材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)

.Word文档资料第一章流体的主要物理性质1-1谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。2、在图3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m，H2=6m，管径D=15mm，如果不计损失，问S处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管流速υ2及流量Q各为若干?(注意：管B端并未接触水面或探入水中)解：选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O，列1-1面(水面)到2-2面的贝努利程再选取水平基准面O’-O’，列过水断面2-2及3-3的贝努利程(B)因V2=V3由式(B)得图3.20虹吸管gpHgpa220222121gppa22222gpgpHHa202)(2322221ggp2102823222)(28102水柱mp)(19620981022app)/(85.10)410(8.92)2(222smppga.Word文档资料)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222sLsmAQ.Word文档资料5、有一文特利管(如下图)，已知d115cm，d2=10cm，水银差压计液面高差h20cm。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p1和p2，则由式constvp22可建立有关此截面的伯努利程：22212122pvpv根据连续性程，截面1和2上的截面积A1和A2与流体流速v1和v2的关系式为2211vAvA所以])(1[)(2212212AAppv通过管子的流体流量为])(1[)(2212212AAppAQ)(21pp用U形管中液柱表示，所以074.0))15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22223332212'2AAhgAQ(m3/s)式中、'——被测流体和U形管中流体的密度。.Word文档资料如图6-3—17(a)所示，为一连接水泵出口的压力水管，直径d=500mm，弯管与水平的夹角45°，水流流过弯管时有一水平推力，为了防止弯管发生位移，筑一混凝土镇墩使管道固定。若通过管道的流量0.5m3/s，断面1-1和2-2中心点的压力p1相对=108000N/㎡，p2相对=105000N/㎡。试求作用在镇墩上的力。[解]如图6—3—17(b)所示，取弯管前后断面1—1和2-2流体为分离体，现分析分离体上外力和动量变化。设管壁对流体的作用力R，动量程在x轴的投影为：则动量程在x轴的投影为：.Word文档资料镇墩对流体作用力的合力R的大小及向为：流体对镇墩的作用力P与R的大小相等向相反。.Word文档资料1-2某种液体的密度ρ=900Kg／m3，试求教重度y和质量体积v。解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：)m/(88208.9900g3NVG∴质量体积为)/(001.013kgm1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压强为1MN／m2时体积为1000cm3，问它的等温压缩率kT为多少?解：等温压缩率KT公式(2-1):TTPVVK1ΔV=995-1000=-5*10-6m3注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。注意：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，每平米受合力F=29N，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为YAF0yx平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即hhF000162/22/h合代入数据得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部任质点上的力，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?解：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向的静压强是等值的。.Word文档资料2-3写出流体静力学基本程式，并说明其能量意义和几意义。解:流体静力学基本程为：hPhPPPZPZ002211g或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＝?解：由平衡状态可知：)()2/()mg2hHgdF（代入数据得H=12.62m2.5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。解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。)(01PaP)(4900)(g2112PahhPP)(1960)(g1313PahhPP)(196034PaPP)(7644)(g4545PahhPP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。解：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：ghg42油水PhPb)ag2（水PPAgb4水PPB.Word文档资料PagaPPPPPBA1.107942水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。解：由杠杆原理知小活塞上受的力为F3：aFbF3由流体静力学公式知：2223)2/()2/(DFghdF∴F2=1195.82N2-10水池的侧壁上，装有一根直径d＝0.6m的圆管，圆管口切成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)解：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AgyAghFdsindd板受到的总压力为AhAygAgFccAAsinydsindF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：0TxlFM故T=6609.5N2-14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?OB22232DF2dFgh44.045sin0445sin1245sinhAJ30cabhabadyylcc.Word文档资料段中最低的压强是多少?位于处?解：盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度ω旋转时，其管相对静止液体压强分布为：zrPP2220以A点为原点，OA为Z轴建立坐标系O点处面压强为20glPPaB处的面压强为gZPPaB2r22其中：Pa为大气压。21145cos,45sLLZinLr当PB=PO时ω=9.6rad/sOB中的任意一点的压强为)(2r222LrgPPa对上式求P对r的一阶导数并另其为0得到，2gr即OB中压强最低点距O处mrL15.045sin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。解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分程为：即：求解微分程得过点(3,1,4)的流线程为：3,3,2zuyuxuzyx1)3(1)2(33yzyx.Word文档资料3.2试判断下列平面流场是否连续?解：由不可压缩流体流动的空间连续性程（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)。解：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h＝2m处的水流速度v2，和直径d2。解：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程：代入数据得：v2=6.52m/s由得:d2=5.3cmyxuyxyxcos3,sinu33yxyyyxxxxyxsin13sinsin32323332211QAvAvAvvAsmAAv/625.0v1331m/s5.22332AAvvsA/Kg490vQM33水gvPgvPhaa20222212211vAvA.Word文档资料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。解：以A面为基准面建立水平面和A面的伯努利程：以B面为基准，建立A,B面伯努利程：（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=71.13KPa3.7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。解：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程有：其中ZA=ZB,vA=0,此时A点测得gvPPhaAa2002D21abAaPgvPgvh2022D222bbaaAvAvbavvggv2vPZ2PZ2AAA2maxBB气气.Word文档资料的是总压记为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/s3.9如图3.32所