安工大冶金传输原理(周俐)第五章习题及解答

5-1飞机模型在空气中以1.5m/s速度滑翔，若将机翼视为宽为10cm，长为25cm的平板，试估算平板后缘上的边界层厚度δ及平板阻力。已知空气温度为10℃,大气的运动粘性系数为sm/1042.125，3/247.1mkg.(答：4.866mm，9.063×10-4N)解：后缘雷诺数为：4551.50.10Re1.056103.2101.4210VL整个平板为层流边界层则cmL4866.010056.11.00.5Re0.54阻力系数01292.0Re328.1LDC阻力为2122DDFCVbLN4210063.9201292.025.01.05.1247.1215-2光滑平板宽1.2m，长3m，潜没在静水中以速度smu/2.1沿水平方向拖曳，水温为10℃，求：1）层流边界层的长度（5105ReK）；2）平板末端的边界层厚度；3）所需水平拖拽力。答：（0.55m，57.2mm，16.57N）5-3飞机以速度100m/s在大气中飞行，若视机翼为平板，并认为机翼前缘开始均为湍流边界层，试计算边界层厚度δ以及平板总阻力。已知机翼长度为mL15，宽度为mb2，空气温度为10t℃。（答：2.751cm，1.631kN）5-4速度为30m/s的风，平行地流过广告板。广告板长10m，高5m，空气温度为10℃，试求广告板所承受的摩擦力。(答137.9N)解：10t℃空气的运动粘度sm/1042.125，密度3/247.1mkg由于7510113.21042.11030ReLVL混合边界层所以：002457.000008.0002537.0Re1700Re074.02.0LLDC总摩擦力为：NbLVCFDD9.13725030247.121002457.0221225-5跳伞者的质量kgM80，降落时的迎流面积为220.0mA，设其阻力系数8.0DC，气温为0t℃，试确定降落过程中的末端速度eV。(为简单起见不考虑空气浮力作用。当跳伞者的重力与阻力相平衡时，此时的速度即为末端速度)(答：87.14m/s)解：AVCMgeD221取20.0292.1218.081.9802eV故smVe/14.875-6压差阻力是汽车气动阻力的主要部分，有两辆迎风面积相同20.2mA的汽车，其一为敞棚的老式车，其阻力系数为9.01DC，另一为有良好外形的新式汽车，其阻力系数为4.02DC，若它们均以hkmuf/90速度行驶。试求它们为克服气动阻力所应付出的功率，已知气温为10t℃。(答：17.54kW，7.80kW）解：对于敞棚汽车NAVCFDD6.70123600100090247.1219.0212211kWVFND54.1736001000906.01.711对于新式汽车kWNNFD80.782.311225-7在烧粉煤的炉膛内，混有煤粉颗粒的烟气流速smu/5.00，烟气的运动粘度sm/1022326；烟气的密度3/2.0mkg，煤粉颗粒的密度33/101.1mkgs，试计算烟气中mD5109的煤粉颗粒是否沉降？悬浮的颗粒直径为多大？解：（1）根据颗粒沉降的概念知，当气流速度0u大于颗粒自由沉降速度su时，颗粒被气流带走；两速度相等时，颗粒处于悬浮状态；当气流速度小于颗粒沉降速度时，则沉降下降。在mD5109及smu/5.00下的DRe数为：560.5910Re0.2122310DDuD沉降速度2181gDusssm/11.02.01022310981.92.0101.11816253由于气流速度sm/11.05.0，则颗粒为烟气带走。（2）当smuus/5.00时的颗粒直径81.92.0101.12.0102235.0181836guDss=19.2×10-5m即在气流中能悬浮的颗粒直径mmD19.0，再大的颗粒将下沉。因上式的应用条件为Re1D，则经验算在mD5102.19时的DRe：560.519.210Re0.43122310DDuD故计算结果正确。5-8某气力输送管道，为了输送一定数量的悬浮固体颗粒，要求流速为颗粒沉速的5倍。已知悬浮颗粒直径mmd3.0，密度3/2650mkg，空气温度为20℃，求管内流速。（答：10.5m/s）5-9铅球的比重为11.42，直径为25mm，在比重为0.93的油中以0.357m/s的速度等速沉降，求油的动力粘性系数。（答：10.0Pa·s）5-10钢水密度3/7000mkg，内含直径mmd4.0，3/4500mkg的杂质，若杂质在钢水中等速上浮，求在钢水中上升200mm所需的时间。（答：2.56s）解：颗粒在流体中等速沉降的速度是由颗粒所受重力、浮力和绕流阻力三者平衡决定的，其一般公式为：gdCuw34式中：——颗粒密度——流体密度5-11一圆柱形烟囱，高H=20m，直径D=0.6m,水平风速u=18m/s,空气密度3/293.1mkg，运动粘性系数sm/101326，求烟囱所受的水平推力。（答：612N）解：56103.810136.018ReuD查圆柱绕流阻力系数图，得出6.0DC则烟囱所受的水平推力为：NHDVCFDD6.2513206.018293.1216.02122