《(精编)工程流体力学-课后答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(精编)工程流体力学-课后答案.docx（25页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、（精编）工程流体力学（袁恩熙著）石油工业出版社课后答案源体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15时相对密度为0.83,求它的密度和重度.解：4时相对密度：所以，1-2.甘油在温度0时密度为1.26gcm3,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1.96x109n1112,问压强改变多少时，它的体积相对压缩1%?解：1-4.容积411P的水，温度不变，当压强增加105Nm2时容积减少100OCm3,求该水的体积压缩系数p和体积弹性系数E.解：1-5.用2001.汽油桶装相对密度为0.70的汽油，耀装时液面上压强为1个大气压，封闭后由于温度变化升高了2（C,此时汽油的蒸气压
2、为0.18大气压.若汽油的膨胀系数为0.0006oC1,弹性系数为14000kgcm20试计算由于压力及温度变化所增减的体积？间灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜？解：E=Eg=140009.81.04pap三0.18at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=IKg/E）K=197.6升W=2.41升叫=2.521.03升G=0.1976700=138Kg=1352.4N1-6.石油相对密度09,粘度28cP,求运动粘度为多少ms?解：1-7.相对密度0.89的石油，温度20。C时的运动粘度为40cSt,求动力粘度为多少？解：V=40cSt=0.4St
3、=0.4104m2s=vp=0.4IO4X890=3.56IO2Pas1-8.图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1.ms,板与固定边界的距离=1.,油的动力粘度=1.147Pas,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1.=14cm,油的=0.65P,当活塞移动速度为0.5ms时，试求拉回活塞所需的力F=?解：A=11d1.f=O,65P=O.O65Pas,u=O.5ms,y=(D-d)212-1第一章流体静力学2-1.如图所示的U形管中装有水银与水，试求
4、：(I)AC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:PA友=Yh水=O.3mH2O=O.O3at=0.3X9800Pa=2940PaPA蛆=R+Pa袁=(10+0.3)mH2O=1.03at=10.39800Pa=100940PaPC太=Yhghhg+Pa=0.1i3.6mH2O+O.3mH2O=1.66mH2O=0.166at=1.669800Pa=16268PaPca=Pa+Pcn=(10+1.66)mH?O=1.1.66mH2O-1.166at=11.669800Pa=114268Pa30CmH2O=i3.6hcmH2Oh=30/13.6cm=2.2cm题2-2
5、题2-32-2.水银压力计装者如图.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:PHs=1.S13.6-10+350.9cmH2=225.5cmH2O=0.2255at=2.2099IO4Pap也=Pa+pa太=(10+2.255)mHzO=1.2255at=120099Pa2-3.今有U形管，内装水和四氯化碳(CCI4),如图所示。试求四氯化碳的相对密度。解：列等压面方程：30.6CmH2。=17.8CmH2+8.02-4.图示水罐中气体绝对压强pi=1.5IO4Pa,高度H=1m.当时的大气压强相当于745mm水银柱高.i式求玻璃管中水银的上升高度h为多少？解：绝对压强PI
6、=I.51.O4Pap+H=pd-Yhghhgh=74510-313.69800-1.5104-98001.=9.92910d-1.5X104-0.98X1.m=7.449XIO4Pa=7.449104(13.69800)=0.56m2-5.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，装苦如图所示的U形管水银压力计，测K导各液面位置如图。试确定油面高度H及液面压力po.解：13.60.5Q8=6mH26-1.6=6-0.4-dHH=（1.6-0.4）/d油=1.5mPo=6-1.6mH2O=4.4mH2O=0.44at=4.312IO4Pa（表压）题2-5图2-6.油旗内
7、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;触顶部空间，一端接压气管.同时，压气管的另一支引入油雁底以上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：。-Y日Mh=p-Y汽油（H-0.4）H=Y中ff1.h%油+0.4=1.260.70.70+04=1.66m2-7.为测定油品重度，用如下装首，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Ahi,及2管通气时的h2试根据1、2两管的沉没深度H1.和W以及Ahi和Ahz,推求油品重
8、度的表达式.解：2-8.如图所示热水锅炉,h2=SOmm,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hi应为多少？解：C-DQ=Vhgh2=13.6X9800X50X1OTPa=6664PaQ=Yhgh2=丫水hi题28图题29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Im,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=I-h=1.-0.50=0.50m2-10.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-P8=?解：2-11.为测水
9、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,求夕A-PB=?解.11rf2-12.图示为校正压力表的压挤机,密闭室内油的容积V=3OOcm3圆柱塞直径d=IOmm,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=4.75x101叩aI）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Q二夕到虚线位置，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Ya=11.82Nm3,结果又如何?解：P+Y水Z=YHgh
10、h=p+*(z+z)/YHgh=h-h=【p+v水(z+Az)-P-Y水zHg=(水VHg)Az=Z13.6O.O7353Z所以，水银柱高度差h变大.若容器中是空气Ya=II82Nm3P=YHghh=P/YHg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形管量测物体的力口速度,如图所示.U形管直径很小，1.=30cmih=5cm。求物体加速度a为多少？解：自由液面方程：其中,Xi=-15Cm,2=-15cm,zs-zs?=h=5cmZsi-Zi2=-a(2-Xi)ga=gh1.=9.80.050.3=1.63ms22-15.盛水容器，试求其中深度H=Im处的液体压力.(1)容器以
11、6ms2的匀加速度垂直上升时；(2)容器以6ms2的匀加速度垂直下降时;(3)自由下落时；(4)容器以15ms2的匀加速度下降时；解：如图建立直角坐标系，则在dp=P(XdX+Ydy+Zd力中有:X=OfY=O,Z=-g-a所以，dp-(g+a)pdz积分上式：=-(g+a)z+C代入边界条件：Z=O时，p=0(表压)得C=O所以：p=-(g+a)pz,令-Z=H得：。=(g+a)。/(D容器以6ms2的匀加速度垂直上升时：a=6m/$2P=(g+%pH=(9.8+6)10001.=15800Pa=0.16at(2)容器以6ms2的匀加速度垂直下降时：a=-6ms2p-(g+aPH=(9.8-
12、6)10001=3800Pa=0.039at(3)自由下落时：a=-9.8ms2p=(gpH=(9.8-9.8)10001.=0(4)容器以15ms2的匀加速度下降时：a=-15ms2P=回加PH=（9.8-15）10001.=-5200Pa=0.053at2-16.在一直径D=300mm、高H=SOOmrn的圆柱形容器中注入水至高度hi=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n.当转数超过n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,在容器轴止后水面高度h2将为多少？解：自由液面方程：注：抛物体的
13、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.图示油耀发油装置，将直径d的圆管伸进维内，端部切成45。角，用盖板盖住,盖板可绕管端上面的较链旋转,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,不计盖板重及校链的摩擦力，求提升此盖板所翕的力的大小。（提示：盖板为椭圆形，耍先算出长轴2b和短轴2a,就可算出盖板面积A=11ab）解：由题意/对轴求矩：VzVk2-19.25m3卧式圆筒形油维，长4.15m,内
14、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2不及2b上所受的液体总压力的大小和压力中心M立置?解：2-20.100om3半地下耀,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O=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）2-21.某处装置一安全闸门，门宽B为0.6米，门高H为1.O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:h-r0.4m1,33m法二：由题意：PNO3-以)(0.2+e)解得:A1.33m2-22.图示两个半
15、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Im,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F2-23.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-5004.8mmH2-,6951.1mmOi1.6.95mOi1.A-A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di=100mrn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
16、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H0.174m2-25.图示水泵吸水管内的圆球形吸入阀，管内液面高H=5m,管外液面高H2=2m实心钢球直径D=150亳米，材料相对空度8.5,安装在一个直径d=100mm的阀座上.问吸水管内AB液面上需有多大的其空度时，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：PG,设真空度为h压力体强加后只剥V柱(1)和V球(1),产生的向上压力P上向下的力为球阀自重GP上G时，阀门可启动，相等为临界状态(po=-h=-4.59IO4Pa)2-26.玻璃制比重计，管下端小球中装有弹丸，
17、管夕诲2.0cm,小球体积V0=10cm?;比重计的重量m=25g,汽油相对密度为0.70.求比重让淹没在汽油中的深度h?解：2.59.8=0.79.8(10+3.1422h4)h=8.2cm2-27,一木排由直径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08,过河时圆木顶面与水面平齐.问至少需要圆木多少根？_q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揄出3-1已知流场的速度分布为Q)属几元流动？(2)求(xry,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
18、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1.2ms,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SOVh,限制流速不超过08ms,需多大管径？解：3-5一离心泵吸入管直径15Omm,排出管直径100mm,若限制吸入管流速不超过07ms,求流量及徘出管流速各为多少？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06大气压.如果管子直径为12亳米，问此时的流量为多少？解：Q=0.8at=8mH?O对1-1、2-2列伯努利方程：3-7水从井A利用虹吸管引到井B中，设已知
19、体积流量Q=100米/时，H=3米，Z2：6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：砌1、2的伯努利方程:1、3的(白努利方程：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ZIh=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03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
20、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身米，水银压差计读数ZIh=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=301./S,油品相对生度0.9,欲掺入的油品相对密度为0.8,；由池油面距喉道高度H=1.5m,如果掺入油量为原输送罡的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
21、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,4=20mm,d2=IOmm,1.1=1.2=IOmr%=0.6mH2O,&=ImH2O求：Q；4,%；绘制水头线解：对0-0、2-2两液面列伯努利方程：粗管段：细管段：3-13图示输水管路d1d2i+boji=1oT:-1=-/121=1同理得：所以，令则4-7假定气体中的声速C依敕于密度p、压强P和粘度p.试用雷利量纲分析方法求声速C的表达式。(C=)解：C=kpxpyzC=1.T-1,(pJ=M1.-,p=M1.T-21.,=M1.-iT-i,1.T1=kM1.-3
22、M1.T-2yM1.-T-4-8薨麻油相对密度为0.969,动力粘度为484mPas,流经直径为75mm的管道时，平均流速为5ms.今用空气进行模拟试验，气体管道直径为50mm,空气的运动粘度为0.15cm7s,气流速度为多少，才能保持动力相似？(0.225ms)解：由题意，欲保持动力相似，应维持雷诺数相等K11=0.225ms4-9油船吃水面积为400m?,航速5ms,船长50m.在水中进行模型实验时，模型吃水面积为1m。忽略表面张力及粘性力的影响，只考虑重力的影响，与保持原型及模型中的弗汝德数相等，试求模型长度及模型航速大小.(长度：2.5m,航速：1.12ms)解.11rr几何相似：Fr
23、n=Frrn,4-10充分发展了的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度6为常数，且，重力加速度g.求证其流速分布关系式为：证：Navier-Stokes:由题意：X=g,Y=O,Z=O;Uy=Uz=0,Ux=U；不可压稳定流：则NS方程简化为：由连续性方程：得则N-S方程进T简化为：积分：再积分：边界条件：y=o时，U=OoCz=Oy=时，OC1.=-g即所以4-11管径40Omm,测得层流状态下管轴心处最大流速为4m/s,求断面平均流速.此平均流速相当于半径为多少处的实际流速?解：；4-12求证半径为a的圆管中粘性液体层流状态时，管中摩阻应力极大值为。(为液体粘度,外平均流速)证：圆管层流4-1
24、3用长度5km,直径30Omm的钢管,输送相对空度0.9的重油，重量流量200th.求油温从t=10(Vi=25St)变到t2=40(V2=1.5St)时，水头损失降低的百分数.解：ti=io。C时：t2=40C时：4-15管内素流时的流速分布规律可写为指数形式其中Um为最大流速，R为管道半径，U和r为任一点所对应的流速和半径.求平均流速与最大流速之比。解.11rr设，则所以，4-17相对密度0.8的石油以流量501.s沿直径为15Omm的管线流动，石油的运动粘度为IOcSt,试求每公里管线上的压降(设地形平坦，不计高程差X若管线全程长Iokm,终点比起点高20m,终点压强为1大气压,则起点应
25、具备的压头为多少？解：(1)(2)所以,每公里压降：4.71.OSPa,起点压头:4.8610Pa4-18相对密度0.86的柴油，运动粘度03St,沿直径25Omm的管路输送，全长20km,起点压强17.6大气压，终点压强1大气压,不计高差，求流量.提示：因流量未知，需采用试算法.可先假定水力摩阻系数入=0.03,求出流速后，再验算流态。解：试算法Q=Oo6m3s长管：假设入=Oo3则,水力光滑区即4-19为测量水力摩阻系数人,在直径305mm,长50km的输油管线上进行现场试验.输送的油品为相对密度082的燃油，每昼夜输送量5500t,管线终点标高为27m,起点标高为52m,油泵保持在15大
26、气压，终点压强为2大气压.油的运动粘度为2.5cSt.试根据实验结果计算水力摩阻系数值.并与按经验公式计算的结果进行对比。（设管子绝对粗糙度A=O.15mm）解.VT经验公式：实验结果：4-23自地下耀经圈心泵向油库输油流程如图。管线直径20Omm,吸入E嫄长20m,地下耀液面至泵中心高差4m.油品相对密度0.75,运动粘度4cSt.（1）若设计输送量为108th,那么吸入段的总水头损失应为多少米油柱？（包括沿程水头损失和局部水头损失）（2）泵前真空表读数应为多少？（3）如果泵出口压强为7.25大气压（表压），泵的效率为80%,则泵的额定功率（轴功率）应为多少？I-带保险活门出口；2-弯头（R
27、=3d）;3-闸阀；4-透明油品过滤器；5-W空表;6-压力表解：（1）（2）对0-0、5-5歹IJ伯努利方程：（3）对6-6、5-5列伯努利方程:第四章压力管路的水力计算5-1直径257mm的长管线，总长SOkm,起点高程45m,终点高程84m,输送相对电度0.88的原油，运动粘度0276St,设计输量为200th,求水力坡降和总压降。解：由伯努利方程：5-2沿直径200mm,长3km的无舞钢管(=0.2mm)输送相对密度0.9的原油.若输生为90th,其平均运动粘度在冬季为1.09Stf夏季为0.42St.试求沿程损失各为多少米解：冬季：层流23.62m夏季：紊流水力光滑区23.536m5
28、-3在直径257mm管线中输送相对密度0.8的煤油，其运动粘度为1.2cSt.管长50km,地形平缓，不计高差，设计水力坡降为5%o,终点压强1.5at,管线绝对粗糙度d=0.15mm,试求应用多大管径？解：第二类问题：混合摩擦区泵压：.=21.1.O6Pa排量:Q=0.05565m3s5-4长输管线,设计水力坡降9.5%o,输送相对密度0.9,运动粘度1.125St的油品，设计输送量为40th.试求应用多大管径？解：第三类问题：层流D=0.157m5-5原油沿直径305mm,长89km的管线输送，由于一年内温度的升降，油的粘度由0.2P变为0.4P,而相对空度由0.893变为0.900.设不
29、计高差，沿输油管内压降保持50at,输送过程全部在水力光涓区内.试计算流量增减的百分数.解：Q1.=1.1.Q2流量减少数为10%5-6图示一串联管路，管径、管长、沿程水力摩阻系数和流星分别标于图中,试按长管计算所需的水头H为多少？解：5-7图示一输水管路，总流量Q=1001.s,各段管径、长度及程水力摩阻系数分别标于图中,t-M*九03Q1ij.Q4A,-0.2S试确定流量QkQ2及AB间的水头损失为多少?解：又（2）由（11（2）得Qi=0.0446m3s=44.61.sQ2=0.0554m7s=55.41.s5-8图示一管路系统，CD管中的水由A、B两水池联合供应.已知1.i=500mr
30、1.o=500m,1.i=300m,di=0.2m,do=0.25m,=0.029,入2=0.026,o=0.025,Qo=1.OO1./s.求Qi、Q2及dz解：按长管计算AD伯努利方程：BD伯努利方程：d=0.242m5-16用实验方法测得从直径d=IOmm的圆孔出流时,流出容积的水所需时间为32.8s,作用水头为2mf收缩断面直径dc=8mm.试确定收缩系数、流速系数、流量系数和局部阻力系数的大小。解：收缩系数又长80mm的管嘴,使5-17在di=20mm的圆孔形外管嘴上，加接一个直径d2=30mm、液体充满管口泄出.试比较加接第二管嘴前后流量的变化.解：5-18水从固定液面的水箱，通过
31、直径d=0.03m的圆柱形外管嘴流出。已知管嘴内的真空度为1.5m水柱，求管嘴出流的流量.解：m5-18图5-19储水槽顶部通大气,如图所示。在水槽的铅直侧壁上有面积相同的两个圆形小孔口A及B,位于距底部不同高度上.孔口A为薄壁孔口，孔口B为圆边孔口，其水面高H0=10m.问：1）通过A、B两孔口流量相同时，HI与W应成何种关系？2）如果由于锈蚀，使槽壁形成一个直径d=0.0015m的小孔C,C距槽底H3=5m.求一昼夜内通过C的漏水量.解：当QA=QB时（2）5-20水沿T管流入容器A,流经线型管嘴流入容器B1再经圆柱形管嘴流入容器C,最后经底部圆柱形管嘴流到大气中。已知d=0.008m,d2=0.010m1d3=0.006m.当H=1.2m,h=0.025m时，求经过此系统的流量和水位差hi与h2.解：意表得由题：Q=QI=Q2=Q3所以，经过此系统的流量:Q=Q3=1.13510-4m7s由（1）式：由（2）式：
