工程流體力學(xué)課后習(xí)題

1、第一章流體及其主要物理性質(zhì)1-1輕柴油在溫度15oC時(shí)相對密度為0.83,求它的密度和重度。1-2甘油在溫度0oC時(shí)密度為1.26g/cm3,求以國際單位表示的密度和重度。1-3水的體積彈性系數(shù)為1.96X 109N/m；問壓強(qiáng)改變多少時(shí)，它的體積相對壓 縮1%?1-4容積4m的水，溫度不變，當(dāng)壓強(qiáng)增加 105N/mf時(shí)容積減少1000cm,求該水 的體積壓縮系數(shù)Bp和體積彈性系數(shù)E。1-5用200L汽油桶裝相對密度為0.70的汽油，罐裝時(shí)液面上壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓, 封閉后由于溫度變化升高了 20oC,此時(shí)汽油的蒸氣壓為0.18大氣壓。若汽油的 膨脹系數(shù)為0.0006oC1,彈性系數(shù)為14000

2、kg/cm2。試計(jì)算由于壓力及溫度變化 所增減的體積？問灌桶時(shí)每桶最多不超過多少公斤為宜？1-6石油相對密度0.9,粘度28cP,求運(yùn)動(dòng)粘度為多少 m2/s?1-7相對密度0.89的石油，溫度20oC時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為40cSt,求動(dòng)力粘度為多 少？1-8圖示一平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，已知運(yùn)動(dòng)速度u=1m/s,板與固定邊界的距 離6=1mm,油的動(dòng)力粘度p=1.147Pa-s,由平板所帶動(dòng)的油層的運(yùn)動(dòng)速度呈 直線分布，求作用在平板單位面積上的粘性阻力為多少？67 油義工二匚：；匚匚匚匚二二二X二二工工二二1-9如圖所示活塞油缸，具直徑 D = 12cm,活塞直徑d= 11.96cm,活塞長度L =

3、 14cm,油的p=0.65P,當(dāng)活塞移動(dòng)速度為0.5m/s時(shí)，試求拉回活塞所需的力F=?第二章流體靜力學(xué)2-1.如圖所示的U形管中裝有水銀與水，試求：A、C兩點(diǎn)的絕對壓力及表壓各為多少?A、B兩點(diǎn)的高度差h為多少？題2-3題2-22-2. 水銀壓力計(jì)裝置如圖。求管中心 A處絕對壓力及表壓力？(設(shè)油品相對密度為0.9)2-3.今有U形管，內(nèi)裝水和四氯化碳(CC14),如圖所示。試求四氯化碳的相對密度。2-4. 圖示水罐中氣體絕對壓強(qiáng)pi = 1.5Xl04Pa, H=1m。當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)相當(dāng)于 745mm水銀柱高 求玻璃管中水銀的上升高度h為多少？2-5.油罐內(nèi)裝相對密度0.8的油品，下有底水

4、，為測 定油深及油面上的壓力，裝置如圖所示的U形管 水銀壓力計(jì)，測得各液面位置如圖。試確定油面 高度H及液面壓力poo題2-5圖利用連通器原理，把U形管內(nèi)裝2-6.油罐內(nèi)裝相對密度0.70的汽油，為測定油面高度，上相對密度為1.26的甘油，一端接通油罐頂部空間，一端接壓氣管。同時(shí)，壓氣管的另一支引入油罐底以上0.40m處，壓氣后，當(dāng)液面有氣逸出時(shí)，根據(jù)U形管內(nèi)油面高差h = 0.70m來推算油罐內(nèi)的油深H為多少?2-7.為測定油品重度，用如下裝置，經(jīng)過1管或2管輸入氣體，直至罐內(nèi)油面出現(xiàn)氣泡為 止。用U形管水銀壓力計(jì)分別量出1管通氣時(shí)的Ahi,及2管通氣時(shí)的Ah20試根 據(jù)1、2兩管的沉沒深度

5、Hi和H2以及Ahi和Ah2,推求油品重度的表達(dá)式。一進(jìn)氣題28圖題2 9圖2-8.如圖所示熱水鍋爐,h2=50mm,問鍋爐內(nèi)液面在何處？（要求作圖表示不必計(jì)算）液面上蒸汽壓力為多少？右側(cè)兩管的液面差 hi應(yīng)為多少?2-9.圖示兩水管以U形壓力計(jì)相連，A、B兩點(diǎn)高差 1m, U形管內(nèi)裝水銀，若讀數(shù)h = 0.50m,求A、 B兩點(diǎn)的壓差為多少？2-10.欲測輸油管上A、B兩點(diǎn)的壓差，使用U形管壓 差計(jì)，內(nèi)裝水銀，若讀數(shù) h = 360mm,油的相對 密度 0.78,則 pa Pb=?2-11.為測水管上微小壓差，使用倒 U形管，上部充以相對密度0.92的油，若Ah=125mm,求papb=?題

6、2-11圖2-12.圖示為校正壓力表的壓擠機(jī)，密閉室內(nèi)油的容積V= 300cm3,圓柱塞直徑d=10mm,柱的螺距t= 2mm,搖柄半徑r= 150mm,求獲得250大氣壓時(shí)所需的手搖輪的轉(zhuǎn)數(shù)？(根據(jù)油的壓縮性找出體積平衡關(guān)系，B p = 4.75X 10-10P-1)2-13.用水銀測壓計(jì)測量容器中的壓力，測得水銀柱高差為h, 如圖所示。若將測壓管下移到虛線位置，左側(cè)水銀面下 降A(chǔ)z,如果容器內(nèi)壓力不變，問水銀柱高差 h是否改 變？改變多少？若容器內(nèi)是空氣，重度a = 11.82N/m3,結(jié)果又如何？廠“一一H H2-14.利用裝有液體并與物體一起運(yùn)動(dòng)的 U形管量測物體的加速度，如圖所示。U

7、形管直徑很小，L = 30cm, h = 5cm。求 物體加速度a為多少？2-15.盛水容器，試求其中深度 H = 1m處的液體壓力(1)容器以6m/s2的勻加速度垂直上升時(shí)；(2)容器以6m/s2的勻加速度垂直下降時(shí)；(3)自由下落時(shí)；(4)容器以15m/s2的勻加速度下降時(shí)；2-16. 在一直徑 D = 300mm、高H = 500mm的圓柱形容器 中注入水至高度hi= 300mm,然后使容器繞其垂直 軸旋轉(zhuǎn)。試決定能使水的自由液面到達(dá)容器上部邊 緣時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)ni。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)超過ni時(shí)，水開始溢出容器邊緣，而拋 物面的頂端將向底部接近。試求能使拋物面頂端碰 到容器底時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù) 的，在容器靜止后水面

8、高度h2將 為多少？（注：拋物體的體積是同底同高圓柱體體 積的一半）2-17.木制提升式閘板，寬度B=1.5m,水深H=1.5m, 閘板與導(dǎo)槽間的摩擦系數(shù)為 0.7,求提升閘板需 力多少？2-18.圖示油罐發(fā)油裝置，將直徑d的圓管伸進(jìn)罐內(nèi)，端部切成45o角，用蓋板蓋住，蓋板 可繞管端上面的較鏈旋轉(zhuǎn)，借助純系上提來開啟。若油深H=5m,圓管直徑d =600mm,油品相又t密度0.85,不計(jì)蓋板重及錢鏈的摩擦力，求提升此蓋板所需的力的 大小。（提示：蓋板為橢圓形，要先算出長軸 2b和短軸2a,就可算出蓋板面積 A = 冗ab）2-19. 25m3臥式圓筒形油罐,長4.15m,內(nèi)徑2.54m,油品相

9、對密度0.70,油面高度在頂部以上 0.20m,求端部圓面積上 所受的液體總壓力的大小和壓力中心位置？2-20.1000m3半地下罐，所裝油品相對密度為0.8,油面上壓力0.08大氣壓。鋼板的容許應(yīng) 力為 戶1.176X 108Pa,求最下圈鋼板所需厚度？（提示：參考工程力學(xué)薄壁筒計(jì)算 原理）2-21.某處裝置一安全閘門，門寬 B為0.6米，門高H 為1.0米。距底0.4米處裝有閘門橫軸，閘門可繞 軸旋轉(zhuǎn)。問門前水深h為若干時(shí)，閘門即可自行開 放？（不計(jì)各處的摩擦力）2-22.圖示兩個(gè)半圓球形殼，以螺釘相連接。下半球固定于地面，其 底部接以測壓管，球內(nèi)裝滿水，測壓管內(nèi)水面高出球頂1m,球直徑2

10、m,試求螺釘所受的總張力。2-23.臥式油罐直徑2.2m,長9.6m,油面高出頂部0.2m。密閉時(shí),油面蒸汽壓力為368mm水銀柱，油品相對密度0.72,求AA及BB斷面處的拉力?2-24,在盛有汽油的容器的底上有一直徑 d2=20mm的圓閥，該閥 用純系于直徑di = 100mm的圓柱形浮子上。設(shè)浮子及圓閥的 總質(zhì)量 m=100g,汽油相對密度0.75,純長Z= 150mm,問 圓閥將在油面高度H為多少時(shí)開啟？2-25.圖示水泵吸水管內(nèi)的圓球形吸入閥，管內(nèi)液面高Hi = 5m,管外液面高H2=2m。實(shí)心鋼球直徑D=150毫米，材料相對密度8.5,安裝在一個(gè)直徑d=100mm的閥座上。問 吸水

11、管內(nèi)AB液面上需有多大的真空度時(shí)，才能將球閥升起？（提示：先分清球閥在 垂直方向上受哪些力的作用，再根據(jù)壓力體去解）題2-25圖題2-26圖2-26.玻璃制比重計(jì)，管下端小球中裝有彈丸，管外徑 2.0cm,小球體積V0 = 10cm3;比重 計(jì)的重量m = 25g,汽油相又t密度為0.70。求比重計(jì)淹沒在汽油中的深度 h?2-27, 一木排由直徑250毫米，長10米的圓木結(jié)成。用以輸送10000牛頓的重物通過河道。設(shè)木頭的相對密度為0.8,過河時(shí)圓木頂面與水面平齊。問至少需要圓木多少根？第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)3-1已知流場的速度分布為2 .13 .,u = xy - y j xyk屬幾元

12、流動(dòng)？求(x, y, z) = (1, 2, 3)點(diǎn)的加速度。3-2已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為一 B y =十 B x -u 2二 x2 y2 1 2二 x2 y2 J式中B為常數(shù)，求流線方程。3-3用直徑200mmi勺管子輸送相對密度0.7的汽油，使流速不超過1.2m/s,問每小時(shí)最多輸 送多少噸？3-4油管輸送相對密度0.8的煤油，設(shè)計(jì)輸送量為50t/h ,限制流速不超過0.8m/s,需多大 管徑？3-5 一離心泵吸入管直徑150mm排出管直徑100mm若限制吸入管流速不超過0.7m/s ,求流 量及排出管流速各為多少？3-6自水箱接出一個(gè)水龍頭，龍頭前有壓力表。當(dāng)龍頭關(guān)閉時(shí)，壓力表讀數(shù)

13、為0.8大氣壓；當(dāng)龍頭開啟時(shí)，壓力表讀數(shù)降為 0.6大氣壓。如果管子直徑為12毫米，問此時(shí)的流量 為多少？d1 18mH2O 23-7水從井A利用虹吸管引到井B中，設(shè)已知體積流量Q=100米3/時(shí)，H=3米，Z=6米，不計(jì)虹吸管中的水頭損失，試求虹吸管的管徑d及上端管中的負(fù)壓值p。3-8為測管路軸線處的流速，裝置如圖所示的測速管。左管接于水管壁，量出不受流速影響的靜壓強(qiáng)；右管為90彎管，量出受流速影響的總壓強(qiáng)。把兩管連于 U形管水銀壓差計(jì) 上。若，h=200毫米，求管軸處的流速？3-9相對密度為0.85的柴油，由容器A經(jīng)管路壓送到容器B。容器A中液面的表壓力為3.6 大氣壓，容器B中液面的表壓

14、力為0.3大氣壓。兩容器液面差為 20米。試求從容器A輸送到容器B的水頭損失？3-10為測量輸油管內(nèi)流量，安裝了圓錐式流量計(jì)。若油的相對密度為0.8,管線直徑D=100毫米，喉道直徑d=50毫米，水銀壓差計(jì)讀數(shù)，h=40厘米。流量系數(shù)0.9,問每小時(shí)流量為若干噸？3-11為了在直徑 況160mm的管線上自動(dòng)摻入另一種油品，安裝了如下裝置：自錐管喉道處引出一個(gè)小支管通入油池內(nèi)。若壓力表讀數(shù) 2.4at ,喉道直徑d=40mm T管流量Q= 30L/s,油品相對密度0.9 ,欲摻入的油品相對密度為0.8 ,油池油面距喉道高度H=1.5m,如果摻入油量為原輸送量的10% B管水頭損失設(shè)為0.5m油柱

15、，i3c決定B管直徑以多大為宜？3-12圖示水箱在水深H= 3m處接一水平管線。管線由兩種直徑串聯(lián)已知:H = 3m, d = 20mm, d2=10mm,L = L2=10m, hw1 = 0.6mH2O, hw2=1mH2O求：Q；i1，i2；繪制水頭線解： 對00、22兩液面列伯努利方程：V；H 0 0 =0 0 (hw1 hw2) 2gV；=H -(hw1 hw2)-3-(1 0.6)-1.4m 2gV2 = 5.24m/s2Q=AzV2=5.24 . =4.112 104m3/s4粗管段：i1 =壇=0.06L110細(xì)管段：2=皿=工=0.1L210V12-=0.09m2g3-13圖

16、示輸水管路d1 d2Vd3, 若忽略管件處的局部阻力，試?yán)L制其總水頭線和測壓管水頭線的示意圖。103-14用80KW勺水泵抽水，泵的效率為90%管彳全為30cm,全管路的水頭損失為1m吸水管 水頭損失為0.2m,試求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空表的讀數(shù)。3-15圖示一管路系統(tǒng)，欲維持其出口流速為 20m/s,問需多少功率的水泵？設(shè)全管路的水頭 損失為2m泵的效率為80%若壓水管路的水頭損失為1.7m,則壓力表上的讀數(shù)為多少？3-16圖示離心泵以20n3/h的流量將相對密度0.8的油品從地下罐送到山上洞庫油罐。地下罐油面壓力0.2大氣壓，洞庫油罐油面壓力 0.3大 氣壓。設(shè)泵的效率0.8 ,電動(dòng)機(jī)

17、的效率0.9 ,兩罐液 面差FH 40m全管路水頭損失設(shè)為5m,求泵及電動(dòng) 機(jī)的額定功率（即輸入功率）應(yīng)為多少？3-17用8kW的水泵抽水，泵的效率為90%管徑300mm全管路水頭損失設(shè)為3m水柱，吸入 管線的水頭損失設(shè)為0.8m水柱。求抽水量、管內(nèi)流速及泵前真空度？（提示：因流量 是未知數(shù)，能量方程將為一元三次方程，可用試算法求解）113-18輸油管上水平90o轉(zhuǎn)彎處，設(shè)固定支座。所輸油品相對密度為0.8,管徑300mm通過流量100L/S ,斷面1處壓力2.23大氣壓，斷面2處壓力2.11大氣壓。求支座受壓力大小和方向?題3-18圖題3-19圖3-19水流經(jīng)過60o漸細(xì)彎頭AB,已知A處管

18、徑0.5m, B處管徑口 = 0.25m,通過的流量 為0.1m3/s, B處壓力Pb=1.8大氣壓。設(shè)彎頭在同一水平面上，摩擦力不計(jì)，求彎頭所 受推力為多少牛頓？3-20消防隊(duì)員利用消火唧筒熄滅火焰，消火唧筒口徑d=1cm,水龍帶端部口徑 D= 5cm,從消火唧筒射出的流速V=20m/s,求消防隊(duì)員用手握住消火唧筒所需的力 R （設(shè)唧筒水頭損失為1m水柱）？3-21嵌入支座的一段輸水管，如圖所示，其直徑由D= 1.5m變化為1m當(dāng)支座前壓力p=4大氣壓，流量0= 1.8 m3/s ,試確定漸縮段中支座所承受的軸向力？題3-23圖3-23水射流以19.8m/s的速度從直徑d= 100mm勺噴口

19、射出，沖擊一固定的對稱葉片，葉片 的轉(zhuǎn)角a =1350,求射流對葉片的沖擊力。12第四章流體阻力和水頭損失4-1用直徑100mm的管路輸送相對密度0.85的柴油，在溫度20C時(shí)，其運(yùn)動(dòng)粘度為6.7cSt,欲保持層流，問平均流速不能超過多少？最大輸送量為多少t/h?4-3用管路輸送相對密度0.9,本度45cP的原油，維持平均流速不超過1m/s,若保持在層流狀 態(tài)下輸送，則管徑最大不應(yīng)超過多少？4-4相對密度0.88的柴油，沿內(nèi)徑100mm的管路輸送，流量1.66L/S。求臨界狀態(tài)時(shí)柴油應(yīng)有 的粘度為多少？4-5研究軸承潤滑的問題中，有關(guān)的物理參數(shù)為：軸的正應(yīng)力p,摩擦力R,軸徑D,軸承長l, 軸

20、與軸承間的間隙A,潤滑劑粘度小，轉(zhuǎn)數(shù)n。試用因次分析方法確定它們之間的無因次 關(guān)系式。4-6研究流體繞流與流向垂直放置的橫臥圓柱體所受的阻力T時(shí)，涉及的物理參數(shù)為：流體的流速U、流體的粘度以、密度p、圓柱直徑D、圓柱長度l、圓柱表面粗糙度A和表面 阻力T。試用因次分析方法中的 冗定理確定各物理量間的無因次關(guān)系式。并證明T=CdAp U2 （其中：A=Dl ,稱迎流面積），寫出阻力系數(shù)Cd的函數(shù)表達(dá)式。4-7假定氣體中的聲速C依賴于密度p、壓強(qiáng)p和粘度小。試用雷利量綱分析方法求聲速 C 的表達(dá)式。4-8篦麻油相對密度為0.969,動(dòng)力粘度為484mPa流經(jīng)直徑為75mm的管道時(shí)，平均流速 為5m

21、/s。今用空氣進(jìn)行模擬試驗(yàn)，氣體管道直徑為 50mm,空氣的運(yùn)動(dòng)粘度為0.15cm2/s, 氣流速度為多少，才能保持動(dòng)力相似？4-9油船吃水面積為400m2,航速5m/s,船長50m。在水中進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)時(shí)，模型吃水面積 為1m2。忽略表面張力及粘性力的影響，只考慮重力的影響，與保持原型及模型中的弗 汝德數(shù)相等，試求模型長度及模型航速大小。4-10充分發(fā)展了的粘性流體層流，沿平板下流時(shí)，厚度6為常數(shù)，且=0,重力加速度g。求證其流速分布關(guān)系式為: xu4-11管徑400mm測得層流狀態(tài)下管軸心處最大流速為4m/s,求斷面平均流速。此平均流速 相當(dāng)于半徑為多少處的實(shí)際流速？134-12求證半徑為a

22、的圓管中粘性液體層流狀態(tài)時(shí)，管中摩阻應(yīng)力極大值為t =絲。（以為a液體粘度，的平均流速）4-13用長度5km,直徑300mrffi鋼管，輸送相對密度0.9的重油，重量流量200t/h。求油溫從 ti=10 C（vi = 25St）變到t2 = 40 C（v2=1.5St）時(shí)，水頭損失降低的百分?jǐn)?shù)。1 n4-15管內(nèi)紊流時(shí)的流速分布規(guī)律可寫為指數(shù)形式=1-1 I，其中u狗最大流速，Um 、 RJ助管道半徑，u和r為任一點(diǎn)所對應(yīng)的流速和半徑。求平均流速與最大流速之比。4-17相對密度0.8的石油以流量50L/s沿直徑為150mlmJ管線流動(dòng)，石油的運(yùn)動(dòng)粘度為10cSt, 試求每公里管線上的壓降（設(shè)

23、地形平坦，不計(jì)高程差）。若管線全程長10km,終點(diǎn)比起點(diǎn)高20m終點(diǎn)壓強(qiáng)為1大氣壓，則起點(diǎn)應(yīng)具備的壓頭為多少 ？4-18相對密度0.86的柴油，運(yùn)動(dòng)粘度0.3St ,沿直徑250mmi管路輸送，全長20km,起點(diǎn)壓 強(qiáng)17.6大氣壓，終點(diǎn)壓強(qiáng)1大氣壓，不計(jì)高差，求流量。提示：因流量未知，需采用試 算法?？上燃俣ㄋδψ柘禂?shù) 入=0.03,求出流速后，再驗(yàn)算流態(tài)。4-19為測量水力摩阻系數(shù)入，在直徑305mm長50kmi勺輸油管線上進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。輸送的油 品為相對密度0.82的煤油，每晝夜輸送量5500t,管線終點(diǎn)標(biāo)高為27m起點(diǎn)標(biāo)高為52m 油泵保持在15大氣壓，終點(diǎn)壓強(qiáng)為2大氣壓。油的運(yùn)動(dòng)粘

24、度為2.5cSt。試根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì) 算水力摩阻系數(shù)入值。并與按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對比。（設(shè)管子絕對粗糙度A =0.15mm4-23自地下罐經(jīng)離心泵向油庫輸油流程如圖。管線直徑200mm吸入段總長20m地下罐液面至泵中心高差4nl油品相對密度0.75,運(yùn)動(dòng)粘度4cSto（1）若設(shè)計(jì)輸送量為108t/h ,那么吸入段的總水頭損失應(yīng)為多少米油柱？（包括沿程水頭 損失和局部水頭損失）（2）泵前真空表讀數(shù)應(yīng)為多少？（3）如果泵出口壓強(qiáng)為7.25大氣壓（表壓），泵的效率為80%則泵的額定功率（軸功率） 應(yīng)為多少？二一通油庫1-帶保險(xiǎn)活門出口； 2彎頭（R= 3d）; 3閘閥;4透明油品過濾器；5真空表

25、；6壓力表14第五章 壓力管路的水力計(jì)算5-1直徑257mm的長管線，總長50km,起點(diǎn)高程45m,終點(diǎn)高程84m,輸送相對密度0.88 的原油，運(yùn)動(dòng)粘度0.276St,設(shè)計(jì)/&量為200t/h,求水力坡降和總壓降。5-2沿直徑200mm,長3km的無縫鋼管（A = 0.2mm輸送相對密度0.9的原油。若輸量為 90t/h,其平均運(yùn)動(dòng)粘度在冬季為1.09St,夏季為0.42Sto試求沿程損失各為多少米油柱？5-3在直徑257mm管線中輸送相對密度0.8的煤油，具運(yùn)動(dòng)粘度為1.2cSt。管長50km,地形 平緩，不計(jì)高差，設(shè)計(jì)水力坡降為5%,終點(diǎn)壓強(qiáng)1.5at,管線絕對粗糙度 A=0.15mm試決定泵壓及排量（t/d ）。5-4長輸管線，設(shè)計(jì)水力坡降9.5%,輸送相對密度0.9、運(yùn)動(dòng)粘度1.125St的油品，設(shè)計(jì)輸 送量為40t/h。試求應(yīng)用多大管徑？5-5原油沿直徑305mm,長80km的管線輸送，由于一年內(nèi)溫度的升降，油的粘度由0.2P變?yōu)?.4P,而相對密度由0.893變?yōu)?.900。設(shè)不計(jì)高差，沿輸油管內(nèi)壓降保持 50at,輸送 過程全部在水力光滑區(qū)內(nèi)。試計(jì)算流量增減的百分?jǐn)?shù)。所需的水頭H為多少?LilOOOtitAi =0.025 I5-6圖示一審聯(lián)管路，管徑、管長、沿程水力摩阻系數(shù)和流量分別標(biāo)于圖中，試按長管