流体动力学习题

1、1工程流体力学工程流体力学(流体动力学习题流体动力学习题)哈 尔 滨 工 程 大 学动力与能源工程学院工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-1】直径】直径d=100mm的虹吸管，位置如图所示。求的虹吸管，位置如图所示。求水流水流流量和流量和2、3点的压力（不计水头损失）。点的压力（不计水头损失）。第4章 流体动力学基本原理习题2工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解】【解】以过以过1点的水平面为基准面，分别点的水平面为基准面，分别列列1、2、3、4点所在断面的伯努利方点所在断面的伯努利方程。程。由于由于故

2、有故有因此取因此取可解得可解得第4章 流体动力学基本原理习题3222320000205222ppvvvggggg2222331122441234 +z = +z = +z = +z2222pvpvpvpvgggggggg1412341234002m5m0ppzzzzvvvvv （表压力），23239.9m/s0.078m /s449kPa68.6kPadvQvpp ，239.8m/s1000kg/mg，工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-2】一个倒置的】一个倒置的U形测压管，上部为相对密度形测压管，上部为相对密度0.8的油，用来的油，用来测定水管

3、中点的速度。若读数测定水管中点的速度。若读数h=200mm，求管中流速，求管中流速u=?第4章 流体动力学基本原理习题4工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】选取如图所示选取如图所示1-1、2-2断面列伯努利方程，以水管轴线为基准线。断面列伯努利方程，以水管轴线为基准线。其中：其中：p1和和p2分别为分别为1-1、2-2断面轴线上的压力。断面轴线上的压力。设设U形测压管中油水分界面的低液面到轴线的距离为形测压管中油水分界面的低液面到轴线的距离为x，则可列出，则可列出U形测压形测压管中油水分界面的高液面的等压面条件管中油水分界面的高液面的等压面条件

4、解上述方程可得解上述方程可得第4章 流体动力学基本原理习题5212 0002wwppuggg1wo2w21wo()()pgxg hpg xhppg h o21ww 22(1)20.29.80.20.885m/sppug h工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-3】图示为一文丘里管和压力计，试推导体积流量和压力计】图示为一文丘里管和压力计，试推导体积流量和压力计读数之间的关系式。当读数之间的关系式。当 = 1000kg/m3， H = 13.6103kg/m3， d1=500mm，d2=50mm，H=0.4m时，求时，求 Q =？第4章 流体动力学基

5、本原理习题6工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】列列1-1、2-2断面的伯努利方程。断面的伯努利方程。其中：其中：p1和和p2分别为分别为1-1、2-2断面轴线上的压力。断面轴线上的压力。设过设过1-1断面中心点的水平线到压力计中水银与水分界面的低液面的距离断面中心点的水平线到压力计中水银与水分界面的低液面的距离为为x，则可列出，则可列出U形测压管中水银与水分界面的低液面的等压面条件形测压管中水银与水分界面的低液面的等压面条件由上述方程可得由上述方程可得代入代入解得解得第4章 流体动力学基本原理习题712H121ppHzzg221212,44d

6、dvQvQ3H442111210.0195m /s4QgHdd2221H12vvHg工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-4】管路阀门关闭时，压力表读数为】管路阀门关闭时，压力表读数为49.8kPa，阀门打开后，阀门打开后，读数降为读数降为9.8kPa。设从管路进口至装表处的水头损失为流速水头。设从管路进口至装表处的水头损失为流速水头的的2倍，求管路中的平均流速。倍，求管路中的平均流速。第4章 流体动力学基本原理习题8工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】当管路阀门关闭时，由压力表度数可确定管路轴线到

7、自由液面的高当管路阀门关闭时，由压力表度数可确定管路轴线到自由液面的高度度H当管路打开时，列当管路打开时，列1-1和和2-2断面的伯努利方程，则断面的伯努利方程，则得得第4章 流体动力学基本原理习题93349.8 105.082m1 109.8pHg22222000222pvvHggg22235.08214.082m2vpHgg 229.84.0825.164m/s3v 工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-5】为了在直径】为了在直径D=160mm的管线上自动掺入另一种油品，安的管线上自动掺入另一种油品，安装了如下装置：自锥管喉道处引出一个小支管通

8、入油池内。若压装了如下装置：自锥管喉道处引出一个小支管通入油池内。若压力表读数为力表读数为2.3105Pa，喉道直径，喉道直径d=40mm，T管流量管流量Q=30L/s，油品的相对密度为油品的相对密度为0.9。欲掺入的油品的相对密度为。欲掺入的油品的相对密度为0.8，油池油，油池油面距喉道高度面距喉道高度H=1.5m，如果掺入油量约为原输量的，如果掺入油量约为原输量的10%左右，左右，B管水头损失设为管水头损失设为0.5m，试确定，试确定B管的管径。管的管径。第4章 流体动力学基本原理习题10工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】列列1-1和和2

9、-2断面的伯努利方程，则断面的伯努利方程，则其中其中故故列列4-4自由液面和自由液面和3-3断面的伯努利方程，以断面的伯努利方程，以4-4自由液面为基准面，则自由液面为基准面，则其中其中 p3=p2第4章 流体动力学基本原理习题11221122110022pvpvgggg12240.031.493m/s13.140.164QvD22240.0323.885m/s13.140.044Qvd22225122111.49323.8852.3 1090025719Pa22 vvpp233w4 320002pvHhgg工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics则则解得

10、解得第4章 流体动力学基本原理习题123222BBB0.140.1 0.030.003813.144Qvddd2233w4 32B20.0038()2 ()25718.919.6(1.50.5)8009.8pvgHhdg B0.028md 工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-6】一变直径的管段】一变直径的管段AB，直径，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差，高差 h=1.0m，用压力表测得，用压力表测得pA=70kPa，pB=40kPa，用流量计测得流，用流量计测得流量量Q=0.2m3/s。试判断水在管段中流动的方向。试判断水在管段中流动的方

11、向。第4章 流体动力学基本原理习题13工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】列列A点和点和B点所在断面的伯努利方程点所在断面的伯努利方程故流动方向为故流动方向为A B。第4章 流体动力学基本原理习题1422AABBwA B022pvpvhhgggg A22A40.26.37m/s13.140.24QvdB22B40.21.59m/s13.140.44Qvd22ABABwA B3322270 1040 106.371.59110009.829.84m0ppvvhhgg 工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【

12、4-7】泄水管路如附图所示，已知直径】泄水管路如附图所示，已知直径d1=125mm，d2=100mm，d3=75mm，汞比压力计读数，汞比压力计读数 h=175mm，不计阻力，求流量和压，不计阻力，求流量和压力表读数。力表读数。第4章 流体动力学基本原理习题15工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】设设2-2断面中心点到压力计中水银最高液面的距离为断面中心点到压力计中水银最高液面的距离为x，列，列1-1、2-2断面断面的伯努利方程，以过的伯努利方程，以过2-2断面中心点的水平面为基准面，则断面中心点的水平面为基准面，则选取压力计中水银最低液面为等

13、压面，则选取压力计中水银最低液面为等压面，则由连续性方程可知由连续性方程可知代入伯努利方程中，可得代入伯努利方程中，可得列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程可得压力表度数可得压力表度数第4章 流体动力学基本原理习题16221122022pvpvHgggg12H()pg Hxhpgxg h 1212.612.60.175 pphHHg222112233v dv dv d2221230.1250.10.075vvv223M200022vpvggg222232M15.2118.556100079.085kPa22vvp3238.556m/s15.211m/s0

14、.067m /svvQ，工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-8】如图所示，敞开水池中的水沿变截面管路排出的质量流】如图所示，敞开水池中的水沿变截面管路排出的质量流量量Qm=14kg/s，若，若d1=100mm，d2=75mm，d3=50mm，不计损失，不计损失，求所需的水头求所需的水头H，以及第二段管段中央，以及第二段管段中央M点的压力，并绘制测压点的压力，并绘制测压管水头线。管水头线。第4章 流体动力学基本原理习题17工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】列列1-1和和3-3断面的伯努利方程，则断

15、面的伯努利方程，则列列M点所在断面点所在断面2-2和和3-3断面的伯努利方程，则断面的伯努利方程，则第4章 流体动力学基本原理习题182300002vHgm22224 143.171m/s110003.140.0754Qvdm32234 147.134m/s110003.140.054Qvd2237.1342.6m229.8vHg22223227.1343.171100020.42kPa22vvp工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-9】由断面为】由断面为0.2m2和和0.1m2的两根管子组成的水平输水管系从的两根管子组成的水平输水管系从水箱流入大

16、气中：（水箱流入大气中：（1）若不计损失，求断面流速）若不计损失，求断面流速v1及及v2；绘；绘总水头线及测压管水头线；求进口总水头线及测压管水头线；求进口A点的压力。（点的压力。（2）计入损失：）计入损失：第一段的水头损失为流速水头的第一段的水头损失为流速水头的4倍，第二段为倍，第二段为3倍，求断面流倍，求断面流速速v1及及v2；绘制总水头线及测压管水头线；根据所绘制水头；绘制总水头线及测压管水头线；根据所绘制水头线求各管段中间点的压力。线求各管段中间点的压力。第4章 流体动力学基本原理习题19工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】（1）列自由

17、液面和管子出口断面的伯努利方程）列自由液面和管子出口断面的伯努利方程则则由连续方程由连续方程得得列列A点所在断面和管子出口断面的伯努利方程点所在断面和管子出口断面的伯努利方程则则第4章 流体动力学基本原理习题202200002vHg222 9.848.854m/svgH1 122AvA v14.427m/sv2211200022pvvggg22222118.8544.427100029.398kPa22vvp工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics（2）列自由液面和管子出口断面的伯努利方程，则）列自由液面和管子出口断面的伯努利方程，则由由得得细管段中点的压

18、力为细管段中点的压力为粗管段中点的压力为粗管段中点的压力为第4章 流体动力学基本原理习题2122221243222vvvHggg1 122AvA v23.96m/sv 11.98m/sv 2221310003.96311.76kPa2222v 22221241000 1.98( 1)(13)2 1000 3.9633.32kPa2222vv 工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-10】用】用73.5kW的水泵抽水，泵的效率为的水泵抽水，泵的效率为90，管径为，管径为0.3m，全管路的水头损失为全管路的水头损失为1m，吸水管水头损失为，吸水管水头损失

19、为0.2m，试求抽水量、，试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。管内流速及泵前真空表的读数。第4章 流体动力学基本原理习题22工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】列两自由液面的伯努利方程，则列两自由液面的伯努利方程，则得得列最低自由液面和真空表所在断面的伯努利方程，则列最低自由液面和真空表所在断面的伯努利方程，则故真空表的读数为故真空表的读数为26.632kPa。第4章 流体动力学基本原理习题2300029001HNNgQH泵轴373.50.90.225m /s9.8 30NQgH轴2240.2253.185m/s13.140.34Qvd20

20、0020.22pvgg223.185(2.2)(2.2)980026.632kPa229.8 vpgg工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-11】图示一管路系统，欲维持其出口流速为】图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问水泵，问水泵的功率为多少？设全管路的水头损失为的功率为多少？设全管路的水头损失为2m，泵的效率为，泵的效率为80，压水管路的水头损失为压水管路的水头损失为1.7m，则压力表上的读数为若干？，则压力表上的读数为若干？第4章 流体动力学基本原理习题24工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanic

21、s【解解】列自由液面和出口断面的伯努利方程，有列自由液面和出口断面的伯努利方程，有列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程，则列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程，则第4章 流体动力学基本原理习题252100002022vHg2202242.41m29.8H21121419800203.140.0142.4140.816kW0.8gvD HNN泵轴222100191.722Mpvvggg221212220.01205m/s0.02DvvD222212205(20.7)(20.7)9800390.36kPa22 9.8Mvvpgg工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mec

22、hanics【4-12】图示离心泵以】图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度为的流量将相对密度为0.8的油品从地的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下油罐油面压力为下罐送到山上洞库油罐。地下油罐油面压力为2104Pa，洞库油，洞库油罐油面压力为罐油面压力为3104Pa。设泵的效率为。设泵的效率为0.8，电动机效率为，电动机效率为0.9，两罐液面差为两罐液面差为40m，全管路水头损失设为，全管路水头损失设为5m。求泵及电动机的额。求泵及电动机的额定功率（即输入功率）应为若干？定功率（即输入功率）应为若干？第4章 流体动力学基本原理习题26工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid

23、 Mechanics【解解】列两油罐液面的伯努利方程，则列两油罐液面的伯努利方程，则第4章 流体动力学基本原理习题2712000405ooppHgg44213 102 10454546.28m0.8 10009.8oppHg30.8 109.82046.282.52kW36000.8oNgQHN泵轴2.522.8kW0.9NN轴电电工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-13】输油管线上水平】输油管线上水平90转转弯弯处，设固定支座。所输油品处，设固定支座。所输油品=0.8，管径，管径d=300mm，通过流量，通过流量Q=100L/s，断面，断面1处

24、压力为处压力为2.23105Pa，断面，断面2处压力为处压力为2.11105Pa。求支座受压力的大小和方向。求支座受压力的大小和方向。第4章 流体动力学基本原理习题28工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】选取选取1-1和和2-2断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系，断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系，设弯管处管壁对流体的力为设弯管处管壁对流体的力为R。 列列x方向动量方程方向动量方程 列列y方向动量方程方向动量方程支座受压力支座受压力F的大小为的大小为21.84kN，方向与，方向与R方向相反。方向相反。第4章 流体动力

25、学基本原理习题291o0 xPQvR25211112.23 103.140.315.75kN44Ppd120.1 15.750.80.115.86kN13.140.34xoRPQv2yoRPQv25222112.11 103.140.314.91kN44Ppd220.114.910.80.115.02kN13.140.34yoRPQv222215.8615.0221.84kNxyRRR15.02arctanarctan4315.86yxRR工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-14】水流经过】水流经过60渐细弯头渐细弯头AB，已知，已知A处管径处管

26、径dA=0.5m，B处处管径管径dB=0.25m，通过的流量为，通过的流量为0.1m3/s，B处压力处压力pB=1.8105Pa。设弯头在同一水平面上摩擦力不计，求弯头所受推力。设弯头在同一水平面上摩擦力不计，求弯头所受推力。第4章 流体动力学基本原理习题30工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】选取选取A和和B断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系。断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系。列列A断面和断面和B断面的伯努利方程，得（因弯头为水平放置，即断面的伯努利方程，得（因弯头为水平放置，即z1=z2=0）其中其中第4章 流

27、体动力学基本原理习题31222252.040.511.8 101000181950.75Pa22BAABvvpp220.10.51m/s113.140.544AAQvd220.12.04m/s113.140.2544BBQvd2243.140.5181950.7535707.8N4AAAdPp22543.140.251.8 108831.25N4BBBdPp工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics 列列x方向动量方程方向动量方程可知，与设的方向相反。可知，与设的方向相反。 列列y方向动量方程方向动量方程第4章 流体动力学基本原理习题32cos60cos60

28、 xABBARPPQvQvoocos60cos608831.2510000.1 2.0410000.1 0.51 cos6035707.8cos608844.15NxBBAARPQvQvP oooosin600sin60AyAPRQvoosin60sin6010000.1 0.51 sin6035707.8 sin6030968.03NyAARQvPoooo228844.1530968.0332206.2N FR工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【4-15】消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒出口直径】消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒出口直径d=1cm，入口直径，入口直径D=5cm，从消火唧筒射出的流速，从消火唧筒射出的流速v=20m/s。求消。求消防队员手握住消火唧筒所需要的力？（设唧筒水头损失为防队员手握住消火唧筒所需要的力？（设唧筒水头损失为1m）第4章 流体动力学基本原理习题33工程流体力学工程流体力学Engineering Fluid Mechanics【解解】选取消火唧筒的出口断面和入口断面与管壁围成的空间为控制体，建选取消火唧筒的出口断面和入口断面与管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐