流體力學(xué)與流體機(jī)械計(jì)算題及答案課件

例1－2相距為h=10mm的兩固定平板間充滿動(dòng)力粘度μ=1.49Pa·s的甘油，若兩板間甘油的速度分布為u=4000y(h-y)，則

(1)若上板的面積A=0.2m2，求使上板固定不動(dòng)所需的水平作用力F；

(2)求y=h/3和2h/3處的內(nèi)摩擦應(yīng)力，

并說明正負(fù)號的意義。

解：(1)τ=μdu/dy=4000μ(h-2y)設(shè)上板處流體所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力為τ0，則上板所受的內(nèi)摩擦應(yīng)力τ0′=-τ0，F(xiàn)=-Aτ0=-0.2×4000×1.49×(0.01-2×0.01)=11.92(N)(方向如圖示)

(2)y=h/3時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-2×0.013)=19.9

(N/m2)y=2/3h時(shí)，τ=4000×1.49×(0.01-4×0.013)=-19.9(N/m2)

第一章流體及其物理性質(zhì)第一章流體及其物理性質(zhì)1

如圖所示，在盛有油和水的圓柱形容器頂部加荷重F=5788N的活塞，已知h1=50cm，h2=30cm,大氣壓力pa=105N/m2，活塞直徑d=0.4m，γ油=7840N/m3，求B點(diǎn)的壓力(強(qiáng))。

解：按題意，活塞底面上的壓力可按靜力平衡條件來確定第二章流體靜力學(xué)

如圖所示，在盛有油和水的圓柱形容器頂部加荷重F=57882己知倒U形測壓管中的讀數(shù)h1=2m，h2=0.4m，求封閉容器中A點(diǎn)的相對壓強(qiáng)。解：己知倒U形測壓管中的讀數(shù)h1=2m，h2=0.3

如圖所示一個(gè)鍋爐煙囪，燃燒時(shí)煙氣將在煙囪中自由流動(dòng)排出。已知煙囪高h(yuǎn)＝30m，煙囪內(nèi)煙氣的平均溫度為t＝300℃，煙氣的密度ρs＝(1.27－0.00275t)kg/m3，當(dāng)時(shí)空氣的密度ρa(bǔ)＝1.29kg/m3。試確定引起煙氣自由流動(dòng)的壓差。解：p1是由hm空氣柱所引起的壓強(qiáng)；p2是由hm煙氣柱所引起的壓強(qiáng)，即如圖所示一個(gè)鍋爐煙囪，燃燒時(shí)煙氣將在煙囪中自由流動(dòng)排出。4

一個(gè)長L=1m，高H=0.5m的油箱，其內(nèi)盛油的深度h=0.2m油可經(jīng)底部中心流出，如圖所示。問油箱作勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度a為多大時(shí)將中斷供油？油的重度γ=6800N/m3。解(m/s2)b一個(gè)長L=1m，高H=0.5m的油箱，其內(nèi)盛油的深度h=5

有一圓桶，半徑R=1m，高H=3.5m，桶內(nèi)盛有高度h=2.5m的水。圓桶繞中心軸勻速旋轉(zhuǎn)。問水恰好開始溢出時(shí)，轉(zhuǎn)速ω為多少？而此時(shí)距中心線r=0.4m處桶底面上A點(diǎn)的壓力是多少?解：(1)求旋轉(zhuǎn)速度ωrad/s(2)求距中心線r=0.4m處桶底面的壓力有一圓桶，半徑R=1m，高H=3.5m，桶內(nèi)盛有高度h=6

如圖所示，一矩形閘門兩面受到水的壓力，左邊水深H1=4.5m，右邊水深H2=2.5m，閘門與水平面成α=45°傾斜角，假設(shè)閘門的寬度b=1m，試求作用在閘門上的總壓力及其作用點(diǎn)。解P=P1-P2=140346-43317=97029(N)如圖所示，一矩形閘門兩面受到水的壓力，左邊水7求作用在直徑D=2.4m，長L=1m的圓柱上的水的總壓力在水平及垂直方向的分力和在圓柱上的作用點(diǎn)坐標(biāo)。

(m)

(m)求作用在直徑D=2.4m，長L=1m的圓柱上的水的總壓力在水8習(xí)題3-9

直徑D=1.2m的水箱通過d=30mm的小孔泄流。今測得水箱的液面在1s內(nèi)下降了0.8mm。求泄流量Q和小孔處的平均速度v。解：習(xí)題3-11

大管d1=150mm和小管d2=100mm之間用一變徑接頭連接。若小管中的速度v2=3m/s，求流量Q和大管中的平均速度v1。解：設(shè)流體不可壓，根據(jù)連續(xù)方程，有第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)題3-9直徑D=1.2m的水箱通過d=30mm的9習(xí)題3-15判斷流動(dòng)ux=xy；uy=-xy是否滿足不可壓縮流動(dòng)的連續(xù)性條件。解：因?yàn)閡x=xy；uy=-xy與時(shí)間無關(guān)，所以流動(dòng)定常，根據(jù)定常不可壓微分形式連續(xù)方程，有因?yàn)椋▂－x）≠0，所以流動(dòng)不滿足不可壓流動(dòng)的連續(xù)條件。研究流體運(yùn)動(dòng)一般可采用拉格朗日法和歐拉法。流線是同一時(shí)刻流場中連續(xù)各點(diǎn)的速度方向線，它是表現(xiàn)和分析流場的重要工具。流線微分方程為：

dx/ux=dy/uy=dz/uz連續(xù)性的方程。流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)一般可分解為平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和變形運(yùn)動(dòng)等三部分。勢函數(shù)和流函數(shù)是解析流場的兩個(gè)重要函數(shù)；勢流疊加原理；。習(xí)題3-15判斷流動(dòng)ux=xy；uy=-xy是10補(bǔ)充例題一測量流速的皮托管如圖所示，設(shè)被測流體密度為ρ，測壓管內(nèi)液體密度為ρ1，測壓管中液面高差為h。試證明所測流速證明:第四章流體力學(xué)基礎(chǔ)補(bǔ)充例題一測量流速的皮托管如圖所示，設(shè)被測流體密度為ρ，11補(bǔ)充例題二設(shè)水箱中的水通過圖示的等徑管路出流，設(shè)H=4m，d=25mm，求管路未端的流速和出流的流量。(不計(jì)損失)解：①取緩變流截面，1-1，2-2。②取基準(zhǔn)面，0-0。③確定p的基準(zhǔn)，相對或絕對。④列方程。⑤解方程。112200H補(bǔ)充例題二設(shè)水箱中的水通過圖示的等徑管路出流，設(shè)H=4m，12補(bǔ)充例題三

20℃的水通過虹吸管從水箱吸至B點(diǎn)。虹吸管直徑d1=60mm，出口B處噴嘴直徑d2＝30mm。當(dāng)hi=2m、h2=4m時(shí)，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量和C點(diǎn)的壓強(qiáng)。解：①取緩變流截面，1-1，2-2。②取基準(zhǔn)面，2-2。③確定p的基準(zhǔn)，相對或絕對。④列方程。補(bǔ)充例題三20℃的水通過虹吸管從水箱吸至B點(diǎn)。虹吸管直徑d13流體力學(xué)與流體機(jī)械計(jì)算題及答案ppt課件14補(bǔ)充例題四軸流風(fēng)機(jī)的直徑d=2m，在流線型鐘形進(jìn)口斷面上裝有水測壓計(jì)，讀數(shù)Δh＝20mm，鐘形進(jìn)口的局部損失0.05v2/2g，設(shè)空氣密度為1.2kg/m3，求氣流流速。解：①取緩變流截面1-1，2-2。②取基準(zhǔn)面0-0。③確定p的基準(zhǔn)，相對或絕對。④列方程。Δh112200補(bǔ)充例題四軸流風(fēng)機(jī)的直徑d=2m，在流線型鐘形進(jìn)口斷面上15補(bǔ)充例題五用文丘里流量計(jì)測量水的流量，已知D=0.2m，d＝75mm，l=0.5m，并與水平面成300角放置。壓差計(jì)讀數(shù)h＝0.6m,不計(jì)任何損失,求流量qv。ρ1=1000kg/m3，ρ2=13600kg/m3。解：I-I截面是緩變流截面，所以有且A點(diǎn)既可看成在管路中，又可看成在測壓管中，所在在圖示路徑上靜力學(xué)基本方程仍然適用。補(bǔ)充例題五用文丘里流量計(jì)測量水的流量，已知D=0.2m，d16根據(jù)連續(xù)方程根據(jù)能量方程根據(jù)連續(xù)方程根據(jù)能量方程17補(bǔ)充例題六氣體由壓強(qiáng)p=12mm水柱的靜壓箱沿直徑d=100mm,長度L＝100m的管路輸出，已知高差H=40m,壓力損失Δp＝9γv2/2g，求流速。（1）氣體容重與外界大氣相同,γ=γa＝11.8N/m3時(shí);(2)氣體容重γ=7.8N/m3時(shí)。解:（1）氣體容重與外界大氣相同（2）氣體容重γ=7.8N/m3時(shí)補(bǔ)充例題六氣體由壓強(qiáng)p=12mm水柱的靜壓箱沿直徑d=118

某礦井輸水高度Hs+Hd=300m，排水管直徑d2=0.2m,流量Q=200m3/h，總水頭損失hw=0.1H，試求水泵揚(yáng)程H應(yīng)為多少?(揚(yáng)程是單位重量流體流經(jīng)泵時(shí)獲得的能量)解：1.取研究截面1-1、2-2

2.取基準(zhǔn)面1-1

3.取相對壓強(qiáng)。

4.列方程H=337m礦水某礦井輸水高度Hs+Hd=300m，排水管直徑d2=0.19

圖示為一軸流風(fēng)機(jī)，已測得進(jìn)口相對壓力p1=-103Pa，出口相對壓力p2=150Pa。設(shè)截面1-2間壓力損失100Pa，求風(fēng)機(jī)的全壓P(P為風(fēng)機(jī)輸送給單位體積氣體的能量)。解：

圖示為一軸流風(fēng)機(jī)，已測得進(jìn)口相對壓力p1=-103P20水流經(jīng)一彎管流入大氣，已知：d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，水的重度為104N/m3，求彎管上受到的力(不計(jì)損失，不計(jì)重力)。

解：xy水流經(jīng)一彎管流入大氣，已知：d1=100mm，d2=21②①③④忽略質(zhì)量力②①③④忽略質(zhì)量力22流體力學(xué)與流體機(jī)械計(jì)算題及答案ppt課件23

ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油，在管徑100mm的管中以平均速度v=0.0635m/s的速度作層流運(yùn)動(dòng)，求（1）管中心處的最大流速；（2）在離管中心r=20mm處的流速；（3）沿程阻力系數(shù)λ

；（4）管壁切應(yīng)力τ0及每km管長的水頭損失。解:(1)(2)第五章粘性流體及阻力ρ=850kg/m3、v=1.8×10-5m2/s的油24解:(3)(4)解:(3)(4)25

應(yīng)用細(xì)管式粘度計(jì)測定油的粘度，已知細(xì)管直徑d=6mm，測量段長l=2m。實(shí)測油的流量Q=77cm3/s，水銀壓差計(jì)的讀值hD=30cm，油的密度ρ=900kg/m3。試求油的運(yùn)動(dòng)粘度。解:列細(xì)管測量段前、后斷面能量方程設(shè)流動(dòng)是層流應(yīng)用細(xì)管式粘度計(jì)測定油的粘度，已知細(xì)管直徑d=6mm，測26水箱泄水管，由兩段管子組成，直徑d1=150mm，直徑d2=75mm，管長l1=l2=50m，粗糙度是Δ=0.6mm，水溫20℃，管路出口速度是v2=2m/s，求：1）管段1和2的沿程阻力系數(shù)，及沿程損失。2）管路入口、變徑處的局部阻力系數(shù)，及局部損失。3）管路入口、變徑處的當(dāng)量管長。4）求總損失、水箱水頭H。5）并繪制水頭線。第六章能量損失及管路計(jì)算H12水箱泄水管，由兩段管子組成，直徑d1=150mm，直徑d27解：1）管段1和2的沿程阻力系數(shù)，及沿程損失。查表t=20℃時(shí)，水的運(yùn)動(dòng)粘度ν=1.513×10-5

m2/s根據(jù)連續(xù)方程：查莫迪圖λ1≈0.04，λ2≈0.04解：1）管段1和2的沿程阻力系數(shù)，及沿程損失。根據(jù)連續(xù)方程28查表突縮局部構(gòu)件，變徑處，求：2）管路入口、變徑處的局部阻力系數(shù)，及局部損失。3）管路入口、變徑處的當(dāng)量管長。λ1≈0.04，λ2≈0.04解：查表突縮局部構(gòu)件，變徑處，求：2）管路入口、變徑處的局部阻力29流體力學(xué)與流體機(jī)械計(jì)算題及答案ppt課件304）求總損失、水箱水頭H。H120022列0-0，2-2截面的能量方程4）求總損失、水箱水頭H。H120022列0-0，2-2截面315）并繪制水頭線。H＝5.912理想流體總水頭線0.00640.17實(shí)際流體總水頭線0.08570.01270.2測壓管水頭線5）并繪制水頭線。H＝5.912理想流體總水頭線0.006432測定一閥門的系數(shù)，在閥門的上下游裝設(shè)了3個(gè)測壓管，其l1=1m，l2=2m，若直徑d=50mm，▽1＝150cm，▽2=125cm，▽3＝40cm，流速v=3m/s，求閥門的局部阻力系數(shù)。▽2▽3l1l2解：列1、2和2、3截面的能量方程132測定一閥門的系數(shù)，在閥門的上下游裝設(shè)了3個(gè)測壓管，其l133礦井排水管路系統(tǒng)，排水管出口到吸水井液面的高差(稱為測地高度)為Hc=530m，吸水管直徑d1=0.25m，水力長度L1=40m，

1=0.025。排水管直徑d2=0.2m，水力長度L2=580m，

2=0.028。不計(jì)空氣造成的壓力差。當(dāng)流量Q=270m3/h時(shí)，求水泵所需的揚(yáng)程(即水泵給單位重量流體所提供的能量)H。解：(s2/m5)

礦井排水管路系統(tǒng)，排水管出口到吸水井液面的高差(稱為測地34

某并聯(lián)管路，已知l1＝1100m，d1＝350mm，l2＝800m，d2＝300mm，l3＝900m，d3＝400mm，沿程阻力系數(shù)均為0.02，局部阻力可忽略不計(jì)，若總流量Q＝600l/s，求并聯(lián)管路的能量損失及各管的流量。解：某并聯(lián)管路，已知l1＝1100m，d1＝350mm，l35例6-7

水箱A中的水通過管路放出。管路2的出口通大氣。各有關(guān)參數(shù)為z0=15m，z1=5m，z2=0,d0=150mm，l0=50m；d1=d2=100mm，l1=50m，l2=70m。各管的沿程阻力系數(shù)均為

=0.025。若總流量Q0=0.053m3/s，按長管計(jì)算，則(1)求各管中的流量和泄流量q。(2)若關(guān)閉泄流口(即q=0)，問水箱B中的水面升高到多少時(shí)，Q1=0，此時(shí)的流量又是多少?例6-7水箱A中的水通過管路放出。管路2的出口通大氣。各有36列斷面0-0和1-1能量方程：不計(jì)管2出口動(dòng)能，寫出斷面0—0和2—2的伯諾里方程，q=Q0－Q1－Q2=0.0008(m3/s)

(m3/s)(m3/s)(1)求各管中的流量和泄流量q。連續(xù)方程列斷面0-0和1-1能量方程：不計(jì)管2出口動(dòng)能，寫出斷面037(2)若關(guān)閉泄流口(即q=0)，問水箱B中的水面升高到多少時(shí)Q1=0，此時(shí)的流量又是多少?解：當(dāng)q=Q1=0時(shí)，Q0=Q2=Qm3/s(2)若關(guān)閉泄流口(即q=0)，問水箱B中的水面升高到多少時(shí)38兩水池圖示的管路相連。已知H=24m，l1=l4=150m，d1=d4=0.15m，l2=l3=100m，d2=d3=100mm。沿程阻力系數(shù)均為=0.03。不計(jì)其他局部阻力，則

(1)閥門處的局部阻力系數(shù)是30時(shí)，管中的總流量是多少?

(2)若閥門關(guān)閉，管中的流量又是多少?解：(1)兩水池圖示的管路相連。已知H=24m，l1=l4=150m，39(2)(2)40某風(fēng)機(jī)流量是125m3/s