流体力学泵与风机 课后习题讲解.ppt

1.流体力学泵和风扇-问题集，1-1。底部面积为45x50cm2，高度为1cm，质量为5kg的木块，以恒定速度沿涂有润滑油的斜坡向下移动，木块移动速度u=1m/s，油层厚度为1cm，倾斜角为22.620(见图)，以确定油的粘度。解决方案：当木块的重量沿着斜坡分力f和剪切力t平衡时，木块以恒定的速度滑动。1-2:液体中的速度沿y方向的分布如图所示。试着根据牛顿内摩擦定律定性地画出沿y方向的剪应力分布图。1-3。试着画出封闭容器侧壁上的相对压力分布，并指出尺寸(设置液位相对压力)。1-4:如图所示，上层是空气，中层是石油，下层是甘油。试着找出：当压力测量管中甘油的表面高度为。溶液：将甘油密度设为1-1，将油密度设为等压表面，则有1-5。如图所示，在某处设置安全门，门宽b=0.6m，高h1=1m，铰链装置距离h2=0.4m，门可以绕a点旋转，并能发现门自动打开的水深h。解决方法：那时，闸门的自动开启将被替换为上述不等式，1-6将在图中的圆柱面上画出压力体积并指示方向。1-7装有水的敞口容器正以3.6m/s2的加速度沿着与水平面成30夹角的斜面向上移动。试着找出容器中水面的倾斜角度。由液体平衡微分方程将上述关系代入平衡微分方程，我们可以得到：液面上的大气压力，1-8。如图所示，当U形管静止时，其盛水水面距离喷嘴为H，当U形管以等角速度绕OZ轴旋转时，我们可以找到最大角速度max，以防止液体溢出喷嘴。解决方案：从液体质量守恒可知，管道液体的上升高度和下降高度应该相等，两者的液位应该在同一个等压面上，满足等压面方程：液体不溢出，要求分别代入等压面方程，得到：运算解，1-10。锥体绕其垂直中心轴以相同的速度旋转，锥体与固定壁之间的距离为=1 mm，所有锥体都充满润滑油，=0.1 pas，当旋转角速度=16s-1，锥体底部半径r=0.3m，高度h=0.5m时，得到解：取微量元素体，微量元素面积：剪应力：阻力：阻力矩：操作解，2-29。如图所示，上部油深h=1m，下部水深h1=2m，计算单位宽度静压及其作用点。解决方案：作用点：合力，3-1:一级直径的虹吸管：(1)总水头线和测量管水头线通过实际水流时将由试验结果确定；(2)在地图上标出可能的负压区；(3)在图纸上标记真空值最大的部分。(1)总压头线和测压管压头线(2)可以都是负压区域(3)截面A-A具有最大真空值，以及(3-21)当实际水流通过所示管道时，总压头线和测压管压头线被定性地绘制。2)在图纸上标出可能的负压区域；3)在图纸上标记真空值最大的部分。3-3:为了使下喷嘴的出口流量不随时间变化，在上瓶塞中插入一根通气管，试图分析恒定流量的原理和规律。调整：水面不低于通气管的下端，即水面高度不低于A，且流速不变。原理：当流出时，水面下降，但排气管下端的压力保持在大气压，即穿过排气管的水平面保持在零压力面，因此流速是恒定的，因为它不变。3-4:烟囱直径d=1.2两个出口的中心线重合，液位分别为h1和h2，h1=1.6m。两个出口的直径分别为D1=25 mm和D2=50 mm。当油的相对密度为0.85时，不引起漏油的高度h2(不包括平板的重量)是多少？解决方法：建立水箱液位和喷嘴之间的能量方程。根据问题的含义，水射流的速度以图示射流的边界为控制体。根据动量原理，平板对射流的作用力就是射流对平板的作用力P1。此外，平板另一侧静油的总压力是P2。为了保持平板对油箱短管的密封效果，平板必须在水平方向保持静止状态。根据水平力的作用，有，即3-6:有一段直径可变的水平(xoy平面)弯管，如图所示。给定流速，流道1-1上的流速分布为：质心处的相对压力、管道直径；横截面2-2上的速度分布是管道直径，如果不考虑能量损失，试着找出横截面质心处的相对压力。注：动能修正系数不等于1.0。解决方案：1-1和2-2部分中总流量的伯努利方程(1)通过替换公式(1)获得。练习第4-1课，1测试油管直径d=8毫米，流动油的运动粘度、油密度和水银密度：(1)区分流动模式(2)读取管段长度两端的水银压差表。解决方案(1)是层流(2)。练习第4-2，2课。水通过水平圆管流出水箱，开始呈层流。在保持水位不变的情况下，改变水温。当水温自下而上升高时，流量与水温的关系是流量随着水温的升高而增加。(2)流速随着水温的升高而降低；初始流速随着水温的增加而显著增加。当水温升高到一定值时，流量急剧下降，然后流量变化很小。(4)初始流速随着水温的升高而显著降低。当水温升高到一定值时，流速急剧增加，然后流速变化很小。当圆管中的流动为层流时，流动主要由流体的粘度控制，从而提高水温(相当于降低流体的粘度)并急剧增加流速。随着温度的升高，流体粘度降低，当相应的雷诺数增加到临界值时，流动从层流转变为湍流。在湍流的情况下，湍流阻力(附加阻力)大于粘性阻力，因此当湍流发生时，流速降低。之后，水温升高了。虽然粘性阻力减小，但湍流阻力占主导地位，流速略有增加。(这个题目是GHagen在1839年进行的一个著名实验)。练习4-3，3水箱中的水通过一根垂直的管道流向大气。将水箱的水深设为H、管径D、长度L、顺程阻力系数和局部阻力系数。试着找出：(1)在什么条件下流量Q不随管道长度L变化？(2)在什么条件下流量Q随着管道长度L的增加而增加？(3)在什么条件下，流量Q随着管道长度L的增加而减小？解决方法：(1)流量Q不随管道长度变化，即(2)流量Q随管道长度增加，即(3)流量Q随管道长度减少，即练习第4-4课，锅炉省煤器入口段负压水柱，出口段负压水柱，两段高度差，烟密度，锅炉外空气密度，试着找出省煤器压力损失。解决方法：(1)圆形正方形矩形(2)，练习第4-5，5课。当水以相同的水力梯度流动时，试着找出：(1)侧壁上的剪应力比；(2)当沿程阻力系数相等时，流量之比。练习第5-1，1课。的侧壁，解决方案。以容器B的水面为基准面，截面为1-1；容器的水面有2-2个部分，能量方程是：水在哪里流动？练习第5-3课3。矩形平底船的宽度为B=2m，长度为L=4m，高度为H=0.5m，重量为G=7.85KN，底部有一个直径为d=8mm的小圆孔，流量系数=0.62。当小洞打开时，船需要多长时间下沉？(不包括船体厚度)。解决方案。在船下沉之前，船内外的水位保持不变。在打开这个小洞之前，船会吃掉水深。打开小孔后，小孔处的进水流量。打开小洞后，船需要时间下沉。练习课5-4，4。给定室外空气温度和室内空气温度，上下通风窗面积为A=8m2，孔口流量系数=0.64，上下窗高度H=8m。仅计算孔口阻力，以获得车间自然通风的质量流量。解决方案。仅设置窗口阻力、压力损失=潜在压力、下窗口的入口质量流量和上窗口的出口质量流量，这些通过替换数据进行简化。替换公式(1)，质量流率，练习第5-5课，5。示意水箱，在带有侧壁孔D的圆孔上，分别连接三个内径为D的出水装置。请按大小顺序排列三个装置的出口流量Q，并解释这样排列的原因(弯管的局部损失很小)。解决方案。1，2。Qc的最大原因是长度为L的垂直短管大大增加了Qc的作用水头。虽然弯管有水头损失，但作用水头比增大的作用水头小得多。QA和QB的作用水头相同，但短管的水头损失大于喷嘴QAQB。6.两个水池水面之间的高度差H=25m米，使用直径d1=d2=300mm毫米，长度L1=400米，L2=L3=300米，直径D3=400毫米。如图所示，沿管道连接具有阻力系数的管段，不包括局部水头损失，(1)计算流速，以及(2)如果管段3由于损坏而失效练习第5-6课，解决方案1)，对于管道系统，替换数据，2)如果管段3损坏，替换数据水库通过宽为0.7m、高为1.5m的大孔泄流，已知h1=0.5m，H2=2.0m。试求(1)通过大孔的泄流量q；(2)如果用小孔流量公式计算，试分析会造成多大的误差？练习第5-7课，解决方案。为了找出大孔的流量，矩形大孔上小面积的流量差可根据小孔流量公式计算，积分，取=0.62代入数据，Qmax=3.17m3/s，根据小孔计算流量差，误差为1.5%，8。有两个圆柱形容器，如图所示。左断面面积为100,右断面面积为50,两个容器由直径d=1m、长度l=100 m的圆管连接，两个容器的水位差z=3m，进口局部水头损失系数 1=0.5，出口局部水头损失系数 2=1，沿途损失系数=0.025。试着找出两个容器中的水位到达水位所需的时间？练习第5-8课，解决方案。简单的管道淹没出流，流量的计算公式为：因为两个容器相对较大，移动速度可以忽略不计，那么，z0=z，练习第5-8课，简化为：在dt时间内，左容器水位下降Qdt/100，右容器水位上升Qdt/50，上下容器水位变化-dz (z为液位距离。 从3m逐渐减小到0)，即：练习6-1:室外空气通过墙壁上高度为5m的圆孔(d0=0.4m)水平注入室内。 计算了室外温度t0=5,室内温度te=35,孔口流速v0=5m/s，湍流系数a=0.1，出口6m处的质量平均温度和射流轴线的垂直距离y。注意：解决方案1位于主要部分。对于t2、6-1、3级锻炼和6-2级锻炼，清洁空气被注入到har(a)找出x方向的加速度分量，(b)找出，(c)找出，练习第7-2课，速度场可以表示为，试着找出(1)加速度；(2)流线化；(3)当t=0时，通过X=-1和Y=1的流线；(4)速度场满足不可压缩流体的连续方程吗？解：(1)，写成矢量，(2)二维流，由，积分流线：即，(3)，在流线中代入常数，流线方程，流线是二次曲线，(4)不可压缩流体连续方程：已知：所以方程是满足的。练习第7-3课，已知，试着找到绕圆的速度循环，解：所以圆的半径r=1，替换上面的公式得到：练习第7-4课，已知，圆管横截面上的速度分布是试图找到流动的涡线方程。解：涡线的微分方程为：因此涡线是与管轴同轴的同心圆。一薄层液体沿倾斜平面均匀流动，如图所示。证明了流动层的速度分布为2，单位宽度的流速为，练习7-5(第7-9册)，解1: (1)、(2)，x方向的速度与时间无关。质量力的分量是：n-s变成，积分(2)，得到，(3)，练习第7-5课，液面上的液体压力等于局部大气压力Pa，(4)，f(x)可以通过比较方程2和4得到，所以有，因为h=常数，所以上面的方程表明压力p与x无关，即压力对x的偏导数是0。所以(1)变成：替换边界条件： C1=-b；C2=0，练习课7-5，解答2:8-1。有一种理想的流体流动，它的速度场是：其中c是常数，分别是方向的速度分量，它们的单位是。(1)证明了流动是一个恒定的、不可压缩的平面势流。(2)找到流线方程并画出流程图。(3)给定点的压头，测试点的压头是多少？假设质量力只是重力，A和B在同一个平面上，重力的方向是Z方向。解(1)，8-1，常数，平面，不可压缩，势流，(2)流线方程，流型正确，(3)符合欧拉方程的条件被欧拉方程满足，a和b现在是已知的：水柱，8-1，是不可压缩流体的流动，有一个流动函数，8-2。对于(1)是否有潜在的流动？如果有潜力，确定其潜在功能。(2)是不可压缩流体的流动吗？(3)找到流量函数。(2)、(3)、8-2、8-3。强度为的平面点涡位于(0，a)，X轴为壁面。根据静态壁面可以与流线互换的原理，流动的速度势是已知的，证明点涡对壁面的吸引力是，解，壁面的X轴上的速度分布，8-3，壁面上的压力分布：其中x=是流体不受点涡干扰的压力，点，8-3，秒是割线，斜边靠近边缘， 沿长度方向放置8-4、8-4块已知长度为1.22米、宽度为1.22米的板，气流速度为3.05米/秒，密度=1.2千克/立方米，运动粘度系数=0.149平方厘米/秒。试着找出平板上的应力。 层流边界层，紊流边界层，解：形成层流边界层，强制，8-5，8-5。汽车以60公里/小时的速度行驶，汽车在运动方向上的投影面积为2m2，流阻系数CD=0.3，空气温度0，密度=1.293 kg/m3。找出克服空气阻力所消耗的汽车功率。解决方案。汽车的空气阻