流體力學習題答案

1、第七章習題答案選擇題(單選題)7.1比較在正常工作條件下，作用水頭H，直徑d相等時，小孔口的流量Q和圓柱形外管嘴的流量Qn：(b)(a) QQn ; (b) Q9m ; (b) l = (34) d ,H0 (34) d ,Ho9m ;(d)1 (34)d , H09m。7.3圖示兩根完全相同的長管道，只是安裝高度不同，兩管的流量關系是：(c)(a) QiQ2; (c)QI=Q2; (d)不定。7.4并聯(lián)管道1、2,兩管的直徑相同，沿程阻力系數(shù)相同，長度12=311 ,通過的流量為：(c)1Qi-2Q2-(a) Q=Q2 ；(b)Q1=1.5Q2 ;(c)Q1=1.73Q2 ;(d) Q=3Q

2、2。7.5并聯(lián)管道1、2、3、A、B之間的水頭損失是：(d)（a）hfAB=hfi+hf2+hf3 ；（b）hfAB=hfi+hf2;（c）hfAB=hf2+hf3；（d）hfAB=hf 1=hf 2=hf3。7.6長管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的：（C）（a）水頭損失相等；（b）水里坡度相等；（c）總能量損失相等；（d）通過的流量相等。7.7并聯(lián)管道閥門為K全開時各段流量為Qi、Q2、Q3,現(xiàn)關小閥門K ,其他條件不變，流量的變化為：（c）TKQ3- -（a） Qi、Q2、Q3都減?。唬╞）Qi減小，Q2不變，Q3減小；（c）Qi減小，Q2增加，Q3減?。唬╠）Qi不變，Q2增加，Q3減小。7.8有

3、一薄壁圓形孔口， 直徑d為i0mm ,水頭H為2m?，F(xiàn)測得射流收縮斷面的直徑dc為38mm，在32.8s時間內(nèi)，經(jīng)孔口流出的水量為0.0im，試求孔口的收縮系數(shù) & ,流量系數(shù)H，流速系數(shù)中及孔口局部損失系數(shù)匚。解:十W64Q2 -答:7.9解:0.0132.84=J =-328- = 0.62A2gH2 9.807 2 0.0124vc0.629 = = =-= 0.970.642gH222.HH= ：c玉2g 2g2gH_ 2gH _2；、3c 一 2 cVcVc11 -1 =0.06，22g孔口的收縮系數(shù)& =0.64，流量系數(shù)卜=0.62，流速系數(shù)中=0.97 ,孔口局

4、部損失系數(shù)匚=0.06。薄壁孔口出流，直徑d=2cm，水箱水位恒定H=2m，試求：(1)孔口流量dc;(2)此 孔口外接圓柱形管嘴的流量Qn；(3)管嘴收縮斷面的真空高度。-j|Q = P A/2 g H = 0.6 M x 020 g2 (0s)2 24Qn=*Aj2gH =0.82x0.022j2g2 =1.61(i/s)4以收縮斷面c-c到出口斷面n-n列伯努利方程：cc2Pc ： cVc _ p：nVnVc -Vn:g 2g :g 2g 2gHVPa一Pc： g_ Vc-Vn2g4 1.61 101-0.64I- -乂-_ 兀X0.022一0.64一9.807= 1.506 (m)答：

5、(1)孔口流量dc=1.22L/s; (2)此孔口外接圓柱形管嘴的流量Qn=1.61L/s; (3)管嘴收縮斷面的真空高度為1.506m。7.10水箱用隔板分為A、B兩室，隔板上開一孔口，其直徑d1=4cm，在B室底部裝有圓柱 形外管嘴，其直徑d2=3cm。已知H=3m,h3=0.5m,試求：(1)h1 ,h2;(2)流出水箱的 流量Q。h1= -h2Hd2h3Q解： 要保持H不變，則補充水量應與流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量 均為Q。h1XAn j0.82K0.0322-=1- I = -7=0.548H n A J10.62K0.04 )d1當船沉沒時：Q h=Q t T9.

6、8 103ThTA8尺0.5 39.8勺03乂81000 8*、t= 393.6 (s):2.2 9 8 1030.62 0.12210答：經(jīng)過393.6S后船將沉沒。7.12游泳池長25m，寬10m，水深1.5m，池底設有直徑10cm的放水孔直通排水地溝，試可解得：h1=0548H =0543 = 1.06 (m)1.5481.548h2= H n hh=31.060.5 = 1.44 (m)2- 二0.04-Q =0.64 x-xj2x 9.807 x 1.06 =3.67(l/s)4答：(1)hi=1.06m,h2=1.44m；(2)流出水箱的流量Q=3.67L/S。27.11有一平底空

7、船，其船底面積。 為8m,船舷局h為0.5m,船自重G為9.8kN,現(xiàn)船底 破一直徑10cm的圓孔，水自圓孔漏入船中，試問經(jīng)過多少時間后船將沉沒。解：設船底到水面的水深為H0(t),船中水深為h ,下沉過程是平穩(wěn)的，則有:H。t七；=G hHt3h從孔口流入的流量為Q(t )=)Aj2g H0(t)h=A 2G，為常數(shù)。求放凈池水所需的時間。解：設池內(nèi)水深為h時，為水流量為Q = PAj2gh. . dV = -QdtdV = A)dh=Qdt dt = & dh ：AdhQA；2gh2 25 100.620.1229.8074= 7.89 (h)設水池中的水量為V，則水量減少量為dV

8、 = -Qdt解:dV =-A.赫dt = A0dh答：放凈池水所需的時間為7.89 ho7.13油槽車的油槽長度為I ,直徑為D ,油槽底部設有卸油孔，孔口面積為A ,流量系數(shù)為H，試求該車充滿油后所需卸空時間。2A)-H0A.2g.152adV = Agdh - -Qdt -A_&dta- =sm6 ； . . aD2cos U -2D2dh - -Dsin2Ddh = sin【d2. . dt -一1Aodh =一21A ；2gh其中Ao= 2a1 , a2+ ih-D：2J，D)2f21D sin、一。廣h1D sin -, dhIDDsin2當cos =2 .2D當h時2Ds

9、in -2dhA、2g h設當油箱中漏深為h時，瞬時泄油量為Qdt。2罕1Dsin咨 rh 2二2#sid2，Jh八口ID2積分可得：T =2A.2gB池， 已知長度li=3m ,I2=5m， 直徑d=75mm ,兩池水面高差H=2m，最大超高h=1.8m，沿程摩阻系數(shù) 九=0.02,局部損失系數(shù)：進口匚a=。.5,轉彎匚b=0.2,出口1=1，試求流量及管道最大超高斷面的真空度。C解：以下游水面為基準面，從上池水面到下池水面列伯努利方程:222v I v v vH =L進廠 + 、耳廠 + b 廠 + %cH20-sinD 11 cos u3答：該車充滿油后所需卸空時間為2 ID2一3A.6

10、7.14虹吸管將A池中的水輸入3 5 v2=0.7 1.0 0.022g0.075 2g3v = j2K9.807x3.20(m/s)3.832Q =vA = 3.20JX0.0752=14.14(L/s)4從C過流斷面到下池水面列伯努利方程：2,22PC : CVC12V . VZC , - = - C 一g 2g d 2g 2gPC=1.8 2.0 i1一0.02-1.0 :g0.075 2g2= 3.80.02 - = 3.10m0.075 2 9.807答：流量Q =14.14L/s，管道最大超高斷面的真空度為3.10m。7.15風動工具的送風系統(tǒng)由空氣壓縮機、貯氣筒、管道等組成，已知

11、管道總長l=100mm,直徑d=75mm，沿程摩阻系數(shù) 九=0.045,各項局部水頭損失系數(shù)之和匚=4.4,壓縮空氣密 度P=7.86kg / m3,風動工具要求風壓650kPa,風量0.088m3/ s ,試求貯氣筒的工作壓強。魚圣gg 2gd 2gP f-11.0 4.4 0.045VC=v接風動工具P1= P2100 Y 4Q j0.075d2= 650 1037.861.0 4.4 60，4乂0.088 j.二0.0752解：從貯氣筒到風動工具入口列伯努利方程，忽略高差，則有:233= 650 101001.979 10 = 752.0(kPa)答：貯氣筒的工作壓強為 752.0kPa

12、。7.16水從密閉容器A，沿直徑d=25mm，長l=10m的管道流入容器B，已知容器A水面的 相對壓強pi=2at，水面高Hi=1m,H2=5m,沿程摩阻系數(shù) 舄=0.025,局部損失系數(shù)：閥門v=4.0,彎頭b=0.3,試求流量。I2H1A解：以地面為基準面，從A池面到B池面列伯努利方程：H/導+羿土+導+零/1+3心*;g 2g ，g 2gd 2g取v1=v2=0；p2=。；二進=0.5;二出=1.0,則有-(p ) T22g H1+旦-也v_ pg v zx(b10 ).0.5 +1.0十4.0 + 3 x 0.3 + 0.025XI0.025；補(1+20-5)1%=164= 4.37

13、(m/s)-. 一二 _2_Q =vA =4.37x0.025 =2.15(l/s)4答：流量Q =2.15l/s。7.17水車由一直徑d=150mm， 長l=80m的管道供水， 該管道中有兩個閘閥和4個90彎 頭(兀=0.03,閘閥全開：a=0.12,彎頭1=0.48)。已知水車的有效容積V為25m3 ,水塔 具有水頭h=18m，試求水車充滿水所需的最短時間。80v2=0.5 1.0 4 0.48 2 0.12 0.030.15 2g.V=J2gH4.66 =4.24(m/s)2Q=vA = 4.24乂一x0.15 =74.89(l/s)4. V =QTT = =- -j =333.84 (

14、s)Q 74.89 10答：水車充滿水所需的最短時間為5.56min。7.18自密閉容器經(jīng)兩段串聯(lián)管道輸水，已知壓力表讀值PM=1at,水頭H=2m,管長l=10m,l2=20m，直徑d1=100mm ,d2=200mm ,沿程摩阻系數(shù)7當=赤2=0.03,試求流量并繪總水頭 線和測壓管水頭線。H=匚進十4乂匚彎+2乂匚閥,L丈d 2g 2g= 5.56(min)解：以管出水口為基準面，列伯努利方程:可求得:=2 9.807 2 I0一,I0,200.524i.0 9 0.03-240.03一-0.i0.2= i.847(m/s)Q *V= 魚 勺.85 =7.3877(m/s)di J_-

15、-_2_Q =V2A2=i.85x K0.2 =58.03(L/s)4_ x_0一0I0一I0*30H(m)I2I0.62.260.6960.I74解:PMlidiHl2d2J以管中心線為基準面，從容器水面到出口斷面列伯努利方程:HPM:?g 2g222,2：2V2V2Vi-V2liVi-十-進 h 十- - -十 S=十兀 2 .2g 2g di2g d?,2I2V22g.MA=V2氣,2l Ki,七0、4+ 1.0+7d2 Ldi /-i wliidid2 4dijI2d2進，2gH2p,、d2diHp(m)I27.82-0.520.52202.260.6960.522-0 52答：流量Q

16、= 58.03L/s,總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.19水從密閉水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直徑d=25mm，管長l=3m,水深h=0.5m，流量Q=1.5L/s，沿程摩阻系數(shù) 赤=0.033，局部損失系數(shù)：閥門 匚a=9.3,入口=1,試求密閉容器上壓力表讀值pM,并繪總水頭線和測壓管水頭線。1210.60.174解：以下池水面為基準面，列伯努利方程:= 34.32 1 0374.33 1 03= 108.65(kPa)xH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63I3.977 / 3.53.5 / 3.5I+h3.53.5閥4.444.44(

17、m/s)=(W*mdI +h、22g. . pM= I h司E1.0 1.0 0.0333.5- 9.3 I：0.025、2，1.5尺102頃X0.0252,4 1.5 10v廠=3.06二0.0252p(m)答：密閉容器上壓力表讀值PM=108.65kPa,總水頭線和測壓管水頭線見上圖。7.20工廠供水系統(tǒng)， 由水塔向A、B、C三處供水， 管道均為鑄鐵管， 已知流量Qc=10L/s ,qB=5L/ s, qA=10L / s，各段管長I1=350m,I2=450m,I3=100m,各段直徑d1=200mm ,d2=150mm ,d3=100mm,整個場地水平，試求所需水頭。解：以水平面為基準

18、面，從水塔水面到C斷面出口列伯努利方程:222，Ml2v2l3V3H= 12丁二,3 -di2gd22gd32g103n2_其中：a =，取n =0.013，查表7-3可得:.da=9.30; a2=43.0 ; a 375Q1=25(l/s)；Q2=15(l/s)；Q3=10(l/s)代入可得：H =9.3 350 0.025243.0 450 0.0152375 100 0.012= 10.138 (m)答：所需水頭為10.138m。7.21在長為2l ,直徑為d的管道上，并聯(lián)一根直徑相同，長為l的支管(圖中虛線)，若水頭H不變，不計局部損失，試求并聯(lián)支管前后的流量比。水塔qAAl2d2l

19、3d3CB解：并聯(lián)前，設管道的比阻為a,則有:HH =2alQ2, Q=1 2al并聯(lián)后，總流為Q，H =alQ2+alQl =-alQ*2, 。 =、,竺24 5al兩支路的流量為Q=QJ=Q2Q=8=2、10 =1.26Q 5 5答：并聯(lián)支管前后的流量比為1.26。7.22有一泵循環(huán)管道，各支管閥門全開時，支管流量分別為Qi、Q2,若將閥門A開度變小, 其他條件不變，試論證主管流量Q怎樣變化，支管流量Q1、Q2怎樣變化。解：設主管阻抗為So,支管阻抗為s, S2。主管損失為hfS0Q2,支管損失為hfi= SQ2= 5Q； = S2Q；。WV2hfihf 1hfi-r - =-5 J lS

20、2 J S)T A -Qi VQ2QiQ2.水泵揚程H=hf+h”=(So+SR5=&+一土一QoL(M 屆. dHodHodQoS2辰c2+ e +Lc dQo3QoSo22QodSidQod (g +辰)L(g十恒)d.dQoS2 .&Qo.E22QodQo對離心泵，一般有 些o,.成立 四0109Pa;E =20.0X1010Pa;D=180mm；5 =10mm1319AH =-乂2 =269 (m)9.807P =2638.14(kPa)管中壓強增大的倍數(shù)為3.64倍。答：管壁中的應力比原來增加3.64倍。= 1319(m/s)其中7.24輸水鋼管直徑d=100mm，壁

21、厚&=7mm,流速v=1.2m / s，試求閥門突然關閉時的水擊壓強，又如該管道改為鑄鐵管水擊壓強有何變化？c1341_AH = v =-x 1.2 = 164.05 ( m)g9.807.c1256 _H = v0=- x 1.2 =153.09 (m)g9.807. F =1.609 1 06PaP E.507 1 06Pa答：閥門突然關閉時的水擊壓強為1.609x106Pa,該管道改為鑄鐵管水擊壓強為1.507 106Pa。7.25水箱中的水由立管及水平支管流入大氣，已知水箱水深H=1m，各管段長l=5m,直徑d =25mm，沿程摩阻系數(shù)A =0.0237，除閥門阻力（局部水頭損

22、失系數(shù)匚）夕卜，其他局部阻 力不計，試求：（1）閥門關閉時，立管和水平支管的流量Q1、Q2；（2）閥門全開（匚=0）時，流量Q1、Q2；（3）使Q1= Q2,應為多少？l,dl,dI - Q2l,dIQ解:1435= 1341(m/s)對鑄鐵:143510012= 1256(m/s)co對鋼管:-12.仆109100V1 +10 20.0號07c_ 92.1 101 -10解：（1）閥門關閉。_ 251.5Q1QQ2=0.5 1.6 10_ 2_ 2 _-_51.6Q1-1.6Q2=0.5 1.6 10 -0.1Q12QQ21.6Q； =0伯L作卜16=002)02)*曰Q110- 10264

23、 l 2lVH l =，一 一2d 2g2g H l2l2 9.8071 5- i- =3.52 (m/s)100.0237Q2 ”2 代=3.52乂0.0252=1.73(L/s)4Qi=0(2)閥門全開。設結點處壓強為p ,以水平管為基準面，則有:=alQ； Rl+alQ；E E1221可得：Q2=Q；，a甘擊88 0.0237其中a = =-2- =200587 =2.0 10再從水池面到Q出口列能量方程：2l+H =alQ2+alQ；222l H- Q2Q12=-alQ = Q1Q2222可得：Q122Q1Q2Q； Q12_ 2l Hal22l H3Q122Q1Q2 =-al22_53 5 1廿-5 =1.6 10 2.010-5解礙：=-=5 -6.4Q22故QI=11.4Q2 , Qi=1.4Q2不合題意。代入方程中可得:1（3）設置閥門開度，使Q=Q2=5Q時，閥門阻力系數(shù)為及alQ； - -lalQ1282a4Q12g二dQ*Q2Q1= Q2=1.19(l/s)答：（1）閥門關閉時，立管和水平支管的流量Q1 =0、Q2=1.73L/s； （2）閥門全開（匚=0）時，流量Q1=2.245L/s、Q2=0.197US； （