工程流体力学课后习题答案

-.z.第1章绪论【1-1】500cm3的*种液体，在天平上称得其质量为0.453kg，试求其密度和相对密度。【解】液体的密度 相对密度【1-2】体积为5m3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa增加到4.9×105Pa时，体积减少1【解】由压缩系数公式【1-3】温度为20℃，流量为60m3/h的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt=0.00055K-1，问加热到【解】根据膨胀系数则【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。罐装时液面上压强为98000Pa。封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa。假设汽油的膨胀系数为0.0006K-1，弹性系数为13.72×106Pa，〔1〕试计算由于压力温度变化所增加的体积，〔2〕问灌装时【解】〔1〕由可得，由于压力改变而减少的体积为由于温度变化而增加的体积，可由得〔2〕因为，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则由得δ习题1-5图油uy*【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u=1m/s，δ=δ习题1-5图油uy*【解】根据牛顿内摩擦定律rz习题rz习题1-6图u【1-6】半径为R圆管中的流速分布为式中c为常数。试求管中的切应力τ与r的关系。【解】根据牛顿内摩擦定律则-.z.第2章流体静力学【2-1】容器中装有水和空气，求A、B、C和D各点的表压力？【解】空气各点压力一样，与空气接触的液面压力即为空气的压力，另外相互连通的同种液体同一高度压力一样，即等压面题2-2图p题2-2图paCpa30cm10cmhAB水【2-2】如下图的U形管中装有水银与水，试求：〔1〕A、C两点的绝对压力及表压力各为多少？〔2〕求A、B两点的高度差h？【解】由，，得〔1〕水油水油Hph1h2R题2-3图〔2〕选取U形管中水银的最低液面为等压面，则得【2-3】在一密闭容器内装有水及油，密度分别为ρw及ρo，油层高度为h1，容器底部装有水银液柱压力计，读数为R，水银面与液面的高度差为h2，试导出容器上方空间的压力p与读数R的关系式。【解】选取压力计中水银最低液面为等压面，则得p00.4mp压力气体题2-4图△hH【2-4】油罐内装有相对密度为0.7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，压力管的另一支引入油罐底以上的0.4m处，压气后，当液面有气逸出时，根据Up00.4mp压力气体题2-4图△hH【解】选取U形管中甘油最低液面为等压面，由气体各点压力相等，可知油罐底以上0.4m处的油压即为压力管中气体压力，即得A··B1m△h题2-5图【2-5】图示两水管以U形压力计相连，A、B两点高差1m，U形管内装有水银，假设读数△hA··B1m△h题2-5图【解】选取U形管内水银最低液面为等压面，设B点到水银最高液面的垂直高度为*，则得THHpadoy*'dDCPyDyCdL题2-6图【2-6】图示油罐发油装置，将直径为d的圆管伸进罐内，端部切成45°THHpadoy*'dDCPyDyCdL题2-6图【解】分析如图，，以盖板上的铰链为支点，根据力矩平衡，即拉力和液体总压力对铰链的力矩平衡，以及切角成45°可知其中可得HohBH0.4myCyDyDP题2-7图HohBH0.4myCyDyDP题2-7图0.5【解】分析如下图，由公式可知，水深h越大，则形心和总压力的作用点间距离越小，即D点上移。当D点刚好位于转轴时，闸门刚好平衡，即。则由B=0.6m，H=1m，可知BR=BR=1m油水H0.5m0.5m1.9mAo汞H等效自由液面o'A*yCC(－)h*=pB/ρogP*PZθP题2-8图【2-8】有一压力贮油箱〔见图〕，其宽度〔垂直于纸面方向〕b=2m，箱内油层厚h1=1.9m，密度ρ0=800kg/m3，油层下有积水，厚度h2=0.4m，箱底有一U型水银压差计，所测之值如下图，试求作用在半径R=1m的圆柱面AB上的总压力〔大小和方向〕。【解】分析如下图，先需确定自由液面，选取水银压差计最低液面为等压面，则由pB不为零可知等效自由液面的高度曲面水平受力 曲面垂直受力则【2-9】一个直径2m，长5m的圆柱体放置在图示的斜坡上。求圆柱体所受的水平力和浮力。60°水H1mABCDA60°水H1mABCDA*F题2-9图〔－〕BC段和CD段水平方向的投影面积一样，力方向相反，相互抵消，故圆柱体所受的水平力圆柱体所受的浮力分别画出F-A段和A-D段曲面的压力体，虚实抵消，则H水油ABC水的等效自由液面A*1A*2(+)(-)h*=pH水油ABC水的等效自由液面A*1A*2(+)(-)h*=poB/ρwg题2-10图【解】因为左半边为不同液体，故分别来分析AB段和BC段曲面的受力情况。〔1〕AB曲面受力〔2〕BC曲面受力 首先确定自由液面，由油水界面的压力可确定等效自由液面高度则则，圆柱体受力〔方向向上〕1.0m0.5m1.0m〔＋〕〔－〕题2-11图ab1.0m0.5m1.0m〔＋〕〔－〕题2-11图abcd【解】分析如下图，将整个钢球曲面分段。首先考虑阀座上面的液体对曲面的作用力，即分别画出a-d、a-b和c-d段曲面的压力体；再考虑阀座下面液体对曲面的作用力，即画出b-c段曲面的压力体；最后压力体虚实抵消，图中实压力体V2〔＋〕为一圆柱体，其底面直径为阀座直径1.0m，虚压力体V1(-)为钢球体体积，则【2-12】图示一盛水的密闭容器，中间用隔板将其分隔为上下两局部。隔板中有一直径d=25cm的圆孔，并用一个直径D=50cm质量M=139kg的圆球堵塞。设容器顶部压力表读数pM=5000Pa，求测压管中水面高*大于假设干时，圆球即被总压力向上顶开？【解】分析如下图，由于液面不是自由液面，需将液面压力转化为该液体的等效高度h*，确定等效自由液面。然后将整个钢球曲面分段，分别考虑受力。首先考虑隔板上面的液体对曲面的作用力，即分别画出a-d、a-b和c-d段曲面的压力体；再考虑隔板下面液体对曲面的作用力，即画出b-c段曲面的压力体；最后压力体虚实抵消，图中虚压力体〔-〕为一球体和圆柱体体积之和，其中圆柱体底面直径为隔板圆孔直径。根据受力分析可知，当*值等于*一值时，圆球所受的浮力和重力一样，当*大于该值是圆球即被顶开，由受力平衡可确定这一临界值。则*y*yh*=pM/ρg等效自由液面(－)(－)题2-12图abcd-.z.第三章流体运动学【3-1】流场的速度分布为〔1〕属几元流动？〔2〕求〔*,y,z〕=〔3,1,2〕点的加速度？【解】〔1〕由流场的速度分布可知流动属三元流动。〔2〕由加速度公式得故过〔3,1,2〕点的加速度其矢量形式为：，大小a=70。【3-2】流场速度分布为u*=*2，uy=y2，uz=z2，试求〔*,y,z〕=〔2,4,8〕点的迁移加速度？【解】由流场的迁移加速度得故〔2,4,8〕点的迁移加速度L12题3-3图L12题3-3图【3-3】有一段收缩管如图。u1=8m/s，u2=2m/s，l=1.5m。试求2点的迁移加速度。【解】因为是一段收缩管，其流动方向为从2点所在断面流到1点所在断面。由流场的迁移加速度其中：则2点的迁移加速度为【3-4】*一平面流动的速度分量为u*=-4y，uy=4*。求流线方程。【解】由流线微分方程将速度分量代入流线微分方程并简化，得整理，得两边积分，解得流线方程可见流线为一簇同心圆，当c取不同值时，即为不同的流线。【3-5】平面流动的速度为，式中B为常数。求流线方程。【解】平面流动的速度分量代入流线微分方程简化得变形得两边积分可解得流线方程可见流线为一簇双曲线，c取不同值时即为不同的流线。【3-6】用直径200mm的管输送相对密度为0.7的汽油，使流速不超过1.2m/s，问每秒最多输送多少kg？【解】由质量流量公式得【3-7】截面为300mm×400mm的矩形孔道，风量为2700m3/h，求平均流速。如风道出口处截面收缩为150mm×400mm【解】由平均流速公式得如风道出口处截面收缩为150mm×400mm，则【3-8】流场的速度分布为u*=y+z，uy=z+*，uz=*+y，判断流场流动是否有旋？【解】由旋转角速度可知故为无旋流动。【3-9】以下流线方程所代表的流场，哪个是有旋运动？〔1〕2A*y=C〔2〕A*+By=C〔3〕Aln*y2=C【解】由流线方程即流函数的等值线方程，可得由题意可知流函数ψ分别为2A*y、A*+By、Aln*y2，则〔1〕速度分量旋转角速度可知，故为无旋流动。〔2〕速度分量旋转角速度可知，故为无旋流动。〔3〕速度分布旋转角速度可知，故为有旋流动。【3-10】流场速度分布为u*=-c*，uy=-cy，uz=0，c为常数。求：〔1〕欧拉加速度a=？；〔2〕流动是否有旋"〔3〕是否角变形"〔4〕求流线方程。【解】〔1〕由加速度公式得〔2〕旋转角速度可知，故为无旋流动。〔3〕由角变形速度公式可知为无角变形。〔4〕将速度分布代入流线微分方程变形得两边积分，可得流线方程，流线为一簇射线。第四章流体动力学题4-1图12345m2md····【4-1】直径题4-1图12345m2md····【解】列1、4点所在断面的伯努利方程，以过4点的水平面为基准面。得列1、2点所在断面的伯努利方程，以过1点的水平面为基准面〔v2=v4〕得列1、3点所在断面的伯努利方程，以过1点的水平面为基准面〔v3=v4〕得题4-2图水uδ=0.8△h油1221【4-题4-2图水uδ=0.8△h油1221【解】选取如下图1-1、2-2断面列伯努利方程，以水管轴线为基准线其中：p1和p2分别为1-1、2-2断面轴线上的压力。设U形测压管中油的最低液面到轴线的距离为*，选取U形测压管中油的最高液面为等压面，则则题4-3图d1Hρm汞mmd2Qz1z2水平基准线1122【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读数之间的关系式。当z1=z2时，ρ=1000kg/m3，ρH=13.6×103题4-3图d1Hρm汞mmd2Qz1z2水平基准线1122【解】列1-1、2-2断面的伯努利方程、以过1-1断面中心点的水平线为基准线。设过1-1断面中心点的水平线到压力计中水银的最高液面的距离为*。选取压力计中水银的最低液面为等压面，则又由、，代入伯努利方程，得题4-4题4-4图paH1221【4-4】管路阀门关闭时，压力表读数为49.8kPa，阀门翻开后，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的2倍，求管路中的平均流速。【解】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H当管路翻开时，列1-1和2-2断面的伯努利方程，则简化得得题4-5图B11223344【4-5】为了在直径D=160mm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入油池内。假设压力表读数为2.3×105Pa，吼道直径d=40mm，T管流量Q=30L/s，油品的相对密度为0.9。欲掺入的油品的相对密度为0.8，油池油面距喉道高度题4-5图B11223344【解】列1-1和2-2断面的伯努利方程，则其中：得列4-4自由液面和3-3断面的伯努利方程，以4-4自由液面为基准面，则其中：p3=p2则解得。AB题4-6图【4-6】一变直径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.0m，用压力表测得pA=70kPa，pB=40kPa，用流量计测得流量Q=AB题4-6图【解】列A点和B点所在断面的伯努利方程其中则p11223p112233△h题4-7图H*【4-7】泄水管路如附图所示，直径d1=125mm，d2=100mm，d3=75mm，汞比压力计读数h=175mm，不计阻力，求流量和压力表读数。【解】设2-2断面中心点到压力计中水银最高液面的距离为*，列1-1、2-2断面的伯努利方程，以过2-2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压面，则得又由连续性方程可知将上两式代入伯努利方程中，可得，，列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程可得压力表度数1d3d1Hd2M题4-8图12233测压管水头线【4-8】如下图，敞开水池中的水沿变截面管路排出的质量流量Qm=14kg/s，假设d11d3d1Hd2M题4-8图12233测压管水头线【解】列1-1和3-3断面的伯努利方程，则其中得列M点所在断面2-2和3-3断面的伯努利方程，则H=4mAv1v2A1=0.2m2A2=0.1m2题4-9图总水头线〔不计损失〕总水头线〔计损失〕测压管水头线测压管水头线【4-9】由断面为0.2m2和0.1m2的两根管子组成的水平输水管系从水箱流入大气中：〔1〕假设不计损失，=1\*GB3①求断面流速v1及v2；=2\*GB3②绘总水头线及测压管水头线；=3\*GB3③求进口A点的压力。〔2〕计入损失：第一段的水头损失为流速水头的4倍，第二段为3倍，=1\*GB3①求断面流速v1及H=4mAv1v2A1=0.2mA2=0.1m题4-9图总水头线〔不计损失〕总水头线〔计损失〕测压管水头线测压管水头线【解】〔1〕列自由液面和管子出口断面的伯努利方程，则得又由得列A点所在断面和管子出口断面的伯努利方程，则得〔2〕列自由液面和管子出口断面的伯努利方程，则由得、细管段中点的压力为：粗管段中点的压力为：27m2m真空表题4-10图【4-10】用73.5×103W的水泵抽水，泵的效率为90％，管径为0.3m27m2m真空表题4-10图【解】列两自由液面的伯努利方程，则得H=30m又由得列最低自由液面和真空表所在断面的伯努利方程，则得故真空表的读数为26.632kPa。【4-11】图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问水泵的功率为多少？设全管路的水头损失为2m，泵的效率为80％，压水管路的水头损失为1.7m，则压力表上的读数为假设干？【解】列自由液面和出口断面的伯努利方程，有19m1m19m1m压力表d2=2cmd1=1cm题4-11图得又由列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程，则其中：得【4-12】图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度为0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下油罐油面压力为2×104Pa，洞库油罐油面压力为3×104Pa。设泵的效率为0.8，电动机效率为0.9，两罐液面差为40m，全管路水头损失设为5m40m40m题4-12图【解】列两油罐液面的伯努利方程，则得则yθyθRF1122题4-13图*R*Ry【4-13】输油管线上水平90°转变处，设固定支座。所输油品δ=0.8，管径d=300mm，通过流量Q=100L/s，断面1处压力为2.23×105Pa，断面2处压力为2.11×105Pa。求支座受压力的大小和方向【解】选取1-1和2-2断面及管壁围成的空间为控制体，建立如下图坐标系，设弯管处管壁对流体的力为R。列*方向动量方程其中：则列y方向动量方程其中：则支座受压力F的大小为21.84kN，方向与R方向相反。y60°pAABpB题4-14图o*RRyR*F【4-14】水流经过60°渐细弯头AB，A处管径dA=0.5m，B处管径y60°pAABpB题4-14图o*RRyR*F【解】选取A和B断面及管壁围成的空间为控制体，建立如下图坐标系。列A断面和B断面的伯努利方程，得〔因弯头为水平放置，即z1=z2=0〕其中：则列*方向动量方程可知，与设的方向相反。列y方向动量方程则题4-15图DFdy*R2211o【4-15】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D=5cm题4-15图DFdy*R2211o【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，建立如下图坐标系。列1-1和2-2断面的伯努利方程其中：得列*方向的动量方程得Mv1v2D2D1题4-16图y*1122R【4-16】嵌入支座的一段输水管，如下图，其直径由D1=Mv1v2D2D1题4-16图y*1122R【解】取1-1、2-2断面及管壁围成的空间为控制体，建立如下图坐标系。列1-1和2-2断面的伯努利方程求得其中：得列*方向即轴向动量方程则该管段中支座所受的轴向力【4-17】水射流以19.8m/s的速度从直径d=0.1m的喷口射出，冲击一个固定的对称叶片，叶片的转角α=135°，求射流对叶片的冲击力。假设叶片以12m/s的速度后退，而喷口仍固定不动，冲击力将为多大？【解】建立如下图坐标系，选取如下图控制体αF题4-17图*αF题4-17图*yo其中则射流对叶片的冲击力。〔2〕假设叶片以12m/s的速度后退，因坐标系建立在叶片上，故水流撞击叶片前的速度为v=19.8-12=7.8m/s，代入上式得射流对叶片的冲击力。第五章量纲分析与相似原理【5-1】试用量纲分析法分析自由落体在重力影响下降落距离s的公式为s=kgt2，假设s和物体质量m、重力加速度g和时间t有关。【解】应用瑞利法〔1〕分析物理现象，假定 〔2〕写出量纲方程或 〔3〕利用量纲和谐原理确定上式中的指数解得回代到物理方程中得【5-2】检查以下各综合数是否为无量纲数：〔1〕；〔2〕；〔3〕；〔4〕；〔5〕。【解】 〔1〕展开量纲公式为有量纲数； 〔2〕展开量纲公式为有量纲数；〔3〕展开量纲公式为有量纲数； 〔4〕展开量纲公式为有量纲数； 〔5〕展开量纲公式为无量纲数。【5-3】假设泵的输出功率是液体密度ρ，重力加速度g，流量Q和扬程H的函数，试用量纲分析法建立其关系。【解】利用瑞利法，取比重γ=ρg〔1〕分析物理现象，假定 〔2〕写出量纲方程或 〔3〕利用量纲和谐原理确定上式中的指数解得回代到物理方程中得【5-4】假设理想液体通过小孔的流量Q与小孔的直径d，液体密度ρ以及压差有关，用量纲分析法建立理想液体的流量表达式。【解】利用瑞利法〔1〕分析物理现象，假定 〔2〕写出量纲方程或 〔3〕利用量纲和谐原理确定上式中的指数解得回代到物理方程中得【5-5】有一直径为D的圆盘，漂浮在密度为ρ的液池中，圆盘正好沉于深度为H的池底，用量纲分析法建立液体作用于圆盘面上的总压力P的表达式。【解】利用π定理〔1〕分析物理现象 〔2〕选取H、g、ρ为根本量，它们的量纲公式为，，其量纲指数的行列式为所以这三个根本物理量的量纲是独立的，可以作为根本量纲。 〔3〕写出5-3=2个无量纲π项， 〔4〕根据量纲和谐原理，可确定各π项的指数，则， 〔5〕无量纲关系式可写为或 总压力【5-6】用一直径为20cm圆管，输送υ=4×10-5m2/s的油品，流量为12L/s。假设在实验室内用5cm直径的圆管作模型试验，假设采用〔1〕20℃的水，〔2〕υ=17【解】依题意有Rep=Rem，或〔1〕查表可知20℃的水的运动粘度为1.007×10-6 〔2〕假设为空气，则【5-7】一长为3m的模型船以2m/s的速度在淡水中拖曳时，测得的阻力为50N，试求〔1〕假设原型船长45m，以多大的速度行驶才能与模型船动力相似。〔2〕当原型船以〔1〕中求得的速度在海中航行时，所需的拖曳力为多少？〔海水密度为淡水的1.025倍。该流动雷诺数很大，不需考虑粘滞力相似，仅考虑重力相似。〕【解】欲保持重力相似应维持弗劳德数相等，即即 〔1〕所以有 〔2〕由同名力相似可知则有-.z.第六章粘性流体动力学根底【6-1】用直径为100mm的管路输送相对密度为0.85的柴油，在温度20℃时，其运动粘度为6.7×10-6m2/s，〔1〕【解】欲保持层流需Re≤2000，即则〔1〕〔2〕【6-2】用管路输送相对密度为0.9，粘度为0.045Pa·s的原油，维持平均速度不超过1m/s，假设保持在层流的状态下输送，则管径不能超过多少？【解】欲保持层流需Re≤2000，即其中则【6-3】相对密度为0.88的柴油，沿内径0.1m的管路输送，流量为1.66L【解】根据临界状态时即得【6-4】用直径D=0.1m管道，输送流量为10L/s的水，如水温为5℃。〔1〕试确定管内水的流态。〔2〕如果该管输送同样质量流量的石油，石油的密度ρ=850kg/m3，运动粘滞系数为1.14×10【解】〔1〕查表〔P9〕得水在温度为5℃时的运动粘度为1.519×10-6故为紊流。〔2〕因该管输送同样质量流量的石油，其体积流量为则为层流。【6-5】沿直径为200mm的管道输送润滑油，流量9000kg/h，润滑油的密度ρ=900kg/m3，运动粘滞系数冬季为1.1×10-4m2/s，夏季为3.55×10【解】由雷诺数可知冬季为层流。夏季为层流。【6-6】管径0.4m，测得层流状态下管轴心处最大速度为4m/s，〔1〕求断面平均流速？〔2〕【解】〔1〕由圆管层流速度分布公式平均流速为最大流速的一半，可知〔2〕令可得【6-7】运动粘度为4×10-5m2/s的流体沿直径d=0.01m的管线以v【解】雷诺数为层流则【6-8】水管直径d=0.25m，长度l=300m，绝对粗糙度△=0.25mm。设流量Q=95L/s，运动粘度为1×10-6m【解】雷诺数相对粗糙度查莫迪图〔P120〕得【6-9】相对密度0.8的石油以流量50L/s沿直径为150mm，绝对粗糙度△=0.25mm的管线流动，石油的运动粘度为1×10-6m2/s，〔1〕试求每km管线上的压降〔设地形平坦，不计高差〕。〔2〕假设管线全程长10km，终点比起点高【解】〔1〕雷诺数相对粗糙度查莫迪图〔P120〕得每km管线上的压降题6-10图h题6-10图h〔2〕列起点和终点的伯努利方程【6-10】如下图，*设备需润滑油的流量为Q=0.4cm3/s，油从高位油箱经d=6mm，l=5m管道供应。设输油管道终端为大气，油的运动粘度为1.5×10-4m2/s，〔1〕求沿程损失是多少？〔2〕【解】〔1〕雷诺数为层流则〔2〕列输油管道终端和自由液面的伯努利方程〔加单位m〕【6-11】为了测量沿程阻力系数，在直径0.305m、长200km的输油管道上进展现场实验。输送的油品为相对密度0.82的煤油，每昼夜输送量为5500t，管道终点的标高为27m，起点的标高为152m。起点压强保持在4.9MPa，终点压强为0.2MPa。油的运动粘滞系数为2.5×10-6m2/s。〔1〕试根据实验结果计算沿程阻力系数λ值。〔2〕并将实验结果与按经历公式所计算的结果进展比照。〔设绝对粗糙度△【解】〔1〕根据实验结果计算沿程阻力系数，列起点和终点的伯努利方程式由得〔2〕按经历公式计算〔表6-2，P120〕雷诺数因为水力光滑。则沿程阻力系数为【6-12】相对密度为1.2、粘度为1.73mPa·s的盐水，以6.95L/s的流量流过内径为0.08m的铁管，其沿程阻力系数λ=0.042。管路中有一90°弯头，其局部阻力系数ζ=0.13【解】〔1〕由局部水头损失公式〔2〕相当长度令，即，则可得题6-13图HL1L2hj1hj2hj3【6-13】如图示给水管路。L1=25m，L2=10m，D1=0.15m，D2=0.125m，λ题6-13图HL1L2hj1hj2hj3【解】列自由液面和出口断面的伯努利方程式其中：则题6-14图H【6-14】图示两水箱由一根钢管连通，管长100m，管径0.1m。管路上有全开闸阀一个，R/D=4.0的90°弯头两个。水温10℃。当液面稳定时，流量为6.5L/s，求此时液面差H为假设干？设△题6-14图H【解】列两液面的伯努利方程10℃时水 查表6-3〔P123〕，R/D=4.0的90°弯头的局部阻力系数ζ0=0.35。雷诺数相对粗糙度因，则则题6-15图H2H1pA2A1A3【6-15】如下图有一定位压力水箱，其中封闭水箱液面上的表压强p=0.118MPa，水由其中流出，并沿着由三个不同直径的管路所组成的管路流到开口容器中。H1=1m，H2=3m，管路截面积A1=1.5题6-15图H2H1pA2A1A3【解】设第三段管路的速度为v3，由连续性方程可知v2=0.5v3，v1=0.67v3四处局部阻力系数依次为列两液面的伯努利方程，因管路较短，仅考虑局部水头，则解得题6-16图【6-16】图示管路全长l=30m，管壁粗糙度△=0.5mm，管径d=20cm，水流断面平均流速v=0.1m/s，水温为10℃，〔1〕求沿程水头损失。〔2〕假设管路上装有两个节门〔开度均为1/2〕，一个弯头〔90°折管〕进口为流线型，求局部水头损失。〔3〕假设流速v=4m/s，l=300m题6-16图【解】〔1〕10℃时水的，则因故〔2〕经查表，节门ζ0=0.4，弯头ζ0=0.35，则〔3〕查莫迪图得【6-17】试计算光滑平板层流附面层的位移厚度δ*和动量损失厚度δ**，层流附面层的速度分布为〔1〕；〔2〕【解】〔1〕当时〔2〕当时【6-18】试用动量积分关系式求上题中对应的壁面切应力τw，附面层厚度δ及摩擦阻力系数Cf。【解】〔1〕由上题可知由动量积分关系式则将δ代入τw中，得〔2〕当时由动量积分关系式得将δ代入τw中，得【6-19】沿平板流动的两种介质，一种是标准状况下的空气，其流速为30m/s，另一种是20℃的水，其流速为1.5m/s，求两者在同一【解】查表，由故【6-20】光滑平板放置在容器中，气流速度为60m/s，温度为25℃，平板宽3m，长1.5m〔1〕设整个平板都是层流附面层；〔2〕设整个平板都是紊流附面层。试计算以上两种情况下平板后端附面层厚度和总阻力。【解】查表〔1〕层流时〔2〕紊流时【6-21】薄平板宽2.5m，长30m，在静止水池中水平拖拽，速度为5m/s，求所需拖拽力。【解】由，可知为紊流层流附面层长度拖曳力-.z.第七章压力管路孔口和管嘴出流题7-1图3m17mζ1ζ2ζ5ζ4l2d2l1d1ζ3H【7-1】如下图为水泵抽水系统，l1=20m，l2=268m，d1=0.25m，d2=0.2m，ζ1=题7-1图3m17mζ1ζ2ζ5ζ4l2d2l1d1ζ3H【解】〔1〕列两自由液面的伯努利方程其中：解得LDζ2ζ1hHldAA题7-2图【7-2】用长为50m的自流管〔钢管〕将水自水池引至吸水井中，然后用水泵送至水塔。泵吸水管的直径为200mm，长为6m，泵的排水量为0.064m3/s，滤水网的阻力系数ζ1=ζ2=6，弯头阻力系数、自流管和吸水管的阻力系数ζLDζ2ζ1hHldAA题7-2图【解】〔1〕列两自由液面的能量方程则 〔2〕列水井自由液面和A-A断面的伯努利方程，则得【7-3】水箱泄水管，由两段管子串联而成，直径d1=150mm，d2=75mm，管长l1=l2=50m，△=0.6mm，水温20℃，出口速度v2=2m/s，求水箱水头H，并绘制水【解】查表可知，20℃时水的运动粘度υ=1.007×10-总水头线位置水头线总水头线位置水头线d1d2Hl1l2题7-3图测压管水头线00 各管段雷诺数各管段相对粗糙度查莫迪图可知，。 列自由液面和出口的伯努利方程，则H题7-4图【7-4】往车间送水的输水管路由两管段串联而成，第一管段的管径d1=150mm，长度L1=800m，第二管段的直径d2=125mm，长度L2=600m，管壁的绝对粗糙度都为△=0.5mm，设压力水塔具有的水头H=20m，局部阻力忽略不计，求阀门全开时最大可能流量Q〔λ1=0.029，λ2H题7-4图【解】列自由液面和出口断面的伯努利方程解得流量【7-5】有一中等直径钢管并联管路，流过的总水量Q=0.08m3/s，钢管的直径d1=150mm，d2=200mm，长度L1=500m，L2=800m。求并联管中的流量Q1、Q2及A、B两点间的水头损失〔设并联管路沿程阻力系数均为λ题7-5图QABQ1L1d1Q题7-5图