冶金传输原理作业汇总

1、冶金传输原理作业(c).注意希腊符号的书写；(d)注意单位的检查；(e).用同一种颜色的笔书写.1 .名词解释1流体的粘度与运动粘度2理想流体与实际流体3牛顿流体与非牛顿流体4质量力和表面力5流线与迹线2 .简答题1什么是流体连续介质模型说明研究流体力学引入连续介质概念的必要性和可能性2简单表述流体粘性产生的机理。温度对液体和气体的粘性的影响有何不同。为什么会有这种不同3研究流休运动的Lagrange法和Euler法有什么区别和联系系沿江河设置的水文观测站和陆地设置的气象观测站，前者观刚洪水的传播，后者收集天气预报数据，问它们属于拉格朗日法还走欧拉法1 .怎样理解层流和紊流剪应力的产生和变化规

2、律不同，而均匀流动方程式2 .紊流的瞬时流速、时均流速、脉动流速、断面平均流速有何联系和区别3 .紊流不同阻力区(光滑区、过渡区、粗糙区)沿程摩阻系数的影响因素有何不同4 .什么是当量粗糙，当量粗糙高度是怎样得到的5 .试比较圆管层流和紊流水力特点(剪应力、流速分布、沿程水头损失、沿程摩阻系数)的差异1 .怎样判别粘性流体的两种流态一一层流和湍流2 .为何不能直接用临界流速作为判别流态(层流和湍流)的标准3 .常温下，水和空气在相同直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为湍流为什么1 .Euler 运动微分方程各项的单位是什么2 .归纳伯努利方程，a)适用的范围；b).各项比能的单位。(1)

3、造成局部压力损失的主要原因是什么(2)什么是边界层提出边界层概念对流体力学研究有何意义计算题1 .设有温度为 0c 的空气，以 4m/s,的速度在直径为 100mm 的管中流动，试确定其流动形态.若管中的流体先后换成水和油，它们的流速均为 0.5m/h 水的运动粘度1.792106m2/s,油的运动粘度30106m2/s,试问水和油在管中各何种流动形态2 如图所示，试说明流体以流率 q 沿长 L 的圆锥形渐变管流动时雷诺数 Re 的变化规律。23 通过流率q1.1L/s的输水管道中，接入一渐缩圆锥管，其长度 L=40cm,d1=8cm,d2=2cm,已知水的运动粘度v1.308102cm2/s

4、（a）试判别在该锥管段中能否发生流态的转变.（b）试求发生临界雷诺断面的位置。4 .如图所示，U 形水银压差计连接于直角弯管，巳知 d=300mm,d2：=100mm。当管中流量 Q=100L/s 时，试问压差计读数h 等于多少（不计摩才损失）5 .有一压力喷水装置（如图所示），已知活塞简立径为 D=20cm,喷水管直径 d=5cm,活塞筒中心至喷水管出口的高差 H=5m.，当喷水高度 h=20m 时，求作用于活塞上的力（不计摩擦损失）6 .水流经喷嘴流入大气，巳知管道直径为 150mm,喷嘴出口直径为 75mm,U 型管水银差压汁的 t数h=1.27m,如图所示。试求在管道上压力表的读数。7

5、 .试推导流体在两垂直平行板间流动的公式。平板间距离为 28:假定是完全发展的流动，求出、(d)速度分布方程；(b)体积流率。8 .设流体在决两平板间流动，该两平行板与重力方向的夹角为,试求：(e)速度分布方程，(b)体积流率。9.水管直径 d=10cm,管中流速 v=1m/s,水温为 10C,试判别流态。 又流速等于多少时.流态将发生变化10 .通风管道直径为 250mm，输送的空气温度为 200c 试求保持层流的最大流量；若输送空气的质量流量为 200kg/h,其流态是层流还是湍流11 .有一矩形断面的小排水沟，水深 15cm,底宽 20cm,流速 0.15m/s,水温 10C,试判别流态

6、2，12 .粘度=的粘性流体沿壁面流动，距离壁面 y 处的流速为v3yy(m/s)试求壁面的切应力。解：由牛顿内摩擦定律，壁面的切应力为：(32y)3.92311.76Pay013 .在相距 1mm 的两平行平板之间充有某种粘性液体，当其中一板以 1.2m/s 的速度相对于另一板作等速移动时，作用于板上的切应力为 3500Pa。试求该液体的粘度。解：由那可得，叱35001.0102.91Pasdydv1.214 .设流体质点的轨迹方程为xCett1yC2ett1zC3其中 C1,C2,C3 为常数，试求：t=0 时位于xa,yb,zc处的流体质点的轨迹方程;(3)用 Euler 法表示上面流动

7、的速度场；(4)用 Euler 法直接求加速度场和用 Lagrange 法求得质点的加速度后，再换算成 Euler 法的加速度场，两者结果是否相同dv0dy(2)任意流体质点的速度;解:以t0 xaybz代7c轨迹方程彳导,aG1C1a1bC21故得，C2b1cC3C3c当t0时，位于（ab,c）流体质点的轨迹方程为,x(a1)3t1y(b1)ett1zc(2)求任意质点的速度uC|e1v-yC2et1w0若用 Euler 法表示该速度场，则由(a)式解出 a,b,c,即:(a)(b)1a(xt1)1e1b-(yt1)1ecz(c)将(a)式对 t 求导，并将(c)代入得，u(a1)et1xt

8、tvy(b1)et1yt2w-0用 Euler 法求加速度场：t(d)解：(1)由于速度场与时间t 有关， 该流动为非恒定流动uuuuax一u一v一w一txyz1z(xzt)y(xy)vvvvay一u一v一w一txyz1z(yzt)x(xy)wwwwaz一u一v一w一axuvyuwz1(xt)xt1vvvvavuvwytxyz1(yt2)yt1wwwazuvtxy0wwz由(a)式，用 Lagrange 法求加速度场，得2ax(a1)et2ayd(b1)et2zazt20将(c)代入(e),得axxt1ayyt1az0可见两种结果完全相同.15.已知流场中的速度分布为uyztvxztwxy试问

9、此流动是否恒定求流体质点在通过场中(1,1,1)点时的加速度。(e)txyz(2)y(yzt)x(xzt)将x1,y1,z1代入上式捐ax3tay1taz213 八八ln(x1)-t3C1ln(y2)1t3C2将两式相减彳导x1一InInC即:y2x1C(y2)将x2,y1代入，得 C=1故过(2,1)点的轨迹方程为：xy1流线的微分方程为dxdy口口工即uvdxdy(x1)t2(y2)t2消去 t,两边积分，得ln(x1)ln(y2)lnC或16. 一流动的速度场为2_2v(x1)tI(y2)tj试确定在 t=1 时，通过(2,解:迹线的微分方程为dxdtdydt1)点的迹线方程和流线方程d

10、xdy,.dt即：uvu(x1)t22V(y2)t2将以上两式积分相(2)求流体质点在通过场中1,1,1)点时的加速度。以 x=2,y=1 代入得到积分常数,C=1故在 t=1 时，通过(2,1)点的流线方程为17.如图 1 所示，设一个虹吸管 a=2m,h=6m,d=15cm。试求：1)管内的流量；2)管内最高点 S 的压强；3)如果 h 不变(即 a 增大，而上端管口始终浸入水中内)，问使虹吸管内的水不能连续流动的 a 值为多大。 (注： 常温下， 水的汽化压强为 1697Pa(绝对压强)。计算题 1 图3 计算题2.1粘度=的粘性流体沿壁面流动，距离壁面 y 处的流速为v3yy(m/s)

11、试求壁面的切应力。2在相距 1mm 的两平行平板之间充有某种粘性液体，当其中一板以 1.2m/s 的速度相对于另一板作等速移动时，作用于板上的切应力为 3500Pa。试求该液体的粘度。xCdt1yC2ett1zC3其中 C1,C2,C3 为常数，试求:(1)t=0 时位于xa,yb,zc处的流体质点的轨迹方程;(2)任意流体质点的速度;(3)用 Euler 法表示上面流动的速度场;(4)用 Euler 法直接求加速度场和用的加速度场，两者结果是否相同uyzt4已知流场中的速度分布为Vxztwxy(1)试问此流动是否恒定x1C(y2)3设流体质点的轨迹方程为Lagrange 法求得质点的加速度后

12、，再换算成 Euler 法5一流动的速度场为2 一一 2v(x1)tI(y2)tj试确定在 t=1 时，通过(2,1)点的迹线方程和流线方程计算题(1)一平板顺流放置于均流中。今若将平板的长度增加一倍，试问：平板所受的摩擦阻力将增加几倍(设平板边界层内的流动为层流)(2)油液流过一顺流放置的 2.5m 长的薄板流速为 4m/s,油液的运动粘度为处附面层厚度和壁面切应力0设平板层流附面层内的速度分布为u(y)Uo2(-y)2(-)(3ty)4面层厚度摩擦阻力系数Cf和Re的关系.例 1-5 关于能头转化如图 1-25 所示，一高位槽中液面高度为 H,高位槽下接一管路。在管路上 2、3、4 处各接

13、两个垂直细管，一个是直的，用来测静压；一个有弯头，用来测动压头与静压头之和，因为流体流到弯头前时，速度变为零，动能全部转化为静压能，使得静压头增大为(p/rg+u2/2g)。假设流体是理想的，高位槽液面高度一直保持不变，2 点处直的细管内液柱高度如图所示；2、3 处为等径管。试定性画出其余各细管内的液柱高度。解如图 1-25 所示，选取控制面 1-1 面、2-2 面、3-3 面和 4-4 面。对 1-1 面和 2-2 面间的控制体而言，根据理想流体的柏努利方程得：1052m/&度850kg/m3式确定：离板前缘分别为0.5m,1m,1.5m 和 2m可见， 3 点处有弯头的细管中的液柱高度也与

14、槽中液面等高， 又因为 2、 3 处等径， 故 u2=u3,而 z3z2=0,故由式 1、式 2 对比可知，p3/rgp2/rg,静压头高度见图 1-26。在 1-1 面和 4-4 面间列柏努利方程有：在 1-1 面和 2-2 面间列机械能衡算方1-6轴功的计算轴功的计算度不沱朝 1-耳网 16 附凰如因1-21-27 7所示,可奈籽阿水打入诜洋塔中箱吸唠咬出，吸吊下来后沆入鹿7K7K范,已州百茬尺寸为fillfill中如滞宜为及嬴Th,Th,水在管谛中流动时的总摩擦损失为1 1叮/%(不也推出口瞧力强失，喷头处压力瑜若同压力高如吠心水.从塔中疏A A下水道的摩璃笈关可赳帼不计.求泵的有熬轴功

15、率.程只能在 1-2、3-4 之间成立。解取河面为 1-1面，喷嘴上方管截面为 2-2 面，洗涤塔底部水面为 3-3面，废水池水面为4-4 截面。河水经整个输送系统流至废水池的过程中并不是都连续的，间是间断的， 因此，机械能衡算方H=4-生生i到1-51-5时图2 2力4 4fU|pfU|pa a尸1 13 目房这就是 2 点处育弯头阚那首中的浦柱亮度,匡夫小如同理时 L1 面和 3-3 面同的控胤体有；“LaLa的的* *当上普当上普* *咚咚- -+ +号号* *号号+%+%取词面为基准面，jqil2i=ojqil2i=or r江力应又uiFuiFH H可面较管道戳面大得多,可近似认为其前

16、居2 2的MsMMsM二OtOt表L Lrf=10J/Lcrf=10J/LcE E.甫以上吗-7xPBL+-nlO-7xPBL+-nlO-8282W.W.+ +一式衷3 3P PP P式由 MT 面与4-44-4面间的机械能谢算求取.因流体在，4 4面间的流动姗关不计，故取寸 T 面为县电圄，剧与=1.21.2血s4=U.s4=U.又0,0,口口表=。代入上式解上浮：?表-l-l3xpSl3xpSl= =-11.77-11.77J/kg故泵峭有颊轴功率加故泵峭有颊轴功率加归归 由由- -1如。济如。济 口书口书/ /3颂颂= =决决曲比曲比L-J_U*!4例1-7如图1-34所示，将敞口高位槽

17、中密度870kg/m3、粘度10-3PaXs的溶液送入某一设备B中。设B中压力为10kPa（表压），军送管道为f38无缝钢管，其直管段部分总长为10m,管路上有一个90标准弯头、一个球心阀（全开）。为使溶液能以4m3/h的流量流入设备中，问高位槽应高出设备多少米即z为多少米解选取高位槽液面为1-1面、 管出口内侧截面为2-2面， 并取2-2面为位能基准面。在1-1面与2-2面间列机械能衡算式中；产去）=口.,（3E3E）=l.CtO*=l.CtO*表1-1并取管壁绝对粗糙度e=0.3mm,则e/d二,查图1-30得1=（或按式1-117计算得）。查表1-2得有关的各管件局部阻力系数分别为：突然

18、缩小：z1=;90标准弯头：z2=;球心阀（全开）：H H。二。二0.0.手手+(+(了当了当4(54(54=4=7.657.65”(4+(4+工澧工澧0.038x_1_0.033将以上各数据代人机械本伪算式口，得:本题也可将本题也可将2-2面取在管出口?侧面取在管出口?侧，阳上阳上u2R,而城中则要而城中则要多一双理然多一双理然扩大局部损失工砧扩大局部损失工砧其值恰其值恰好为好为u22/2,故管出口翻曲的两种取法，其计冥故管出口翻曲的两种取法，其计冥结果完结果完全相同过全相同过ZA114-3x4)114-3x4)MIO1吞0 0代入上式，得，期健)力粕)aOxlD,aOxlD,20ID20ID1 1-1-IIIJJ+而FPFP三旦u?u?-82.3