流体力学的_刘鹤年第3版_答案及解析_李忠芳

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.wd.流体力学第3版全章节答案 刘鹤年第一章选择题单项选择题1.1 按连续介质的概念,流体质点是指:da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:ca压力;b摩擦阻力;c重力;d外表张力。1.3 单位质量力的国际单位是:daN;bPa;c;d。1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是:ba剪应力和压强;b剪应力和剪应变率;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:ba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:aa;b;c;d。1.7 无黏性流体的特征是:ca黏度是常数;b不可压缩;c无黏性;d符合。1.8 当水的压强增加1个大气压时,水的密度增大约为:aa1/20000;b1/10000;c1/4000;d1/2000。1.9 水的密度为1000,2L水的质量和重量是多少解:kgN答:2L水的质量是2kg,重量是19.614N。1.10 体积为0.5的油料,重量为4410N,试求该油料的密度是多少解:kg/m3答:该油料的密度是899.358kg/m3。1.11 某液体的动力黏度为0.005,其密度为850,试求其运动黏度。解:m2/s答:其运动黏度为m2/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,假设下滑速度0.84,求油的动力黏度。解:平板受力如图。沿轴投影,有:答:油的动力黏度。1.13 为了进展绝缘处理,将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。导线直径为0.8mm;涂料的黏度=0.02,模具的直径为0.9mm,长度为20mm,导线的牵拉速度为50,试求所需牵拉力。解:kN/m2N答:所需牵拉力为N。1.14 一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转=16,锥体与固定壁面间的距离=1mm,用=0.1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,在处半径为的微元力矩为。其中答:作用于圆锥体的阻力矩为。1.15 活塞加压,缸体内液体的压强为0.1Mpa时,体积为1000,压强为10Mpa时,体积为995,试求液体的体积弹性模量。解:Mpam3pa答:液体的体积弹性模量pa。1.16 图示为压力表校正器,器内充满压缩系数为=4.7510-10的液压油,由手轮丝杠推进活塞加压,活塞直径为1cm,丝杠螺距为2mm,加压前油的体积为200mL,为使油压到达20Mpa,手轮要摇多少转解:m3设手轮摇动圈数为,则有圈即要摇动12圈以上。答:手轮要摇12转以上。1.17 图示为一水暖系统,为了防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一膨胀水箱。假设系统内水的总体积为8,加温前后温差为50,在其温度范围内水的膨胀系数=0.00051/。求膨胀水箱的最小容积。解:m3答:膨胀水箱的最小容积m3。1.18 钢贮罐内装满10的水,密封加热到75,在加热增压的温度和压强范围内,水的热膨胀系数=4.110-4/,体积弹性模量=2109,罐体稳固,假设容积不变,试估算加热后罐壁承受的压强。解:自由膨胀下有:又Mpa加热后,钢罐内的压强为Mpa。设表压强。答:加热后罐壁承受的压强是Mpa。1.19 汽车上路时,轮胎内空气的温度为20,绝对压强为395kPa,行驶后轮胎内空气的的温度上升到50,试求这时的压强。解:设满足理想气体方程,则有:假设,可解得kPa答:这时的压强为kPa。第二章习题答案选择题单项选择题2.1 静止流体中存在:aa压应力;b压应力和拉应力;c压应力和剪应力;d压应力、拉应力和剪应力。2.2 相对压强的起算基准是:ca绝对真空;b1个标准大气压;c当地大气压;d液面压强。2.3 金属压力表的读值是:ba绝对压强;b相对压强;c绝对压强加当地大气压;d相对压强加当地大气压。2.4 某点的真空度为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为:ca65000Pa;b55000Pa;c35000Pa;d165000Pa。2.5 绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是:c(a) =+;b=+;c=-;d=+。2.6 在密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上,其压强关系为:ca;b=;c;d0的流线。解: 或 为线性方程答:流线方程为。3.11平面流动的速度场为=,=,其中为常数。试求流线方程并画出假设干条流线。解: 为圆心在的圆族。答:流线方程为,为圆心在的圆族。3.12平面流动的速度场为=。求=1时的流线方程,并画出14区间穿过轴的4条流线图形。解:当秒时,过的流线为:过的流线为:过的流线为:过的流线为:答:=1时的流线方程为。3.13不可压缩流体,下面的运动能否出现是否满足连续性条件1=2;=2=; =3=;=;=解:1不能出现。2能出现。3不能出现。3.14不可压缩流体平面流动,在方向的速度分量为=-2+2。试求速度在方向的分量。解:答:速度在方向的分量。3.15在送风道的壁上有一面积为0.4的风口,试求风口出流的平均速度。解: 其中:m3/s,m3/sm3/sm/s答:风口出流的平均速度m/s。3.16求两平行平板间,流体的单宽流量,速度分布为=。式中=0为中心线,=为平板所在位置,为常数。单宽,宽度为1.0米解:单宽流量为:答:两平行平板间,流体的单宽流量为。3.17以下两个流动,哪个有旋哪个无旋哪个有角变形哪个无角变形1=,=;=02=,=,=0式中、是常数。解:1有旋。无角变形。2无旋不包括奇点。存在角变形运动。3.18有旋流动的速度场=2+3,=2+3,=2+3。试求旋转角速度和角变形速度。解:答:旋转角速度,角变形速度。第四章习题答案选择题单项选择题4.1等直径水管,A-A为过流断面,B-B为水平面,1、2、3、4为面上各点,各点的流动参数有以下关系:c(a) =;b=;c+=+;d+=+。4.2伯努利方程中+表示:aa单位重量流体具有的机械能;b单位质量流体具有的机械能;c单位体积流体具有的机械能;d通过过流断面流体的总机械能。4.3水平放置的渐扩管,如忽略水头损失,断面形心点的压强,有以下关系:ca;b=;c(1+)d/综合解:由伯努利方程得由连续性方程得 v1和d1一定。【7.26】水箱中的水经管道出流,管道直径为25mm,长度为6m,水位H=13m,沿程摩阻系数为=0.02,试求流量及管壁切应力。3.12L/s;101.12N/m2 管壁切应力解:由伯努利方程得流量:【7.28】两水池水位恒定,管道直径d=10cm,管长l=20m,沿程摩阻系数=0.042,局部损失系数弯=0.8,阀=0.26,通过流量Q=65L/s,试求水池水面高差H。综合解:由伯努利方程得【7.29】水池中的水经弯管流入大气中。管道直径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,管道入口及转弯局部阻力不计。试求:为使AB段末端B处的真空高度不超过7m,阀门的局部水头损失系数最小应是多少此时的流量是多少?综合解 列伯努利方程第八章习题答案选择题单项选择题8.1对比在正常工作条件下,作用水头,直径相等时,小孔口的流量和圆柱形外管嘴的流量:ba;b9m;b=34,34,9m;d34,9m。8.3图示两根完全一样的长管道,只是安装高度不同,两管的流量关系是:ca;c=;d不定。8.4并联管道1、2,两管的直径一样,沿程阻力系数一样,长度=3,通过的流量为:ca=;b=1.5;c=1.73;d=3。8.5并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是:da=+;b=+;c=+;d=。8.6长管并联管道各并联管段的:ca水头损失相等;b水里坡度相等;c总能量损失相等;d通过的流量相等。8.7并联管道阀门为全开时各段流量为、,现关小阀门,其他条件不变,流量的变化为:c(a) 、都减小;b减小,不变,减小;c减小,增加,减小;d不变,增加,减小。8.8有一薄壁圆形孔口,直径为10mm,水头为2m。现测得射流收缩断面的直径为8mm,在32.8s时间内,经孔口流出的水量为0.01,试求孔口的收缩系数,流量系数,流速系数及孔口局部损失系数。解: 答:孔口的收缩系数,流量系数,流速系数,孔口局部损失系数。8.9薄壁孔口出流,直径=2cm,水箱水位恒定=2m,试求:1孔口流量;2此孔口外接圆柱形管嘴的流量;3管嘴收缩断面的真空高度。解: l/sl/s以收缩断面c-c到出口断面n-n列伯努利方程:m答:1孔口流量L/s;2此孔口外接圆柱形管嘴的流量L/s;3管嘴收缩断面的真空高度为m。8.10水箱用隔板分为、两室,隔板上开一孔口,其直径=4cm,在室底部装有圆柱形外管嘴,其直径=3cm。=3m,=0.5m,试求:1,;2流出水箱的流量。解: 要保持不变,则补充水量应与流出水量保持相等,即孔口出流量、管嘴出口流量均为。可解得:mml/s答:1m,m;2流出水箱的流量L/s。8.11有一平底空船,其船底面积为8,船舷高为0.5m,船自重为9.8kN,现船底破一直径10cm的圆孔,水自圆孔漏入船中,试问经过多少时间后船将漂浮。解: 设船底到水面的水深为,船中水深为,下沉过程是平稳的,则有:从孔口流入的流量为,为常数。 当船漂浮时:s答:经过s后船将漂浮。8.12游泳池长25m,宽10m,水深1.5m,池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟,试求放净池水所需的时间。解: 设池内水深为时,为水流量为h设水池中的水量为,则水量减少量为答:放净池水所需的时间为h。8.13油槽车的油槽长度为,直径为,油槽底部设有卸油孔,孔口面积为,流量系数为,试求该车充满油后所需卸空时间。解:设当油箱中漏深为时,瞬时泄油量为。其中 ,; 当时,当 当时其中积分可得:答:该车充满油后所需卸空时间为。8.14虹吸管将池中的水输入池,长度=3m,=5m,直径=75mm,两池水面高差=2m,最大超高=1.8m,沿程摩阻系数=0.02,局部损失系数:进口=0.5,转弯=0.2,出口=1,试求流量及管道最大超高断面的真空度。解: 以下游水面为基准面,从上池水面到下池水面列伯努利方程:m/sL/s从C过流断面到下池水面列伯努利方程:取m答:流量L/s,管道最大超高断面的真空度为m。8.15风开工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成,管道总长=100mm,直径=75mm,沿程摩阻系数=0.045,各项局部水头损失系数之和=4.4,压缩空气密度=7.86,风开工具要求风压650kPa,风量0.088,试求贮气筒的工作压强。解: 从贮气筒到风开工具入口列伯努利方程,忽略高差,则有:kPa答:贮气筒的工作压强为kPa。8.16水从密闭容器,沿直径=25mm,长=10m的管道流入容器,容器水面的相对压强=2at,水面高=1m,=5m,沿程摩阻系数=0.025,局部损失系数:阀门=4.0,弯头=0.3,试求流量。解: 以地面为基准面,从池面到池面列伯努利方程:取;,则有m/sl/s答:流量l/s。8.17水车由一直径=150mm,长=80m的管道供水,该管道中有两个闸阀和4个90弯头=0.03,闸阀全开=0.12,弯头=0.48。水车的有效容积为25,水塔具有水头=18m,试求水车充满水所需的最短时间。解: 以管出水口为基准面,列伯努利方程:m/sl/ssmin答:水车充满水所需的最短时间为min。8.18自密闭容器经两段串联管道输水,压力表读值=1at,水头=2m,管长=10m,=20m,直径=100mm,=200mm, 沿程摩阻系数=0.03,试求流量并绘总水头线和测压管水头线。解: 以管中心线为基准面,沉着器水面到出口断面列伯努利方程:,可求得:m/sm/sL/smm答:流量L/s,总水头线和测压管水头线见上图。8.19水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中,管道直径=25mm,管长=3m,水深=0.5m,流量=1.5L/s,沿程摩阻系数=0.033,局部损失系数:阀门=9.3,入口=1,试求密闭容器上压力表读值,并绘总水头线和测压管水头线。解: 以下池水面为基准面,列伯努利方程:kPam/sxH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63l3.977 / 3.53.5 / 3.5l+h3.53.5阀4.444.44答:密闭容器上压力表读值kPa,总水头线和测压管水头线见上图。8.20工厂供水系统,由水塔向、三处供水,管道均为铸铁管,流量=10,=5,=10,各段管长=350m,=450m,=100m,各段直径=200mm,=150mm,=100mm,整个场地水平,试求所需水头。解: 以水平面为基准面,从水塔水面到断面出口列伯努利方程:其中:,取,查表7-3可得:;l/s;l/s;l/s代入可得:m答:所需水头为m。8.21在长为2,直径为的管道上,并联一根直径一样,长为的支管图中虚线,假设水头不变,不计局部损失,试求并联支管前后的流量比。解: 并联前,设管道的比阻为,则有:,并联后,总流为,两支路的流量为答:并联支管前后的流量比为。8.22有一泵循环管道,各支管阀门全开时,支管流量分别为、,假设将阀门开度变小,其他条件不变,试论证主管流量若何变化,支管流量、若何变化。解: 设主管阻抗为,支管阻抗为,。主管损失为,支管损失为。水泵扬程 对离心泵,一般有,成立。即减小,而增加,减小,故增加。又,当增加时,不变,故增加减少答:主管流量减小,支管流量减少、增加。8.23电厂引水钢管直径=180mm,壁厚=10mm,流速=2,工作压强为1106Pa,当阀门突然关闭时,管壁中的应力比原来增加多少倍解: 其中 m/s其中Pa;Pa;mm;mmmkPa管中压强增大的倍数为倍。答:管壁中的应力比原来增加倍。8.24输水钢管直径=100mm,壁厚=7mm,流速=1.2,试求阀门突然关闭时的水击压强,又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化解: 对钢管:m/s对铸铁:m/smmPaPa答:阀门突然关闭时的水击压强为Pa,该管道改为铸铁管水击压强为Pa。8.25水箱中的水由立管及水平支管流入大气,水箱水深=1m,各管段长=5m,直径=25mm,沿程摩阻系数=0.0237,除阀门阻力局部水头损失系数外,其他局部阻力不计,试求:1阀门关闭时,立管和水平支管的流量、;2阀门全开=0时,流量、;3使=,应为多少解:1阀门关闭。m/sL/s2阀门全开。设结点处压强为,以水平管为基准面,则有:;可得:其中再从水池面到出口列能量方程:可得:解得:故 ,不合题意。代入方程中可得:L/s,L/s,L/s3设置阀门开度,使时,阀门阻力系数为。则有 及 , /可得:L/sl/s答:1阀门关闭时,立管和水平支管的流量、L/s;2阀门全开=0时,流量L/s、L/s;3使=,应为。8.26离心泵装置系统,该泵的性能曲线见图7-49,静扬程几何给水高度=19m,管道总阻抗=76000,试求:水泵的流量、扬程、效率、轴功率。解: 装置扬程为 在图上作曲线,列表如下:确定工作点为:流量L/s扬程m效率轴功率kW8.27由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去,流量=70,管路总长包括吸、压水管为1500m,管径为=250mm,沿程摩阻系数=0.025,水池水面距水塔水面的高差=20m,试求水泵的扬程及电机功率水泵的效率=55%。解: 水泵扬程 mkW答:水泵的扬程为m,电机功率为kW。第九章习题答案选择题单项选择题9.1明渠均匀流只能出现在:ba平坡棱柱形渠道;b顺坡棱柱形渠道;c逆坡棱柱形渠道;d天然河道中。9.2水力最优断面是:ca造价最低的渠道断面;b壁面粗糙系数最小的断面;c过水断面积一点,湿周最小的断面;d过水断面积一定,水力半径最小的断面。9.3水力最优矩形渠道断面,宽深比是:ca0.5;b1.0;c2.0;d4.0。9.4平坡和逆坡渠道中,断面单位能量沿程的变化:ba0;b1;b;c;d1;b;c;d0。9.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生:aa水跃;b水跌;c连续过渡;d都可能。9.8在流量一定,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时,随底坡的增大,正常水深将: a增大;b减小;c不变;d不定。9.9在流量一定,渠道断面的形状、尺寸一定时,随底坡的增大,临界水深将:ba增大;b减小;c不变;d不定。9.10宽浅的矩形断面渠道,随流量的增大,临界底坡将:b(a) 增大;b减小;c不变;d不定。9.11明渠水流如图8-49所示,试求1、2断面间渠道底坡,水面坡度,水力坡度。解: 答:1、2断面间渠道底坡,水面坡度,水力坡度。9.12梯形断面土渠,底宽=3m,边坡系数=2,水深=1.2m,底坡=0.0002,渠道受到中等养护,试求通过流量。解: m2mm,取见教材153页表6-4m3/s答:通过流量m3/s。9.13修建混凝土砌面较粗糙的矩形渠道,要求通过流量=9.7,底坡=0.001,试按水力最优断面设计断面尺寸。解: 对矩形断面,水力最优断面满足。,取,m,m答:断面尺寸为m,m。9.14修建梯形断面渠道,要求通过流量=1,边坡系数=1.0,底坡=0.0022,粗糙系数=0.03,试按不冲允许流速=0.8,设计断面尺寸。解: ,m2又,即有 即有 解得:,m,m答:断面尺寸为m,m。9.15一钢筋混凝土圆形排水管道,污水流量=0.2,底坡=0.005,粗糙系数=0.014,试确定此管道的直径。解: 取充满度为,则,。m故应取,则由表8-4查得,m故取mm答:管道的直径mm。9.16钢筋混凝土圆形排水管,直径=1.0m,粗糙系数=0.014,底坡=0.002,试校核此无压管道的过流量。解: 满流时的过流量为:m3/s对管径为m的输水管,取由图8-16查得:,m3/s解法2:取,则;m3/s答:无压管道的过流量m3/s。9.17三角形断面渠道,顶角为90,通过流量=0.8,试求临界水深。解: 临界水深满足 其中 ,取m答:临界水深m。9.18有一梯形土渠,底宽=12m,边坡系数=1.5,粗糙系数=0.025,通过流量=18,试求临界水深和临界底坡。解: 用试算法求解。m临界底坡满足:其中:m2mm答:临界水深m,临界底坡。9.19在矩形断面平坡渠道中发生水跃,跃前断面的=,问跃后水深是跃前水深的几倍解: 答:跃后水深是跃前水深的倍。9.20试分析以下棱柱形渠道中水面曲线衔接的可能形式解:9.21有棱柱形渠道,各渠段足够长,其中底坡0,闸门的开度小于临界水深,试绘出水面曲线示意图,并标出曲线的类型。解:9.22有矩形断面长渠道向低处排水,末端为跌坎,渠道底宽=1m,底坡=0.0004,正常水深=0.5m,粗糙系数=0.014,试求:1渠道末端出口断面的水深;2绘渠道中水面曲线示意图。解:1确定临界水深。mm3/sm2计算水面曲线0.50.40.30.2020.5660.7080.9431.4010.250.2220.1880.14456.6955.5854.0651.710.5160.4260.3450.3020.2360.2050.16656.1454.8252.890.6370.8261.1720.5461.1072.9586.696.283.893渠道水面曲线示意图:答:1渠道末端出口断面的水深为0.202m;2渠道中水面曲线示意图见上图。9.23矩形断面长渠道,底宽=2m,底坡=0.001,粗糙系数=0.014,通过流量=3.0,渠尾设有溢流堰,堰前水深为1.5m,要
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