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1、-流体力学与流体机械习题参考答案-第 17 页高 等 学 校 教 学 用 书流体力学与流体机械习题参考答案主讲：陈庆光中国矿业大学出版社张景松编.流体力学与流体机械, 徐州：中国矿业大学出版社，2001.6（2005.1重印）删掉的题目：1-14、2-6、2-9、2-11、2-17、3-10、3-19、4-5、4-13流体力学与流体机械之流体力学第一章 流体及其物理性质1-8 1.5的容器中装满了油。已知油的重量为12591N。求油的重度和密度。 解：；1-11 面积的平板水平放在厚度的油膜上。用的水平力拉它以速度移动（图1-6）。若油的密度。求油的动力粘度和运动粘度。解：，所以，1-12 重
2、量、面积的平板置于斜面上。其间充满粘度的油液（图1-7）。当油液厚度时。问匀速下滑时平板的速度是多少。解：，因为，所以1-13 直径的轴颈同心地在的轴承中转动（图1-8）。间隙中润滑油的粘度。当转速时，求因油膜摩擦而附加的阻力矩。解：将接触面沿圆柱展开，可得接触面的面积为： 接触面上的相对速度为： 接触面间的距离为：接触面之间的作用力：则油膜的附加阻力矩为：1-14 直径为的圆盘水平地放在厚度为的油膜上。当驱动圆盘以转速旋转时，试证明油的动力粘度与驱动力矩的关系为：证明：，所以：第二章 流体静力学2-5 试求潜水员在海面以下50m处受到的压力。海面上为标准大气压，海水重度。 解：2-6 开敞容
3、器，盛装两种液体，如图2-27所示，求：在下层液体中任一点的压力；1和2两测压管中的液面哪个高些？哪个和容器内的液面同高？为什么？ 解： 其中，为上层液体的深度，为下层液体中任一点距离分界面的距离。测压管1的液面高些，与容器的液面同高。管1中的流体与容器中上层流体为同一种流体，并相互连通，根据等压面的性质，对于同一种流体并连通时，任一水平面为等压面，即管1中的液面与容器内的液面等高。划交界面的延长线，并与管2相交，根据等压面的定义可知，这是一个等压面：2-7 如图2-28所示的双U形管，用来测定重度比水小的液体的密度。试用液柱高度差来确定位置液体的密度。（管中的水是在标准大气压下，的纯水） 解
4、： 1） 2）将1）式代入2）式得：2-9 某地大气压为。求：绝对压力为202650时的相对压力及水柱高度；相对压力为8m水柱时的绝对压力；绝对压力为78066时的真空度。 解：，所以，所以，2-10 用两个U行管串联在一起去测量一个贮气罐中的气体的压力，见图2-30所示。已知，大气压为101325，气柱重力可略去，求罐内气体的压力等于多少。 解：，所以：所以： 2-11 两根水银测压管与盛有水的封闭容器连接，如图2-31所示。已知，试求下面测压管水银面距自由液面的深度。 解：所以：所以：2-12 封闭容器内盛有油和水，如图2-32所示。油层厚，油的重度，另已知，试求油面上的表压力。 解：，2
5、-14 如图2-34所示，欲使活塞产生的推力，活塞左侧需引入多高压力的油？已知活塞直径，活塞杆直径，活塞和活塞杆的总摩擦力等于活塞总推力的10%，活塞右侧的表压力. 解：，解得：2-16 如图2-36所示，无盖水箱盛水深度，水箱宽度，高，若，试求：水箱的水保持不致溢出时的加速度；以此加速度运动时，水箱后板壁所受的总压力。 解：， 由压力分布公式可得： 在水箱后壁板，；将其带入上式并对水箱后壁板进行积分：两边的大气压正好相抵，即：2-17 贮水小车沿倾角为的轨道向下做等加速运动，设加速度为，如图2-37所示。求水车内水面的倾角。 解：在自由液面上建立直角坐标系，以水平方向为x轴，向右为正向，竖直
6、方向为y轴，向上为正向。 作用在液体上的单位质量力为：根据压强差平均微分方程式：在液面上为大气压强，代入压强差平均微分方程式，可得：2-18 尺寸为的飞机汽油箱如图2-38所示，其中所装的汽油为邮箱油量的三分之一。试确定下面两种情况下飞机作水平等加速飞行时的加速度各是多少？ 解：，所以，得：，所以，2-19 在一直径，高度的圆柱形容器中，注水至高度，使容器绕垂直轴作等角速度旋转，如图2-39所示。试确定使水之自由液面正好达到容器边缘时的转速。求抛物面顶端碰到容器底时的转速，若此时容器停止旋转，水面高度将为若干？ 解：，所以， ，所以，得，所以，得 容器中剩余水的体积为：，所以，所以，第三章 流
7、体运动学3-9 直径的水箱通过的小孔泄流。今测得水箱的液面在1s内下降了0.8mm。求泄流量和小孔处的平均速度。 解：，因为：，所以，3-10 密度的重油沿的输油管流动。当质量流量时，求体积流量和平均速度。 解：，因为：，所以，3-11 大管和小管之间用一变径接头连接。若小管中的速度，求流量和大管中的平均速度。 解：，所以，。3-12 已知某不可压缩平面流动中，。应满足什么条件才能使流动连续？ 解：要使流动连续，应当满足，所以，3-14 二元流动的速度分布为；。则（1）求势函数和流函数；（2）当时，作出通过点（1，1）的流线。 解：（1）由连续性方程可知，满足连续条件，流函数存在。由流函数的定
8、义可知：，所以，由无旋条件知：，满足无旋条件，势函数存在。由势函数的定义可知：，所以，（2）流函数，积分得： 因为，时，通过（1,1）点，所以，此时的流线方程为3-15 判断下列流动是否满足不可压缩流动的连续性条件。若满足，求出流函数。（1）；（，均为常数）；（2）；（3）；（4）；。 解：（1），满足连续条件。，所以，A为常数。（2），不满足连续条件。（3），满足连续条件。，所以，c为常数。（4），满足连续条件。 ，所以，c为常数。3-16 在3-15题中，哪些流动是无旋的，求其势函数。 解：（1），所以，无旋。 ，A为常数。（2），所以，有旋。（3），所以，有旋。（4），所以，无旋。 ，c
9、为常数。3-19 不可压缩流动的流函数，求其势函数。 解：，所以，c为常数。第四章 流体动力学基础4-3 用图4-32所示的测压管测定水管中的点速，测压计中工作液的密度。当读数，时，求A、B两点的流速、。 解：计算A点流速： A点的全压对应的高度为，静压对应的高度为， 则A点的动压为，计算B点流速：因A、B在同一过流断面上，测压管水头相同，但流速不同，由速度形成的压差是4-4 如图4-33利用一变截面管中水流产生的压力差，通过活塞操纵气体控制器。已知，管段水平放置，活塞直径。忽略损失及活塞杆直径，求活塞受到之压力。 解：，根据伯努利方程：，所以：4-5 如图4-34一垂直向上流动的水流，设流束
10、截面保持圆形。已知喷嘴直径，喷嘴出口流速。问在高于喷嘴4m处，水流的直径为多少？忽略损失。 解：对截面1-1和2-2列伯努利方程：，4-6 如图4-35水沿渐缩管道垂直向上流动。已知，表压力，。若不计摩擦损失，试计算其流量。 解：，4-8 离心式风机借集流器从大气中吸取空气（如图4-37所示）。其测压装置为一从直径圆柱形管道上接出的、下端插入水槽中的玻璃管。若水在玻璃管中上升高度，求风机的吸风量。空气的密度。 解：，4-11 密度的水由直径15cm、高于基准面6m的A点，流至直径为75mm、高于基准面3m的B点。已知A点压力为103kPa，流速为3.6m/s。忽略损失，求B点压力。 解：对A、
11、B两截面列伯努利方程：4-13 水箱底部有一截面积为小孔（图4-40），射流的截面积为A（x）。在小孔处x=0。通过不断注水使水箱中水深h保持常数。设水箱的横截面远比小孔大，求射流截面积随x的变化规律A（x）。 解：，4-14 一虹吸管直径100mm，各管段垂直距离如图4-41所示。不计水头损失，求流量和A、B点压力。 解：对水平面和C截面列伯努利方程：对水平面和A截面列伯努利方程：，对水平面和B截面列伯努利方程：，4-20 如图4-46离心式水泵借一内径的吸水管以的流量从一敞口水槽中吸水，并将水送入压力水箱。设装在水泵与吸水管接头上的真空计指出负压值为40kPa，水头损失不计，试求水泵的吸水
12、高度H。 解：根据伯努利方程：，4-21 如图4-47所示，密度为830的油水平射向直立的平板。已知，求支撑平板所需的力F。 解：根据动量定理：根据牛顿第三定律，方向水平向左。4-24 水流经一弯管流入大气，如图4-49所示。已知，水的重度为，求弯管上受到的力（不计损失，不计重力）。 解：建立坐标系，取水平向右方向为x轴正向，取竖直向上方向为y轴正向。由连续性方程得：， 对截面1和截面2列伯努利方程：，根据动量定理：在水平方向：在竖直方向：根据牛顿第三定律：弯管受的力，负号表示方向沿y轴负方向。第五章 粘性流体流动及阻力5-15 粘度的油在直径的管中被输送。求层流状态下的最大输油量Q。 解：，
13、5-16 重度、粘度的油在直径的直管中流过3000m时的沿程损失为26.1m（油柱），求流量Q。 解： 假设流动是层流：，此时，流动属于层流，假设成立。5-19 温度的水在宽度的矩形水槽中流动。当水深h=0.3m，速度v=10cm/s时，求此时的雷诺数。若水深不变，速度为多少时变为层流。 解：查表得，15水的运动粘度为：矩形水槽的水利直径为：要改变水的流态，必须使雷诺数5-20 某输油管路长4000m，管径d=0.3m，输送、的原油。当流量时，求油泵为克服沿程阻力所需增加的功率。 解：，为层流，5-23 重度为、粘度为的液体在倾角为的无限平板上靠重力向下流动，如图5-39所示。假设流动为层流，
14、液流厚度为h。试证明速度分布为： 证明：在层流中取一微元，高为dh，长为l，宽取单位宽度，则有微元体的重量为： 重力在运动方向的分力为： 切应力为：，即：积分得：带入边界条件：y=h，得：，再积分得：带入边界条件：时，5-24 如图5-40所示，两平行平板间充满粘度分别为和的两种互不相混的液体，厚度分别为和。上板以匀速U运动，下板不动。若为层流，试证明切应力分布为： 证明：第六章 能量损失及管路计算6-8 一旧铸铁管长l=30m，管径d=0.3m。管中水流速度v=1.5m/s，水温。试计算沿程损失。 解：根据谢维列夫公式：，6-9 直径d=250mm的铸铁管。当量粗糙度。用它输送的水。分别计算
15、流动处于水力光滑区的最大输水量和阻力平方区时的最小流量。 解：当流动处于水力光滑区时：当流动处于阻力平方区时：6-10 某水管直径d=0.5m，水温。分别用公式法和查图法确定流量分别为，时的沿程阻力系数。 解：1）时，公式法：，位于水里光滑管区。查图法：2）公式法：，位于水力光滑区。查图法：3）公式法：，位于第二过渡区。查图法：6-14 如图6-22所示，用一直径d=20mm、长l=0.5m的管段做沿程阻力实验。当的水以通过时，两侧压管液面高差h=0.6m，试计算。若流动处于阻力平方区，确定当量粗糙度。 解：，流动处于阻力平方区6-17 泵送供水管如图6-25所示。已知吸水管，；排水管，。设水
16、泵的扬程H与流量Q的关系为。不计其他局部损失，该管路每昼夜的供水量是多少？ 解：由题意可得：，解得：，所以，供水量=流体力学与流体机械之流体机械第一章 泵与风机的分类及工作原理1-2 泵与风机的基本特性参数有哪些？ 解：泵的特性参数有：流量,扬程,转速，轴功率,有效功率，效率，允许吸上真空度。风机的特性参数有：流量，全压,转速，轴功率,有效功率，效率。1-3 试述离心式水泵的工作原理。 解：以单级单吸离心式水泵为例说明其工作原理：单级单吸离心式水泵由叶轮、主轴、机壳等组成。当叶轮随主轴旋转时，叶片间的液体也随叶轮旋转而获得能量，从叶片之间的开口处甩出，进入机壳，通过出液口排出。叶片间液体被甩出
17、后，叶轮中心部分的压力就要降低，当压力降低到能将外部液体吸入时，吸入的液体就能从轴向流入叶轮。叶轮连续旋转，就能连续输出有压液体。第二章 泵与风机的基本理论2-6 设有一离心水泵，叶轮的尺寸为：，。设叶轮的转速n=1450r/min，流体以径向流入叶轮，试计算其理论流量和此时的理论扬程。 解：，2-7 已知4-72-11No5型通风机的转速n=1452r/min，风量，Z=10，排挤系数。试求环流系数K和 理论全压。 解：，：，2-8 有一单级轴流式风机，转速为750r/min。在直径980mm处，风以速度轴向进入叶轮，在出口以的速度流出。求叶片进出口相对速度角度的变化（）。 解：，2-11
18、某风机在转速为1450r/min时，全压P=4609Pa，流量，轴功率N=99.8kW。若转速将为730r/min，气体密度均不变，试计算此时的全压、流量和功率。 解： 由题可知：所以：2-12 试根据下列参数计算比转数。（1）单级单侧进风离心风机，H=600Pa，n=1000r/min。（2）单级单入口水泵，H=25m，n=1450r/min。（3）单级双入口水泵，H=20m，n=1450r/min。（4）三段分级式水泵，H=122.4m，n=1480r/min。 解：（1）对于离心风机：（2）对于单级单入口水泵：（3）对于单级双入口水泵：（4）对于三级分段式水泵：第五章 给排水系统5-3
19、为什么要在关闭闸阀的情况下启动和停止离心式水泵。 解：闸阀关闭时，泵的流量为零，从泵的功率特性曲线可以看出，零流量时泵所需功率最小，电动机的启动电流也最小，所以，关闭闸阀启动，可减小启动电流，减轻对电网的冲击。水泵停止时，应先关闭排水闸阀，然后再停电机，这样做是为了阻止发生水击。5-11 保证水泵正常工作的条件是什么？ 解：1）泵的稳定工作条件， 2）泵的经济工作条件， 3）不发生气蚀的条件5-17 离心式水泵在转速2940r/min时的流量与扬程和效率的关系如表5-8所示，管网特性曲线方程为（Q的单位为L/s，Hg的单位为m）。试求工况点的流量和轴功率。表5-8 流量与扬程和效率的关系Q/0
20、1357911/%027.552.662.4656353H/m2726.525.022.920.116.712.7 解：在工况点处，所以，工况点的流量为5L/s有效功率轴功率5-18 一泵允许吸上真空度6m，水温，吸水管中流速1m/s，吸水线上损失0.3m，试求实际允许的吸水高度。 解：，第六章 通风系统6-12 某矿井负压，风量，网路出口面积。试计算风阻R和比例系数b，并绘制R曲线。 解：, 所以,6-15 某轴流风机扩散器进口面积F=2，扩散面积比n=2.5，损失比。当时，试计算装扩散器前、后风机的全压差和静压差。 解：，所以，6-19 集流器直径D=600mm，。今测得其真空（）=250
21、mm，试计算流量Q。已知空气密度。 解：对集流器前后截面运用伯努利方程：可得：，所以：6-20 现场实测某工况下的结果是，P=2100Pa，N=94kW，转速n=950r/min。试将实测结果换算到标准状态（）和额定转速（）下。 解：由相似定律可知：所以，第七章 空气压缩设备7-5 某单级空压机吸入自由空气量为，温度为，压力为0.1MPa，若n=1.25，使其最终压力提高到（表压），求最终温度、最终容积及消耗的理论功。 解：，所以7-7 某两级空压机，吸气温度为，吸气量为，由初压，压缩到终压（表压），若n=1.3.试求最佳中间压力和循环理论功。 解：，7-8 某单级双作用空压机，缸径D=360mm，活塞行程s=280mm，活塞杆径d=40mm，曲轴转速n=290r/min，空压机排气量。求空压机的排气量系数。 解：所以：