安工大 冶金傳輸原理習(xí)題2

1、習(xí)題講解習(xí)題講解2第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-1 沿直徑沿直徑d=200mm的管道輸送潤滑油，重量流量為的管道輸送潤滑油，重量流量為G=882500N/h，潤滑油的，潤滑油的 ，運(yùn)動黏度為，運(yùn)動黏度為v，冬冬天天v1=1.092 10-4m2/s，夏季，夏季v2=3.55 10-5m2/s，試判斷冬夏兩，試判斷冬夏兩季潤滑油在管中的流動狀態(tài)？季潤滑油在管中的流動狀態(tài)？3vv2548825 36008825000.028/s0.0280.885/ 40.885 0.2Re =4985.923003.55 100.885 0.2Re =1620.823001.092 10GQmgQm sAd體積流量：

2、平均流速：u=在夏天：，為紊流在冬天：，為層流udRe 解：解：3g8825N/ m 3第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-2 如圖，水箱中的水通過直徑為如圖，水箱中的水通過直徑為d，長度為，長度為l，沿程阻力系數(shù)，沿程阻力系數(shù)為為的鉛直管向大氣中放水，求的鉛直管向大氣中放水，求h為多大時，流量為多大時，流量Q與與l無關(guān)？無關(guān)？（忽略局部損失）（忽略局部損失） 要確定流量，應(yīng)首先確定管中的流速，可以要確定流量，應(yīng)首先確定管中的流速，可以直接應(yīng)用能量方程來解。取水箱液面直接應(yīng)用能量方程來解。取水箱液面1-11-1與與鉛直出口面鉛直出口面2-22-2列能量方程式：列能量方程式： 解解：例 （ 4-2） 圖22

3、11221222PVPVzzhgggg損112120,aVPPP zzhl沿程損失為沿程損失為：222wVlhdg2212Vlhldg 4第四章習(xí)題第四章習(xí)題222244dghlQVdddldh /242gddQ 要使要使Q Q與與l l無關(guān)，必須：無關(guān)，必須：此時：此時：5第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-3 小管直徑小管直徑 ,大管直徑大管直徑 ，A點(diǎn)壓強(qiáng)為點(diǎn)壓強(qiáng)為7m水柱水柱高，高，B點(diǎn)壓強(qiáng)為點(diǎn)壓強(qiáng)為4m水柱高，已知大管截面平均流速水柱高，已知大管截面平均流速 ，B比比A高高1m，求管中水流方向及，求管中水流方向及A、B兩截面間的壓力損失。兩截面間的壓力損失。 解：解：A-BA-B兩截面間的能量平

4、衡關(guān)系為兩截面間的能量平衡關(guān)系為 22111122BAABABZVZPPVPgg水水損BBAAVAAV220.440.2BBAAAdAd44/BAVVm s1ABZZZm又2231(74) 101(41 )10000.1019729.81 ( 1)P 損27.11/27.11 0.101972.76N m kgmm水柱水柱0ABP損水流自 流向mdA2 . 0mdB4 . 0smvB/16第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-4 已知一根直立的突然擴(kuò)大的水管。如圖所示，已知一根直立的突然擴(kuò)大的水管。如圖所示，d1=150mm,d2=300mm,V2=3m/s，水的密度，水的密度1=1000/m3，汞，汞的密

5、度的密度2=13600/m3,若略去沿程損失，試確定汞比壓計(jì)中若略去沿程損失，試確定汞比壓計(jì)中的汞液面何側(cè)較高？差值為多少？的汞液面何側(cè)較高？差值為多少？ 解：假設(shè)比壓計(jì)中泵液面如圖所示，截面突然擴(kuò)大的局部損失為解：假設(shè)比壓計(jì)中泵液面如圖所示，截面突然擴(kuò)大的局部損失為 。對截面。對截面1-1與與2-2列出能量方程，有列出能量方程，有 h例 （ 4 - 8 ） 圖2221211221211222VVPVPVzzggggg414111zgPzgP313212zgPzgPhgPP234hzz342222212121122212121110.218522VVVVVdhmgggd 2122VVg計(jì)算結(jié)果

6、說明假設(shè)正確，比壓計(jì)右側(cè)的汞液面高于計(jì)算結(jié)果說明假設(shè)正確，比壓計(jì)右側(cè)的汞液面高于左側(cè)的汞液面，差值為左側(cè)的汞液面，差值為0.2185m。 7第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-5 一水庫，如圖，呈上大下小的圓錐形狀，底部有一泄流管，一水庫，如圖，呈上大下小的圓錐形狀，底部有一泄流管，直徑直徑d=0.6m，流量系數(shù)，流量系數(shù) ，初始水深，初始水深 ，水面直，水面直徑徑 ，當(dāng)水位降落，當(dāng)水位降落1.2m后的水面直徑為后的水面直徑為48m，求此過，求此過程所需時間。程所需時間。 解：解：從幾何關(guān)系可得水池直徑從幾何關(guān)系可得水池直徑D D與水深的關(guān)系式：與水深的關(guān)系式： 310hD dtghAQdtdhhF2dt

7、hdhh62.196 . 048 . 0310422分離變量：分離變量： dhhhhdt5 . 05 . 05 . 19637.782.51.50.51.878.37 0.41.51817753thhhs8 . 08 . 0mh360Dm8第四章習(xí)題第四章習(xí)題4-8 測測90彎頭的局部阻力系數(shù)時，在彎頭的局部阻力系數(shù)時，在A、B兩斷面接測壓管。兩斷面接測壓管。如圖，彎頭水平放置。已知管路直徑如圖，彎頭水平放置。已知管路直徑 。AB段管段管長長 ，水流量，水流量Q=2.7410-3m3/s。摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù) 。A、B間壓差間壓差 水柱。求該彎頭的水柱。求該彎頭的K值。值。 ,12uu0BAZZ

8、解：由題意可知解：由題意可知 A-B兩截面間的能量平衡關(guān)系為：兩截面間的能量平衡關(guān)系為：11BAPPP損322.74 101.4/1(0.05)4BBm sQAuu21()()2BBALduPPP損22162910(0.03)10000.101970.051.40.294mmd50mL100.03mh629. 09第五章習(xí)題第五章習(xí)題 5-1飛機(jī)模型在空氣中以飛機(jī)模型在空氣中以1.5m/s速度滑翔，若將機(jī)翼視為寬為速度滑翔，若將機(jī)翼視為寬為10cm，長為，長為25cm的平板，試估算平板后緣上的邊界層厚度的平板，試估算平板后緣上的邊界層厚度及及平板阻力。已知空氣溫度為平板阻力。已知空氣溫度為10

9、。解：解：溫度為溫度為1010條件下的大氣的運(yùn)動粘性系數(shù)為條件下的大氣的運(yùn)動粘性系數(shù)為 ，后緣雷諾數(shù)為：，后緣雷諾數(shù)為： 整個平板為層流邊界層整個平板為層流邊界層 521.42 10/ms3/247. 1mkg4551.5 0.10Re1.056 103.2 101.42 10V LcmL4866. 010056. 11 . 00 . 5Re0 . 54阻力系數(shù)： 01292. 0Re328. 1LDC阻力為：2122DDFCV bLN4210063. 9201292. 025. 01 . 05 . 1247. 12110第五章習(xí)題第五章習(xí)題 5-2 光滑平板寬光滑平板寬1.2m，長，長3m，

10、潛沒在靜水中以速度，潛沒在靜水中以速度 沿水沿水平方向拖曳，水溫為平方向拖曳，水溫為10，求：，求：1）層流邊界層的長度）層流邊界層的長度（ ）；）；2）平板末端的邊界層厚度；）平板末端的邊界層厚度；3）所需水平拖）所需水平拖拽力。拽力。 所以所以：5105ReK解：解：水溫水溫t=10時，時， 326/7 .999,/103 . 1mkgsm65103 . 12 . 1105ReLuLKmL55. 02 . 13 . 15 . 065L6uL1.2 3Re2.77 105 101.3 10 mxx0572. 01077. 2337. 0Re37. 0565阻力系數(shù)阻力系數(shù) 0038. 010

11、77. 2074. 0Re074. 05651LDCD0.2LL0.0741700C0.00380.000610.00319ReReNCbLvFDD57.16200319. 032 . 12 . 17 .9992122122平板阻力為：平板阻力為： smu/2 . 111第五章習(xí)題第五章習(xí)題 5-3 飛機(jī)以速度在大氣中飛行，若視機(jī)翼為平板，并認(rèn)為機(jī)翼飛機(jī)以速度在大氣中飛行，若視機(jī)翼為平板，并認(rèn)為機(jī)翼前緣開始均為湍流邊界層，試計(jì)算邊界層厚度前緣開始均為湍流邊界層，試計(jì)算邊界層厚度及平板總阻及平板總阻力。已知機(jī)翼長度為，寬度為，空氣溫度為力。已知機(jī)翼長度為，寬度為，空氣溫度為。 解：解：空氣在空氣

12、在t=10時，時， 521.42 10/ms3/247. 1mkg75100 2Re1.408 101.42 10LV b 湍流邊界層湍流邊界層 51Re37. 0 xx在在x=Lx=L處（后緣）處（后緣） cmL751. 210408. 1237. 0517004360. 0Re074. 051LDC200436. 0152100247. 12122122DDCbLvF12第五章習(xí)題第五章習(xí)題5-4 速度為速度為 的風(fēng)，平行地流過廣告板。廣告板長的風(fēng)，平行地流過廣告板。廣告板長L=10m，高，高b=5m，空氣溫度為，空氣溫度為t=10 ，試求廣告板所承受的，試求廣告板所承受的摩擦力。摩擦力。

13、 解：解：空氣在空氣在t=10時，時， smV/30521.42 10/ms3/247. 1mkg7510113. 21042. 11030ReLVL混合邊界層混合邊界層 D0.2LL0.0741700C0.0025370.000080.002457ReRe 總摩擦力為：總摩擦力為： NbLVCFDD9 121002457. 02212213第五章習(xí)題第五章習(xí)題5-10 鋼水密度鋼水密度 ，內(nèi)含直徑，內(nèi)含直徑 ， 的的雜質(zhì)，若雜質(zhì)在鋼水中等速上浮，求在鋼水中上升雜質(zhì)，若雜質(zhì)在鋼水中等速上浮，求在鋼水中上升200mm所所需的時間。需的時間。 解：顆粒在流體中等速沉降的

14、速度是由顆粒所受重力、浮力解：顆粒在流體中等速沉降的速度是由顆粒所受重力、浮力 和繞流阻力三者平衡決定的和繞流阻力三者平衡決定的 3/7000mkgmmd4 . 03/4500mkg3w4470004500ugd9.8 0.4 103C3 0.4445000.0812m/s 上升上升200mm的時間為：的時間為：x0.2t2.46su0.081214第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-1 氫氣溫度為氫氣溫度為45 ，求其音速。，求其音速。8313RM 解：由解：由T=45+273=318 K，k=1.41氣體常數(shù)氣體常數(shù)83131.4131813542a= KRTm/s15第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-3 已知

15、已知 標(biāo)準(zhǔn)大氣層沿高程的空氣溫度遞減率為標(biāo)準(zhǔn)大氣層沿高程的空氣溫度遞減率為0.0065 /m，若，若地面溫度為地面溫度為20 ，求高程為，求高程為2000m，5000m，10000處的音速處的音速 。解：解：2000處，T=(20-20000.0065)+273=280K， k=1.4,R=287J/kgk123280 1.4 2873355000m()260.5 1.4 287323.510205000 0.0065273260.520 10000 0.006000m()228 1.4 28730252732.278：a = KRTm/sa = KRTm/sTKTKaKRTm/s16第六章習(xí)

16、題第六章習(xí)題6-4 空氣在直徑空氣在直徑d=102mm的管路中流動，重量流量為的管路中流動，重量流量為G=9.8N/s，滯止溫度滯止溫度t=38 ,某截面的絕對壓強(qiáng)某截面的絕對壓強(qiáng)P=41360N/m2，求該處的流，求該處的流速速v及馬赫數(shù)及馬赫數(shù)M。2GA ugurprRT2r1r1 解：解：2urprAguRT2r1Gr1u238.5m/s20r1TTu282.8k2rRarRt1.4 282.8 287337.1m/sru238.5M0.71aa337.117第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-5 飛機(jī)在飛機(jī)在2000m的高空飛行，航速為的高空飛行，航速為2400km/h，空氣溫度為，空氣溫度為-5

17、6.5 ，求飛機(jī)的馬赫數(shù)？，求飛機(jī)的馬赫數(shù)？T=-56.5+273=216.5kk=1.4,R=287J/kgk，3216.5 1.4 287294.9/2400 102.26294.9 3600akRTm svMa解：解： 18第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-7 絕熱氣流的滯止壓強(qiáng)絕熱氣流的滯止壓強(qiáng)P0=490KN/m2，滯止溫度，滯止溫度T0=293K，求滯止音速求滯止音速a0及及M=0.8的音速，流速和壓強(qiáng)值。的音速，流速和壓強(qiáng)值。1.4287293343.11/akRTm s222022202102,M0.8112(0.8C)112323.06/ ,323.06 0.8257.6/1(1)23

18、21.8/ marraCCvvrrCCCrram s vm sPrMPPKN得：得：由解：解： 19第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-9 大容器的空氣經(jīng)漸縮噴管流向外界空間，容器中空氣壓力大容器的空氣經(jīng)漸縮噴管流向外界空間，容器中空氣壓力為為P0=200kPa,溫度為溫度為TO=300K,噴管出口截面為噴管出口截面為Ae=50cm2,出出口空間壓力分別為口空間壓力分別為PB=0kPa,100kPa,150kPa,試求質(zhì)量流量。試求質(zhì)量流量。21000003300211200 102.32/287 300KKKeeepppKGAKpppkg mRT21.4 13331.441.4332 1.4 200 1

19、0100 10100 102.32 50 101 ()1.4 12.32200 10200 101)002)1002.334/3)1502.059/BBBPGPGkg sPGkg s時，時，時，解：解： 20第六章習(xí)題第六章習(xí)題6-11 收縮收縮-擴(kuò)張型噴管的出口面積為擴(kuò)張型噴管的出口面積為Ae=100cm2, 喉部截面面積為喉部截面面積為At=50cm2, 前室足夠大，其中壓力為前室足夠大，其中壓力為P0=400kPa,溫度為溫度為tO=100 ,試求試求:使噴管產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象的最大出口背壓？背壓分別為使噴管產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象的最大出口背壓？背壓分別為Pb=0kPa ,200kPa,300kPa條件

20、下流量？使噴管氣體由亞音速膨脹條件下流量？使噴管氣體由亞音速膨脹到超音速所對應(yīng)的背壓到超音速所對應(yīng)的背壓Pb？ 解：解：21210021.4 121.41.41.4 11250111001.4 120.54004001.4 1 1.4 1374.4k kkkkceeeeeeAppkAppkkpppPa喉口與出口的截面比：即得：21第六章習(xí)題第六章習(xí)題KK 120eB1.40.4BBpK11Mp24000.41p2P211.3kPa當(dāng)馬赫數(shù)當(dāng)馬赫數(shù)Me=1時，時，22第七章習(xí)題第七章習(xí)題7-1 已知光滑管中不可壓縮流動的沿程水頭損失已知光滑管中不可壓縮流動的沿程水頭損失hf決定于管器決定于管器直徑直徑d，長度，長度L，流體密度，流體密度 ，動力黏性系數(shù)，動力黏性系數(shù) ，平均流速，平均流速u,和重力加速度和重力加速度 g,試用因次分析法建立試用因次分析法