工程流体力学课后答案带题目word资料13页.docx
- 文档编号:11331605
- 上传时间:2023-02-27
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:349.33KB
工程流体力学课后答案带题目word资料13页.docx
《工程流体力学课后答案带题目word资料13页.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工程流体力学课后答案带题目word资料13页.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
工程流体力学课后答案带题目word资料13页
第一章流体及其主要物理性质
1-1.与当今“教师”一称最接近的“老师”概念,最早也要追溯至宋元时期。
金代元好问《示侄孙伯安》诗云:
“伯安入小学,颖悟非凡貌,属句有夙性,说字惊老师。
”于是看,宋元时期小学教师被称为“老师”有案可稽。
清代称主考官也为“老师”,而一般学堂里的先生则称为“教师”或“教习”。
可见,“教师”一说是比较晚的事了。
如今体会,“教师”的含义比之“老师”一说,具有资历和学识程度上较低一些的差别。
辛亥革命后,教师与其他官员一样依法令任命,故又称“教师”为“教员”。
轻柴油在温度15ºC时相对密度为0.83,求它的密度和重度。
单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。
让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。
这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。
解:
4ºC时
相对密度:
观察内容的选择,我本着先静后动,由近及远的原则,有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的,能理解的观察内容。
随机观察也是不可少的,是相当有趣的,如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等,孩子一边观察,一边提问,兴趣很浓。
我提供的观察对象,注意形象逼真,色彩鲜明,大小适中,引导幼儿多角度多层面地进行观察,保证每个幼儿看得到,看得清。
看得清才能说得正确。
在观察过程中指导。
我注意帮助幼儿学习正确的观察方法,即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察,观察与说话相结合,在观察中积累词汇,理解词汇,如一次我抓住时机,引导幼儿观察雷雨,雷雨前天空急剧变化,乌云密布,我问幼儿乌云是什么样子的,有的孩子说:
乌云像大海的波浪。
有的孩子说“乌云跑得飞快。
”我加以肯定说“这是乌云滚滚。
”当幼儿看到闪电时,我告诉他“这叫电光闪闪。
”接着幼儿听到雷声惊叫起来,我抓住时机说:
“这就是雷声隆隆。
”一会儿下起了大雨,我问:
“雨下得怎样?
”幼儿说大极了,我就舀一盆水往下一倒,作比较观察,让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。
雨后,我又带幼儿观察晴朗的天空,朗诵自编的一首儿歌:
“蓝天高,白云飘,鸟儿飞,树儿摇,太阳公公咪咪笑。
”这样抓住特征见景生情,幼儿不仅印象深刻,对雷雨前后气象变化的词语学得快,记得牢,而且会应用。
我还在观察的基础上,引导幼儿联想,让他们与以往学的词语、生活经验联系起来,在发展想象力中发展语言。
如啄木鸟的嘴是长长的,尖尖的,硬硬的,像医生用的手术刀―样,给大树开刀治病。
通过联想,幼儿能够生动形象地描述观察对象。
所以,
1-2.甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm3,求以国际单位表示的密度和重度。
解:
1-3.水的体积弹性系数为1.96×109N/m2,问压强改变多少时,它的体积相对压缩1%?
解:
1-4.容积4m3的水,温度不变,当压强增加105N/m2时容积减少1000cm3,求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。
解:
1-5.用200L汽油桶装相对密度为0.70的汽油,罐装时液面上压强为1个大气压,封闭后由于温度变化升高了20ºC,此时汽油的蒸气压为0.18大气压。
若汽油的膨胀系数为0.0006ºC-1,弹性系数为14000kg/cm2。
试计算由于压力及温度变化所增减的体积?
问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜?
解:
E=E’·g=14000×9.8×104Pa
Δp=0.18at
所以,
从初始状态积分到最终状态得:
另解:
设灌桶时每桶最多不超过V升,则
(1大气压=1Kg/cm2)
V=197.6升
dVt=2.41升
dVp=2.52×10-3升
G=0.1976×700=138Kg=1352.4N
1-6.石油相对密度0.9,粘度28cP,求运动粘度为多少m2/s?
解:
1-7.相对密度0.89的石油,温度20ºC时的运动粘度为40cSt,求动力粘度为多少?
解:
ν=40cSt=0.4St=0.4×10-4m2/s
μ=νρ=0.4×10-4×890=3.56×10-2Pa·s
1-8.图示一平板在油面上作水平运动,已知运动速度u=1m/s,板与固定边界的距离δ=1,油的动力粘度μ=1.147Pa·s,由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布,求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少?
解:
1-9.如图所示活塞油缸,其直径D=12cm,活塞直径d=11.96cm,活塞长度L=14cm,油的μ=0.65P,当活塞移动速度为0.5m/s时,试求拉回活塞所需的力F=?
解:
A=πdL,μ=0.65P=0.065Pa·s,Δu=0.5m/s,Δy=(D-d)/2
流体静力学
2-1.如图所示的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各为多少?
(2)A、B两点的高度差为多少?
解:
①pA表=γh水=0.3mH2O=0.03at=0.3×9800Pa=2940Pa
pA绝=pa+pA表=(10+0.3)mH2O=1.03at=10.3×9800Pa
=100940Pa
pC表=γhghhg+pA表=0.1×13.6mH2O+0.3mH2O=1.66mH2O=0.166at
=1.66×9800Pa=16268Pa
pC绝=pa+pC表=(10+1.66)mH2O=11.66mH2O=1.166at=11.66×9800Pa=114268Pa
②30cmH2O=13.6hcmH2O
h=30/13.6cm=2.2cm
题2-2题2-3
2-2.水银压力计装置如图。
求管中心A处绝对压力及表压力?
(设油品相对密度为0.9)
解:
pA表=15×13.6-10+35×0.9cmH2O=225.5cmH2O=0.2255at=2.2099×104Pa
pA绝=pa+pA表=(10+2.255)mH2O=1.2255at=120099Pa
2-3.今有U形管,内装水和四氯化碳(CCl4),如图所示。
试求四氯化碳的相对密度。
解:
列等压面方程:
30.6cmH2O=17.8cmH2O+8.0×
2-4.图示水罐中气体绝对压强p1=1.5×104Pa,高度H=1m。
当时的大气压强相当于745mm水银柱高。
试求玻璃管中水银的上升高度h为多少?
解:
绝对压强p1=1.5×104Pa
题2-4
p1+γH=pa-γhgh
γhgh=745×10-3×13.6×9800-1.5×104-9800×1
=9.929×104-1.5×104-0.98×104=7.449×104Pa
h=7.449×104/(13.6×9800)=0.56m
2-5.
油罐内装相对密度0.8的油品,下有底水,为测定油深及油面上的压力,装置如图所示的U形管水银压力计,测得各液面位置如图。
试确定油面高度H及液面压力p0。
解:
13.6×0.5-0.8=6mH2O
6-1.6=6-0.4-d油H
H=(1.6-0.4)/d油=1.5m
P0=6-1.6mH2O=4.4mH2O=0.44at=4.312×104Pa(表压)题2-5图
2-6.油罐内装相对密度0.70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,压气管的另一支引入油罐底以上0.40m处,压气后,当液面有气逸出时,根据U形管内油面高差h=0.70m来推算油罐内的油深H为多少?
解:
p-γ甘油Δh=p-γ汽油(H-0.4)
H=γ甘油Δh/γ汽油+0.4=1.26×0.7/0.70+0.4=1.66m
2-7.为测定油品重度,用如下装置,经过1管或2管输入气体,直至罐内油面出现气泡为止。
用U形管水银压力计分别量出1管通气时的Δh1,及2管通气时的Δh2。
试根据1、2两管的沉没深度H1和H2以及Δh1和Δh2,推求油品重度的表达式。
解:
2-8.如图所示热水锅炉,h2=50mm,问锅炉内液面在何处?
(要求作图表示不必计算)液面上蒸汽压力为多少?
右侧两管的液面差h1应为多少?
解:
①C—D
②p0=γhgh2
=13.6×9800×50×10-3pa=6664Pa
③p0=γhgh2=γ水h1
题2-8图题2-9图题2-10图
2-9.图示两水管以U形压力计相连,A、B两点高差1m,U形管内装水银,若读数h=0.50m,求A、B两点的压差为多少?
解:
HA-HB=1-h=1-0.50=0.50m
2-10.欲测输油管上A、B两点的压差,使用U形管压差计,内装水银,若读数h=360mm,油的相对密度0.78,则pA-pB=?
解:
2-11.为测水管上微小压差,使用倒U形管,上部充以相对密度0.92的油,若h=125mm,求pA-pB=?
解:
2-12.图示为校正压力表的压挤机,密闭室内油的容积V=300cm3,圆柱塞直径d=10mm,柱的螺距t=2mm,摇柄半径r=150mm,求获得250大气压时所需的手摇轮的转数?
(根据油的压缩性找出体积平衡关系,p=4.75×10-10Pa-1)
解:
2-13.用水银测压计测量容器中的压力,测得水银柱高差为h,如图所示。
若将测压管下移到虚线位置,左侧水银面下降z,如果容器内压力不变,问水银柱高差h是否改变?
改变多少?
若容器内是空气,重度γa=11.82N/m3,结果又如何?
解:
p+γ水z=γHgh
h`=[p+γ水(z+Δz)]/γHg
Δh=h`-h=[p+γ水(z+Δz)-p-γ水z]/γHg=(γ水/γHg)Δz
=Δz/13.6≈0.07353Δz
所以,水银柱高度差h变大。
若容器中是空气γa=11.82N/m3
p=γHgh
h=p/γHg与z无关,h不变
2-14.利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度,如图所示。
U形管直径很小,L=30cm,h=5cm。
求物体加速度a为多少?
解:
自由液面方程:
其中,x1=-15cm,x2=-15cm,zs1-zs2=h=5cm
zs1-zs2=-a(x2-x1)/g
a=gh/L=9.8×0.05/0.3=1.63m/s2
2-15.盛水容器,试求其中深度H=1m处的液体压力。
(1)容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时;
(2)容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时;
(3)自由下落时;
(4)容器以15m/s2的匀加速度下降时;
解:
如图建立直角坐标系,则在dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz)中有:
X=0,Y=0,Z=-g-a
所以,dp=-(g+a)ρdz
积分上式:
p=-(g+a)ρz+C
代入边界条件:
z=0时,p=0(表压)得C=0
所以:
p=-(g+a)ρz,令-z=H得:
p=(g+a)ρH
(1)容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时:
a=6m/s2
p=(g+a)ρH=(9.8+6)×1000×1=15800Pa=0.16at
(2)容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时:
a=-6m/s2
p=(g+a)ρH=(9.8-6)×1000×1=3800Pa=0.039at
(3)自由下落时:
a=-9.8m/s2
p=(g+a)ρH=(9.8-9.8)×1000×1=0
(4)容器以15m/s2的匀加速度下降时:
a=-15m/s2
p=(g+a)ρH=(9.8-15)×1000×1=-5200Pa=0.053at
2-16.
在一直径D=300mm、高H=500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1=300mm,然后使容器绕其垂直轴旋转。
试决定能使水的自由液面到达容器上部边缘时的转数n1。
当转数超过n1时,水开始溢出容器边缘,而抛物面的顶端将向底部接近。
试求能使抛物面顶端碰到容器底时的转数n2,在容器静止后水面高度h2将为多少?
解:
自由液面方程:
注:
抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半
附证明:
抛物体的体积是同底同高圆柱体体积的一半
2-17.
木制提升式闸板,宽度B=1.5m,水深H=1.5m,闸板与导槽间的摩擦系数为0.7,求提升闸板需力多少?
解:
2-18.
图示油罐发油装置,将直径d的圆管伸进罐内,端部切成45º角,用盖板盖住,盖板可绕管端上面的铰链旋转,借助绳系上提来开启。
若油深H=5m,圆管直径d=600mm,油品相对密度0.85,不计盖板重及铰链的摩擦力,求提升此盖板所需的力的大小。
(提示:
盖板为椭圆形,要先算出长轴2b和短轴2a,就可算出盖板面积A=πab)
解:
由题意
对轴求矩:
2-19.25m3卧式圆筒形油罐,长4.15m,内径2.54m,油品相对密度0.70,油面高度在顶部以上0.20m,求端部圆面积上所受的液体总压力的大小和压力中心位置?
解:
2-20.1000m3半地下罐,所装油品相对密度为0.8,油面上压力0.08大气压。
钢板的容许应力为σ=1.176108Pa,求最下圈钢板所需厚度?
(提示:
参考工程力学薄壁筒计算原理)
解:
2-21.
某处装置一安全闸门,门宽B为0.6米,门高H为1.0米。
距底0.4米处装有闸门横轴,闸门可绕轴旋转。
问门前水深h为若干时,闸门即可自行开放?
(不计各处的摩擦力)
解:
法一:
h-hD>0.4m
h>1.33m
法二:
由题意:
P1·(0.3-e1)≥P2·(0.2+e2)
解得:
h≥1.33m
2-22.图示两个半圆球形壳,以螺钉相连接。
下半球固定于地面,其底部接以测压管,球内装满水,测压管内水面高出球顶1m,球直径2m,试求螺钉所受的总张力。
解:
螺钉所受的总张力等于上半球所受到的静水压力F
2-23.卧式油罐直径2.2m,长9.6m,油面高出顶部0.2m。
密闭时,油面蒸汽压力为368mm水银柱,油品相对密度0.72,求AA及BB断面处的拉力?
解:
368mmHg→5004.8mmH2O→6951.1mmOil→6.95mOil
A-A断面:
B-B断面:
2-24.
在盛有汽油的容器的底上有一直径d2=20mm的圆阀,该阀用绳系于直径d1=100mm的圆柱形浮子上。
设浮子及圆阀的总质量m=100g,汽油相对密度0.75,绳长Z=150mm,问圆阀将在油面高度H为多少时开启?
解:
由题:
临界状态
即H≥0.174m
2-25.图示水泵吸水管内的圆球形吸入阀,管内液面高H1=5m,管外液面高H2=2m。
实心钢球直径D=150毫米,材料相对密度8.5,安装在一个直径d=100mm的阀座上。
问吸水管内AB液面上需有多大的真空度时,才能将球阀升起?
(提示:
先分清球阀在垂直方向上受哪些力的作用,再根据压力体去解)
解:
由题意:
P>G,设真空度为h
压力体叠加后只剩V柱(↓)和V球(↑),产生的向上压力P上
向下的力为球阀自重G
P上≥G时,阀门可启动,相等为临界状态
(p0=-γh=-4.59×104Pa)
2-26.玻璃制比重计,管下端小球中装有弹丸,管外径2.0cm,小球体积V0=10cm3;比重计的重量m=25g,汽油相对密度为0.70。
求比重计淹没在汽油中的深度h?
解:
2.5×9.8=0.7×9.8×(10+3.14×22×h/4)
h=8.2cm
2-27.一木排由直径250毫米,长10米的圆木结成。
用以输送1000牛顿的重物通过河道。
设木头的相对密度为0.8,过河时圆木顶面与水面平齐。
问至少需要圆木多少根?
解:
至少需要圆木x根
所以,至少11根。
第二章流体运动学与动力学基础
3-1已知流场的速度分布为
(1)属几元流动?
(2)求(x,y,z)=(1,2,3)点的加速度。
解:
(1)属二元流动。
(2)
3-2已知平面流动的速度分布规律为
解:
流线微分方程:
代入得:
3-3用直径200mm的管子输送相对密度0.7的汽油,使流速不超过1.2m/s,问每小时最多输送多少吨?
解:
3-4油管输送相对密度0.8的煤油,设计输送量为50t/h,限制流速不超过0.8m/s,需多大管径?
解:
3-5一离心泵吸入管直径150mm,排出管直径100mm,若限制吸入管流速不超过0.7m/s,求流量及排出管流速各为多少?
解:
3-6自水箱接出一个水龙头,龙头前有压力表。
当龙头关闭时,压力表读数为0.8大气压;当龙头开启时,压力表读数降为0.6大气压。
如果管子直径为12毫米,问此时的流量为多少?
解:
p0=0.8at=8mH2O
对1-1、2-2列伯努利方程:
2
3-7水从井A利用虹吸管引到井B中,设已知体积流量Q=100米/时,H1=3米,Z=6米,不计虹吸管中的水头损失,试求虹吸管的管径d及上端管中的负压值p。
解:
①列1、2的伯努利方程:
②列1、3的伯努利方程:
另解:
列2、3的伯努利方程:
3-8为测管路轴线处的流速,装置如图所示的测速管。
左管接于水管壁,量出不受流速影响的动压强;右管为90°弯管,量出受流速影响的总压强。
把两管连于U形管水银压差计上。
若⊿h=200毫米,求管轴处的流速?
解:
注:
3-9相对密度为0.85的柴油,由容器A经管路压送到容器B。
容器A中液面的表压力为3.6大气压,容器B中液面的表压力为0.3大气压。
两容器液面差为20米。
试求从容器A输送到容器B的水头损失?
解:
列A、B两液面的伯努利方程:
3-10为测量输油管内流量,安装了圆锥式流量计。
若油的相对密度为0.8,管线直径D=100毫米,喉道直径d=50毫米,水银压差计读数
⊿h=40厘米。
流量系数0.9,问每小时流量为若干吨?
解:
3-11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。
若压力表读数2.4at,喉道直径d=40mm,T管流量Q=30L/s,油品相对密度0.9,欲掺入的油品相对密度为0.8,油池油面距喉道高度H=1.5m,如果掺入油量为原输送量的10%,B管水头损失设为0.5m油柱,试决定B管直径以多大为宜?
解:
列1-1、2-2的伯努利方程:
代入伯努利方程:
列3-3、4-4的伯努利方程:
3-12图示水箱在水深H=3m处接一水平管线。
管线由两种直径串联
已知:
H=3m,d1=20mm,d2=10mm,L1=L2=10m,hw1=0.6mH2O,hw2=1mH2O
求:
①Q;②i1,i2;③绘制水头线
解:
①对0-0、2-2两液面列伯努利方程:
②粗管段:
细管段:
3-13图示输水管路d1 3-14用80KW的水泵抽水,泵的效率为90%,管径为30cm,全管路的水头损失为1m,吸水管水头损失为0.2m,试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。 解: 泵的扬程: H=z2-z1+h1-2=29+hw=30mH2O 对1-1、2-2两液面列伯努利方程: 3-15图示一管路系统,欲维持其出口流速为20m/s,问需多少功率的水泵? 设全管路的水头损失为2m,泵的效率为80%,若压水管路的水头损失为1.7m,则压力表上的读数为多少? 解: 泵的扬程: H=z2-z1+hw+ =20+2+ =42.41m 对1-1、3-3两液面列伯努利方程: 另: 对3-3、2-2两液面列伯努利方程: 3-16图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。 地下罐油面压力0.2大气压,洞库油罐油面压力0.3大气压。 设泵的效率0.8,电动机的效率0.9,两罐液面差H=40m,全管路水头损失设为5m,求泵及电动机的额定功率(即输入功率)应为多少? 解: 对1-1、2-2两液面列伯努利方程: 2 3-17用8kW的水泵抽水,泵的效率为90%,管径300mm,全管路水头损失设为3m水柱,吸入管线的水头损失设为0.8m水柱。 求抽水量、管内流速及泵前真空度? (提示: 因流量是未知数,能量方程将为一元三次方程,可用试算法求解) 解: 由1-1、2-2两液面列伯努利方程得: 对1-1、3两液面列伯努利方程: 3-18输油管上水平90º转弯处,设固定支座。 所输油品相对密度为0.8,管径300mm,通过流量100L/s,断面1处压力2.23大气压,断面2处压力2.11大气压。 求支座受压力大小和方向? 解: Q=100L/s=0.1m3/s=AV1=AV2 x方向动量方程: y方向动量方程: 3-19水流经过60º渐细弯头AB,已知A处管径DA=0.5m,B处管径DB=0.25m,通过的流量为0.1m3/s,B处压力pB=1.8大气压。 设弯头在同一水平面上,摩擦力不计,求弯头所受推力为多少牛顿? 解: 对A、B列伯努利方程: 由动量方程: x: y: 3-20消防队员利用消火唧筒熄灭火焰,消火唧筒口径d=1cm,水龙带端部口径D=5cm,从消火唧筒射出的流速V=20m/s,求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R(设唧筒水头损失为1m水柱)? 解: 对1-1、2-2列伯努利方程: 动量方程: 消防队员所需力为381N,方向向左。 3-21嵌入支座的一段输水管,如图所示,其直径由D=1.5m变化为D2=1m,当支座前压力p=4大气压,流量Q=1.8m3/s,试确定渐缩段中支座所承受的轴向力? 解: 对1-1、2-2列伯努利方程: 由动量方程: 支座所承受的轴向力为384KN,方向向右。 3-23水射流以19.8m/s的速度从直径d=100mm的喷口射出,冲击一固定的对称叶片,叶片的转角α=135º,求射流对叶片的冲击力。 解:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 流体力学 课后 答案 题目 word 资料 13