工程流体力学-第七章习题.ppt
《工程流体力学》习题1～7章参考答案
解：本题利用流体静压强的计算公式 p = ρ gh 和等压面的性质（同种液体） 油 液 所 在 的 水 平 面 为 等 压 面 ， 等 压 面 上 的 相 对 压 强 ρ 1000 ρ油 gh = ρ水 g ( 3 − 2 ) ⇒ h = 水 = ≈ 1.22m ； 加 入 木 块 后 相 当 于 左 侧 容 器 加 入 了 体 积 为 ρ油 820
参考答案 4
图 3-10 习题 3-2 附图
解：根据已知条件，船底长度 12m，舱体宽度(垂直于纸面)上下均为 6m，水面上船的长度为 12＋2×2.4=16.8m，于是，船排开水的体积为 1 V = (16.8 + 12 ) × 2.4 × 6 = 207.36m3 2 根据阿基米德定律，船上货物的总质量等于船排开的水的质量 m = ρ 海水V = 1000 × 207.36 = 207360kg 习题 3-4 一个充满水的密闭容器以等角速度 ω 绕一水平轴旋转，同时需要考虑重力的影响。 试证明其等压面是圆柱面，且等压面的中心轴线比容器的转动轴线高 g ω 2 。 解：根据图示的坐标（z 轴水平）可知，单位质量流体的质量力分量为 g x = 0, g y = − g , g z = 0 流体绕 z 轴以匀角速度 ω 旋转时，半径 r 处流体团的加速度 a 位于 x-y 的平面内，大小为 rω ， 方向指向转动中心。 于是按达朗贝尔原理， 单位质量流体受到的惯性力(离心力)则为 −a ， 2 大小为 rω ，方向沿径向朝外，其 x, y, z 方向的分量为 − ax = rω 2 cos θ = xω 2
高
等
学
校
教
材
过程装备与控制工程专业核心课程教材
工程流体力学
习题参考答案
主讲：陈庆光
流体力学专题课程第七章孔口、管嘴出流和有压管流
（3）经济流速法： 先选择一个经济流速，算得 d 。
选择标准管径，再推算 Q 是否合 乎要求。
Q
Q= f (d)
Q0
d d0
经济流速—— 全面考虑管材、动力、人工等价格，及日 后运转费用等各方面因素 ，确定的流速。
以上几种方法都须据计算得到的 d ，选出相近的标准管径，然后再复 核计算。
3、已知： 流量 Q ，管长 L，管件布置，管径 d。
ε=0.6f4 0.82
ε=1
（3） 与孔口的对比： 1> 公式形式相同，但系数不同： 2> H0 相同时，若A 也相同，则管嘴出流是孔口出流 量的1.32倍。
二、 收缩断面的真空
1> 对C—C，2—2 列方程：
H
c2
pc acvc2 pa a2v22 x v22 g 2g g 2g 2 2g
A d 2 19.63 106 m2
4 H H1 0.2 3.8m 代入上式得 Q 105.03 106 m3 / s
一昼夜的漏水量 V Qt 9.07m 3
（2）水位下降，一昼夜的漏水量
按孔口变水t 头出流2F计算 H H ' A 2g
全部收缩（完善收缩、不完善收缩）、部分收缩
不完善收缩
'
1
0.64
A A0
2
A是孔口面积，A0是孔口所在的壁面面积
结论
1、流量公式：
Q A 2gH0
对薄壁圆形完善收缩小孔口：
μ=0.62； vC f 2gH0
φ=0.97 f
其中：ε=0.64； f
A.Q1<Q2； B.Q1>Q2； C.Q1=Q2； D.不定
流体力学 第7章 1-3节
1 Q = vc Ac = vcεA = εA 2gH0 ζ +ζ se
ζ
ζ se
液体经孔口处的局部阻力系数 液体在收缩断面之后突然扩大的局部阻力系数
Ac ζ se = 1− ≈1 A 2
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2
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第一节 孔口出流
1 1 ϕ= = ζ +ζ se 1+ζ
A2 锐缘进口 ζ n = 0.5(1− ) = 0.5 A 1
讨论作用水头： 讨论作用水头：
1 ϕn = µn = = 0.82 1+ 0.5
流量系数为孔口 出流流量系数 1.32倍 的1.32倍
H0 = H +
p0 − pb
γ
+
2 α0v0
2g
p0 = pb = pa
2 α0v0
2g
≈0
H0 = H
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第二节 管嘴出流
其他形式管嘴
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第一节 孔口出流
对于自由出流且 pa − pc 0 − 0 = =0 具有自由液面的 ρg ρg 情况： 情况：
2 pa − pc α0v0 H0 = H + + ρg 2g
忽略不计
自由液面，自由出流： 自由液面，自由出流：
H0 = H
9
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淹没出流速度系 数
Q = ϕεA 2gH0 = µA 2gH0
淹没出流流量公式
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工程热力学第7章-气体与蒸汽的流动v3ppt课件
理想气体定比热双原子 cr 0.528
k=1.4
cr f 随工质而变 过热水蒸气k=1.3
cr 0.546
干饱和蒸汽k=1.135 cr 0.577
2） pcr cr p0
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31
3）几何条件
Ma2 1 dcf dA 约束，临界截面只可能
cf A
发生在dA= 0处，考虑到工程实际
第七章 气体与蒸汽的流动
Gas and Steam Flow
7-1 稳定流动的基本方程式 7-2 促使流速改变的条件 7-3 喷管的计算 7-5 有摩阻的绝热流动 7-6 绝热节流
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1
工程热力学的研究内容
1、能量转换的基本定律
2、工质的基本性质与热力过程
3、热功转换设备、工作原理 4、化学热力学基础
p
cf
M a20
d c f d p 异号 cf p
喷管 cf p 扩压管 p cf
即：气体在流动过程中流速增加，则压力下降；
压力升高，则流速必降低。
2）cfdcf vdp
cf
1 2
cf2
的能量来源
是压降，是焓（即技术功）转换成机械能。
h11 2cf21h21 2 可编c辑f22 课 件Ph PT1 2cf2
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27
cf2 2h0h2 普适
cf 2h0 h
2cpT0 T2 理想气体、定比热容
cp 1Rg
2R g1T0T2
pvRgT
分析：
T0 T
p0 p
1
1
2p0v10 1
p2 p0
c f f 1 , p 0 , v 0 , p 2 p 0 , 而 p 0 , v 0 取 决 于 p 1 ， v 1 ， T 1 ， 所 以
工程热力学第7章-气体与蒸汽的流动v3ppt课件
p1 T1 qm1 cf1
p2 T2 qm2 cf2
dv dA dcf v A cf
d dAdcf 0 A cf
适用于任何工质
可逆和不可逆过程
.
7
讨论：
dv dA dcf v A cf
任何稳流过程
1）流道的截面面积增加率，等于比体积增加率 与流速增加率之差；
2）对于不可压缩流体（dv=0），如液体等，流 体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与 流速cf成反比；
.
本章内容
1 研究气体流动过程中 状态参数变化 气流速度变化 能量转换
的规律
2 研究影响气体在管内流的 管道截面积的变化
系统的外部条件 .
工程中有许多流动问题需考虑宏观动能， 特别是喷管(nozzle, jet)、扩压管(diffuser)及节流阀 (throttle valve)内流动过程的能量转换情况。
p1v1 p2v2 pv
dp dv 0
pv
注意，若水蒸气，则
cp
cV
且T1v11 T2v2.1
12
四、声速方程
c
ps
v2p vs
等熵过程中
dp pdv v0p v sp v
所以 c pv ？ RgT
注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。 如空气，0 o C c 1 .4 2 8 7 2 7 3 .1 5 3 3 1 .2 m /s
h0 T0 pr0 T1 pr1
p0
p1
pr0 pr1
注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃
的高空以Ma 水蒸气：h 0
=
h1
2飞12 行c f21 ，其t0=
182.6 ℃。 其他状态参数
第七章流体在管路中的流动
U max
J 2 J 2 r0 d 4 16
(6)
二、流量及平均流速
现求圆管中层流的流量：取半径r处厚度为d 的一个微小环形 r 面积，每秒通过这环形面积的流量为
dqV u 2rdr
由通过圆管有效截面上的流量为
Q udA
A ro
o
故油在管中是层流状态。
[例5-2] 水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的 Re2/Re1=?
解题分析
[解 ] 因
Re
Vd
4Q 1 d d
V
4Q d 2
故
d1 Re 2 / Re1 (1 / d 2 ) /(1 / d1 ) 0.5 d2
5.2 流动损失分类
沿程水头损失计算 局部水头损失计算 章目解析 从力学观点看，本章研究的是流动 阻力。
产生流动阻力的原因：
内因——粘性+惯性 外因——流体与固体壁面的接触情况流
体的运动状态(外界干扰）
从能量观看，本章研究的是能量损 失（水头损失）。
研究内容 管流：研究hw的计算（本章重 点）。 水头损失的两种形式 hf ：沿程水头损失(由摩擦引 起)； hj ：局部水头损失（由局部干 扰引起）。
w
总水头损失： h
hf hj
5.1 层流与湍流流动
粘性流体两种流动状态：
紊流状态 层流状态
一、雷诺实验.
1. 装置
2. 实验条件
液面高度恒定. 水温恒定
图5-1 雷诺实验装置
3.实验步骤
层流状态
(a)
工程流体力学教学课件ppt作者工程流体力学习题答案
解：
,,=83.3
求：
，
2-11 绕轴转动的自动开启式水闸，当水位超过时，闸门自动开启。若闸门另一侧的水位，角，试求铰链的位置。
题2-21图
解： （取）
第三章 流体运动学基础
3-1 已知不可压缩流体平面流动的流速场为，，试求在时刻时点处流体质点的加速度。
解：
将代入得：，
3-2 用xx观点写出下列各情况下密度变化率的数学表达式：
基本比例尺之间的换算关系需满足相应的相似准则（如Fr，Re，Eu相似准则）。线性比例尺可任意选择，视经济条件、场地等条件而定。
4-2 何为决定性相似准数？如何选定决定性相似准数？
解：若决定流动的作用力是粘性力、重力、压力，则只要满足粘性力、重力相似准则，压力相似准则数自动满足。
所以，根据受力情况，分别确定这一相似相似流动的相似准则数。
1）假定截面1、2和3上的速度是均匀分布的，在三个截面处圆管的直径分别为、、，求三个截面上的速度。2）当，，，时计算速度值。3）若截面1处的流量，但密度按以下规律变化，即，，求三个截面上的速度值。
题3-4图
解：1） ，，
2） ，，
3） ，
即
即
3-5 二维、定常不可压缩流动，方向的速度分量为，求方向的速度分量，设时，。
1-3 底面积为的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为，液层厚度为，当液体分别为的水和时密度为的原油时，移动平板所需的力各为多大？
题1-3图
解： 水：
，， 原油：
水：
油：
1-4 在相距的两平行平板间充满动力粘度液体（图1-4），液体中有一边长为的正方形薄板以的速度水平移动，由于粘性带动液体运动，假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。
工程流体力学答案(陈卓如)第七章
[陈书7-6] 烟囱直径m d 1=，烟量h k 69.17g q m =，烟气密度3k 7.0m g =ρ，周围大气密度32.1m Kg a =ρ，烟囱内压强损失gVd h P w 2035.02=∆，V 为烟囱内烟气流动的速度，h 为烟囱高度。
为保证烟囱底部断面1处的负压不小于mm 10水柱，烟囱的高度h 应大于（或小于）多少？［解］ 此题用Bernoulli 方程求解。
对1、2断面列出总流的伯努利方程：w h gV gp z gV gp z +++=++222212221111αραρ（1）由质量守恒可知：21V V = 再假定动能修正系数：121==αα 式（1）可简化为：w h gp z g p z ++=+ρρ2211（2）()w h z z g p p --=-2112ρ（3）断面1处的负压：111p p p aV-=，移项可得：Vap p p 111-= 而断面2处的压强为当地的大气压，即： ap p 22= 其中ap 1和ap 2分别为断面1、2处的大气压 将以上各式代入（3）式得：()()w Vaa h z z g p p p--=+-21112ρ（4）而：gh p p a aa ρ=-12，h z z =-21 代入（4）式得：()gh h h g p a w Vρρ--=1（5）依题意，能量损失：gVd h P h w w 2035.02=∆=代入（5）式：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=a a Vdg V gh gh dg Vgh p ρρρρ2035.012035.01221移项得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=a Vdg V g p h ρρ2035.0121（6）令w ρ为水的密度，负压可用h ∆高的水柱表示为：h g p w V∆=ρ1 代入（6）得：a w dg Vhh ρρρ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=2035.012将流速：24dq V mρ=代入上式，得：a m w g d q hh ρρρρ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=322216035.01（7）将：mm h 10=∆、210s m g =、3k 2.1m g a =ρ、3k 7.0m g =ρ、3k 1000m g w =ρ、h k 69.17g q m =和m d 1=代入（7）式得：()m h 20-=因为：h z z =-21，所以：m h z z 2012=-=-【陈书7-10】 将一平板伸入水的自由射流内，垂直于射流的轴线。
工程流体力学第7章 习题和思考题答案
= 1⇒ α2
= 1, β2
= 0,γ 2
=0
ML−1T −1 L L T M L α3 β3 −2β3 γ 3 −3γ 3
= 1⇒ α3
=
3 2
, β3
=
1 2
,
γ
3
=1
∴π1 = f (π2 ,π3 )
即v =
gH f ( d , µ )
H
31
H 2g2ρ
=
2gH
f1
(
d H
,
µ Hvρ
)
v=
d 2gH f1 ( H , Re H )
粘滞力相似
λvλL λv
= 1∴λv
= λ−L1
不采用同一种流体，理论上能。
因为重力相似
λ
1
1
1
= 1∴λv =λL2
λL2 ⋅λg2
λvλL λ 又粘滞力相似
v
= 1 ∴λv
= λ−L1 ⋅λv
3
λ =λ2
由上面两个相似，可以得出 v
L
3
λ =λ 但 v
2 L 实际上做不到。
7-9、量纲分析有何作用？ 答案：可用来推导各物理量的量纲；简化物理方程；检验物理方程、经验公式的正确性与完 善性，为科学地组织实验过程、整理实验成果提供理论指导。 7-10、经验公式是否满足量纲和谐原理？
解：已知
d = 600mm, d = 300mm, q = 0.283m3 / s,ν = 1.0 ×10−6 m2 / s,ν = ν = 15 ×10−6 m2 / s
m
m
a
为了保证动力相等，雷诺数必定相等，
q=
q m
νd ν d
流体力学课后习题及答案-第7章-5页精选文档
7-8解：64.022===d d A A c c ε 62.026.19005.014.38.32/01.022=⨯⨯⨯==gH A Q μ 7-9解：（1） 26.190.013.140.6222⨯⨯⨯⨯==gH A Q μ/s m 101.223-3⨯=（2）26.190.013.140.8222⨯⨯⨯⨯==gH A Q n μ/s m 101.613-3⨯= （3）m 5.1275.075.0=⨯==H gp vρ 7-10解：（1）)(22122111h H g A gh A Q -==μμ（2）07.16.190.023.140.6222111⨯⨯⨯⨯==gh A Q μ/s m 103.573-3⨯=7-11解：船不沉要求船内外水面必须保持一定的高差,此高差H 为7-12解：5.16.190.053.140.625.1102522222max ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===gH A V Q V t μh 7.89s 28420== 7-13解: t gH A t Q V d 2d d μ==7-14解：根据伯努利方程得gv d l l H c b a 2)(221++++=λζζζ 根据伯努利方程得gv d l g p h g p b a c a 2)1(21λζζρρ+++++= 7-16解：根据伯努利方程得7-17解:根据伯努利方程得gv d lH 2)241(2λζζζ++++=阀弯进dlgHv λζζζ++++=阀弯进2412m/s 21.415.08003.012.0248.045.01186.19=⨯+⨯+⨯++⨯=7-18 如图，压力水箱中的水，经由两段串联的管道恒定出流。
已知压力表的读值p M =98000Pa ，水头H =2m ，管长l 1=10m ， l 2=20m ，管径d 1=100mm ， d 2=200mm ，若沿程阻力系数λ1= λ2=0.03，试求通过的流量并绘制总水头线和测压管水头线。