流體力學(xué)課后作業(yè)答案

1、第一章習(xí)題解答,32,,1-3 水的密度ρ=1000kg/m3，μ=0.599×10-3Pa·s，求運(yùn)動(dòng)粘度ν。,解：,1-7 20ºC的空氣在直徑為2.5cm的管中流動(dòng)，距管壁上1mm處的空氣速度為3cm/s。求作用于單位長(zhǎng)度管壁上的粘性切力為多少？,解：T=20ºC時(shí)， μ=0.0183×10-3Pa·s,空氣層厚度很?。?mm），速度可認(rèn)為是線性分布,1-9 一圓錐體繞其

2、鉛直中心軸等速旋轉(zhuǎn)，錐體與固定壁間的距離δ=1mm，全部為潤(rùn)滑油（μ=0.1Pa·s）充滿。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω=16rad/s，錐體底部半徑R=0.3m，高H=0.5m時(shí)，求作用于圓錐的阻力矩。,又 N = F ?r ， ，,流體力學(xué),,33,ω,δ,H,2R,解：錐體與固定壁間距離很小，速度不大，故考慮潤(rùn)滑油流速分布為線性。,流體力學(xué),,34,1-13 水暖系統(tǒng)為防止水溫

3、升高時(shí)體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設(shè)膨脹水箱，若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積V=8m3，加溫前后溫差為50ºC，水的體膨脹系數(shù)為0.0005 1/ºC，求膨脹水箱的最小容積。,解：由,第二章習(xí)題解答,45,,2-29 有一容器上部盛油h1=1m，ρ1=800kg/m3，下部盛水h2=2m，側(cè)壁傾角θ=60º。求容器壁上單寬靜水壓力及作用位置。,解：,由力矩平衡,流體力學(xué),,46,,F,2-7 測(cè)壓管中水銀柱差Δh

4、=100mm，在水深h=2.5m處安裝測(cè)壓表M，求其讀數(shù)，并圖示測(cè)壓管水頭線的位置。,流體力學(xué),,47,解：,即測(cè)壓表以上3.86m或液面以上3.86-2.5=1.36m。,,,h’,測(cè)壓管水頭線,2-30 密封方形柱體容器中盛水,底部側(cè)面開0.5m×0.6m的矩形孔,水面絕對(duì)壓強(qiáng)p0=117.7kPa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa=98.07kPa ,求作用于閘門的水靜壓力及作用點(diǎn)。,解：,流體力學(xué),,48,即形心下方0.01m處，或液

5、面下(0.8+0.3+0.01=)1.11m處。,解：1解析法,流體力學(xué),,49,由力矩平衡,2圖算法,2.32 AB為矩形閘門,A為閘門的轉(zhuǎn)軸,閘寬b=2m,閘門質(zhì)量m=2000kg,h1 =1m,h2 =2m , 問B端所施的鉛直力F為何值時(shí),才能將閘門打開。,2.37 圓柱體直徑d=2m，長(zhǎng)l=5m，放置于60°的斜面上，求水作用于圓柱體上的靜水總壓力大小及其作用方向。,流體力學(xué),,50,解：,,,,,,,60°

6、;,P指向圓柱中心,作圖題1. 畫出圖中AB 面上的靜壓強(qiáng)分布圖形。,流體力學(xué),,51,ρgh1,ρgh2,ρgh3,pa+ρgh1,pa,pa+ρgh2,ρgh1,ρg(h-h2),ρgh,ρgh,ρg(h+R),ρg(h-h2),作圖題2. 繪出圖中各個(gè)曲面上的壓力體，并標(biāo)示出曲面所受的垂直分力的作用方向。,流體力學(xué),,52,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第三章習(xí)題解答,48,,

7、3-9 管段AB，dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1m， pA=70kPa，pB=40kPa， vB=1m/s 。判斷水在管中的流動(dòng)方向并求損失。,解：,對(duì)A，B列伯努利方程，得,所以水的流動(dòng)方向是A→B 。,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,h,,,,49,解：,流體力學(xué),,3.13 水由噴嘴流出，d1=125mm，d2=100mm， d3=75mm，Δh=175mm。不計(jì)損失，求 H，p，Q。,對(duì)1-1，2-2列伯努利方

8、程,對(duì)3-3，4-4列能量方程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,Δh,d3,d2,d1,p,,,,1,1,2,2,3,3,50,解：,閥關(guān)時(shí)，由靜力學(xué)方程,流體力學(xué),,3-18 閥關(guān)壓力表讀數(shù)時(shí) p=49kPa,閥開時(shí)p=0.98kPa，管進(jìn)口到閘門總損失為1m，求管中平均流速v。,,,,,,,,,,,,,閥開時(shí)，由伯努利方程,,,51,解：,流體力學(xué),,3.28 管末端噴嘴

9、d =10cm，D =40cm，Q=0.4m3/s，12個(gè)螺栓固定法蘭，不計(jì)質(zhì)量，求每個(gè)螺栓的受力。,列動(dòng)量方程,列能量方程,D,,每個(gè)螺栓受力：,,,,,,,,,,,d,,F,52,流體力學(xué),,3.33 水流垂直于紙面的寬度為1.2m，求它對(duì)建筑物的水平作用力。,列動(dòng)量方程,代入動(dòng)量方程得,方向向右,解：,,,,,,1.5m,0.9m,0.6m,,,,列連續(xù)性方程,列能量方程,,F,第四章習(xí)題解答,26,,4-8 油在管中v=1m/s

10、，l=3m，d=25mm，ρ=920kg/m3，水銀面高差h=9cm。求流態(tài)、運(yùn)動(dòng)粘度ν、若反向流動(dòng)如何？,解：,若反向流動(dòng)，Q不變，Re不變，λ不變，hf不變，所以h不變，只是反向高差為9cm。,,,,,,,,,,,,,,h,,,,,,,,,,,l,,又,設(shè)為層流,成立,27,解：,查圖為水力粗糙區(qū),流體力學(xué),,4-20 環(huán)形斷面管道中水溫10℃，流量Q=400L/min， 當(dāng)量粗糙高度K=0.15mm，d=75mm，D=100mm。

11、求在管長(zhǎng)l=300m管段上的沿程水頭損失。,查水溫得,28,解：,列伯努利方程得,流體力學(xué),,4-23 煙囪直徑d =1m，煙氣流量為18000kg/h，煙氣密度ρ=0.7kg/m3，大氣密度ρa(bǔ)=1.29kg/m3，煙道λ=0.035，要保證煙囪底部1-1斷面的負(fù)壓不小于100Pa，煙囪的高度至少應(yīng)為多少？,所以，煙囪的高度至少應(yīng)為21m。,,,,,,H,,,d,,,2,2,1,1,29,流體力學(xué),,4-24 測(cè)定90º的彎

12、頭的局部阻力系數(shù)ζ。AB段管長(zhǎng)l=10m，d=50mm，λ=0.03。若AB兩斷面測(cè)壓管水頭差Δh=0.629m，經(jīng)2分鐘流入水箱的水量為0.329m3。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Δh,A,B,解：,,,30,流體力學(xué),,,紊流,層流,過渡區(qū),m=1.75-2.0,由于兩種流態(tài)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力特性存在很大的區(qū)別，對(duì)它們加以判別并分別討論是十分必要的。層流時(shí)，沿程水頭損失與平均流速成正比，而紊流時(shí)則與平均流速的

13、1.75～2.0次方成正比。利用這一點(diǎn)來判別流態(tài)比用肉眼直接觀察更可靠、更科學(xué)。,第五章習(xí)題解答,26,,5-3 水箱分A、B兩格，隔板上有薄壁孔口d1=25mm，B箱底部有d2=30mm圓柱形管嘴，管嘴長(zhǎng)l=0.1m，H1=3m不變。分析出流恒定條件（H2不變）， H2為多少？水箱Q1多少？,解：,H1,其中,,,,,,,,,,,,,,,,,H2,Q1,Q2,A,B,要使出流恒定，則 Q1= Q2,26,5-15 兩水池用虹吸管連通

14、，水位差H=2m，管長(zhǎng)l1=3m， l2=5m，l3=4m， 直徑d=200mm，h=1m。λ=0.026，ζ1=10，ζ2=1.5，ζ3=1.0，求：虹吸管流量，管中壓強(qiáng)最低點(diǎn)位置及其最大負(fù)壓值。,解：,得,（1）對(duì)1-1，2-2列能量方程,,,,,,,,,,,l1,l2,l3,ζ1,ζ2,ζ3,1m,H,1,1,2,2,,3,3,（2）對(duì)1-1，3-3列能量方程,26,5-16 水泵抽水系統(tǒng)Q=40l/s，λ=0.03，求：吸水管及

15、壓水管的S數(shù)，水泵所需水頭，繪制總水頭線。,解：,26,,,,,ζ1=3,17m,,,,,,,,,,,,,,ζ2=0.2,ζ3=0.2,ζ4=0.5,l1=20d1=0.25,l2=260d2=0.2,,,,3m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,h壓,h吸,z,Hp,總水頭線圖,,26,5-22 管路Q=0.6m3/s，λ=0.02，忽略局部損失，求：A、D兩點(diǎn)間的水頭損失。,解：,,,l4,l3,l2,l5,l1,A,D,B,

16、C,習(xí)題7-3：已知速度場(chǎng)為： 式中c為常數(shù)，求流場(chǎng)得渦量及渦線方程。,解：1）,渦量場(chǎng)分量為：,2）渦線方程為：,由,即,流體力學(xué),,42,習(xí)題7-4：求沿封閉曲線 的速度環(huán)量。,其中A為常數(shù)。,解：1）,因?yàn)?得,2）,流體力學(xué),,43,3）,因?yàn)槭瞧矫鎲栴}，繞x，y軸的渦量為0，則,流體力學(xué),,44,習(xí)題7-9：沿傾斜平面均勻流下的薄液層，如圖。 證明：1.流層內(nèi)的速度分布為