流体力学泵与风机习题讲解-.ppt
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1、流体力学泵与风机-习题集11-1一一底底面面积积为为45x50cm2,高高为为1cm的的木木块块,质质量量为为5kg,沿沿涂涂有有润润滑滑油油的的斜斜面面向向下下作作等等速速运运动动,木木块块运运动动速速度度u=1m/s,油油层层厚厚度度1cm,斜斜坡坡角角22.620(见见图图示示),求求油油的的粘粘度度。解:解:木木块块重重量量沿沿斜斜坡坡分分力力F与与切切力力T平平衡衡时时,等等速速下下滑滑21-2:已已知知液液体体中中流流速速沿沿y方方向向分分布布如如图图示示三三种种情情况,况,试试根根据据牛牛顿顿内内摩摩擦擦定定律律,定定性性绘绘出出切切应应力力沿沿y方方向向的的分分布布图图。31-
2、3试试绘绘出出封封闭闭容容器器侧侧壁壁AB上上的的相相对对压压强强分分布,布,并并注注明明大大小小(设设液液面面相相对对压压强强)。)。41-4:如如图图所所示示容容器,器,上上层层为为空空气,气,中中层层为为的的石石油,油,下下层层为为的的甘甘油,油,试试求:求:当当测测压压管管中中的的甘甘油油表表面面高高程程为为时时压压力力表表的的读读数。数。解:解:设设甘甘油油密密度度为为,石石油油密密度度为为做做等等压压面面1-1,则则有有515.某某处处设设置置安安全全闸闸门门如如图图所所示,示,闸闸门门宽宽b=0.6m,高高h1=1m,铰铰接接装装置置于于距距离离底底h2=0.4m,闸闸门门可可绕
3、绕A点点转转动动,求求闸闸门门自自动动打打开开的的水水深深h为为多多少少米。米。解:当 时,闸 门 自 动 开 启 将 代 入 上 述 不 等 式 得 616画画出出图图中中圆圆柱柱曲曲面面上上的的压压力力体,体,并并标标明明方方向。向。717有有一一盛盛水水的的开开口口容容器器以以的的加加速速度度3.6m/s2沿沿与与水水平平面面成成30o夹夹角角的的斜斜面面向向上上运运动动,试试求求容容器器中中水水面面的的倾倾角角.由 液 体 平 衡 微 分 方 程 将 以 上 关 系 代 入 平 衡 微 分 方 程,得:在 液 面 上 为 大 气 压,818.如如图图所所示示盛盛水水U形形管,管,静静止
4、止时时,两两支支管管水水面面距距离离管管口口均均为为h,当当U形形管管绕绕OZ轴轴以以等等角角速速度度旋旋转转时时,求求保保持持液液体体不不溢溢出出管管口口的的最最大大角角速速度度max。解:由 液 体 质 量 守 恒 知,管 液 体 上 升 高 度 与 管 液 体 下 降 高 度 应 相 等,且 两 者 液 面 同 在 一 等 压 面 上,满 足 等 压 面 方 程:液 体 不 溢 出,要 求 ,以 分 别 代 入 等 压 面 方 程 得:9作作业业解答解答110一个一个圆锥圆锥体体绕绕其其铅铅直中心直中心轴轴等速旋等速旋转转,锥锥体与固定壁的体与固定壁的间间距距为为1mm,全部全部为润为润
5、滑油充滑油充满满,0.1Pa.s,当旋,当旋转转角速度角速度16s1,锥锥体底部半径体底部半径R0.3m,高高H0.5m时时,求:作用于,求:作用于圆锥圆锥的阻力矩。的阻力矩。解:解:取微元体,取微元体,微元面微元面积积:切切应应力:力:阻力:阻力:阻力矩:阻力矩:10作作业业解答解答229如如图图,上部油深,上部油深h1m,下部水深,下部水深h12m,求:求:单单位位宽宽度上得静度上得静压压力及其作用点。力及其作用点。解:解:作用点:作用点:合力合力1131:有:有一一等等直直径径的的虹虹吸吸管:管:(1)试试定定性性会会出出当当通通过过实实际际水水流流时时的的总总水水头头线线和和测测管管水
6、水头头线线;(2)在在图图上上标标出出可可能能产产生生的的负负压压区;区;(3)在在图图上上标标出出真真空空值值最最大大的的断断面。面。(1)总 水 头 线 和 测 压 管 水 头 线(2)全 部 都 可 能 为 负 压 区(3)AA 断 面 真 空 值 最 大12321)试试定定性性绘绘出出当当实实际际水水流流通通过过图图示示管管道道时时的的总总水水头头线线和和测测压压管管水水头头线线;2 在在图图上上标标注注可可能能的的负负压压区;区;3 在在图图上上标标注注真真空空值值最最大大的的断断面。面。1333:注注液液瓶瓶为为了了使使下下部部管管口口的的出出流流量量不不随随时时间间而而变变,在在
7、上上部部瓶瓶塞塞中中插插人人通通气气管,管,试试分分析析出出流流量量恒恒定定的的原原理理和和调调节节。调调节节:水水面面不不低低于于通通气气管管下下端端处处,即即水水面面高高度度不不小小于于a,流流量量恒恒定。定。原原理:理:出出流流时时,水水面面下下降,降,但但通通气气管管下下端端处处的的压压强强维维持持为为大大气气压压,即即通通过过该该处处的的水水平平面面维维持持为为零零压压面,面,由,由,因因为为不不变变,所所以以流流量量恒恒定。定。1434:烟烟囱囱直直径径d=1.2m,通通过过烟烟气气流流量量,烟烟气气密密度度,空空气气密密度度,烟烟囱囱的的压压强强损损失失为为了了保保证证进进口口断
8、断面面的的负负压压不不小小于于10mm水水柱柱,试试计计算算烟烟囱囱的的最最小小高高度度H。(设设进进口口断断面面处处的的烟烟气气速速度度)解解:以以进进口口为为11断断面面,出出口口为为22断断面面,过过11形形心心的的水水平平面面为为基基准准面,面,列列气气体体能能量量方方程:程:(1)由由题题意意又又代代人人(1)式式,有有其其中中代代人人得得(烟烟囱囱的的最最小小高高度)度)1535.水水由由水水箱箱经经一一喷喷口口无无损损失失地地水水平平射射出出,冲冲击击在在一一块块铅铅直直平平板板上上,平平板板封封盖盖着着另另一一油油箱箱的的短短管管出出口口。两两个个出出口口的的中中心心线线重重合
9、合,其其液液位位高高分分别别为为h1和和h2,且且h1=1.6m,两两出出口口直直径径分分别别为为d1=25mm,d2=50mm,当当油油液液的的相相对对密密度度为为0.85时时,不不使使油油液液泄泄漏漏的的高高度度h2应应是是多多大(大(平平板板重重量量不不计计)?)?解解:建建立立水水箱箱液液面面与与喷喷口口的的能能量量方方程程,按按照照题题意意有,有,则则水水射射流流的的速速度度为为取取图图示示射射流流边边界界为为控控制制体体,根根据据动动量量原原理,理,平平板板对对射射流流的的作作用用力力为为此此力力即即为为射射流流对对平平板板的的作作用用力力P1,此此外外,平平板板另另一一侧侧所所受
10、受到到的的静静止止油油液液的的总总压压力力为为P2,为为保保持持平平板板对对油油箱箱短短管管的的密密封封作作用用,须须使使平平板板在在水水平平方方向向保保持持静静止止状状态态,根根据据水水平平方方向向力力的的作作用用情情况况,则则有有即即1636:设设管管路路中中有有一一段段水水平(平(xoy平平面面内)内)放放置置的的变变管管径径弯弯管,管,如如图图所所示。示。已已知知流流量量,过过流流断断面面11上上的的流流速速分分布布为为,形形心心处处相相对对压压强强,管管径径;过过流流断断面面22上上的的流流速速分分布布为为,管管径径,若若不不计计能能量量损损失,失,试试求求过过流流断断面面形形心心处
11、处相相对对压压强强。注注:动动能能修修正正系系数数不不等等于于1.0。17解:列解:列11、22断断面面总总流流伯伯努努利利方方程程(1)代代人(人(1)式式得得1819习题课习题课411油油管管直直径径d=8mm,流流量量油油的的运运动动黏黏度度,油油的的密密度度,水,水银银的的密密度度试试求:求:(1)判判别别流流态态(2)在在长长度度的的管管段段两两端端,水水银银压压差差计计读读值值。解(1)是 层 流(2)20习题课习题课422.水水从从水水箱箱经经水水平平圆圆管管流流出出,开开始始为为层层流流。在在保保持持水水位位不不变变的的条条件件下,下,改改变变水水的的温温度,度,当当水水温温由
12、由底底向向高高增增加加时时,出出流流量量与与水水温温的的关关系系为为(a)流流量量随随水水温温的的增增高高而而增增加;加;(b)流流量量随随水水温温增增高高而而减减小;小;(c)开开始始流流量量随随水水温温增增高高而而显显著著增增加加,当当水水温温增增高高到到某某一一值值后后,流流量量急急剧剧减减小,小,之之后后流流量量变变化化很很小;小;(d)开开始始流流量量随随水水温温增增高高而而显显著著减减小小,当当水水温温增增高高到到某某一一值值后后,流流量量急急剧剧增增加,加,之之后后流流量量变变化化很很小。小。答答:圆圆管管内内流流动动处处于于层层流流状状态态时时,流流动动主主要要受受流流体体的的
13、粘粘性性支支配配,提提高高水水温温(相相当当于于减减小小流流体体的的黏黏度度)流流量量急急剧剧增增加加。随随温温度度升升高高,流流体体黏黏度度减减小小,相相应应的的雷雷诺诺数数增增大大到到临临界界时时,流流动动由由层层流流过过渡渡到到紊紊流流。在在紊紊流流情情况况下下,紊紊流流阻阻力力(附附加加阻阻力力)大大于于粘粘性性阻阻力力,因因此此流流量量在在出出现现紊紊流流时时减减小小。之之后后再再提提高高水水温温,粘粘性性阻阻力力虽虽然然减减小小,但但因因紊紊流流阻阻力力起起支支配配主主要要,流流量量增增加加甚甚微微。(本本题题内内容容为为1839年年G Hagen 所所 做做 著著 名名 实实 验
14、验)21习题课习题课433水水箱箱中中的的水水通通过过垂垂直直管管道道向向大大气气出出流流,设设水水箱箱水水深深为为h,管管道道直直径径d,长长度度l,沿沿程程阻阻力力系系数数,局局部部阻阻力力系系数数。试试求:(求:(1)在在什什么么条条件件下下流流量量Q 不不随随管管长长l 而而变变?(2)什什么么条条件件下下流流量量Q随随管管长长l 的的加加大大而而增增加?加?(3)什什么么条条件件下下流流量量Q随随管管长长l 的的加加大大而而减减小?小?解:(1)流 量 Q 不 随 管 长 而 变,即(2)流 量 Q 随 管 长 加 大 而 增 加,即(3)流 量 Q 随 管 长 加 大 而 减 小,
15、即22习题课 44锅锅炉炉省省煤煤器器的的进进口口断断面面负负压压水水柱,柱,出出口口断断面面负负压压水水柱,柱,两两断断面面高高差差,烟烟气气密密度度,炉炉外外空空气气密密度度,试试求求省省煤煤器器的的压压强强损损失。失。解:23(1)圆 形 正方形 矩 形(2)习题课 455.圆圆形形、正正方方形形、矩矩形形管管道道,断断面面积积相相等等均均为为A,水水流流以以相相同同的的水水力力坡坡度度流流动动时时,试试求:(求:(1)边边壁壁上上切切应应力力之之比;比;(2)当当沿沿程程阻阻力力系系数数相相等等时时,流流量量之之比。比。24习题课 511.图图示示水水箱箱侧侧壁壁同同一一竖竖线线上上开
16、开2相相同同孔孔口口,上上孔孔距距水水面面为为a,下下孔孔距距地地面面为为c,两两孔孔流流速速相相等,等,试试求求两两水水股股在在地地面面相相遇遇的的条条件。件。解.孔 口 出 流 流 速 流速射程 流 速 落 地 时 间 流 速 射 程 对 上 孔 口 对 下 孔 口 相 遇 时 即 当a=c时上式成立 25习题课 522.A,B两两容容器器有有一一薄薄壁壁圆圆形形小小孔孔相相同同,水水面面恒恒定定,两两容容器器水水面面高高差差,B容容器器开开敞敞水水面面压压强强,A容容器器封封闭闭,水水面面压压强强,孔孔口口淹淹没没出出流流的的流流量量,当当流流速速系系数数,收收缩缩系系数数,不不计计流流
17、速速水水头头时时,求求孔孔口口直直径径d。解解.设设以以容容器器B水水面面为为基基准准面,面,且且为为11断断面;面;A容容器器水水面面为为22断断面,面,列列能能量量方方程程得:得:又又水往哪流?水往哪流?26习题课 533.矩矩形形平平底底船船宽宽B=2m,长长L=4m,高高H=0.5m,船船重重G=7.85KN,底底部部有有一一直直径径d=8mm的的小小圆圆孔孔,流流量量系系数数=0.62,问问打打开开小小孔孔需需多多少少时时间间船船将将沉沉没没?(船船壳壳厚厚不不计计)解.船 沉 没 前,船 内 外 水 位 h不 变 打打开开小小孔孔前前船船吃吃水水深深打打开开小小孔孔后后孔孔口口进进
18、水水流流量量打打开开小小孔孔后后船船沉沉没没需需时时27习题课 544.已已知知室室外外空空气气温温度度室室内内空空气气温温度度,上、下,上、下通通风风窗窗面面积积为为A8m2窗窗孔孔流流量量系系数数0.64,上上下下窗窗口口高高程程度度H8m,只只计计窗窗孔孔阻阻力力求求车车间间自自然然通通风风的的质质量量流流量。量。解.设 只 计 窗 孔 阻 力,压强损失位压 下窗 孔 进 气 质 量 流 量 上 窗 孔 出 气 质 量 流 量 由 代 入 数 据 简 化 得 代 入 式(1)质 量 流 量 28习题课 555.图图式式水水箱箱,在在侧侧壁壁孔孔径径为为d的的圆圆孔孔上上,拟拟分分别别接接
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