工程流体力学课后答案杨树人主编供参习.docx
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1、第一章流体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15C时相对密度为0.83,求它的密度和成度。解:4C1.相对密度:Id=卫=1.y=9800N/,叫P&丫*所以p=0.830木=0.83KXX)=83(m5=0.83y,1=0.839800=8134NZm31-2.甘油在温度OOC时密度为1.26gcm,求以国际单位表示的密度和重度。解::/O=1.03at=10.398(X)Pa一10094OPaPCa=Y,Aft=0.1X13.6nH2O+O,3111H2O=1.66mHjO=0.166at=1.669800Pa=16268PaPC飞=P“+pj=(K+1.66)mH2O=11.66nH1
2、O=1.166at=11.66X9800Pa=H4268Pa30Cn1.H9=13.6hCmHgnh=30/13.6Cm=2.2Cm网2-3睡2-22-2.水银压力计装置如图。求管中心A处绝对压力及表压力?(设油品相对密度为0.9)解:PAa=I5X13.6-10+350.9cmH2=225.5cmH20=0.2255at=2.2099104i,aPAFPdPAj=(10+2.255)nH2O=1.2255at=120(199Pa2-3.今有U形管,内装水和四氟化碳(CQ4),如图所示。试求四氯化碳的相对密度。解:列等压面方程:30.6CmH20=17.8CmHQ+8.0X小=dcr,t=。,
3、1聋=j6图示水罐中气体绝对压强p1=1.5,Pa,高度H=Ime当时的大气压强相当于745mm水银柱高。试求玻璃管中水银的上升高度为多少?解:绝对压强P1.=I.5XIOTa/,+YH=PU-ehtth=74510,13.69800-1.510,-9800XI=9.92910,-1.510i-0.9810,=7.419IO1Pa=7.449107(13.69800)-0.56m2-5.油罐内装相对密度0.8的油品,下有底水,为测定油深及油面上的压力,装置如图所示的U形管水银压力计,测得各液面位置如图。试确定油面卷度H及液面压力如“解:I3.6O.5-0.8=6mHO6-1.6=6-0.4-d
4、HH=(1.6-0.4)/d,=1.5mR,=61.6mHO=4,4mHO=0.44at=4.312IO1Pa26油域内装相对密度070的汽油,为测定油面高度,利用连通器原理,把U形管内装上相对密度为1.26的甘油,一端接通油罐顶部空间,一端接压气管。同时,压气管的另支引入油罐底以上04Om处,压气后,当液而有气逸出时,根据U形管内油面高差h=0.70m来推免油罐内的油深H为多少?解:P-a*Ah=p-k(H-0.4)H=YtmAh/-K).4=1.260.7/0.700.4=1.66m2-7.为测定油品重度,用如下装置,经过1管或2管输入气体,直至热内油面出现气泡为止。用U形管水银压力计分别
5、地出I管通气时的Ah,及2管通气时的h2,试根据1、2两管的沉没深度Hi和H2以及Ah1.和h,推求油品重度的表达式。解.J/1.加A4=凡-九J1.1.tt=,iHi2-8.如图所示热水锅炉,h2=50mm,问锅炉内液而在何处?(要求作图表示不必计算)液面上蒸汽压力为多少?右(W两管的液面差In应为多少?解:C-D po=YMh2=13.6985010=6664Pa Po=,1.h2=th题28图题29图题210图2-9.图示两水管以U形压力计相连,A、B两点高差Im,U形管内装水银,若读数h=0.50m,求A、B两点的压差为多少?解:Ha-Hb=1-h=1.-0.50=0.50m2-10.
6、欲测输油管上A、B两点的压差,使用U形管压差计,内装水银,若读数h=360mm,油的相对密度0.78,则pApB=?解:2-11.为测水管上微小压差,使用/U形管,上部充以相对密度0.92的油,若h=125mm,求PA-m=?解:2-12.图示为校正压力表的压挤机,密闭室内油的容枳V=300cm1.圆柱塞直径d=10mm,柱的螺距i=2nm,摇柄半径r=150mm求获得250大气压时所需的手摇轮的转数?(根据油的压缩性找出体积平衡关系,p=4.75XIO10Pa1)解:2-13.2-14.2-15.用水银测压计测量容器中的压力,测得水银柱高差为h,如图所示。若用测压管卜移到虚线位置,左IW水银
7、面卜.降Z.如果容器内压力不变,问水银柱高差h是否改变?改变多少?若容器内是空气,亮度Ya=I1.82Nm*结果又如何?IW:p+Yz=tah=h=p+z+z)J1.,Ah=h-h=1.p+(z+z-z),1=(1.h)AZ=Az/1.3.6-0.07353Az所以,水银柱高度差h变大。若容器中是空气丫,=1182N113Q二夕P=Y1.Uhnh=P/y%与Z无关,h不变利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度,如图所示。U形管直径很小,1.=30cm,h=5cnu求物体加速度a为多少?解:自由液面方程:Z,=-Xg其中,Xi=-15cm,X2=-I5cm.z=h=5cmza=gh
8、1.=9.80.05/0.3=1.63ms盛水容器,试求其中深度H=Im处的液体压力。(I)容器以6m/$2的匀加速度垂直上升时:(2)容器以6m底的匀加速度垂直下降时:自由下落时:(4)容器以15nH的匀加速度下降时:解:如图建立直角坐标系,则在4=pCtdxdZdZ)中有:X=0,Y=O,Z=-g-a所以,dp=(g+a)pd:积分上式:P=-(gjra)z+C代入边界条件:Z=O时,p=0(表压)得C=O所以:p=-(g+a)pz.令一Z=H得:p=(g+a)pH(I)容涔以6m2的匀加速度垂直上升时:a=6ms2p(g+a)pH=(9.8+6)1(XX)1.=15800Pa=0.16a
9、t(2)容器以6ms2的匀加速度垂直下降时:a=-6m2p=1.g+a)pH=(9.8-6)I(XX)X1.=3800Pa=0.039at(3)自由下落时:a=-9.8ms2P=(g+a)pH=(9.8-9.8)I(X)OX1.=O(4)容器以15m底的匀加速度下降时:a=-15ms2p(g+a)pH=(9.8-15)100OX1.=-5200Pa=0.053at)2-16.在一直径D=300mm,iH=500mm的圆柱形容器中注入水至高度h=300mm,然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液而到达容器上部边缘时的转数m。当转数超过m时,水开始溢出容器边缘,而抛物面的顶端将向底部接近。
10、试求能使抛物面顶端碰到容罂底时的转数n2,在容器静止后水面高度皿将为多少?解:自由液面方程:z,=华二2g注:抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半1.=:空:.成2=半122g4g 成:H-Vn1.=戒%nVra=成(H-A1) Vw=11RH!2(3),=25022附证明:抛物体的体积是同底同高BS柱体体积的一半VUT2-17.木制提升式闸板,宽度B=1.5m,水深H=1.5m.闸板与导槽间的摩擦系数为07,求提升闸板需力多少?解:N=p,A=,.y7=98001.5-=I6537.5,2-18.图示油罐发油装置,将直径d的圆管伸进罐内,端部切成45角,用盖板盖住,盖板可绕管端上面的钦链旋
11、转,借助绳系上提来开启。若油深H=5m,例管直径d=6()0mm,油品相对密度0.85,不计近板重及较链的摩擦力,求提升此盖板所需的力的大小.(提示:盖板为椭圆形,要先算出长轴2b和短轴2a,就可算出靛板面积A=Jiab解:由题意a=g,=7.=224对轴求矩:2-19.2511?卧式圆筒形油罐,长4.15m,内径2.54m,油品相对密度0.70,油面高度在顶部以上0.20m,求端部网面积上所受的液体总压力的大小和压力中心位置?解:2-20.100Om3半地卜罐,所装油品相对密度为0.8,油面上压力0.08大气压。钢板的容许应力为“=1.176IO8Pa求最下圈钢板所需厚度?(提示:参考工程力
12、学薄壁筒计算原理)MV而H_IJ4V4XI(XX).解:V=-=5m4Zrfr1622-21.某处装身安全闸门,门宽B为0.6米,门高H为1.0米。距底0.4米处装有闸门横轴,闸门可绕轴旋转。问门前水深h为若干时,闸门即可自行开放?(不计各处的摩擦力)解:法一:h-hn0.4inh1.33m法二:由题意:P(0.3-w).P20.174m2-25.图示水泵吸水管内的圆球形吸入阀,管内液面高H=5m,管外液面高Fh=2m0实心钢球直径D=I5O亳米,材料相对密度8.5,安装在一个直径d=100mm的阀座上。问吸水管内AB液面上需有多大的真空度时,才能将球阀升起?(提示:先分清球阀在垂直方向上受哪
13、些力的作用,再根据压力体去解)解:由题息:PG,设其空度为压力体叠加后只剩V柱(I)和V球(f),产生的向上压力P上向下的力为球旗自重GP上NG时,第门可启动,相等为临界状态=-h=-4.591.O4Pa)2-26.玻璃制比重计,管卜端小球中装有辨丸,管外径2.0cm,小球体积VO=IoCm。:比重计的重后m=25g,汽油相对密度为0.70。求比重计淹没在汽油中的深度h?解:Fi7=G2.59.8=0.79.8(10+3.1.422h4)h=8.2cm2-27.一木排由直径250塞米,长10米的圆木结成。用以输送100o牛帧的重物通过河道.设木头的相对密度为08,过河时圆木顶面与水面平齐。问至
14、少需要圆木多少根?解:至少需要圆木X根所以,至少11根。第三章流体运动学与动力学基础3-1已知流场的速度分布为(1) 属几元流动?(2) 求(x,y,z)=(1,2,3)点的加速度。解:(1)属二元流动。3-2己知平面流动的速度分布规律为211(x2+y2)211(+)3-3用直径20Omm的管子输送相对密度0.7的汽油,使流速不超过1.2ms,问每小时最多输送多少吨?解:/W=z?=pV4=0.7(XX).2-().22=26.376A:j?/5=94.95/z43-4油管输送相对需度0.8的煤油,设计输送量为50th,限制流速不超过0.8ms,需多大管径?解:M=PQ=pVA=A=4pV3
15、-5离心泵吸入管直径150mm,排出管直径100ran,若限制吸入管流速不超过0.7ms,求流员及排出管流速各为多少?a4Ois2解:0=%=o.7xJ=0.0124疝/s3-6解:白水箱接出一个水龙头,龙头前有压力表。当龙头关闭时,压力表读数为0.8大气压;当龙头开后时,压力表读数降为0.6大气压。如果管子直径为12克米,向此时的流量为多少?P)=0.8a1.=8mHzO对1-1、2-2列伯努利方程:。八八,、0.6x98000V-8+0+0=0+9800V,=2g(8-6)=6.26m5z-1.,3.14O.O12,_noj.4j.Q=KA=6.26X=7.08IOmIs4解:水从井A利用
16、虹吸管引到井B中,设已知体积流量Q-100米/时/=3米,Z=6米,不计虹吸管中的水头损失,试求虹吸管的管径d及上端管中的负压值p列1、2的伯努利方程:V2W1+o+o=o+o+O=匕匕=y2gHi=29.83=7.67S也些逆=0.06M=68m3.147.67列1、3的伯努利方程:另解:列2、3的伯努利方程:3-为测管路轴线处的流速,装置如图所示的测速管。左管接于水管壁.垃出不受流速影响的动压强:右管为90。弯管,St出受流速影响的总压强。把两管连于U形管水银压差计上。若h=200考米,求管轴处的流速?解:包2grZ1.=JZX冷虫沙二Jb980(吆。2=7。3加S9800注:冯+7侬M=
17、P2一乃2Z1-Z2=j3-9相对密度为0.85的柴油,由容器R经管路压送到容器B,容器A中液面的表压力为3.6大气压,容器B中液面的表压力为0.3大气压。两容器液面差为20米。试求从容器A输送到容器B的水头损失?解:列A、B两液面的伯努利方程:3-10为测量输油管内流量,安装了圆锥式流量计。若油的相对密度为08,管线宜径I)=100*r米,喉道直径d=50充米,水银压差计读数ZIhMo闻米。流量系数0.9,向每小时流量为若干吨?解:3-11为了在直径D=160nm的管线上E1.动掺入另一种油品,安装了如下装置:自推管喉道处引出一个小支管通入油池内。若压力表读数2.4at.喉道直径d=1011
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