材料工程基础作业.doc

- 20 -材料工程基础作业 教材：第一次：流体静力学1-4由于视图原因，本题可能有两种解释方法，解法一： 解法二：如图 1-34：解或者可直接写：补充作 业：用复式U型压差计测输水管路中孔板元件前后A,B两点的压差，倒置U型管段上方指示剂为空气，中间U形管段为水，水和空气的密度分别为1000Kg/m3和1.2Kg/m3，在某一流量下测得R1=Z1-Z2=0.32m,R2=Z3-Z4=0.5m。试计算A,B两点的压差。解法一：解法二： 补充作业：如图：复式U形测压计h=0.2m, h1=0.1m, h2=0.12m, h3=0.13m,U形管工作液体为汞（g2=133416N/m3） 被测流体为水（g1=9810N/m2)求：A点的相对压力。解：1-34 ：解1-35解： Z1=Z2=01-38 解：取1-1截面为基准面，列1-12-2截面间的伯努利方程：1-1截面为基准面，列1-13-3截面间的伯努利方程：第二次交：流体动力学1-39 解以A断面的管轴为基准面，A、B点所在的过流断面为截面计算各断面的单位能量 所以，水流由A流向B1-40 解：列水池液面0-0和水泵入口S-S过流断面的伯努利方程：在水池液面处：1-41 解：取2-2截面的中心线为基准面，列11和22过流断面间的伯努利方程：补充二：一压缩空气罐与文丘里式的引射光管相连，d1 ,d2 ,h均为已知，问气罐的压强P0 多大方才能将B池的水抽出。解:选取空气罐为断面0-0，文丘里管的喉部为1-1截面,出口管为2-2过流断面,如图:建立11和22断面间的伯努利方程有: 由连续性方程知: 使水刚好能抽上来压强必须满足: P1 +r水h = 0 (3)列00和22过流断面间的伯努利方程: 代入方程（4）可得: 第四章：流体阻力和能量损失4-8 油在管中以v1ms的速度流动油的密度920kgm3， 管长L3m， d25mm水银压差计测得h9cm，试求(1)油在管中的流态?(2)油的运动粘滞系数?3)若保持相同的平均流速反向运动，压差计的读数有何变化？解：（1）设为层流列管内11与22截面间的伯努利方程： 校验是否为层流：故为层流（2）若倒流，则下端压强大于上端压强，h仍为9cm4-9油的流量Q77cm3s，流过直径d6mm的细管，在L2m长的管段两端接水银压差计，读数h30cm，油的密度900kgm3，求油的和值。解：设为层流，则验证：故为层流4-30（流体力学泵与风机）水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道。已知d1=150mm,d2=75mm,L=50mm,管道的当量粗糙度K=0.6mm,水温为20.若管道的出口流速v2=2m/s，求水位H. 解：补充二：流速由v1变到v2的突然扩大管，如分为两次扩大，中间流速v取何值时局部损失最小？此时水头损失为多少？并与一次扩大时比较解：局部阻力损失为：补充作业五： 用水银比压计量测管中水流，过流断面中点流速u如图。测得A点的比压机读数h=60mm汞柱。求（1）该店的流速u(2)若管中流体是密度为0.8g/cm3的油，h仍不变，该点流速为若干，不计损失。 解：列通过B、A点的过流断面的能量守恒方程：当管中通过水时：当管中通油时：P1201-42解：（1）0： 取11截面为基准面，则：11截面的几何压头22截面的几何压头 33截面的几何压头 （2）11截面能量的总和为：22截面能量的总和为：33截面能量的总和为：（3）三种情况的总能量相等。11截面和22截面相比，由于容器截面不变，则11与22截面的流速相等，所以：动压头不变；22截面的几何压头完全转化为11截面的静压头11截面和33截面相比：动压头不变，11截面的静压头完全转化为33截面的几何压头。图略1-43：条件不全，学生不做。若改成以下题中的条件，可按下答案解答热空气在10m高的垂直等直径的管道中流动，管内充满平均温度为200的热空气，外界空气的平均温度为20,气体运动过程的摩擦阻力为12Pa，试计算：（1） 热空气自下而上运动时，截面22处测得静压为85Pa，11截面静压头为多少？并将两截面间的能量转换关系绘制成图。（2） 热空气自上而下运动时，截面11处测得静压为120Pa，22截面静压头为多少？并将两截面间的能量转换关系绘制成图。（3）解：（1）热空气自下而上运动，选取为基准面， 位置坐标向下为正由二流体伯努利方程（2）热空气自上而下，选取为基准面， 位置坐标向下为正由二流体伯努利（3）转换图略1-44 解：（1）20水的运动粘度管内水的流态为湍流。（2）当输送润滑油时管内油的流态为层流1-47解： 注：管段3的沿程阻力损失忽略(2)列11截面与管嘴出口的伯努利方程，取管中心为基准面：则Z1=H Z2=0 P1=0 P2=0 v101-50：如图1-14，离心泵安装高出井内水面5.5m处，送水量20m3/h。汲水管道直径60mm*3.5mm，管道总压头损失0.25m水柱（包括入口损失）。求：汲水管顶端与泵入口相连处的真空度。解：汲水管内径：d=60-2*3.5=53mm取井内水面为1-1截面，汲水管顶端与泵入口相连处为2-2截面，列伯努利方程 z1=0，z2=5.5m，v1=0，P1=0， P2=-59.5KPa(或者P2=6.074m水柱)P121 1-52 解：1in=2.54cm列11与22面间的伯努利方程：按照常温水考虑流态均为湍流采用试算法求1、2或用查图的方法确定。设水管用的是新铸铁管，=0.3根据Re和相对粗糙度/d查图1-38可得：1=0.03，2=0.035代入1-53 如图1-17所示，20的空气从图所示的焊接管中流过，流量是5335m3/h，总风管直径为435mm，支风管直径为250mm。试求在风机出口截面与管道出口截面之间的压头损失。解：画出管路的模拟图管路的总作用水头是用来克服管路的总阻力损失的，即 20空气：均为湍流根据Re和相对粗糙度/d查图1-38可得：1=0.019 2=0.022查P280 标准三通=1 900弯头有两个，每个=0.75=10.191-54图1-18所示，水池A、B、C水面距水平基准面的垂直高度分别为60m、45m、55m。连接各水池的管道的直径分别为400mm、240mm、320mm，长度分别为600m、912m、1120m。求：流量qva、qvb、qvc以及在J处的压头。解：对aa、bb面列伯努利方程对aa、cc列伯努利方程Pa=Pb=Pc=0未完补充：影响对流换热的函数式为,利用定理或因次分析法求解对流换热的准数方程式。解：由影响对流换热的函数式可知：变量总数为8个，取L、v、为基本量，为4个，所以应有8-4=4个无因次量纲由定理知，影响对流换热的函数式可表示为列出上式各物理量的因次：由定理可知：剩余的每一个变量是基本量纲的函数（1）以对流换热系数h和基本量纲组成1函数，即：对M:1=c+d d=0对L:0=a+b+c-d b=-1对T:-3=-a-3c-d a=0对：-1=-c c=1代入（1）式中（2）以定压比热Cp和基本量纲组成2函数，即：对M:0=c+d d=-1对L:2=a+b+c-d b=0对T:-2=-a-3c-d a=0对：-1=-c c=1代入（2）式中（3）以密度和基本量纲组成3函数，即对M: 1=c+d d = 1对L:-3=a+b+c-d b =-1对T: 0=-a-3c-d a =-1对：0=-c c = 0代入（3）式中（4）以单位质量的浮升力和基本量纲组成4函数，即对M: 0 = c+d d = 0对L: 1 =a+b+c-d b =-1对T: -2 =-a-3c-d a =2对：0=-c c = 0代入（4）式中此部分解得4个无因次量纲的具体表达式，计算正确（5）所以影响对流换热的函数式为：（可不解，因涉及到传热学的知识） 补充：为了研究某流动过程的摩擦阻力损失，在实验室构造一个模型试验，其尺寸是生产设备的1/10。已知生产设备中的操作流体为1.013105Pa，373k的空气，其流速为3m/s，现拟用295K的空气做模型试验，试求模型试验的空气流速为多少？解