工程流體力學(xué)課后習(xí)題講解課件

工程流體力學(xué)課后習(xí)題解答第一章流體及其主要性質(zhì)1-4容積4m3的水，溫度不變，當(dāng)壓強(qiáng)增加105N/m2時(shí)容積減少1000cm3，求該水的體積壓縮系數(shù)βp和體積系數(shù)E。解：根據(jù)題意知1-5用2000L汽油桶裝相對(duì)密度為0.70的汽油。灌裝時(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20℃，此時(shí)汽油蒸汽壓為0.18大氣壓。假設(shè)汽油的膨脹系數(shù)為0.0006℃-1.彈性系數(shù)為14000kg/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)每桶做多不能超過多少公斤為宜？解：V汽油=2000L，ρ相對(duì)汽油=0.70，βt=0.0006℃-1，E’=14000kg/cm2,根據(jù)題意設(shè)灌桶時(shí)最多不超過V升，那么得出：=2.5241升G=0.1976700=138Kg〔公斤〕1-7相對(duì)密度0.89的石油，溫度20℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為40cSt.求動(dòng)力粘度為多少？解:

d=ρ/ρ水=0.89，ν=40cSt=0.4St=0.410-4m2/s=0.410-4890=3.5610-2Pas1-8圖示一平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度u=1m/s,板與固定邊界的距離δ=1mm，油的動(dòng)力粘度μ=1.147Pas，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？1-9如下圖活塞油缸，其直徑D=12cm，活塞直徑d=11.96cm，活塞長度L=14cm，油的μ=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=？解：由條件得〔2〕由圖可知在A點(diǎn)那么2-2水銀壓力計(jì)裝置如圖。求管中心點(diǎn)A出絕對(duì)壓力及表壓力？〔設(shè)油品相對(duì)密度為0.9〕解：由題意和圖示可得，等壓面為A-A、B-B、C-Ch3h1h2CAABBC2-3今有U形管，內(nèi)裝水和四氯化碳，如下圖。試求四氯化碳的相對(duì)密度。解：由等壓面方程可得：22CCl4得：dCCl42-4圖示水罐中氣體絕對(duì)壓力P1=1.5×104Pa，高度H=1m。當(dāng)時(shí)的大氣壓力相當(dāng)于745mm水銀柱高。試求水玻璃罐中水銀的上升高度h為多少？30.6cm17.8cm8.0cm解：由題意可知，絕對(duì)壓力P1=1.5×104Pa那么2-5油罐內(nèi)裝相對(duì)密度0.8的油品，下有底水。為測定油深及油面上的壓力，裝置如下圖的U形管水銀壓力計(jì)，測得個(gè)液面位置如圖。試確定油面高度H及液面壓力P0解：由題意及圖示得：點(diǎn)A處2-6油罐內(nèi)裝相對(duì)密度為0.70的汽油，為測定油面高度，利用連通器原理，把U形管內(nèi)裝上相對(duì)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的0.40m處，壓氣后，當(dāng)液面有氣體逸出時(shí)，根據(jù)U形管內(nèi)油面高度差=0.70m來推算油罐內(nèi)的油深H為多少？那么，又因?yàn)樵贐點(diǎn)處，那么，AABB解：由題意及圖示，A點(diǎn)有ABB點(diǎn)有所以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，及2管通氣時(shí)的，試根據(jù)1、2兩管的漂浮深度H1和H2以及和，推求油品重度的表達(dá)式。解：根據(jù)題意和圖示可得：2-8如下圖熱水鍋爐，h2=50mm.問鍋爐內(nèi)液面在何處？〔要求作圖表示不必計(jì)算〕。液面上蒸汽壓力位多少？右側(cè)兩管的液面差h1應(yīng)為多少？解：由題意和圖示可得〔1〕鍋爐內(nèi)液面在C-D處〔2〕〔3〕2-9圖示兩水管以U形壓力計(jì)相連，A、B兩點(diǎn)的高度差1m，U形管內(nèi)裝水銀，假設(shè)讀數(shù)h=0.50m，求A、B的壓差為多少？CD2-10欲測輸油管線上A、B兩點(diǎn)的壓差，使用U形管壓差計(jì)，內(nèi)裝水銀，假設(shè)讀數(shù)△h=360mm,油的相對(duì)密度0.78，那么PA-PB解：根據(jù)題意及圖示，設(shè)未知數(shù)Xcm，那么Xcm解：根據(jù)題意和圖示,設(shè)等壓面C-D到A-B的距離為H，那么有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)？〔提示：根據(jù)油的壓縮性找出體積平衡關(guān)系βp=4.75×10-10Pa-1〕CDH又解：根據(jù)題意和圖示可得，由壓縮性得2-13用水銀壓力及測量容器中的壓力，測得水銀柱高度差為h，如下圖。假設(shè)將測壓管下移到虛線位置，左側(cè)水銀面下降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？假設(shè)容器內(nèi)是空氣，重度γa3，結(jié)果又如何？解：由條件及圖所示，等壓面A-A,設(shè)水銀柱改變△h〔1〕改變前：改變后：上述兩式相減得AA2-16在一直徑D=300mm、高H=500mm的圓柱形容器中注入水至高度h1=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)速n1，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過n1時(shí)，水開始逸出容器邊緣，而拋物面的頂端將相底部接近。試求能使拋物面頂端碰到容器底時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)n2。在容器靜止后，水面高度h2將為多少？所以，水銀柱高度差h變大，增加〔2〕假設(shè)容器中是空氣，3與z無關(guān)，所以不變。解：自由液面方程：所以zH-zh3設(shè)液面下降為h3，那么下降局部的體積應(yīng)等于上升局部的體積，那么，下降局部的體積為上升局部的體積：〔1〕2-1925m3臥式圓筒形油罐，長4.15m，內(nèi)徑2.54m，油品相對(duì)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〕當(dāng)拋物面頂端碰到容器底時(shí)，設(shè)轉(zhuǎn)數(shù)位n2，那么得〔3〕容器靜止后，設(shè)水面高度h2，那么得解：根據(jù)題意和圖所示可得,建立直角坐標(biāo)系，油罐端部圓面所受的總壓力為：那么，oxz2-21某處安裝一平安閥門，門寬B為0.6m，門高H為1.0m。距底0.4m出裝有閘門橫軸，閘門可繞軸旋轉(zhuǎn)。問門前水深h為多少時(shí)，閘門即可自行開放？〔不計(jì)各處的摩擦力〕解：根據(jù)題意和圖示可得，需滿足，，又因?yàn)?，所?-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，求內(nèi)裝滿水，測壓管內(nèi)水面高出球頂1m，求直徑2m，試求螺釘所受的總張力。解：由題意可圖示可知，螺釘所受的總張力等于上半球所受到的總浮力設(shè)為F,壓力體如下圖。壓力體體積為：所以：F球的體積為：第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)根底3-1流場的速度分布為〔1〕屬幾元流動(dòng)？〔2〕求〔x,y,z〕=〔1,2,3〕點(diǎn)的加速度解〔1〕屬于二元流動(dòng)〔2〕同理：3-2平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為解：流線微分方程：3-4油罐輸送相對(duì)密度為0.8的煤油，設(shè)計(jì)輸送量為50t/h,限制流度不超過0.8m/s,需多大管徑？解：那么，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)，壓力表的讀數(shù)為0.8個(gè)大氣壓，當(dāng)龍頭開啟時(shí)，壓力表的讀數(shù)為0.6個(gè)大氣壓，如果管子的直徑為12毫米，問此時(shí)的流量為多少？解：對(duì)1-1、2-2列伯努利方程3-7水從井A利用虹吸管引到井B中，體積流量Q=100米/時(shí)，H1=3米，Z=6米，不計(jì)虹吸管中的水頭損失，試求虹吸管管徑d和上端管中的負(fù)壓P解：〔1〕列1、2的伯努利方程〔2〕列1、3的伯努利方程3-8為測管路軸線處得流速，裝置如下圖的測速管，左管接于水管壁，量出不受流速影響的動(dòng)壓強(qiáng)；右管為90°彎管，量出·受流速影響的總壓強(qiáng)。把兩管連與U形管水銀壓差計(jì)上，假設(shè)h=200毫米，求管軸處得流速？解：3-10為測量輸油管內(nèi)流量，安裝了圓錐式流量計(jì)。假設(shè)油的相對(duì)密度為0.8，管線直徑D=100毫米，吼道直徑d=50毫米，水銀壓差計(jì)讀數(shù)=40厘米。流量系數(shù)為0.9，問每小時(shí)流量為假設(shè)干噸？解：3-11解：列1-1和2-2的伯努利方程列3-3、4-4的伯努利方程3-12解：H=3m，d1=20mm，d2=10mm，L1=L2=10m，Hw12O,Hw2=1mH2O,(1)對(duì)0-0、2-2列伯努利方程：3-13，忽略局部阻力3-14解：泵的揚(yáng)程：對(duì)1-1、2-2列伯努利方程：3-15解：

泵的揚(yáng)程：對(duì)1-1、3-3列伯努利方程：3-16解：對(duì)1-1、2-2列伯努利方程3-19解：對(duì)A、B列伯努利方程由動(dòng)量方程:3-20解：對(duì)1-1、2-2列伯努利方程由動(dòng)量方程：3-21解：對(duì)1-1、2-2列伯努利方程：支座所承受的軸向力為384KN，方向向右。3-23解：第四章流體阻力和水頭損失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，軸承與軸間的間隙△，潤滑劑粘度μ，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，并證明PRDl△μnM1100010L-11111-10T-2-2000-1-1解：根據(jù)題意有其系數(shù)矩陣的秩r=3,因?yàn)檫xP、D、n為獨(dú)立根本量，那么對(duì)M:K1+1=0K1=-1L:K2-K1+1=0K2=-2T:-2K1-K3-2=0K3=0所以同理得即：〔2〕4-6流體繞過與流向垂直放置的橫臥圓柱體所受的外表阻力時(shí)，設(shè)計(jì)的物理參數(shù)為：流體的速度U,流體的粘度μ，密度ρ，圓柱直徑D，圓柱長l，圓柱外表粗糙度△，外表阻力F。試用因次分析方法確定各量間的無因次關(guān)系式，并證明解：根據(jù)題意有UμρDl

△FM0110011L1-1-31111T-1-1000-2-2其系數(shù)矩陣的秩r=3,因?yàn)檫xU、D、ρ為獨(dú)立根本變量，那么對(duì)M:K3+1=0K1=-1L:K1-K2+3K3-1=0K2=-1T:-K1-1=0K3=-1所以同理得令：所以：4-7氣體中聲速C依賴于密度ρ、壓強(qiáng)p、粘度μ。用因次分析方法求聲速C的表達(dá)式。解：根據(jù)題意有pCM1110L-3-1-11T02-1-1其系數(shù)矩陣的秩r=3,因?yàn)檫xρ、P、μ為獨(dú)立根本變量，那么對(duì)M:K1+K2+K31=0K1=-1/2L:-3K1-K2-K3+1=0K2=--1/2T:-2K2-K3-1=0K3=04-11管徑400mm，測得層流狀態(tài)下管軸中心處最大流速為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？解：根據(jù)層流狀態(tài)下管軸中心最大流速為4m/s，得又因?yàn)椋愿鶕?jù)有效斷面上各點(diǎn)流速與點(diǎn)所在半徑的關(guān)系式可得因此，此平均流速相當(dāng)于半徑為0.14141m處的實(shí)際流速。4-15管內(nèi)紊流時(shí)的流速分布規(guī)律可寫為指數(shù)形式其中um為最大流速，R為管道半徑，u和r為任意一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速和半徑。求平均流速與最大流速之比。解：根據(jù)又4-17相對(duì)密度0.8的石油以流量50L/s沿直徑為150mm的管線流動(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)地形平坦，不計(jì)高程差〕。解：根據(jù)題意有那么所以，每公里壓降