工程流體力學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)答案

1、工程流體力學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)1-9已知椎體高為H ，錐頂角為2，錐體與錐腔之間的間隙為，間隙內(nèi)潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度為，錐體在錐腔內(nèi)以的角速度旋轉(zhuǎn)，試求旋轉(zhuǎn)所需力矩M的表達(dá)式。解：以錐頂為原點(diǎn)，建立向上的坐標(biāo)zvv rztanH2r 2Mdz0 cosH 2z2 tan 2z tan0cosdz2tan3H3dzzcos02tan3H 4cos41-10 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0.8mm，間隙內(nèi)潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度0.245 Pas，消耗的功率 P50.7 kW ，試求軸的轉(zhuǎn)速 n 為多少？DDDDD 3b解：力矩 T FA2Db4222角速度P41TP3 bDP

2、4D 3 b轉(zhuǎn)速 n6060 P42830 r/min22D 3 b2-10 如果兩容器的壓強(qiáng)差很大，超過(guò)一個(gè)U 形管的測(cè)壓計(jì)的量程，此時(shí)可以將兩個(gè)或兩個(gè)以上的U 形管串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行測(cè)量。 若已知h160，51cm，cm h2油的密度1830 kg/m3 ，水銀的密度213600 kg/m3。試求 A 、 B 兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差為多少？解： p1pA1 ghAp2p12 gh1p3p21 ghCp4p32 gh2pBp41 g hBh2hAhBh1hCpBpA1 ghA2 gh11 ghC2 gh21 g hBh2pA pB1 g hBh2hA hC2 g h1h22 g h1h21 g h1h221

3、 g h1h2139.006 kPa2-22 一矩形閘門 AB 可繞其頂端 A 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，由固定在G 點(diǎn)的重物控制閘門的開(kāi)閉。已知閘門寬120cm，長(zhǎng) 90cm，閘門和重物共重10000N，重心在 G 點(diǎn)處，G 和 A 點(diǎn)的水平距離為 30cm，閘門和水平面的夾角 60 。試確定水深多少時(shí)閘門正好打開(kāi)？解：力矩 T100000.33000 Nm慣性矩 I cxbh31.20.930.0729 m41212面積 Abh1.08m2yDycI cxyc Ay Dychgyc sinAT2gI cx sinhgy c sinAT2ycTgI cxsin2TI cx0.5768314 mhhAg sin

4、Ag sin2Hychsin0.88926 m22-31 汽油箱底部有一錐形閥，D100 mm， d50 mm ， d125 mm ，a 100 mm， b 50 mm，汽油密度為 830kg/m3，若略去閥芯的自重和運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力不計(jì)，試確定：（1）當(dāng)測(cè)壓表讀數(shù)pe9806 Pa 時(shí)，提起閥芯所需的最小的力F；（2） F0 時(shí)的計(jì)示壓強(qiáng)pe 。解：（1）相當(dāng)自由液面高 Hpe1.254739 mbg上面壓力體 V上D 229.238778510 3 m34d1 H下面壓力體V下a D 2d 2Ddd 2 aD 2d 2H 7.6528222 10 3 m31244FV上 V下g12.909

5、N（2）V上V下a D 2d 2Ddd 2 aD 2d 2 HD 2d12 H124441 a D 2d 2Dd d 2a D 2d 2 HD 2d12 H3a D 22d2DdHd 220.17777778m3d1peg Hb1040Pa3-4 已知流場(chǎng)中速度分布為vxyzt ， v yxzt ， vzxy 。問(wèn)：（1）該流動(dòng)是否定常流動(dòng)？（2）求 t0 時(shí)點(diǎn)（ 1，1，1）上流體微團(tuán)的加速度。解：（1）非定常（2）a xvxvxvxvyvxvzvxtxyz1 0xzt zxy23a yvyv xv yvyv yvzv ytxyz1yzt z0x 2 y1a zvzvxvzvyvzvzvzt

6、xyz0yz tyxzt x023-13 一噴管直徑 D0.5 m，收縮段長(zhǎng) l0.4 m，30 ，若進(jìn)口平均速度v10.3 m/s，求出口速度 v2 。解： dD2l tan0.03812 m2v2v1D51.613 md3-14 圖示文杜里管和壓強(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。解：由連續(xù)方程22v1 d1 v2 d2伯努利方程z1p1v12z2p2v22g2gg2gp1p2等壓關(guān)系p1gh1高度關(guān)系z(mì)1h1z2p1p2z1p2h2g h2 g z1 g z124v2d 2z2 g12d1gh2m gHHh1m gHz2Hm gHz2mgH4v22 1d2m2d12 mgHv

7、24d 21d1gHqV22 mgHd244d 21d13-25 直立圓管直徑 10mm，一端裝有 5mm 的噴管，噴管中心到1 截面的距離為 3.6m，從噴管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)。解： d1 10 mm， d 25 mm， v218 m/s， H3.6 m，1000kg/m3d 22由連續(xù)方程v14.5 m/sv2d1p122由伯努利方程0v1H0v2g2g2gp1 Hgv22v121.8718 105 Pa23-33 消防水槍水平工作，水槍進(jìn)口直徑d115 mm，出口直徑 d07 mm，水槍工作水量 qV160 L/min ，試確

8、定水槍對(duì)消防隊(duì)員的后坐力。解： qV2.6666710 3 m3/sA1d121.76714610 4 m24A020.3848451 10 4 m2d04v1qV15.0902m/sA1v0qV69.2919 m/sA0pv2v02由伯努利方程01100g2g2gp12v02v122.286830 106 Pa由動(dòng)量方程Fp1 A1p0 A0v0 2 A0v1 2 A1Fv0 2 A0p0 A0v12 A1p1 A1噴管對(duì)水的作用力184.77827444.35666259.57839 N水對(duì)噴管的作用力為 F259.57839 N ，方向向右?？紤]管內(nèi)靜壓對(duì)后端的作用力，合力為 F p1

9、A1144.53786 N，方向向左。5-1用管徑d200 mm的圓管輸送石油，質(zhì)量流量qm90000 kg/h，密度900 kg/m3 ， 石 油冬 季時(shí) 的 運(yùn) 動(dòng)黏 度 為16 104 m2/s ；在 夏季 時(shí) ，24105 m2/s，試求冬、夏季石油流動(dòng)的流態(tài)。解：速度 vqm0.884194 m/sd 24vdRe1294.73層流1vdRe24420.97湍流25-5輸油管的直徑d150 mm，長(zhǎng) L5000 m，出口端比進(jìn)口端高h(yuǎn)10 m，輸送油的質(zhì)量流量qm15489 kg/h，油的密度859.4 kg/m3 ，進(jìn)口端的油壓pei49 104 Pa，沿程損失系數(shù)0.03 ，求出

10、口端的油壓peo 。解：面積 Ad 20.01767146 m24平均速度 vqm0.283304 m/sAL v 2沿程損失 hf4.092188md 2g伯努利方程peighpeoghfpeopeihhfg3.7123 105 Pa5-9 內(nèi)徑為 6mm 的細(xì)管，連接封閉容器A 及開(kāi)口容器B，容器中有液體，其密度為997 kg/m3，動(dòng)力黏度0.0008Pa s，容器A 上部空氣計(jì)示壓強(qiáng)為 pA 34.5kPa。不計(jì)進(jìn)口及彎頭損失。試問(wèn)液體流向及流量qV 。解：勢(shì)能水頭 hApA14.528607 mghB1.4 1.4 sin 452.3899495m故 AB假設(shè)為層流哈根 -泊肅葉公式

11、 qVd 4pd 4hAhB g5.938598 10 4 m3/s128l128l4qV21.0035 m/s檢驗(yàn) v2dRevd故不是層流157053.6 2320按湍流光滑管計(jì)算0.3164Re0.25hA0.3164 l v 20.3164l v 2hBvdd 2gRe0.25 d 2g0.25d0.25hAhBd1.75v2g0.31642.5887843 m/slqVd 2v7.31961510 5 m3/s45-11 在管徑 d100 mm、管長(zhǎng) L300 m 的圓管中流動(dòng)著 t 10 的水，其雷諾數(shù) Re8 10 4 。試求當(dāng)管內(nèi)壁為0.15 mm的均勻沙粒的人工粗糙管時(shí)，其沿

12、程能量損失。解： d /666.66726.98 d /8 745537 Re2308 d /0.85580174故在湍流粗糙管過(guò)渡區(qū)1.420.0237832dlg Re黏度1.308 10 3 Pas平均速度 vRe1.0464 m/sd沿程損失hfL v23.9832mH2Od 2g5-28 在分支管道系統(tǒng)中，已知 L1 1000 m，d1 1m， 10.0002m，z1 5 m；L2600 m ， d 20.5 m， 20.0001m， z2 30 m； L3800 m， d3 0.6 m，30.0005 m， z325 m；1 10 6 m2/s。水泵的特性數(shù)據(jù)為，當(dāng)流量 qV 為

13、0、1m3/s、2m3/s、3m3/s 時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓頭 H p 為 42m、40m、35m、25m，試求分支管道中的流量 qV 1 、 qV 2 、 qV 3 。解：相對(duì)粗糙度 1 / d1 0.0002， 2 / d 20.0002， 3 / d3 0.00083。擬合水泵特性曲線 H p427 qV231 qV1 qV623水泵吸入端靜水頭 hsz1v122g水泵壓出端靜水頭 hphsH p設(shè)節(jié)點(diǎn)靜壓頭 hj節(jié)點(diǎn)總壓頭 hjThjv1 22g各段壓頭損失hf 1hphjhf 2hjTz2hf 3hjTz3L v22hf8LqVd 2g2 gd 5hf2 gd 54qV2hf dgqV8 L

14、v2Ldvd查Re檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)處的連續(xù)性。試取水泵流量 qV11.5m3/sqV11.51.561.59v11.909861.986252.02445hs4.8144.7994.871Hp3837.69837.541h42.81442.49742.412pRe11.90986E61.98625E62.02445E6 10.01420.01420.0142hf12.6412.8562.967hj40.17339.64139.445hjT40.35939.84239.654hf210.3599.8429.654 20.0150.01430.01430.0143v23.35968Re21.67984E6

15、qV20.675620.658550.65223h15.35914.84214.654f3 30.0190.01920.01920.0192v3.448343Re32.06901E6q0.969910.953440.94738V3qV2+qV31.6461.6121.6005-29 由兩個(gè)環(huán)路組成的簡(jiǎn)單管網(wǎng)，已知 L11000 m ， d10.5 m ，10.00005m；L21000m，d 20.4 m，30.00004 m；L41000m，d 40.5 m，20.00004 m；L3100 m，d30.4 m，40.00005m；L51000m，d50.3 m，5 0.000042m；管網(wǎng)

16、進(jìn)口 A 和出口 B 處水的流量為 1m3/s。忽略局部損失，并假定全部流動(dòng)處于湍流粗糙區(qū)，試求經(jīng)各管道的流量。解：相對(duì)粗糙度1 / d12 / d23 / d 34 / d 40.0001， 5 / d50.00014 。沿程損失系數(shù)12340.012，50.013。試取流量值，且滿足qV1qV 21m3/sqV 1qV 3 qV 4qV 2qV 3 qV 5計(jì)算各管道損失8 L22hf25 qVqVgd其中131.74 ，296.86 ， 39.69 ，431.74 ，5442.2 。檢驗(yàn)每個(gè)環(huán)路是否滿足hf 1hf 2hf 3hf 5hf 4 hf 3不滿足則修正流量。q0.60.650

17、.64V1qV20.40.350.36q0.10.150.15V3qV40.70.80.79qV50.30.20.21h11.42613.41013.001f1hf215.49811.86512.553h0.0970.2180.218f3hf415.55320.31419.809hf539.79817.68819.5016-3 空氣 =1.4，R=287J/(kgK)在 400K 條件下以聲速流動(dòng)，試確定：氣流速度。對(duì)應(yīng)的滯止聲速。對(duì)應(yīng)的最大可能速度。解： ccrRT400.899 m/sv400.899m/sc0ccr1439.163 m/s2vmaxccr1981.998 m/s16-6

18、空 氣 管流 =1.4， R=287.43J/(kg K) 在 管道進(jìn)口 處 T1300K，p13.45105 Pa， v1150 m/s ， A1 500 cm2 ， 在管 道出 口處 T2277K，p22.058105 Pa， v2260m/s，試求進(jìn)出口處氣流的各種狀態(tài)參數(shù)：T0，p0， 0，Tcr，pcr， cr， vmax。解：進(jìn)口處：c1RT1347.4487 m/sp1314.00097kg/mv1Ma10.4317184c1T10 T1 11 Ma12311.183 K2T101p10p13.92 105 PaT11T10131014.3843kg/mT1T1crT102259

19、.319 K12p1crp101112.071 105 Pa211cr102.7788 kg/m31c1crRT1cr323.033m/sv110.4643c1crv1 maxc1cr1m/s791.2661出口處：c2RT2333.8643 m/sp2322.58484 kg/mA2 A11v1446.498 cm22v2v2Ma20.7787595c2T20T2 11 Ma 2 2310.598 K2T2015p20p2T23.072310Pa1T20132023.4414 kg/mT2T2crT202258.832 K12p2crp201111.6230 105 Pa22cr2011 2

20、.1816kg/m3c2crRT2cr322.730m/s2v20.8056c2crv2 maxc2cr1m/s790.52416-11空氣氣流在收縮噴管截面1 上的參數(shù)為p13105 Pa， T1340 K，v1150 m/s， d146mm，在出口截面2 上馬赫數(shù)為Ma1 ，試求出口的壓強(qiáng)、溫度和直徑。解： c1RT1369.6106m/sv1Ma10.4058325c1212Tcr T1Ma1292.6663K11Tcr1pcrp11.7752 105 PaT1d crd1Ma1d1Ma136.694 mm112122 -12 -1Tcr1Ma111T或1p13.07443RT1kg/mpcr3cr2.11345kg/mvcrccrRTcr342.9188m/sd crd11v136.694 mmcr vcr9-1 空氣穩(wěn)定地流過(guò)一等截面管，在某截面處，氣流的參數(shù)p1 68930Pa，T1670 K ，v1915m/s，求發(fā)生在狀態(tài) 1 處的正激波波后的壓強(qiáng)、溫度和速度。解：1.4R287 J/(kgK)c1RT1518.851 m/sMa1v11.76351c1p2p12 Ma 1211238611 PaT22 Ma12121T111 Ma 121008.02 K11v2