第六章流体力学课后答案.docx

1、第六章流体力学课后答案第六章流体力学课后答案第六章孔口、管嘴出流与有压管流6-1在水箱侧壁上有一直径d?50mm的小孔口，如图所示。在水头H的作用下，收缩断面流速为VC?6.86m/s，经过孔口的水头损失hw?0.165m，如果流量系数?0.61，试求流速系数?和水股直径dc。Vc2解：根据伯努利方程：H?hw?2.51m2g流速系数?Vc?0.967VQ?AVcc，dc?39.71mm6-2图示一船闸闸室，闸室横断面面积A?800m2，有一高h?2m、宽b?4m的矩形放水孔。该孔用一个速度v?0.05m/s匀速上升的闸门开启。假设初始水头H1?5m，孔口流量系数?0.65，孔口出流时下游水位

2、保持不变。试求（1）闸门开启完毕时闸室中水位降低值y；（2）闸室水位与下游平齐所需要的总时间T。解：（1）闸门完全开启所用的时间：t?h?40sv此段时间内孔口的面积可用孔的平均面积来表示：A?4m2因为T?40s所以：H2?3.796m，y?H1?H2?1.204m（2）闸门完全打开后，防水孔的面积：A?bh?8m2液面降到与下游液面平齐所需要的时间因为T?135.41s所以T?t?T?175.41s6-3贮液箱中水深保持为h?1.8m，液面上的压强p0?70kPa（相对压强），箱底开一孔，孔直径d?50mm。流量系数?0.61，求此底孔排出的液流流量。p0V2解：根据伯努利方程：?h?g2

3、g46-4用隔板将矩形水池中的水体分成左右两部分，如图所示，右半部分水Q?d2V?15.9L/s面保持恒定，隔板上有直径d1?0.1m的圆形孔口，位于右半部液面下H1?4.8m处。在左半部分的侧面与前一孔口相同的高度处开有直径d2?0.125m的圆形孔口，当水池两半部分的水面稳定后，试求左半部水面高度计孔口出流流量。解：当水池两半部分的水面稳定时：Q1?Q2Q1?AQ2?A?0.62?h?1.395m,Q?0.0398m3/s6-5图示水平圆柱状内插式管嘴，入口锐缘状，直径d?40mm，管嘴中心线离液面的距离h?1.5m，设管嘴较短，水流在管嘴内作自由出流如图示，各容器壁面上的压强可按静压规律

4、分布。（1）若按理想流体不计损失，求收缩系数?的理论值；（2）对于实际流体，容器固壁面各处的流速都接近零，各固壁面对孔口出流几乎无任何影响，收缩断面各点的流速相等。若局部损失系数?0.04，试求收缩系数?和流量Q。解：(1)?0.50(2)?0.52，Q?3.47s6-6若题6-5中的管嘴内的水流收缩、扩散后呈满管出流，管嘴的出流流量可增加多少？解：管嘴的出流流量可增加43%。6-7图示管嘴开口向上，由保持恒定水头的大水箱供水，液流通过此管嘴向上喷出成喷泉。若水流流过此管嘴的水头损失为实际出流流速水头的20%，并假定水箱中液面比管嘴出口高出z0?5m，试求管嘴的出流流速以及水流可以到达的高度z

5、2。V23V2解：z0?hw?2gg?V?9.038m/sV2h?4.166m2g6-8在混凝土重力坝坝体内设置一泄水管如图所示，管长l?4m，管轴处的水头H?6m，现需通过流量Q?10m3/s，若流量系数?0.82，试确定所需管径d，并求管中收缩断面处的真空度。解：真空度：PV?0.75H?4.5m流量Q?,所以：d?1.191m选取d?1.20m真空度为4.5m6-9为测定某阀门的局部损失系数?，在阀门上、下游装设三根测压管，如图所示，已知水管直径d?50mm，长度l12?1m，l23?2m，实测高程?1?1.50m，?2?1.25m，?3?0.4m，流速V?3m/s。求阀门的?值。解：对

6、第一根测压管和第二根测验管处列伯努利方程：l12V2?1?2?1d2g?1?0.028对第二根测压管和第三根测验管处列伯努利方程：l23V2V2?2?3?1?d2g2g?0.7626-10两水池用虹吸管相连接（如图示），上、下游水池的水位差H?2m,虹吸管各段的长度l1?3m，l2?5m,l3?4m，直径d?200mm，管顶比上游水位高出h?1m，沿程损失系数?0.026，底阀?1?10，弯头?2?1.5，出口?3?1.0。求（1）通过虹吸管的流量；（2）管中压强最低点的位置及其真空度。解：（1）对上、下游过流断面列伯努利方程：l1?l2?l3)V2H?hw?(?1?2?2?3)d2g?V?1

7、.59m/s4（2）压强最低点位于第2弯头下游侧?Q?d2V?0.05m3/sl1?l2V2?P2?(?1?2?2)?hd2g?2.933mH2O6-11一跨越河道的钢筋混凝土倒虹吸管如图示。已知，通过流量上、下游水位差z?3m，倒虹吸管全长l?50m，其中经过两个?30?Q?3m3/s，的折角拐弯，每个拐弯的局部损失系数?1?0.2，沿程损失系数?0.024。现已选定倒虹吸管采用正方形断面，试求其变长b。lV2解：对上、下游过流断面列伯努利方程：z?hw?(?2?1)d2g4A4b2?b因为Q?bV，d?P4b2l(Q/b2)2所以z?(?2?1)b2g整理后，得未知量b的5次方程：b5?0

8、.06b?0.18?06-12某管道自油塔输油到大气中，已知管道全长l?5000m，管径d?200mm，沿程损失系数?0.032，局部损失系数可忽略不计，为了保证输油量Q?0.022m3/s，所需油塔自由面与管道出口断面间的高差为多少？lV2解：h?d2g4?h?20.02mQ?d2V6-13设简单管道的淹没出流，局部损失仅包括进口?1?0.5和出口?2?1.0。若沿程损失按直径200mm和新钢管曼宁系数n?0.0110.012计，按局部损失不大于沿程损失的5%来控制，问管道长度多少倍管径时才能看做是长管？篇二：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15

9、0m，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：F1?ghS?1.0?103?9.8?10?150?200?2.9?109?N?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：dF?glydy整个侧面所受的压力可以表示为：F?h?glydy?1?glh221?glh2?9.8?107?N?2127对于h?10m、l?150m的侧面：F2?glh?7.4?10?N?2对于h?10m、l?200m的侧面：F2?侧面的总压力为：F2?2F2?2F2?3.4?108?N?6-2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

10、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5.0?10s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7.5kg?m，管子的直径为2.0cm，求二氧化碳气体在管子里

11、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：?33QV?m0.51?1.36?10?5m3?s?13?t7.5?5.0?10QV1.36?10?5?2?1平均流速为：?4.3?10m?s2?2S3.14?1.0?10?6-4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：12122?v1

12、?gh1?v2?gh2即：v2?v12?g?h1?h2?1?222?h1?h2?0?v2?v12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：S1v1?S2v2?2?由于：v2?v1所以：S1?S2，这表示水流随位置的下降而变细。22根据题意，h1?h2?h，v1?v0，h2处的流速为v2，由（1）得：v2?v0?gh即：v2?3?将式(3)代入式(2)，得：?d1v0?14212?d2v24式中d1?d，d2就是在水笼头出口以下h处水流的直径。上式可化为：d2v0?d2于是：d2?6-5试解释下面两种现象：（1）当两船并行前进时，好像

13、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

14、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：1212?vA?PB?vB2212222?vB?vA?PA?PB即：vB?vA?2gh?1?2另有连续性方程：SAvA?SBvB?2?以上两式联立，可解得：vA?Sv?S；B流量为：QV?SAvA?SAS6-7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。如果管口高出容器内液面0.65m，并要求管口的流速为1.5m?s。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：?

15、1PA?1212?vA?PB?vB,22可以认为：vA?0PB?P0所以：PA?P0?12?v?gh?101325?0.5?1.0?1.52?1.0?103?9.8?0.65?1.09?105?Pa?2446-8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D?d，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

16、利方程得：P1?1212?v?gh?P2?v2?gh02222以圆也处为水平高度的零点，即h0?0，同时又有P1?P2，于是上式可化为：v2?v?2gh?1?另有连续性方程：S1v?S即：v2?2v2S1v?2?S2?S将（2）式代入（1）式，得：?1?S2?v?v2?2gh解得：?2?2gh?v?2?S?1?1?S?2?d?2gh4?D?d4?4?d?4?2ghd4?1?4?D4?d?2gh4?D?4?6-9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

17、一是不可压缩性，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：PD?1212?vD?ghD?PC?vC?ghC2212?vC2将：PD?PC?P0，vD?0，hD?h1?h2和hC?0代入上式，得：?g?h1?h2?于是可求得管内的流速为：v?vC?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

18、速也越大。（2）对B、C两点运用伯努利方程，得PB?121?v?ghB?PC?v2?ghC22可简化为：PB?PC?ghB?P0?g?h1?h2?h3?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PB?0时，由上式可以求得：hB?h1?h2?h3?这表示，当C点的位置低到使hB?10.339m时，PB?0注：若hB?10.339m时，由伯努利方程得：PB?0，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v?vC?P0?10.339m?g知，管内流体的流速将会增大。随着流速的增大

19、，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hB?10.339m，B点的压强就不会出现负值。（3）由上面的分析可以得到，当PB?0时，hB?h1?h2?h3?P0?10.339m?g所以hB的最大值就是hB?10.339m，若把C点、B点和A点的位置都向上提，即减小?h1?h2?，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?h1?h2?0时，就有h3?hB?10.339m。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

20、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。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0.32Pa?s，密度为0.91g?cm?3，

21、如果要维持5.2?10?2m3?s?1的流量，试问油泵的功率应为多大？篇三：流体力学_刘鹤年_完整章节课后答案_流体力学第二版全章节答案刘鹤年第一章选择题（单选题）1.1按连续介质的概念，流体质点是指：（d）（a）流体的分子；（b）流体内的固体颗粒；（c）几何的点；（d）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。1.2作用于流体的质量力包括：（c）（a）压力；（b）摩擦阻力；（c）重力；（d）表面张力。1.3单位质量力的国际单位是：（d）（a）N；（b）Pa；（c）N/kg；（d）m/s2。1.4与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b）（a）剪应力和压强；（b）剪应力和剪应变率；

22、（c）剪应力和剪应变；（d）剪应力和流速。1.5水的动力黏度随温度的升高：（b）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。1.6流体运动黏度?的国际单位是：（a）（a）m/s；（b）N/m；（c）kg/m；（d）N?s/m。1.7无黏性流体的特征是：（c）（a）黏度是常数；（b）不可压缩；（c）无黏性；（d）符合222p?RT。1.8当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a）（a）1/20000；（b）1/10000；（c）1/4000；（d）1/2000。1.9水的密度为1000kg/m，2L水的质量和重量是多少？解：m?V?1000?0.002?2（kg）3G?mg?2?9

23、.807?19.614（N）答：2L水的质量是2kg，重量是19.614N。1.10体积为0.5m的油料，重量为4410N，试求该油料的密度是多少？解：?3mGg9.807?899.358（kg/m3）VV0.5答：该油料的密度是899.358kg/m3。1.11某液体的动力黏度为0.005Pa?s，其密度为850kg/m，试求其运动黏度。3解：?0.005?5.882?10?6（m2/s）?850答：其运动黏度为5.882?10?6m2/s。1.12有一底面积为60cm40cm的平板，质量为5Kg，沿一与水平面成20角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm，若下滑速度0.84m/s

24、，求油的动力黏度?。解：平板受力如图。沿s轴投影，有：G?sin20?T?0T?U?A?G?sin20?G?sin20?5?9.807?sin20?0.6?10?3?5.0?10?2（kg?）?sU?A0.6?0.4?0.84答：油的动力黏度?5.0?10?2kg?s。1.13为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm；涂料的黏度?=0.02Pa?s，模具的直径为0.9mm，长度为20mm，导线的牵拉速度为50m/s，试求所需牵拉力。U解：?U?0.02?50?1000?20（kN/m2）0.9?0.82T?d?l?0.8?10?3?20?10?3?20?1

25、.01（N）答：所需牵拉力为1.01N。1.14一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转?=16rad/s，锥体与固定壁面间的距离?=1mm，用?=0.1Pa?s的润滑油充满间隙，锥底半径R=0.3m，高H=0.5m。求作用于圆锥体的阻力矩。解：选择坐标如图，在z处半径为r的微元力矩为dM。?dM?dA?r?其中yr?2?rdz?2?r3?cos?r?dzH?HHM?2?R33?3zdz?H?R2?0.1?1632?1?10?3?0.3?39.568（N?m）答：作用于圆锥体的阻力矩为39.568N?m。1.15活塞加压，缸体内液体的压强为0.1Mpa时，体积为1000cm3，压强为10Mpa时，体积

26、为995cm3，试求液体的体积弹性模量。解：?p?10?0.1?10?9.9（Mpa）6?V?995?1000?10?6?5?10?6（m3）?p9.9?106K?1.98?109（pa）?6?6?V?5?10?109答：液体的体积弹性模量K?1.98?10pa。21.16图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为k=4.7510-10m/N的液压油，由手轮丝杠推进活塞加压，已知活塞直径为1cm，丝杠螺距为2mm，加压前油的体积为200mL，为使油压达到20Mpa，手轮要摇多少转？解：K?V?p?10?V?KV?p?4.75?10设手轮摇动圈数为n，则有n?200?10?6?20?106?1.9?10?6（m3）d2?l?V?44?1.9?10?6?4?Vn?12.10圈22?2?3?d?l?1?10?2?10?即要摇动12圈以上。李玉柱流体力学课后题答案第六章第六章孔口、管嘴出流与有压管流6-1在水箱侧壁上有一直径d?50mm的小孔口，如图所示。在水头H的作用下，收缩断面流速为VC?686ms，经过孔口的水.