第六章流体力学课后答案.docx

1、第六章流体力学课后答案亲爱的朋友，很高兴能在此相遇！欢迎您阅读文档第六章流体力学课后答案，这篇文档是由我们精心收集整理的新文档。相信您通过阅读这篇文档，一定会有所收获。假若亲能将此文档收藏或者转发，将是我们莫大的荣幸，更是我们继续前行的动力。第六章流体力学课后答案篇一：第六章流体力学课后答案第六章液体力学6-1有一个长方体形的水库，长200m，宽150m，水深10m，求水对水库底面和侧面的压力。解：水对水库底面的压力为：F1ghS1.01039.8101502002.9109N侧面的压力应如下求得：在侧面上建立如图所示的坐标系，在y处取侧面窄条dy，此侧面窄条所受的压力为：dFglydy整个侧

2、面所受的压力可以表示为：Fhglydy1glh221glh29.8107N2127对于h10m、l150m的侧面：F2glh7.410N2对于h10m、l200m的侧面：F2侧面的总压力为：F22F22F23.4108N6-2有三个底面积相同但形状各异的容器，分别盛上高度相同的水，如题图所示，根据静止流体压强的概念，三个容器底面的压强是相同的，所以每个容器底面所受的水的压力也是相同的，水对底面压力是由水的重量引起的，但是三个容器中所盛的水的重量显然不等，请对这个似乎矛盾的结果作出解释。答：三个容器底面的压强是相同的，但流体对容器内壁的压强并不是容器对其支撑面的压强，容器对其支撑面的压力等于水与

3、容器本身重量之和。因此，容器对其支撑面的压强是不同的。如蓝球内壁的压强要比蓝球对支撑面的压强要大得多。6-3在5.010s的时间内通过管子截面的二氧化碳气体(看作为理想流体)的质量为0.51kg。已知该气体的密度为7.5kgm，管子的直径为2.0cm，求二氧化碳气体在管子里的平均流速。解：单位时间内流过管子截面的二氧化碳气体的体积，即流量为：33QVm0.511.36105m3s13t7.55.010QV1.3610521平均流速为：4.310ms22S3.141.0106-4当水从水笼头缓慢流出而自由下落时，水流随位置的下降而变细，何故？如果水笼头管口的内直径为d，水流出的速率为v0，求在水

4、笼头出口以下h处水流的直径。解：当水从水笼头缓慢流出时，可以认为是定常流动，遵从连续性方程，即流速与流管的截面积成反比，所以水流随位置的下降而变细，如图所示。可以认为水从笼头流出后各处都是大气压，伯努利方程可以写为：12122v1gh1v2gh2即：v2v12gh1h21222h1h20v2v12这表示水流随位置的下降，流速逐渐增大。整个水流可以认为是一个大流管，h1处的流量应等于h2处的流量，即：S1v1S2v22由于：v2v1所以：S1S2，这表示水流随位置的下降而变细。22根据题意，h1h2h，v1v0，h2处的流速为v2，由（1）得：v2v0gh即：v23将式(3)代入式(2)，得：d

5、1v014212d2v24式中d1d，d2就是在水笼头出口以下h处水流的直径。上式可化为：d2v0d2于是：d26-5试解释下面两种现象：（1）当两船并行前进时，好像有一种力量将两船吸引在一起，甚至发生碰撞，造成危险；（2）烟囱越高，拔火力量越大答：（1）由伯努利方程知，理想液体沿水平流管作定常流动时，管道截面积小的地方流速大，压强小，管道截面积大的地方流速小，因此两船并行时，两船之间的流体的流速会增大，压强变小，而两船另一侧的压强不变，所以，两船会相互吸引。（2）空气受热膨胀向上升，由伯努利方程知，烟囱越高，则顶部的压强越小，形成低压真空虹吸现象，烟囱越高，形成的低压越强。6-6文丘里流量计

6、是由一根粗细不均匀的管子做成的，粗部和细部分别接有一根竖直的细管，如图所示。在测量时，将它水平地接在管道上。当管中有液体流动时，两竖直管中的液体会出现高度差h。如果粗部和细部的横截面积分别为SA和SB，试计算流量和粗、细两处的流速。解：取沿管轴的水平流线AB(如图中虚线所示)，并且A、B两点分别对应两竖直管的水平位置，可以列出下面的伯努利方程：PA改写为：1212vAPBvB2212222vBvAPAPB即：vBvA2gh12另有连续性方程：SAvASBvB2以上两式联立，可解得：vASvS；B流量为：QVSAvASAS6-7利用压缩空气将水从一个密封容器内通过管子压出，如图所示。如果管口高出

7、容器内液面0.65m，并要求管口的流速为1.5ms。求容器内空气的压强。解：取如图示中虚线AB所示的流线，并运用伯努利方程：1PA1212vAPBvB,22可以认为：vA0PBP0所以：PAP012vgh1013250.51.01.521.01039.80.651.09105Pa2446-8在一个圆柱状容器的底部有一个圆孔，圆柱状容器和圆孔的直径分别为D和d，并且Dd，容器内液面高度h随着水从圆孔流出而下降，试确定液面下降的速度v与h的函数关系。解：设容器的截面积和液面下降的速度分别为S1和v，圆孔的截面积和该处的流速分别为S2和v2，此时就会面高度为h。通过液面中心画一条流线到底部的中心，对

8、于一般竖直安放的圆柱状容器，这条流线必定是一条铅直线。在这条流线的两端运用伯努利方程得：P11212vghP2v2gh02222以圆也处为水平高度的零点，即h00，同时又有P1P2，于是上式可化为：v2v2gh1另有连续性方程：S1vS即：v22v2S1v2S2S将（2）式代入（1）式，得：1S2vv22gh解得：22ghv2S11S2d2gh4Dd44d42ghd414D4d2gh4D46-9用题图所示的虹吸管将容器中的水吸出，如果管内液体作定常流动，求：（1）虹吸管内液体的流速；（2）虹吸管最高点B的压强；（3）B点距离液面的最大高度。解：把水看作理想流体，理想流体的特性之一是不可压缩性，

9、根据不可压缩流体的连续性方程：Sv恒量虹吸管各处横截面均匀，管内液体的流速应处处相等。取过出水口C点的水平面作为水平参考面，一切高度都由此面起算。在容器内的水面上取一点D，连接DA的线作为一条流线，如图虚线所示。流线DA与虹吸管内的流线ABC，形成一条完整的流线，并在这条流线上运用伯努得方程。（1）对D、C两点运用伯努利方程：PD1212vDghDPCvCghC2212vC2将：PDPCP0，vD0，hDh1h2和hC0代入上式，得：gh1h2于是可求得管内的流速为：vvC可见，管内水的流速决定于C点到容器内液面的垂直距离，此距离越大，流速也越大。（2）对B、C两点运用伯努利方程，得PB121

10、vghBPCv2ghC22可简化为：PBPCghBP0gh1h2h3可见，最高点B的压强决定于该点到出水口C的竖直距离，出水口C越低，管内B点的压强就越小。因为PB的最小值为零，当PB0时，由上式可以求得：hBh1h2h3这表示，当C点的位置低到使hB10.339m时，PB0注：若hB10.339m时，由伯努利方程得：PB0，这个结论是不正确的！这是因为伯努利方程适用的一个条件，是保持流体作定常流动。而当hB增大时，由vvCP010.339mg知，管内流体的流速将会增大。随着流速的增大，定常流动的条件将遭到破坏，伯努利方程将不能再使用，由这个方程导出的结果也就不正确。要保持定常流动，就不能使h

11、B10.339m，B点的压强就不会出现负值。（3）由上面的分析可以得到，当PB0时，hBh1h2h3P010.339mg所以hB的最大值就是hB10.339m，若把C点、B点和A点的位置都向上提，即减小h1h2，增大h3，这样B点到液面的距离将会随之增大。在极限情况下，当h1h20时，就有h3hB10.339m。所以，作为虹吸管，B点离开容器内液面的最大距离不能超过10.339m。6-10在一个盘子里盛上水，当水和盘子都静止时，水面是平的，而当盘子绕通过盘心并与盘面垂直的轴线旋转时，水面变弯曲了，试解释这种现象的成因。答：当盘子绕通过盘心并与盘面垂直的轴线旋转时，水面变弯曲了，是因为水具有黏性

12、。6-11如题图所示，在粗细均匀的水平管道上连通着几根竖直的细管，当管道中自左至右流动着某种不可压缩液体时，我们发现，这些竖直细管中的液体高度也自左至右一个比一个低，为什么？答：由于不可压缩液体有黏性，液体流动的过程中会引起能量的损耗，因此对水平管道内壁的压强会减小，故，竖直细管液体高度也自左至右一个比一个低。6-12从油槽经过1.2km长的钢管将油输送到储油罐中，已知钢管的内直径为12cm，油的黏度系数为0.32Pas，密度为0.91gcm3，如果要维持5.2102m3s1的流量，试问油泵的功率应为多大？篇二：流体力学课后习题答案第六章6-5某蒸汽冷凝器内有250根平行的黄铜管，通过的冷却水

13、流量Q=8l/s，水温为10C，为了使黄铜管内冷却水保持为紊流（此时黄铜管的热交换性能比层流时好），问黄铜管的直径不得超过多少解：查表1.3有10的水1.310x106m2/s由Qn14odvvd2及临界雷诺数Re2300联立有d14mm即为直径最大值6.7某管道的半径r015cm，层流时的水力坡度J0.15，紊流时的水力坡度J0.20，试求管壁处的切应力0和离管轴r10cm轴处的切应力。解：层流时：0gr0hf2lr2gr023J1.0109.831510220.15110.25PagJ1.0109.81010220.1573.5Pa紊流时：0gr0hf2lrgr02J1.0109.8315

14、102220.20147Pag2J1.0109.83101020.2098Pa236.9为了确定圆管内径，在管内通过为0.013cm/s的水，实测流量为35cm/s，长15m，管段上的水头损失为2水柱，试求此圆管的内径。解:设管内为层流hf64l2dd2g32lgd2128lQgd4128lQdghf校核Re41280.013150035980241.94cmd4Qd64Re4351.940.0130.3164Re0.251768层流k和紊流粗糙区0.11sd0.256-18利用圆管层流，紊流光滑区这三个公式，(1)论证在层流中hfv1.0，光滑区hfv1.75，粗糙区hfv2.0；(2)在不

15、计局部损失hm的情况下，如管道长度l不变，若使管径d增大一倍，而沿程水头损失hf不变，试讨论在圆管层流、紊流光滑区和紊流粗糙区三种情况下，流量各为原来的多少倍？(3)在不计局部损失hm的情况下，如管道长度l不变，通过流量不变，欲使沿程水头损失hf减少一半，试讨论在圆管层流、紊流光滑区和紊流粗糙区三种情况下，管径d各需增大百分之几？解：（1）由Revd，hf1.0lv2d2g有hf132lgd2v即在层流hfv0.3164Re0.250.1582d0.25由得hf21.75lv1.751.25g光滑区hf2v0.0505ksd1.250.25k由0.11sd0.25得hf32lgv2粗糙区hf3

16、v（2）由Q142.0dv，以上公式变为hf1128lQdg4Q变为16倍hf20.7898d4.750.25lQ1.75g0.251.75Q变为6.56倍hf30.808ksd5.25lQ22gQ变为6.17倍（3）由以上公式计算可知分别19%，16%，14%6-19两条断面面积、长度、相对粗糙高度都相等的风管，断面形状分别为圆形和正方形，试求（1）若两者通过的流量相等，当其管内流动分别处在层流和紊流粗糙区两种情况下时，两种管道的沿程水头损失之比hf圆/hf方分别为多少？（2）若两者的沿程水头损失相等，且流动都处在紊流粗糙区，哪条管道的过流能力大？大多少？解：（1）14da22ad224当量

17、直径dea层流时hf64lv2Red2g64lvd2g2hf圆h方ded22ad2240.785紊流粗糙区hfhf圆h方dedadlv2d2g，相等0.886（2）Q圆Q方此时圆管流通能力大，大6%6.20水管直径为50，1、2两断面相距15m，高差3m，通过流量Q6l/s，水银压差计读值为250，试求管道的沿程阻力系数。解:Z14Qdp1240.0060.05223.06m/s1g2gZ2p2g222ghfp1p2Z1Z2hfgg12.6hp12.60.253.15mhfl2d2g3.15m3.15150.053.0620.02219.66-23测定某阀门的局部阻力系数，在阀门的上下游共设三

18、个测压管某间距L1=1m,L2=2m.若直径d=50mm,实测H1=150cm,H2=125cm,H3=40cm,流速v=3m/s,求阀门的值。2解：h1H1H2(150125)100.25mh1L1d0.250.0510.0125h1dL1h2H2H3(12540)1020.85mh2L2dv22g)2g(0.850.012532(h2L2d220.05)29.80.762v624用突然扩大使管道的平均流速由v1减到v2，若直径d1及流速v1一定，试求使测压管液面差h成为最大的v2及d2是多少？并求最大h值。解:Z1p112g2gZ2p2g222g122g222212p2p112hZ2Z1g

19、g2g2g2g212gdhd222g1g02212d21hmax14g6-25速由变到的突然扩大管，如分两次扩大，中间流速取何值时局部水头损失最小？此时的局部水头损失为多少？并与一次扩大时比较。2A1v1Av1解：hm1A2gA22g222其中A12Qv1，AQv，A12Qv2hm2v2v1v2vv1v22gdhmdv2要使hm最小，则所以vv1v220即4v2v1v2时局部水头损失最小hmv1v24g2222v1v2A1v1一次扩大时：hm1A22g2g是两次扩大时的两倍6-26水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。已知水箱的水深H，管道直径d，管道长l，沿程阻力系数，局部阻力系数之和为

20、，试问在什么条件下：（1）流量Q不随管长l而变化？（2）Q随l的增加而减小？（3）Q随管l的增加而增加？解（1）水箱水面进出口断面能量方程l由HL1dv2g得，v2Q14dv214dd因为dQdLdQdLdQdL0，解得H10，即H10，即H1（2）（3）dd6-28水池中的水经弯管流入大气中（题6-26图），已知管道的直径d=100mm,水平段AB和倾斜段BC的长度均为l=50m，高差h1=2m,h2=25m，BC段设有阀门，沿程阻力系数=0.035，管道入口及转弯的局部水头损失不计。试求：为使AB段末段B处的真空高度不超过7m,阀门的局部阻力系数最小应是多少？此时的流量是多少？解：取水池自由液面和B处断面列伯努利方程：Z1p1g122gZ2p2g222gh因为：Z1Z2h1p1=0p1=-7gv1=0所以：v2=3.088m/s取B处断面和C处断面列伯努利方程：Z2p2g222gZ3p3g322gh篇三：流体力学第六章部分习题答案第六章部分习题答案第六章流体力学课后答案全文结束。