湖北工业大学流体力学作业答案版

1、已知油的重度为7800N/m3，求它的密度和比重。试求0.2m3此种油的质量和重量各为多少？已已已知知知：：：γ＝7800N/m3；V＝0.2m3。解解解析析析：：：(1)油的密度为3kg/m79581.97800g；油的比重为795.01000795OH2S(2)0.2m3的油的质量和重量分别为kg1592.0795VMN15602.07800VG2、体积为5m3的水在温度不变的条件下，压力从1大气压增加到5大气压，体积减小了1L，求水的体积压缩系数和弹性系数值。已已已知知知：：：V＝5.0m3，p1＝1.0×105Pa，p2＝5.0×105Pa，ΔV＝1L。解解解析析析：：：由(1－9)和(1－10)式，得水的体积压缩系数及弹性系数值分别为N/m100.510)0.10.5(0.5100.1dd21053ppVV2910pm/N100.2100.511E3、一块可动平板与另一块不动平板同时浸在某种液体中，它们之间的距离为0.5mm，可动板若以0.25m/s的速度移动，假设板间流体中的速度分布是线性的，为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N/m2，求这两块平板间流体的动力黏度。解：板间流体的速度梯度可计算为13duu0.25500sdyy0.510由牛顿切应力定律dduy，可得两块平板间流体的动力黏度为3d410Pasdyu4、流场的速度分布为2265375xyzuxyxtuyuxyzt，，，求流体在点（2，1，4）和时间t=3s时的速度、加速度。解：代入点（2，1，4）和时间t=3，得速度值为2222z656215234233137572154346xyxyxtyxyztuuuxxxxxxxyzyyyyyyxyzzzzzzzxyzduuuuuauuudttxyzduuuuuauuudttxyzduuuuuauuudttxyz22222235x6xy5xt6y5t3y6x7xy5zt05x18xy60xyt25xt065036750=18xxxxxxxyzyyyyyyxyzzzzxduuuuuauuudttxyzduuuuuauuudttxyzxyxtyyxyztyduuaudtt22225657314755525zzzyzuuuuuxyzzxyxtyyxyxyzttzzt代入点（2、1、4）与t=3的值，得加速度的值85618880xxyyzzduadtduadtduadt5、管道直径d=100mm，输送水的流量为10kg/s，水温为50C，水的运动粘性系数ν=1.52×10-6m2/s，试确定管内水流的流态。如用这管道输送同样质量的石油，已知石油的密度ρ=850kg/m3，运动粘性系数ν=1.14cm2/s，试确定石油的流态。解：50C时，24Qud水的雷诺数Re为：4ReudQvvd-623410kg/s84000138001.5210m/s1000kg/m3.140.01m，紊流石油：-423410kg/sRe1314.623201.1410m/s850kg/m3.140.01mudv，层流1、封闭容器中水面的绝对压力为p1＝105kPa，当地大气压力为pa=98.1kPa，A点在水面下6m，试求：(1)A点的相对压力；(2)测压管中水面与容器中水面的高差。已已已知知知：：：p1=105kPa，pa=98.1kPa，h1=6m。解解解析析析：：：(1)依据题意列静力学方程，得A点的相对压力为Pa657606981010)1.98105(31a1mAhppp(2)测压管中水面与容器中水面的高差为m7.0981010)1.98105(3a1pph2、倾斜的矩形平板闸门，长为AB，宽b＝2m，设水深h＝8m，试求作用在闸门上的静水总压力及其对端点A的力矩。已已已知知知：：：b=2m，h=8m，h0=BE=4m，0l=AE=3m。解解解析析析：：：依据图意知m0.54322AB；闸门面积为2m100.20.5bABA。闸门所受的总压力为kN6.588109810)4218()21(0cAhhApP压力中心D距形心C的距离为m278.0100.40.5)4218(0.50.2121)21(1213003cxccDAhABhhABbAyIyye压力中心D距A点的距离为m222.2278.05.2eACAD静水总压力对端点A的力矩为mkN1308222.26.588ADPM3、多管水银测压计用来测水箱中的表面压力。图中高程的单位为m，当地大气压力为105Pa，试求水面的绝对压力p0。已已已知知知：：：所有尺寸见附图，当地大气压力为105Pa。解解解析析析：：：左右两侧的U型管，以及中部的倒U型管中1、2、3点所在的水平面均为等压面，依据题意列静力学方程汞汞1.1)2.13.2(aa3ppp第四章,第五章作业1.有一输油管道，在内径为20cm的截面上流速为2m/s，求另一内径为5cm截面上的流速以及管道内的质量流量.已知油的密度为850kg/m3。解：已知d1=20cm=0.2mU1=2m/sd2=0.05m根据连续方程，有所以U2=d12*U1/d22=32m/s==850*0.01*3.14*2=53.38kg/s2．如图所示直立圆管管径为10mm，一端装有直径为5mm的喷嘴，喷嘴中心里圆管截面①处的高度为3.6m，从喷嘴排入大气的水流出口速度为18m/s。不计摩擦损失，计算截面①处所需的相对压强。解：d1=10mm=0.01mA1=(0.01/2)2*3.14=7.85e-5m2.d2=5mm,A2=A1/4=1.92e-5m2因为U2=18m/s，根据连续方程U2*A2=U1*A1U1=18/4=4.5m/s。根据伯努利方程有所以而②端压力为空气大气压，相对压强为0。所以[（182-4.52）/2+9.8*3.6]*1000=P1=1.87×105Pa3．3－32高压水管末端的喷嘴如图，出口直径d＝10cm，管端直径D＝40cm，流量Q＝0.4m3/s，喷嘴和管道以法兰连接，共用12个螺栓，不计水和管嘴的重量，求每个螺栓受力多少？解：(1)由流量计算式，得m/s955.501.014.34.044m/s185.34.014.34.044222221dQuDQu，(2)列喷嘴进出口的伯努利方程22221m12121puup得2622222122m1N/m10394.1)185.3955.50(100021)(21ppuup(3)设喷嘴对水流的反作用力为Rx，列动量方程，坐标系的方向为流体的流动方向，)(1222x1m1uuQApRApN10551.11.0414.31001.1)185.3955.50(4.010004.0414.310394.1)(5252622121m1xApuuQApR则每个螺栓受力为kN925.12N129251210551.15xnRF4．流量为0.06m3/s的水，流过如图所示的变直径管段，截面①处管径d1＝250mm，截面②处管径d2＝150mm，①、②两截面高差为2m，①截面压力p1＝120kN/m2，压头损失不计。试求：(1)如水向下流动，②截面的压力及水银压差计的读数；(2)如水向上流动，②截面的压力及水银压差计的读数。解：已知：Q=0.06m3/s，d1=250mm，d2=150mm，H=2m，p1=120kN/m2。(1)由连续性方程，得m/s223.125.014.306.0442211dQum/s397.315.014.306.0442222dQu(2)列出①、②两截面间的伯努利方程，基准面取在②截面上；同时列出U型管的静力学方程，gupguHp22222211hpHp)()(21汞得223322222112kN/m6.134N/m106.13410)397.321223.121281.9120(22guguHppmm6.40m0406.01081.9)16.13(10)281.96.134120()(3321汞Hpph(3)如果水向上流动，并且不计压头损失，所得结果与上述相同。5．水射流由直径d＝6cm的喷嘴垂直向上喷射，离开喷口的速度为15m/s，若能支撑一块重100N的平板，射流喷射的高度Z为多少？解：(1)/sm1039.421506.014.3414133212udQ取管嘴出口至平板间的水体为分析对象，建立坐标系，方向垂直向上，设射流冲击平板时的速度为u2，根据动量方程)0(2uQW则m/s36.21039.42100010032QWu(2)列管嘴出口至平板间的伯努利方程，得zgugu222221所以m2.1181.9236.2152222221guuz第六章作业1.水平放置的毛细管粘度计，内径d=0.5mm，两测点间的管长L=1.0m，液体的密度ρ=999kg/m3，当液体的流量qv=880mm3/s时，两测点间的压降△p=1.0MPa，试求该液体的粘度。解:假定流动为充分发展的层流，由有关公式得==1.743×10-3Pa.s由于=12842300，表明层流的假设是对的，计算成立。2.铁皮风管直径d＝400mm，风量Q＝1.2m3/s，空气温度为20℃，试求沿程阻力系数，并指出所在阻力区。解：m/s55.94.014.32.14422dQu561055.210154.014.32.144RedQ而47878a1002.9)33.0400(98.26)(98.26Red585.085.0b1064.9)33.02400(4160)2(4160Red因为baReReRe，所以流动处在水力粗糙管区。应用阿尔特索里公式计算沿程阻力系数02.0)1055.26840033.0(11.0)Re68(11.025.0525.0d3.铸铁输水管长l＝1000m，直径d＝300mm，管材的绝对粗糙度Δ＝1.2mm，水温10℃，通过流量Q＝100L/s，试求沿程压头损失。解:m/s415.13.014.31010044232dQu561025.310308.13.0415.1Redu；004.03002.1ed查莫迪图得0287.0OmH76.981.92415.13.010000287.02222fgudlh