流体力学泵与风机-课后题答案详解

流体力学泵与风机部分习题答案

2-15

解：(I)当外为空气Pi=〃2

丸+&+〃)=〃八

△p=p「PB=y(z+h)

=9.8x1000x0.3

=2940〃。=2.94kpa

(2)当％为油P1=，3

PA=PI+M〃+H+Z)

PB=P3«ih+2

==Pi_乃+汕+祖+%_%人_俎

=yh+yz-yih

=9.8x1000x0.1+9.8x1000x0.2-9000x0.1

=2040pa=2.04即Q

2-16

解：Pi=〃2

Pi=PM+/水(〃+九十%)

P2=p〃+KiA+y汞刈

PM+广水(H+4+刈)=%+/油4+/M

-980+9.8x1000x(1.5+O.2+/?I)=785Ox/1,+13.6x9.8x1000x0.2

-980+9800x1.5+9800x0.2+9800%=7850%+26656

1950/z,=26656+980-14700-1960

%=5.63m

2-28

解：p=y(%-耳)

2sin45sin45

ia_o7

=1x9.8xl000x（3-2）x-^|b-xl+9.8xl000x（3-2）-y-^-xl

=9.8x1000x-V2=34650N=34.65&N

2

/_「饱¥：042匹什*匕一矽鲁“2

DP

9.8xlOOOx—x-V2+9.8x1000x272x2V2

=---------------2------------------------=2.45也

9.8x1000x5血

2

2-32

解：尸二也焉"；也焉b

212

=9.8xl（）00xlx-^x2+-x9.8xl000x2x-^x2

V22V|

~T~T

=9.8x1000x872=110857.6N=110.8576kN

%^+t）1%61V

yht----7Tb------z—i—yhy-----z-b------与z—）

/_%in450sin4502=sin450sin450

DP

9.8x1000x4后x20+9.8x1000x4应x—四

=______________________________________3___

9.8x1000x872

=坦6I产生叵-叵=工叵

666

GxlG+Pxlp=TxlT

19.62X1+9.8X1000X8A/2X-V2=TX2

6

T=9.81+^27-4^4=101.31^

3

2-41

解：/?=rxsin45°=V2

Px=y•力ZzxgxZ?

=9.8xl000xV2x->/2x—x4

2

=39200N=39.2KV

^r2-------rxsin45°xrxcos45°b

3602)

=9.8x1000x(3.14X22X--V2XV2X-|X4

I82)

=22344N=22.344RV

P=A/39.22+22.3442=45.IkN

a=arctan—=arctan=12——=arctan0.57«30°

Px39.2

3-3

解：(1)Q=%=50.0252.10=0.()()494/spQ=4.9kg/s

(2)匕=(今)v3=0.625m/5v2=泉)v3=2.5mls

3-5

解：Q=1000063/%=2.778加3/s

v=■<20m/s

-d2

4

J>^^=70.177

所以,

所以,d=0.456=450mm

Q4Q11.112山.

此时,v===-------=11.4m/s

」7td20.63585

4

3-6

-d

解：A=A=A=A=A=-^y-

i234520

±

乃/2

加

一-

A=A=

22040

乃1

口

-=成

4=42

2206//4±0

,£2

,〃i就

20=

A=43=---乃410

2

一

J/祥

20就

万-

-410

就

20一

-2

A'=1'=；,410

.

——d；=—7ia~d.=,——dr=-7=d

4140Vio2VI0

乃』23j6.V5,

—dy=—血a=—i=dn=-7=a

44072Vio22V10

—J3=—7al~d、=^=dq=

43403932M

.272,V7V7

一«=—血a,=,—ar.=——-i=d

44404Vio42VFO

Jl,2933

—d；=­TOT

45404=砺"［和

G=凶=夕而2(%+〃2+〃3+〃4+〃5)="方(%+〃2+〃3+〃4+〃5)

3-7

解：干管前端的质量流量为:

。川二月匕4=2.62x25x等

2.62x25x-x(0.05)2=0.128544A:^/5

ep2=ep3=%=0.06427^/5

彩=邑=0064272=22.247〃〃S

P42.3《。町

匕=旦-=—壮。642?2_=18.05血s

乃42.24.C(0.045)2

3-10

解.：将基准面建立在B点经过的水平面上，列能量方程:

马+且+皿

=z?+4+皿

Y2g/2g

其中，珏—

z,-1.2m——1.5fn2m/sv2=—yVj=A.btn/s/

r

।iu2?p4.52

1.2+1.5+——=n0+—2+-----

2gY2g

Au2

-^=1.24-1.5+---=1.871

/2g2g

3-11

解：将2点所在的水平面作为基准面，列能量方程:

aV

Z7.".rPl十।----一-Z7,十,Pl十।--2--2-

Y2gy2g

4=3z2=0—=—V1=3m/s

YY

3+a+工=O+2L+K

Y2gy2g

v2=12gh+3?=8.2加/s

以=(1•)=导所以，d2=0A2m

3-14

解：以水面为基准面，列0-0和D-D的能量方程:

2

.A）,%）埼__.PD+即，】

z7o+—十^J--Zo+

72g/2g

2

zo=O久=0脸=0ZD=-4立=0

y2gy

04-0+0=-4+0+^^-所以，^^=4,即，9=J429.8=8.85a/s

2g2g

所以，。=（筋%=..o（）5?•8.85=0.（）17368，/$

27

四±：维*/：4=1：81

2g2g

列0・0和A・A断面的能量方程：

z+―/=z+4+皿

Z。十十cZA十十

丫2g72g

0+0+0=-7+-^-+—

y81

所以，-^-=7--所以，〃A=68.M〃〃

y81

列0-0和B-B断面的能量方程:

丫2g72g

4

PB=——-9.8=-0.484&P”

列0-0和C-C断面的能量方程:

2。+久+竽=2。+"+宇

y2gy2g

pc=-(2+^-jx9.8=-20,1kpa

PD=°

3-18

解.：将基准面建在管道所在的水平面上，列能量方程:

Z咛+誓=喈+管+*

0+20=0+吗退+1

9.89.82g

—=3.9v2=8.74m/s

2g

3-19

解.：(1)(a)将基准面建在A所在的水平面上，列0-0和C-C断面的能量方程:

4+—等Lzc+在+宇

72gy2g

4+0+0=0+0+^i

2g

acvc_4

vc=78x9.8=8.856/s

2g

绰1：久庄=4：$=4：］

2g2gc

型但=1v,=72x9.8=4A3m/s且v4=v„

2g

(b)

5。+,管=z.+4+皿

y2g

4+0+0=0+压+1

r

区=3

pA=29Akpa

y

Q+用=zc

(2)(a)+J竽+*

Y2gY2g

其中，Z脸+3成

4+0+0=0+0+二+3%+二

2g2g2g

J£_4

所以，v=

2?~523.96m/s

*=3为=\.96m/s

(b)

⑹一+誓F■+皿+2止

r2g2g

4+0+0=0+-^+-

y5

且=4-3

Pi=33.32kpa

r5

-0%,斗〃2+%岭,4v；

z7o+—+-；-Z72+一+——+4+

y2gy2g2g22g

半

4+0+024+『+

p2Hokpa

3—20

^

—

莘w+5+(KI7xz2lzTp2+l+?2

H-

归s

UO3..1O42XX0.20X5-2H2O.38WS

l、

o・

J=KQ0.02X4H19、n、s

3・14X0.052

P二—2

，

B+5+(rI±Z2IZVP2+唠卜

H2

WH4晶

—

H+++一|I.2+90

p-300B2—3p_j_4p(1O.6X3O30)x0

2222

..

啡

+琲+12+4=14+30X98

30044'1.2—0.6X30

a0.6XB

300+13X192—0.6X60X9.8

H352」

~p-352•16

>HRu---n4463

y7.9

3,22

黎GH-76.2Whn0.048944Ws

-

guo.Q48944xlo/7

79.8X0.7

—代4XH1347

I9.0917/s

包23」4

月十年+仇一力”=〃2一年+%-2

其中，V]®0,Pj=7/?=10x10-3xIO5x9.8=98pa

-98+0+(1.2-0.7)x9.8xH=0+0,7X9,09?+0.035-

2d2g

-98+0+(1.2-0.7)x9.8xH=0+0/7x909+0.0350.7x9.8

'722x9.8

-98+4.9”=28.9+1.0122H

所以，H=32.64/w

0+，+如-y)H=PM+粤+；Pn-2

-98+。+4.2-。.7)x9.8x32.64”^^+运空工0.7X9.8

2'，M22I2x9.8

科技—98+79.968=pM+28.9-16.52

所以，PM=-63.45pa

3-26

3-28

解：列连续性方程:

0.4x4

=3.18m/s

3.14x0"

4

0.4x4

v=Q=50.96/n/5

2-3.14x012

列能量方程:

旦Pl।^2

4+Z2+

/2g/2g

Pl=。2田a方

72g2g

50.962-3.182

=131.98m

2x9.8

Pi=131.98x9.8=1293.404Zpa

列动量方程：

2尸=/^2(2-匕)

2

-p2x^d-R=pQ^-v^

1293.404x5x0.42-R=0.4x(50.96-3.18)

R=1293.404x-x0.42-0.4x47.78=143.339ZN

4

—=11.94^7V

12

3-33

解：列能量方程:

马+旦+纱Lz?+H+皿

72g/2g

廿H■3292

其中，一=-V.'=-----Vj

v2525

1.5+0+空=0.9+0+

2g2g

。,6=三』

2g252g

v2=4.3m/sV）-2.58〃/s

工厂=夕2（岭一匕）

；9一；加b_R=pQ（y2-v,）

其中，Q=2.58x1.2x1.5=4.644m3Is

-x9.8xl03xl.52--x9.8xltfx0.92-/?=l（）00x4.644x1.72

22

R=480.2N

4-2(1)d=1OOtn/n=0.bnQp—10kg/s

cQp，、八13.4Q4x0.011CRAi

Q=—=0.01/MIsv=——7=----------=1.274^/5

p成23.14X0.12

V=1.519X10'6W2/5Re=—二8387]（紊流）

(2)Qp=10kg/s

3

g=^e.=J2_=o.Ol1765m/s

p850

_4Q4x0.011765

=1.4987w/sv=1.14xlO^m2/s

3.14x0.12

v^1.4987x01

Re===1315

v1.14xl0-4

4-3解：d=0.3mT=20°Cv=15.7x10-6/??2/5

Rev200015.7xIO-6_/

v=----=---------------=104.67x1i0n3m/s

inaAaj44

33

emqx=vma.A=104.67x10-3x314X0.3=73947X10-W/5

^^IlldAIIIUA।

-3

Qp=7.3947xl0xl.2x3600=3\9kg/h

4-4解：h=2工=&=4

4v24

A1]

Vd4岭弓内

Re1=3=-2—=2Re,所以,瓦=2

vvRe2

4-12紊流粗糙区，Re>6xlO5

「vdRev6x10’x1.308x10-6

Re=一,所以，v=----=------------------=3A4m/s

vd0.25

7td23.14x0.252八-3/

Q=v---=3.14-----------=0.154/n/s

44

4-13Q=200L/5=0.2W3/5

h=叫=4.076433^/5Re,vJ4.076433x0.25

=0.7791xl06

1nd11v1.308x10-6

Q2=20L/5v2=0.4076433m/s

Re,=7.791x10

VW

Q3=5L/S3=0.1019/5Re3=1.9478x10

查尼氏图，得到，Re„=6xl05Re,=4xl04

Re3<Re,<Re2<Re〃<Re］，

所以，。属于紊流粗糙区，Q属于紊流过渡区，。3属于紊流光滑区，

（1）对于0,采用希弗林松公式,

/k俨0.23

4皿3I=0.02326

0.25

%=4吧=0.02326x—x4①阚?=7>888m

d2g0.252x9.8

（2）对于。2,采用阿公式，

0.25’0.5x10-3、0.25

I=0.1168

“0.口3竺--------1----------T0.02547

IdRe0.257.791X104J

…$0.02547x—J⑷764332=OO86，〃

f2dig0.252x9.8

（3）对于。3,采用布公式

0.31640.3164

=0.02678

4=Re02519477.5°25

2

0.4076433

^-=0.02678x—x4

=0.005678〃

d2g().252x9.8

5

4-15ReH=2xl0Re,=4000

J=0.05wK=0.25x10-3机

二型=2x1。隈1.007x1。、4M

v028

maxd0.05

fax*4.0283.14x0.052

Qmax=7.905L/j

4

=殳=也叱①空=8.056x10-2

V.

inind0.05

-2

Qmin一口01in—=8.056xIO"Mx。。'=/5=O.1581L/s

440,01581x

4-21(1)2=4

d2

d_64/vj2_64vIvj2

hji=4

42gRe,&2gv,J,42g

h八二匕因=1

12a=1.19

h”v24a

0.3164产IW

h八’俨42542g

(2)

hf20.3164/25Iv2

挈劈工■

V.

0.11\21.25

%=⑷____42gd

2产a=L14

(3)\O.25

为2K\/a

J0.11

45g

n329

4-24解：Q==0.002742w3Is

2x60

4。4x0.002742./

v=~—=----------丁=L3972w/s

nd13.14xO.O52

—=0.629

2g

1.3972

(6+7)0.629，=0.3151

2x9.8

4-26解：（1）突然缩小

7产0.5（1—今

=。/筋=0.375

22

0.375=0.0765m=765mm

3我2x9.8

(2)<2=0.5

%%=652

——=0.102加=102〃制

2x9.8

2

.78.5

⑶，3=1---------

314

922

%=---------=0.1157n=115nvn

j3162x9.8

(4)<4=1

22

h=1------=0.204rn=204〃vn

ji442x9.8

（匕一匕J।（以一匕）2

4-27解：区+号=

2(匕一%)2(…2)=o

(四+%)(-1)+

vJJ2g2g

所以，v,„=^^-

22

K一

2,］（匕一匕丫

此时，％+〃；===2hj

2g2g22g

4-29解：Q=16疗/力=4.44x107/??/s

其=4x4.44x1。：々I624M

1nd[3.14x0.052

4^=4x4.44x1Q-3=o5656zn/y

2ndi3.14x0.12

2

v^-vz-5.9x1732.2624-0.5656八"

+二---二=----------+-----------------=0.140674m

Y2g1000x9.82x9.8

%・=，工

加=0.5387hj=<20=8.619

」2g2g

82-j-p8x0.02x—xl.2

5-17解：Spi-----J，2」—=608.5

/d：3.142X0.24

P8x0.02x—xl.2

Sp2-=------—=3042.7

兀试3.142X0.24

8f4P8x0.02x—xl.2

q=I_________0.1

〃3-Md；-3.142X0.14

Sp=Spi+S/)2+Sp3=608.5+3042.7+97367=101018.3

月=S〃Q：=1010183x0.152=2272.9W/>

2

p2=Sp^=10101&3x0.16=2586.1N/>

SQ；=20

5-25解：(S(Q+Qy+SQ；=155=106

S(