精選材料加工冶金傳輸原理習題答案.doc

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1-1何謂流體,流體具有哪些物理性質?
答:流體是指沒有固定的形狀、易于流動的物質。它包括液體和氣體。
流體的主要物理性質有:密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。
1-2某種液體的密度ρ=900Kg/m3,試求教重度y和質量體積v。
解:由液體密度、重度和質量體積的關系知:
∴質量體積為
,當壓強為2MN/m2時體積為995cm3,當壓強為1MN/m2時體積為1000cm3,問它的等溫壓縮率kT為多少?
解:等溫壓縮率KT公式(2-1):
ΔV=995-1000=-5*10-6m3
注意:ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa
將V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。
注意:式中V是指液體變化前的體積
,在相距h=,在薄
板的上下分別放有不同粘度的油,并且一種油的粘度是另一種油的粘度的2倍。當薄板以勻速v=,每平方米受合力F=29N,求兩種油的粘度各是多少?
解:流體勻速穩定流動時流體對板面產生的粘性阻力力為
平板受到上下油面的阻力之和與施加的力平衡,即
代入數據得η=
第二章流體靜力學〔吉澤升版〕
2-1作用在流體上的力有哪兩類,各有什么特點?
解:作用在流體上的力分為質量力和外表力兩種。質量力是作用在流體內部任何質點上的力,大小與質量成正比,由加速度產生,與質點外的流體無關。而外表力是指作用在流體外表上的力,大小與面積成正比,由與流體接觸的相鄰流體或固體的作用而產生。
2-2什么是流體的靜壓強,靜止流體中壓強的分布規律如何?
解:流體靜壓強指單位面積上流體的靜壓力。
靜止流體中任意一點的靜壓強值只由該店坐標位置決定,即作用于一點的各個方向的靜壓強是等值的。
2-3寫出流體靜力學根本方程式,并說明其能量意義和幾何意義。
解:流體靜力學根本方程為:
同一靜止液體中單位重量液體的比位能可以不等,比壓強也可以不等,但比位能和比壓強可以互換,比勢能總是相等的。
2-4如圖2-22所示,一圓柱體d=,質量M==520N的作用下壓進容器中,當h=。求測壓管中水柱高度H=?
解:由平衡狀態可知:
代入數據得H=
。hl=,h2=,h3=,h4=,h5=。求各點的表壓強。
解:表壓強是指:實際壓強與大氣壓強的差值。
2-6兩個容器A、B充滿水,高度差為a0為測量它們之間的壓強差,用頂部充滿油的倒U形管將兩容器相連,。油的密度ρ油=900kg/m3,h=,a=。求兩容器中的壓強差。
解:記AB中心高度差為a,連接器油面高度差為h,B球中心與油面高度差為b;由流體靜力學公式知:
2-。大活塞直徑D=,小活塞直徑d=5cm,杠桿臂長a=15cm,b=,活塞高度差h=1m。當施力F1=98N時,求大活塞所能克服的載荷F2。
解:由杠桿原理知小活塞上受的力為F3:
由流體靜力學公式知:
∴F2=
2-10水池的側壁上,裝有一根直徑d=,圓管內口切成a=45°的傾角,并在這切口上裝了一塊可以繞上端鉸鏈旋轉的蓋板,h=2m,。如果不計蓋板自重以及蓋板與鉸鏈間的摩擦力,問開起蓋板的力T為假設干?(橢圓形面積的JC=πa3b/4)
解:建立如下圖坐標系oxy,o點在自由液面上,y軸沿著蓋板壁面斜向下,蓋板面為橢圓面,在面上取微元面dA,縱坐標為y,淹深為h=y*sinθ,微元面受力為
板受到的總壓力為
蓋板中心在液面下的高度為hc=d/2+h0=,yc=a+h0/sin45°
蓋板受的靜止液體壓力為F=γhcA=9810**πab
壓力中心距鉸鏈軸的距離為:
X=d=,由理論力學平衡理論知,當閘門剛剛轉動時,力F和T對鉸鏈的力矩代數和為零,即:
故T=
2-。OB段長L1=,∠AOB=45°,AO垂直放置,B端封閉,管中盛水,其液面到O點的距離L2=,此管繞AO軸旋轉。問轉速為多少時,B點的壓強與O點的壓強相同?OB段中最低的壓強是多少?位于何處?
解:盛有液體的圓筒形容器繞其中心軸以等角速度ω旋轉時,其管內相對靜止液體壓強分布為:
以A點為原點,OA為Z軸建立坐標系
O點處面壓強為
B處的面壓強為
其中:Pa為大氣壓。
當PB=PO時ω=
OB中的任意一點的壓強為
對上式求P對r的一階導數并另其為0得到,
即OB中壓強最低點距O處
代入數據得最低壓強為Pmin=103060Pa
第三章****題〔吉澤升版〕
,試求過點(3,1,4)的流線。
解:由此流場速度分布可知該流場為穩定流,流線與跡線重合,此流場流線微分方程為:
即:
求解微分方程得過點(3,1,4)的流線方程為:
?
解:由不可壓縮流體流動的空間連續性方程〔3-19,20〕知:,
當x=0,1,或y=kπ〔k=0,1,2,……〕時連續。
,直徑d1=100cm,d2=50cm,d3=25cm,斷面平均速度v3=10m/s,求v1,v2,和質量流量(流體為水)。
解:可壓縮流體穩定流時沿程質量流保持不變,
故:
質量流量為:
,。管直徑d1=10cm,管口處的水流速度vI=,試求管口下方h=2m處的水流速度v2,和直徑d2。
解:以下出口為基準面,不計損失,建立上出口和下出口面伯努利方程:
代入數據得:v2=
由得:d2=
=,。h1=,h2=,不計任何損失,求以下兩種情況下A的壓強。(1)管路末端安一噴嘴,出口直徑d=;(2)管路末端沒有噴嘴。
解:以A面為基準面建立水平面和A面的伯努利方程:
以B面為基準,建立A,B面伯努利方程:
〔1〕當下端接噴嘴時,
解得va=,PA=
〔2〕當下端不接噴嘴時,
解得PA=
,用畢托管測量氣體管道軸線上的流速Umax,畢托管與傾斜(酒精)微壓計相連。d=200mm,sinα=,L=75mm,酒精密度ρ1=800kg/m3,氣體密度ρ2=;Umax=(v為平均速度),求氣體質量流量。
解:此裝置由畢托管和測壓管組合而成,沿軸線取兩點,A(總壓測點〕,測靜壓點為B,過AB兩點的斷面建立伯努利方程有:
其中ZA=ZB,vA=0,此時A點測得
的是總壓記為PA*,靜壓為PB
不計水頭損失,化簡得
由測壓管知:
由于氣體密度相對于酒精很小,可忽略不計。
由此可得
氣體質量流量:
代入數據得M=
,一變直徑的管段AB,直徑dA=,dB=,高差h=,用壓強表測得PA=7x104Pa,PB=4x104Pa,用流量計測得管中流量Q=12m3/min,試判斷水在管段中流動的方向,并求損失水頭。
解:由于水在管道內流動具有粘性,沿著流向總水頭必然降低,故比擬A和B點總水頭可知管內水的流動方向。
即:管內水由A向B流動。
以過A的過水斷面為基準,建立A到B的伯努利方程有:
代入數據得,水頭損失為hw=4m
第四章〔吉澤升版〕
=150mm,流量Q=15L/s,液體溫度為10℃,其運動粘度系數ν=。試確定:(1)在此溫度下的流動狀態;(2)在此溫度下的臨界速度;(3)假設過流面積改為面積相等的正方形管道,那么其流動狀態如何?
解:流體平均速度為:
雷諾數為:
故此溫度下處在不穩定狀態。
因此,由不穩定區向湍流轉變臨界速度為:
由不穩定區向層流轉變臨界速度為:
假設為正方形那么
故為湍流狀態。
=5℃的水在直徑d=100mm的管中流動,體積流量Q=15L/s,問管中水流處于什么運動狀態?
解:由題意知:水的平均流速為:
查附錄計算得T=5℃的水動力粘度為
根據雷諾數公式
故為湍流。
=15℃,運動粘度ν=,在直徑d=2cm的管中流動,測得流速v=8cm/s,問水流處于什么狀態?如要改變其運動,可以采取哪些方法?
解:由題意知:
故為層流。
升高溫度或增大管徑d均可增大雷諾數,從而改變運動狀態。
=10000m、直徑d=300mm的管路中輸送重γ=,其重量流量G=,求油溫分別為10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=)時的水頭損失
解:由題知:
油溫為10℃時
40℃時
(鋼管,⊿=).長l=30m,直徑d=750mm,在溫度T=20℃的情況下,送風量
Q=30000m3/h。問:(1)此風管中的沿程損失為假設干?(2)使用一段時間后,其絕對粗糙度增加到⊿=,其沿程損失又為假設干?(T=20℃時,空氣的運動粘度系數ν=)
解:〔1〕由題意知:
由于Re>*105,故
〔2〕:同〔1〕有