第六章流体力学课后答案

1、第六章流体力学课后答案 篇一：李玉柱流体力学课后题 第六章 第六章 孔口、管嘴出流与有压管流 6-1 在水箱侧壁上有一直径d50mm的小孔口，如图所示。在水头H的作用下，收缩断面流速为VC6.86m/s，经过孔口的水头损失hw0.165m，如果流量系数0.61，试求流速系数和水股直径dc。 Vc2解：根据伯努利方程：Hhw2.51m 2g 流速系数Vc 0.967 VQAVcc，dc39.71mm 6-2 图示一船闸闸室，闸室横断面面积A800m2，有一高h2m、宽b4m的矩形放水孔。该孔用一个速度v0.05m/s匀速上升的闸门开启。假设初始水头H15m，孔口流量系数0.65，孔口出流时下游水

2、位保持不变。试求 （1）闸门开启完毕时闸室中水位降低值y；（2）闸室水位与下游平齐所需要的总时间T。 解：（1）闸门完全开启所用的时间：th40s v 此段时间内孔口的面积可用孔的平均面积来表示：A4m2 因为T40s 所以：H23.796m，yH1H21.204m （2）闸门完全打开后，防水孔的面积：Abh8m2 液面降到与下游液面平齐所需要的时间 因为T135.41s 所以TtT175.41s 6-3 贮液箱中水深保持为h1.8m，液面上的压强p0kPa（相对压强），箱底开一孔，孔直径d50mm。流量系数0.61，求此底孔排出的液流流量。 p0V2 解：根据伯努利方程： hg2g 4 6-

3、4 用隔板将矩形水池中的水体分成左右两部分，如图所示，右半部分水Qd2V15.9L/s 面保持恒定，隔板上有直径d10.1m的圆形孔口，位于右半部液面下H14.8m处。在左半部分的侧面与前一孔口相同的高度处开有直径d20.125m的圆形孔口，当水池两半部分的水面稳定后，试求左半部水面高度计孔口出流流量。 解：当水池两半部分的水面稳定时：Q1 Q2 Q1A Q2A0.62 h1.395m, Q0.0398m3/s 6-5 图示水平圆柱状内插式管嘴，入口锐缘状，直径d40mm，管嘴中心线离液面的距离h1.5m，设管嘴较短，水流在管嘴内作自由出流如图示，各容器壁面上的压强可按静压规律分布。（1）若按

4、理想流体不计损失，求收缩系数的理论值；（2）对于实际流体，容器固壁面各处的流速都接近零，各固壁面对孔口出流几乎无任何影响，收缩断面各点的流速相等。若局部损失系数0.04，试求收缩系数和流量Q。 解：(1) 0.50 (2) 0.52，Q3.47s 6-6 若题6-5中的管嘴内的水流收缩、扩散后呈满管出流，管嘴的出流流量 可增加多少？ 解：管嘴的出流流量可增加43%。 6-7 图示管嘴开口向上，由保持恒定水头的大水箱供水，液流通过此管嘴向 上喷出成喷泉。若水流流过此管嘴的水头损失为实际出流流速水头的20%，并假定水箱中液面比管嘴出口高出z05m，试求管嘴的出流流速 以及水流可以到达的高度z2。

5、V23V2 解： z0 hw2gg V9.038m/s V2 h4.166m 2g 6-8在混凝土重力坝坝体内设置一泄水管如图所示，管长l4m，管轴处的水头H6m，现需通过流量Q10m3/s，若流量系数0.82，试确定所需管径d，并求管中收缩断面处的真空度。 解：真空度：P V0.75H4.5m 流量Q,所以：d1.191m 选取d1.20m 真空度为4.5m 6-9 为测定某阀门的局部损失系数，在阀门上、下游装设三根测压管，如图所示，已知水管直径d50mm，长度l121m，l232m，实测高程11.50m，21.25m，30.4m，流速V3m/s。求阀门的值。 解：对第一根测压管和第二根测验

6、管处列伯努利方程： l12V2 121d2g 10.028 对第二根测压管和第三根测验管处列伯努利方程： l23V2V2 231d2g2g 0.762 6-10 两水池用虹吸管相连接（如图示），上、下游水池的水位差H2m,虹吸管各段的长度l13m，l25m,l34m，直径d200mm，管顶比上游水位高出h1m，沿程损失系数0.026，底阀110，弯头21.5，出口31.0。求（1）通过虹吸管的流量；（2）管中压强最低点的位置及其真空度。 解：（1）对上、下游过流断面列伯努利方程： l1l2l3)V2 Hhw(1223) d2g V1.59m/s 4 （2）压强最低点位于第2弯头下游侧 Qd2V

7、0.05m3/s l1l2V2 P2(122)h d2g2.933mH2O 6-11 一跨越河道的钢筋混凝土倒虹吸管如图示。已知，通过流量 上、下游水位差z3m，倒虹吸管全长l50m，其中经过两个30Q3m3/s， 的折角拐弯，每个拐弯的局部损失系数10.2，沿程损失系数0.024。现已选定倒虹吸管采用正方形断面，试求其变长b。 lV2 解：对上、下游过流断面列伯努利方程：zhw(21) d2g 4A4b2 b 因为QbV，dP4b2 l(Q/b2)2 所以z(21) b2g 整理后，得未知量b的5次方程：b50.06b0.180 6-12 某管道自油塔输油到大气中，已知管道全长l5000m，

8、管径d200mm，沿程损失系数0.032，局部损失系数可忽略不计，为了保证输油量Q0.022m3/s，所需油塔自由面与管道出口断面间的高差为多少？ lV2 解：h d2g 4 h20.02m Qd2V 6-13 设简单管道的淹没出流，局部损失仅包括进口10.5和出口21.0。若沿程损失按直径200mm和新钢管曼宁系数n0.0110.012计，按局部损失不大于沿程损失的5%来控制，问管道长度多少倍管径时才能看做是长管？ 篇二：第六章 流体力学课后答案 第六章 液体力学 6-1 有一个长方体形的水库，长200 m，宽150 m，水深10 m，求水对水库底面和侧面的压力。 解：水对水库底面的压力为：

9、 F1ghS1.01039.8101502002.9109N 侧面的压力应如下求得：在侧面上建立如图所示的坐标系，在y处取侧面窄条dy，此侧面窄条所受的压力为：dFglydy 整个侧面所受的压力可以表示为：F h glydy 1 glh2 2 1 glh29.8107N 2127 对于h10m、l150m的侧面：F2glh7.410N 2 对于h10m、l200m的侧面：F2侧面的总压力为：F22F22F23.410 8 N 6-2 有三个底面积相同但形状各异的容器，分别盛上高度相同的水，如题图所示，根据静止流体压强的概念，三个容器底面的压强是相同的，所以每个容器底面所受的水的压力也是相同的，

10、水对底面压力是由水的重量引起的，但是三个容器中所盛的水的重量显然不等，请对这个似乎矛盾的结果作出解释。 答：三个容器底面的压强是相同的，但流体对容器内壁的压强并不是容器对其支撑面的压强，容 器对其支撑面的压力等于水与容器本身重量之和。因此，容器对其支撑面的压强是不同的。如蓝球内壁的压强要比蓝球对支撑面的压强要大得多。 6-3 在5.010s的时间内通过管子截面的二氧化碳气体(看作为理想流体)的质量为0.51 kg。已知该气体的密度为7.5kgm ，管子的直径为2.0 cm，求二氧化碳气体在管子里的平均流速。 解： 单位时间内流过管子截面的二氧化碳气体的体积，即流量为： 33 QV m0.51

11、1.36105m3s1 3t7.55.0 10 QV1.3610521 平均流速为： 4.310ms22S3.141.010 6-4 当水从水笼头缓慢流出而自由下落时，水流随位置的下降而变细，何故？如果水笼头管口的内直径为 d，水流出的速率为v0，求在水笼头出口以下h处水流的直径。 解： 当水从水笼头缓慢流出时，可以认为是定常流动，遵从连续性方程，即流速与流管的截面积成反比，所以水流随位置的下降而变细，如图所示。 可以认为水从笼头流出后各处都是大气压，伯努利方程可以写为： 12122 v1gh1v2gh2即：v2v12gh1h21 22 2h1h20 v2v12 这表示水流随位置的下降，流速逐

12、渐增大。整个水流可以认为是一个大流管，h1处的流量应等于h2处的流量，即：S1v1S2v22 由于：v2v1 所以：S1S2，这表示水流随位置的下降而变细。 22根据题意，h1h2h ， v1v0 ，h2处的流速为v2，由（1）得：v2v0gh 即：v2 3 将式(3)代入式(2)，得：d1v0 1 4 2 12 d2v2 4 式中d1d，d2就是在水笼头出口以下h处水流的直径。上式可化为： d2v0d2 于是：d26-5 试解释下面两种现象： （1）当两船并行前进时，好像有一种力量将两船吸引在一起，甚至发生碰撞，造成危险； （2）烟囱越高，拔火力量越大 答：（1）由伯努利方程知，理想液体沿水

13、平流管作定常流动时，管道截面积小的地方流速大，压强小，管道截面积大的地方流速小，因此两船并行时，两船之间的流体的流速会增大，压强变小，而两船另一侧的压强不变，所以，两船会相互吸引。 （2）空气受热膨胀向上升，由伯努利方程知，烟囱越高，则顶部的压强越小， 形成低压真空虹吸现象， 烟囱越高，形成的低压越强。 6-6 文丘里流量计是由一根粗细不均匀的管子做成的，粗部和细部分别接有一根竖直的细管，如图所示。在测量时，将它水平地接在管道上。当管中有液体流动时，两竖直管中的液体会出现高度差h。如果粗部和细部的横截面积分别为SA和SB，试计算流量和粗、细两处的流速。 解 ：取沿管轴的水平流线AB(如图中虚线

14、所示)，并且A、B两点分别对应两竖直管的水平位置，可以列出下面的伯努利方程： PA 改写为： 1212vAPBvB 22 12222vBvAPAPB 即：vBvA2gh1 2 另有连续性方程：SAvASBvB2 以上两式联立，可解得：vASvS； B流量为：QVSAvASAS6-7 利用压缩空气将水从一个密封容器内通过管子压出，如图所示。如果管口高出容器内液面0.65 m，并要求管口的流速为1.5ms 。求容器内空气的压强。 解：取如图示中虚线AB所示的流线，并运用伯努利方程： 1 PA 1212 vAPBvB, 22 可以认为：vA0PBP0 所以：PAP0 12 vgh1013250.51

15、.01.521.01039.80.651.09105Pa 2 4 4 6-8 在一个圆柱状容器的底部有一个圆孔，圆柱状容器和圆孔的直径分别为D和d，并且Dd，容器内液面高度h随着水从圆孔流出而下降，试确定液面下降的速度v与h的函数关系。 解：设容器的截面积和液面下降的速度分别为S1和v，圆孔的截面积和该处的流速分别为S2和v2，此时就会面高度为h。通过液面中心画一条流线到底部的中心，对于一般竖直安放的圆柱状容器，这条流线必定是一条铅直线。在这条流线的两端运用伯努利方程得： P1 1212 vghP2v2 gh0 22 22 以圆也处为水平高度的零点，即h00，同时又有P1P2，于是上式可化为：

16、v2v2gh1 另有连续性方程： S1vS即：v22v2 S1 v2 S2 S 将（2）式代入（1）式，得：1 S2 vv22gh 解得： 2 2ghv2 S11S2 d 2gh4 Dd4 4 d 4 2gh d414 D 4 d2gh4 D 4 6-9 用题图所示的虹吸管将容器中的水吸出，如果管内液体作定常流动，求： （1）虹吸管内液体的流速； （2）虹吸管最高点B的压强； （3）B点距离液面的最大高度。 解：把水看作理想流体，理想流体的特性之一是不可压缩性，根据不可压缩流体的连续性方程：Sv恒量虹吸管各处横截面均匀，管内液体的流速应处处相等。取过出水口C点的水平面作为水平参考面，一切高度都

17、由此面起算。在容器内的水面上取一点D，连接DA的线作为一条流线，如图虚线所示。流线DA与虹吸管内的流线ABC，形成一条完整的流线，并在这条流线上运用伯努得方程。（1）对D、C两点运用伯努利方程： PD 1212 vDghDPCvCghC 22 12 vC 2 将：PDPCP0 ，vD0，hDh1h2和hC0 代入上式，得：gh1h2于是可求得管内的流速为： vvC 可见，管内水的流速决定于C点到容器内液面的垂直距离，此距离越大，流速也越大。 （2）对B、C两点运用伯努利方程，得 PB 121 vghBPCv2ghC 22 可简化为：PBPCghBP0gh1h2h3 可见，最高点 B的压强决定于

18、该点到出水口C的竖直距离，出水口C越 低，管内B点的压强就越小。 因为PB的最小值为零，当PB0时，由上式可以求得：hBh1h2h3这表示，当C点的位置低到使hB10.339m时，PB0 注：若hB10.339m时，由伯努利方程得：PB0，这个结论是不正确的！这是因为伯努利方程适用的一个条件，是保持流体作定常流动。而当hB增大时，由 vvC P0 10.339m g 知，管内流体的流速将会 增大。随着流速的增大，定常流动的条件将遭到破坏，伯努利方程将不能再使用，由这个方程导出的结果也就不正确。要保持定常流动，就不能使hB10.339m，B点的压强就不会出现负值。 （3）由上面的分析可以得到，当

19、PB0时，hBh1h2h3 P0 10.339m g 所以hB的最大值就是hB10.339m，若把C点、B点和A点的位置都向上提，即减小h1h2，增大h3，这样B点到液面的距离将会随之增大。在极限情况下，当h1h20时，就有h3hB10.339m。所以，作为虹吸管，B点离开容器内液面的最大距离不能超过10.339m。 6-10 在一个盘子里盛上水，当水和盘子都静止时，水面是平的，而当盘子绕通过盘心并与盘面垂直的轴线旋转时，水面变弯曲了，试解释这种现象的成因。 答：当盘子绕通过盘心并与盘面垂直的轴线旋转时，水面变弯曲了，是因为水具有黏性。 6-11 如题图所示，在粗细均匀的水平管道上连通着几根竖

20、直的细管，当管道中自左至右流动着某种不可压缩液体时，我们发现，这些竖直细管中的液体高度也自左至右一个比一个低，为什么？ 答：由于不可压缩液体有黏性，液体流动的过程中会引起能量的损耗，因此对水平管道内壁的压强会减小，故，竖直细管液体高度也自左至右一个比一个低。 6-12从油槽经过1.2 km长的钢管将油输送到储油罐中，已知钢管的内直径为12 cm， 油的黏度系数为 0.32Pas，密度为0.91gcm3，如果要维持5.210 2m3s1 的流量，试问油泵的功率应为多大？ 篇三：流体力学_刘鹤年_完整章节课后答案_ 流体力学第二版全章节答案 刘鹤年 第一章 选择题（单选题） 1.1 按连续介质的概

21、念，流体质点是指：（d） （a）流体的分子；（b）流体内的固体颗粒；（c）几何的点；（d）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c） （a）压力；（b）摩擦阻力；（c）重力；（d）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d） （a）N；（b）Pa；（c）N/kg；（d）m/s2。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b） （a）剪应力和压强；（b）剪应力和剪应变率；（c）剪应力和剪应变；（d）剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度随温度的升高：（b） （a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。 1.6 流体运动黏度的国际单

22、位是：（a） （a）m/s；（b）N/m；（c）kg/m；（d）Ns/m。 1.7 无黏性流体的特征是：（c） （a）黏度是常数；（b）不可压缩；（c）无黏性；（d）符合 2 2 2 p RT。 1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a） （a）1/20210；（b）1/10000；（c）1/4000；（d）1/2021。 1.9 水的密度为1000kg/m，2L水的质量和重量是多少？ 解：mV10000.0022（kg） 3 Gmg29.80719.614（N） 答：2L水的质量是2kg，重量是19.614N。 1.10 体积为0.5m的油料，重量为4410N，试求该油料的

23、密度是多少？ 解： 3 mGg9.807 899.358（kg/m3） VV0.5 答：该油料的密度是899.358kg/m3。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pas，其密度为850kg/m，试求其运动黏度。 3 解： 0.0055.882106（m2/s） 850 答：其运动黏度为5.882106m2/s。 1.12 有一底面积为60cm×40cm的平板，质量为5Kg，沿一与水平面成20°角的斜面下滑， 平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm，若下滑速度0.84m/s，求油的动力黏度。 解：平板受力如图。 沿s轴投影，有： Gsin20T0 T U AGsin20 Gsin2059.807sin200.6103 5.0102（kg） sUA0.60.40.84 答：油的动力黏度5.010 2 kg s 。 1.13 为了进行绝缘处理，将导线从充满绝