材料加工冶金传输原理习题答案Word文档格式.docx
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将V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。
式中V是指液体变化前的体积
1.6如图1.5所示,在相距h=0.06m的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板,在薄
板的上下分别放有不同粘度的油,并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v=0.3m/s被拖动时,每平方米受合力F=29N,求两种油的粘度各是多少?
流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为
平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡,即
代入数据得η=0.967Pa.s
第二章流体静力学(吉泽升版)
2-1作用在流体上的力有哪两类,各有什么特点?
解:
作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力,大小与质量成正比,由加速度产生,与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力,大小与面积成正比,由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
2-2什么是流体的静压强,静止流体中压强的分布规律如何?
流体静压强指单位面积上流体的静压力。
静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定,即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。
2-3写出流体静力学基本方程式,并说明其能量意义和几何意义。
流体静力学基本方程为:
同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等,比压强也可以不等,但比位能和比压强可以互换,比势能总是相等的。
2-4如图2-22所示,一圆柱体d=0.1m,质量M=50kg.在外力F=520N的作用下压进容器中,当h=0.5m时达到平衡状态。
求测压管中水柱高度H=?
由平衡状态可知:
代入数据得H=12.62m
2.5盛水容器形状如图2.23所示。
已知hl=0.9m,h2=0.4m,h3=1.1m,h4=0.75m,h5=1.33m。
求各点的表压强。
表压强是指:
实际压强与大气压强的差值。
2-6两个容器A、B充满水,高度差为a0为测量它们之间的压强差,用顶部充满油的倒U形管将两容器相连,如图2.24所示。
已知油的密度ρ油=900kg/m3,h=0.1m,a=0.1m。
求两容器中的压强差。
记AB中心高度差为a,连接器油面高度差为h,B球中心与油面高度差为b;
由流体静力学公式知:
2-8一水压机如图2.26所示。
已知大活塞直径D=11.785cm,小活塞直径d=5cm,杠杆臂长a=15cm,b=7.5cm,活塞高度差h=1m。
当施力F1=98N时,求大活塞所能克服的载荷F2。
由杠杆原理知小活塞上受的力为F3:
∴F2=1195.82N
2-10水池的侧壁上,装有一根直径d=0.6m的圆管,圆管内口切成a=45°
的倾角,并在这切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板,h=2m,如图2.28所示。
如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦力,问开起盖板的力T为若干?
(椭圆形面积的JC=πa3b/4)
建立如图所示坐标系oxy,o点在自由液面上,y轴沿着盖板壁面斜向下,盖板面为椭圆面,在面上取微元面dA,纵坐标为y,淹深为h=y*sinθ,微元面受力为
板受到的总压力为
盖板中心在液面下的高度为hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45°
盖板受的静止液体压力为F=γhcA=9810*2.3*πab
压力中心距铰链轴的距离为:
X=d=0.6m,由理论力学平衡理论知,当闸门刚刚转动时,力F和T对铰链的力矩代数和为零,即:
故T=6609.5N
2-14有如图2.32所示的曲管AOB。
OB段长L1=0.3m,∠AOB=45°
,AO垂直放置,B端封闭,管中盛水,其液面到O点的距离L2=0.23m,此管绕AO轴旋转。
问转速为多少时,B点的压强与O点的压强相同?
OB段中最低的压强是多少?
位于何处?
盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度ω旋转时,其管内相对静止液体压强分布为:
以A点为原点,OA为Z轴建立坐标系
O点处面压强为
B处的面压强为
其中:
Pa为大气压。
当PB=PO时ω=9.6rad/s
OB中的任意一点的压强为
对上式求P对r的一阶导数并另其为0得到,
即OB中压强最低点距O处
代入数据得最低压强为Pmin=103060Pa
第三章习题(吉泽升版)
3.1已知某流场速度分布为,试求过点(3,1,4)的流线。
由此流场速度分布可知该流场为稳定流,流线与迹线重合,此流场流线微分方程为:
即:
求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为:
3.2试判断下列平面流场是否连续?
由不可压缩流体流动的空间连续性方程(3-19,20)知:
,
当x=0,1,或y=kπ(k=0,1,2,……)时连续。
3.4三段管路串联如图3.27所示,直径d1=100cm,d2=50cm,d3=25cm,已知断面平均速度v3=10m/s,求v1,v2,和质量流量(流体为水)。
可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变,
故:
质量流量为:
3.5水从铅直圆管向下流出,如图3.28所示。
已知管直径d1=10cm,管口处的水流速度vI
=1.8m/s,试求管口下方h=2m处的水流速度v2,和直径d2。
以下出口为基准面,不计损失,建立上出口和下出口面伯努利方程:
代入数据得:
v2=6.52m/s
由得:
d2=5.3cm
3.6水箱侧壁接出一直径D=0.15m的管路,如图3.29所示。
已知h1=2.1m,h2=3.0m,不计任何损失,求下列两种情况下A的压强。
(1)管路末端安一喷嘴,出口直径d=0.075m;
(2)管路末端没有喷嘴。
以A面为基准面建立水平面和A面的伯努利方程:
以B面为基准,建立A,B面伯努利方程:
(1)当下端接喷嘴时,
解得va=2.54m/s,PA=119.4KPa
(2)当下端不接喷嘴时,
解得PA=71.13KPa
3.7如图3.30所示,用毕托管测量气体管道轴线上的流速Umax,毕托管与倾斜(酒精)微压计相连。
已知d=200mm,sinα=0.2,L=75mm,酒精密度ρ1=800kg/m3,气体密度ρ2=1.66Kg/m3;
Umax=1.2v(v为平均速度),求气体质量流量。
此装置由毕托管和测压管组合而成,沿轴线取两点,A(总压测点),测静压点为B,过AB两点的断面建立伯努利方程有:
其中ZA=ZB,vA=0,此时A点测得
的是总压记为PA*,静压为PB
不计水头损失,化简得
由测压管知:
由于气体密度相对于酒精很小,可忽略不计。
由此可得
气体质量流量:
代入数据得M=1.14Kg/s
3.9如图3.32所示,一变直径的管段AB,直径dA=0.2m,dB=0.4m,高差h=1.0m,用压强表测得PA=7x104Pa,PB=4x104Pa,用流量计测得管中流量Q=12m3/min,试判断水在管段中流动的方向,并求损失水头。
由于水在管道内流动具有粘性,沿着流向总水头必然降低,故比较A和B点总水头可知管内水的流动方向。
管内水由A向B流动。
以过A的过水断面为基准,建立A到B的伯努利方程有:
代入数据得,水头损失为hw=4m
第四章(吉泽升版)
4.1已知管径d=150mm,流量Q=15L/s,液体温度为10℃,其运动粘度系数ν=0.415cm2/s。
试确定:
(1)在此温度下的流动状态;
(2)在此温度下的临界速度;
(3)若过流面积改为面积相等的正方形管道,则其流动状态如何?
流体平均速度为:
雷诺数为:
故此温度下处在不稳定状态。
因此,由不稳定区向湍流转变临界速度为:
由不稳定区向层流转变临界速度为:
若为正方形则
故为湍流状态。
4.2温度T=5℃的水在直径d=100mm的管中流动,体积流量Q=15L/s,问管中水流处于什么运动状态?
由题意知:
水的平均流速为:
查附录计算得T=5℃的水动力粘度为
根据雷诺数公式
故为湍流。
4.3温度T=15℃,运动粘度ν=0.0114cm2/s的水,在直径d=2cm的管中流动,测得流速v=8cm/s,问水流处于什么状态?
如要改变其运动,可以采取哪些办法?
故为层流。
升高温度或增大管径d均可增大雷诺数,从而改变运动状态。
4.5在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重γ=9.31kN/m3的重油,其重量流量G=2371.6kN/h,求油温分别为10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=1.5cm2/s)时的水头损失
由题知:
油温为10℃时
40℃时
4.6某一送风管道(钢管,⊿=0.2mm).长l=30m,直径d=750mm,在温度T=20℃的情况下,送风量Q=30000m3/h。
问:
(1)此风管中的沿程损失为若干?
(2)使用一段时间后,其绝对粗糙度增加到⊿=1.2mm,其沿程损失又为若干?
(T=20℃时,空气的运动粘度系数ν=0.175cm2/s)
(1)由题意知:
由于Re>3.29*105,故
(2):
同
(1)有
4.7直径d=200m,长度l=300m的新铸铁管、输送重度γ=8.82kN/m3的石油.已测得流量Q=0.0278m3/s。
如果冬季时油的运动粘性系数ν1=1.092cm2/s,夏季时ν2=0.355cm2/s,问在冬季和夏季中,此输油管路中的水头损失h1各为若干?
由题意知
冬季
同理,夏季有
因为
由布拉休斯公式知:
第五章边界层理论
5.2流体在圆管中流动时,“流动已经充分发展”的含义是什么?
在什么条件下会发生充分发展了的层流,又在什么条件下会发生充分发展了的湍流?
流体在圆管中流动时,由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化,直至离管口一定距离后不再改变。
进口段内有发展着的流动,边界层厚度沿管长逐渐增加,仅靠固体壁面形成速度梯度较大的稳定边界层,在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小,直至消失后,便形成了充分发展的流动。
当流进长度不是很长(l=0.065dRe),Rex小于Recr时为充分发展的层流。
随着流进尺寸的进一步增加至l=25-40d左右,使得Rex大于Recr时为充分发展的湍流
3.常压下温度为30℃的空气以10m/s的速度流过一光滑平板表面,设临界雷诺数Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘0.4m及0.8m两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层?
求出层流边界层相应点处的边界层厚度
由题意临界雷诺数知对应的厚度为x,则
4.常压下,20℃的空气以10m/s的速度流过一平板,试用布拉修斯解求距
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