管中摩阻应力极大值为。（为液体粘度，V为平均流速）圆管层流4-13用长度5km，直径300mm的钢管，输送相对密度0.9的重油，重量流量200t/h。求油温从t110C（125St）变到t240C（21.5St）时，水头损失降低的百分数。t110C时：t2404-15管内紊流时的流速分布规律可写为指数形式其中um为最大流速，R为管道半径，u和r为任一点所对应的流速和半径。求平均流速与最大流速之比。设，则4-17相对密度0.8的石油以流量50L/s沿直径为150mm的管线流动，石油的运动粘度为10cSt，试求每公里管线上的压降（设地形平坦，不计高程差）。若管线全程长10km，终点比起点高20m，终点压强为1大气压，则起点应具备的压头为多少?所以，每公里压