【精品】材料工程基础作业

精品精品 材料工程基础作业材料工程基础作业 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 解法一12345PPPPP 由图中等压面知2320232HPPghPP 34521PPPPP 解法二 如图345PPP 由图中等压面知2mPP 2320232HPPghPP 210321 mHmPPghPPP 34521PPPPP 1 34解2222210122313440010010 890 560 380 43 0 7620 43 0 560 8 90 380 43 0 7620 43 0 560 43 0 890 7620 43 0 381AHHgHgB HABHgHHgHHgHPPgPPgPPgPPgPPgPPgggggggg 36009 8 0 9910009 80 5588739 80 38 131947 25468 43251 052 123 227 748123 23PaKPa 或者可直接写22222212212210 890 560 380 43 0 7620 43 0 890 560 380 43 0 7620 43 0 560 43 0 890 7620 43 0 38136000 980 9998000 558 AH OH OBABH OH OH OPgggggPPPgggggggg 8739 80 38 123227 748123 2 3PaKPa 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 解法一222222222112323441123234413241234121212 1AH OH OHOBABHOH OH OHOHOH OPgzgzzg zzg zzgzPPPgzg zzgzzg zzgzgzzzzg zzzzgRRg RRRRg 空气空气空气空气空气空气空气22120001 2 0 320 5 9 8 8045 640 98008036H OABHOPaPPg RRPa 空气空气或 0 32 0 5 解法二22211121 22332343444 AH OHOBH OPPgzPPgzzPPg zzPPgzzPPgz 空气空气22222222211232344 1123234413241234121212 1AH OHOBH OABHOHOHOHOHOH OPgzgzzgzzgzzPgzPPgzg zzgzzg zzgzgzzzzg zzzzgRRg RRRRg 空气空气空气空气空气空气空气22120001 2 0 320 5 9 8 8045 640 98008036H OABHOPaPPg RRPa 空气空气或 0 32 0 5 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 2 133416N m3 被测流体为水 1 9810N m2 求A点的相 对压力 解121h22h23h133416 0 10 120 13 98100 2 46695 6196244733 6 AaPPhPa 1 34解2120 899800 0 560 380 43 0 7620 43 9800 ABPgggP 212210 899800 0 560 380 43 0 7620 43 9800 98 00 0 890 7620 43 0 560 43 0 3898000 558136009 80 998739 80 38 5468 4131947 23251 052 123 228BAPPgggggKPa 1 35解2211221222fpvpvzzhgggg Z1 Z2 022222111221275 3 2 0 45 200dv dv dvvm sd 210 40 4 136001000 9 80 4 49392HgH OPggPa 2222222493923 2 0 45 0 8980029 83 2 980029 80 45493920 80 525 040 8 4 769800P29 8Pa980046648ppm 222222246648 0 38380 136001000 9 8HgH OHgHOPgRgRP Rmmmg 1 38解取1 1截面为基准面 列1 1 2 2截面间的伯努利方程211221222ggg 2222222000 20222fpvpvz zhgpvggpvgg 1 1截面为基准面 列1 1 3 3截面间的伯努利方程223311132323322200 0400248 85 21000 8 850 7850 15 156 fpvpvzzhggggvgvvm sgm Kg s 22222426269 81000 58 5pvmggPKPa 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20 41 2 3 072 0 25BBAAv Avm sA 23278 5103 072 08 492980029 8AAAAP vEZmg 2 3240 5101 2 14 212980029 8BBBBP vEZmg ABEE 所以 水流由A流向B228 494 214 2822AABBfABPvPvhZZmgg 1 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2200022SSSfpvpvzzhgggg 在 水池液面处00000SAAvP 02xx 226678081 699 019800m29 85 66gSSSfHzzpvpvhgggg 1 41解取2 2截面的中心线为基准面 列1 1和2 2过流断面间的伯努利方程2211 221222ifpvpvzHzhgggg 2220 450 708 0 94Qvm sA 222110 90 708 1 593 0 6v AvmsA 2221212121222 0 1422234 32147 1 0 7081 593 1 593 20 14980029 80 018129 820 0115 0 10391 889ippvvvHz zggggg 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1 1和2 2断面间的伯努利方程有 12221221 0 0 1 22fzz PhPvvgg 由连续性方程知 22221211 2 v AdvvAd 使水刚好能抽上来压强必须满足 P1 r水h 0 3 222142222221 4 2vvhggvdhgd 水水列0 0和2 2过流断 面间的伯努利方程 0202220 0 0 02fzz vPhPvg 代入方程 4 可得 4202042211dh Pdh Pdd 水水第四章流体阻力和能量损失4 8油在管中以v 1m s的速度流动 油的密度 920kg m3 管长L 3m d 25mm水银压差计测得h 9cm 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1 1与2 2截面间的伯努利方程1212fP P z zh 12fP P Lh 212 1 2fPPL vhLdg 12 HgPLmhPmh 1212 HgHgPPh LPPhL 代入 1 式得2224232 23231920 0 09 13600920 9 80 0250 7910 HgL vdgLvdhms校验是否为层流410 025 Re31623000 7910vd 2 若倒流 则下端压强大于上端压强 h仍为9cm4 9油的流量Q 77cm3 s 流过直径d 6mm的细管 在L 2m长的管段 两端接水银压差计 读3 求油的 和 值 数h 30cm 油的密度 900kg m解277 2 72 0 785 0 6 Qvm sA 12fPPh 2 2 HgLdvhg设为层流 则64Re 226 232 3222 72900 0 3 13600900 9 8 0 0068 610 HgLvdhgms验 证60 720 006 Re189723008 610vd 已知d1 150mm d2 75mm L 50mm 管道的当量粗糙度K 0 6mm 水温为2 0 若管道的出口流速v2 2m s 求水位H 解取管道中心为基准面 水面P212212100 220fmvvHhhggAAv 12 出口P列水 箱水面与管道出口的伯努利方程212212121221222222fml vlvhdgdgvvhgg 入口忽然收缩2221211116222675 20 5 1500 50 15 Re744791 0071020 075 Re1489571 00710dvvm sdv d v d 112212220 6 0 0041500 60 008750 030 037500 55020 030 0370 1520 07520 12755 035 16fKdKdhggm 由莫迪图可查得 2221212222220 5750 510 510 3751500 520 50 3750 50 50 0862222 0 25 16 0 0865 442mfmAAvvhggggvHhhmg 入口忽然收缩补充二流速由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22122122221212 220 22 201 2 mmvvvvhggdhdvvv vvvvvvdgdvvvv 当时局部阻力损失最小时局部阻 力最小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2B2A2B2202BAAABpvpvgg vvppg ABPPh 1 由等压面m m可知当管中通过水时1133 49 807 12 69 807hhh 212 6g29 80712 60 06 3 85 Bvhm s 当管中通油时1133 40 89 807 160 89 807hhh 216g29 807160 06 4 31 vhm s P1201 42解 1 0 301 293 kg Nm 030273273 xx 2930 746 273273200Ckg mt 时取1 1截面为基准面 则1 1截面的几何压头10gh 2 2截面的几何压头22 0 49 8 1 293 0 746 2 14gahH gPa 3 3截面的几何压头33 1 69 8 1 2930 746 8 58ga hH gPa 2 1 1截面能量的总和为11111 gkskshhhhhPa 2 2截面能量 的总和为222122 14 gkskshhhhhPa 3 3截面能量的总和为3331 8 58 gkskhhhhPa 3 三种情况的总能量相等 1 1截面和2 2截面相比 由于容器截面不变 则1 1与2 2截面的流 速相等 所以动压头不变12kkhh 2 2截面的几何压头完全转化为1 1截面的静压头1 1截面和3 3截面相比动压头不变 1 1截面的静压 头完全转化为3 3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2 2处测得静压为85Pa 1 1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1 1处测得静压为120Pa 2 2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222111 21gskgsklhhhhhhh 1212 21 320 0 85 0 12 1 293 gskklgamhha h hhahgzkgm 由题知30030012 21 273 1 2931 205 202732731 2930 746 xx73 1 2050 746 109 88512 118 0 a mmmsamslTkgmTTkgmThgzhha 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1112gskghhhh 3 转换图略1 44解 1 20 水的运动粘度6231 00610 998 2 mskg m 324410 0 51 0 1Qvm sA 560 10 51 Re5 071040001 00610dv dv 管内水的流态为湍流 2 当输送润滑油时40 10 51 Re115423000 44210dv dv 管内油的流态为层流1 47解22 12 1112 12 221 12 0 120 0 12 1xx 1 205 0 746 109 8 63 02sklgskklgamsslamhhhhha h hhahgzhhhgza 由题知 3121322233 2341510 1 91 0 141510 3 40 0 7541510 7 64 0 05Qvm sAQvm sAQvm sA 注管段3的沿程阻力损失忽略22222311 22121212312222222 22222251 91 103 4 1 91 3 4 7 64 0 0370 0390 50 10 129 80 0931 2680 0750 298 29 829 829 82 9 81 7223 067 6 45flmhhhvl vlvvvdgdggggmH 0 15 2 0 管嘴O 2 列1 1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 0P1 0P2 0v1 0 23100002fvzhg 22327 64 6 459 4322 9 8fvHhmH Og 1 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2122121222fpvp vzzhgg z1 0 z 2 5 5m v1 0 P1 0420 3600QvA 222 52 0 053ms 0 25f hm 水柱 222 52 000 5 50 2510009 829 8p P2 59 5KPa 或者P2 6 074m水柱 P1211 52解1in 2 54cm1242 54 10 1622 54 5 08dcmdcm 1122121248 3600 40 274 0 101642 0 274 1 096 2Qinvm sAdinvvmsd 管内管内列1 1与2 2面间的伯努利方程21221 21222fpvp vzzhgg 1211222 1 2 222 1 2 5 m z15 0 0500152102llzHm PvvP HhgvP Hhg 水塔水面 1 21222122121212121xx 32 42 2222900 750 17flvlv vvhdgdggg 标准弯头闸阀全开按照 常温水考虑41116422260 2740 1016 Re2 7671040001 006101 0960 0508Re5 531040001 00610v dvd 流态均为湍流111112221112 512lg3 7Re12 512lg3 7Redd 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 333120 310 0 310 0 0030 006d0 1016d0 0508 根据Re和相对粗糙度 d查图1 38可得 1 0 03 2 0 03522223100 274221 096 0 2741 096 0 03 0 035 30 7520 17 40 7520 17 0 101620 05082220 350 930 00990 21 49 fhggggm 代入222 1 2 21020 05080 25101325 101 4914 13m29800lvP Hhgg 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2HSQ 212323223211S S11S1 114SS S 4SSSSSS 1211212122424128 8 ldldSSd gdg 112145335 3600 9 98 0 435QvmsA 2212 12214350 59 98 15 10 2250dvvm sd 20 空气6215 0610 ms 511169 980 435 Re2 88 1015 0610vd 1S2S3SH5222615 10 25 Re2 511015 0610vd 均为湍流 33120 310 0 310 0 00070 0012d0 435d0 25 根据Re和相对粗糙度 d查图1 38可得 1 0 019 2 0 0220弯头有两个 每个 0 75查P280标准 三通 190111112424122222424232250 435 208 80 019 20 75 1 8 5040 43528 8 0 022 0 25 45 700 2545 70ldSd ggldSdggSS 45 7 8 5044S 10 1922533510 19 22 38m3600HSQ 水柱1 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a a b b面列伯努利方程2a2b f ab22ababpvpvzzhgg 对a a c c列伯努利方程2a2c f ac22acacpvpvzzhgg Pa Pb Pc 02a2b2a2b f ab f ab604515222vvvvhhggg 2a2c2a2c f ac f ac60555222vvvvhhggg 2HSQ aSbScS H 2avavaHS q vavbvcqqq 11 vbvcvbvcqqSS 2424224242242426000 4 8 8 4687500 42400 9128 83043 20 91211200 328 826702880 32 aaaaavaabbbbbvbbcvldSd gggldSd gggldSdggg 未完补充影响对流换热的 函数式为 f hv l 0PCgt 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1234 0f 列出上式各物理量的因次 ph wm CMTvm sLTlmLw mkLMTPa sLMTCj kgCLTkg mMLgTN kgLT 2031131110221332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 1a bcdhv l 1 LacdbMTLTLMTL MT 31131111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hv lhl 011011 2 以定压比热Cp和基本量纲组成