安工大冶金传输原理习题2

1、习题讲解习题讲解2第四章习题第四章习题4-1 沿直径沿直径d=200mm的管道输送润滑油，重量流量为的管道输送润滑油，重量流量为G=882500N/h，润滑油的，润滑油的 ，运动黏度为，运动黏度为v，冬冬天天v1=1.092 10-4m2/s，夏季，夏季v2=3.55 10-5m2/s，试判断冬夏两，试判断冬夏两季润滑油在管中的流动状态？季润滑油在管中的流动状态？3vv2548825 36008825000.028/s0.0280.885/ 40.885 0.2Re =4985.923003.55 100.885 0.2Re =1620.823001.092 10GQmgQm sAd体积流量：

2、平均流速：u=在夏天：，为紊流在冬天：，为层流udRe 解：解：3g8825N/ m 3第四章习题第四章习题4-2 如图，水箱中的水通过直径为如图，水箱中的水通过直径为d，长度为，长度为l，沿程阻力系数，沿程阻力系数为为的铅直管向大气中放水，求的铅直管向大气中放水，求h为多大时，流量为多大时，流量Q与与l无关？无关？（忽略局部损失）（忽略局部损失） 要确定流量，应首先确定管中的流速，可以要确定流量，应首先确定管中的流速，可以直接应用能量方程来解。取水箱液面直接应用能量方程来解。取水箱液面1-11-1与与铅直出口面铅直出口面2-22-2列能量方程式：列能量方程式： 解解：例（4-2）图22112

3、21222PVPVzzhgggg损112120,aVPPP zzhl沿程损失为沿程损失为：222wVlhdg2212Vlhldg 4第四章习题第四章习题222244dghlQVdddldh /242gddQ 要使要使Q Q与与l l无关，必须：无关，必须：此时：此时：5第四章习题第四章习题4-3 小管直径小管直径 ,大管直径大管直径 ，A点压强为点压强为7m水柱水柱高，高，B点压强为点压强为4m水柱高，已知大管截面平均流速水柱高，已知大管截面平均流速 ，B比比A高高1m，求管中水流方向及，求管中水流方向及A、B两截面间的压力损失。两截面间的压力损失。 解：解：A-BA-B两截面间的能量平衡关系

4、为两截面间的能量平衡关系为 22111122BAABABZVZPPVPgg水水损BBAAVAAV220.440.2BBAAAdAd44/BAVVm s1ABZZZm又2231(74) 101(41 )10000.1019729.81 ( 1)P 损27.11/27.11 0.101972.76N m kgmm水柱水柱0ABP损水流自 流向mdA2 . 0mdB4 . 0smvB/16第四章习题第四章习题4-4 已知一根直立的突然扩大的水管。如图所示，已知一根直立的突然扩大的水管。如图所示，d1=150mm,d2=300mm,V2=3m/s，水的密度，水的密度1=1000/m3，汞，汞的密度的密

5、度2=13600/m3,若略去沿程损失，试确定汞比压计中若略去沿程损失，试确定汞比压计中的汞液面何侧较高？差值为多少？的汞液面何侧较高？差值为多少？ 解：假设比压计中泵液面如图所示，截面突然扩大的局部损失为解：假设比压计中泵液面如图所示，截面突然扩大的局部损失为 。对截面。对截面1-1与与2-2列出能量方程，有列出能量方程，有 h例（4-8）图2221211221211222VVPVPVzzggggg414111zgPzgP313212zgPzgPhgPP234hzz342222212121122212121110.218522VVVVVdhmgggd 2122VVg计算结果说明假设正确，比压

6、计右侧的汞液面高于计算结果说明假设正确，比压计右侧的汞液面高于左侧的汞液面，差值为左侧的汞液面，差值为0.2185m。 7第四章习题第四章习题4-5 一水库，如图，呈上大下小的圆锥形状，底部有一泄流管，一水库，如图，呈上大下小的圆锥形状，底部有一泄流管，直径直径d=0.6m，流量系数，流量系数 ，初始水深，初始水深 ，水面直，水面直径径 ，当水位降落，当水位降落1.2m后的水面直径为后的水面直径为48m，求此过，求此过程所需时间。程所需时间。 解：解：从几何关系可得水池直径从几何关系可得水池直径D D与水深的关系式：与水深的关系式： 310hD dtghAQdtdhhF2dthdhh62.19

7、6 . 048 . 0310422分离变量：分离变量： dhhhhdt5 . 05 . 05 . 19637.782.51.50.51.878.37 0.41.51817753thhhs8 . 08 . 0mh360Dm8第四章习题第四章习题4-8 测测90弯头的局部阻力系数时，在弯头的局部阻力系数时，在A、B两断面接测压管。两断面接测压管。如图，弯头水平放置。已知管路直径如图，弯头水平放置。已知管路直径 。AB段管段管长长 ，水流量，水流量Q=2.7410-3m3/s。摩擦系数。摩擦系数 。A、B间压差间压差 水柱。求该弯头的水柱。求该弯头的K值。值。 ,12uu0BAZZ解：由题意可知解：

8、由题意可知 A-B两截面间的能量平衡关系为：两截面间的能量平衡关系为：11BAPPP损322.74 101.4/1(0.05)4BBm sQAuu21()()2BBALduPPP损22162910(0.03)10000.101970.051.40.294mmd50mL100.03mh629. 09第五章习题第五章习题 5-1飞机模型在空气中以飞机模型在空气中以1.5m/s速度滑翔，若将机翼视为宽为速度滑翔，若将机翼视为宽为10cm，长为，长为25cm的平板，试估算平板后缘上的边界层厚度的平板，试估算平板后缘上的边界层厚度及及平板阻力。已知空气温度为平板阻力。已知空气温度为10。解：解：温度为温

9、度为1010条件下的大气的运动粘性系数为条件下的大气的运动粘性系数为 ，后缘雷诺数为：，后缘雷诺数为： 整个平板为层流边界层整个平板为层流边界层 521.42 10/ms3/247. 1mkg4551.5 0.10Re1.056 103.2 101.42 10V LcmL4866. 010056. 11 . 00 . 5Re0 . 54阻力系数： 01292. 0Re328. 1LDC阻力为：2122DDFCV bLN4210063. 9201292. 025. 01 . 05 . 1247. 12110第五章习题第五章习题 5-2 光滑平板宽光滑平板宽1.2m，长，长3m，潜没在静水中以速度

10、，潜没在静水中以速度 沿水沿水平方向拖曳，水温为平方向拖曳，水温为10，求：，求：1）层流边界层的长度）层流边界层的长度（ ）；）；2）平板末端的边界层厚度；）平板末端的边界层厚度；3）所需水平拖）所需水平拖拽力。拽力。 所以所以：5105ReK解：解：水温水温t=10时，时， 326/7 .999,/103 . 1mkgsm65103 . 12 . 1105ReLuLKmL55. 02 . 13 . 15 . 065L6uL1.2 3Re2.77 105 101.3 10 mxx0572. 01077. 2337. 0Re37. 0565阻力系数阻力系数 0038. 01077. 2074.

11、 0Re074. 05651LDCD0.2LL0.0741700C0.00380.000610.00319ReReNCbLvFDD57.16200319. 032 . 12 . 17 .9992122122平板阻力为：平板阻力为： smu/2 . 111第五章习题第五章习题 5-3 飞机以速度在大气中飞行，若视机翼为平板，并认为机翼飞机以速度在大气中飞行，若视机翼为平板，并认为机翼前缘开始均为湍流边界层，试计算边界层厚度前缘开始均为湍流边界层，试计算边界层厚度及平板总阻及平板总阻力。已知机翼长度为，宽度为，空气温度为力。已知机翼长度为，宽度为，空气温度为。 解：解：空气在空气在t=10时，时，

12、 521.42 10/ms3/247. 1mkg75100 2Re1.408 101.42 10LV b 湍流边界层湍流边界层 51Re37. 0 xx在在x=Lx=L处（后缘）处（后缘） cmL751. 210408. 1237. 0517004360. 0Re074. 051LDC200436. 0152100247. 12122122DDCbLvF12第五章习题第五章习题5-4 速度为速度为 的风，平行地流过广告板。广告板长的风，平行地流过广告板。广告板长L=10m，高，高b=5m，空气温度为，空气温度为t=10 ，试求广告板所承受的，试求广告板所承受的摩擦力。摩擦力。 解：解：空气在空

13、气在t=10时，时， smV/30521.42 10/ms3/247. 1mkg7510113. 21042. 11030ReLVL混合边界层混合边界层 D0.2LL0.0741700C0.0025370.000080.002457ReRe 总摩擦力为：总摩擦力为： NbLVCFDD9 121002457. 02212213第五章习题第五章习题5-10 钢水密度钢水密度 ，内含直径，内含直径 ， 的的杂质，若杂质在钢水中等速上浮，求在钢水中上升杂质，若杂质在钢水中等速上浮，求在钢水中上升200mm所所需的时间。需的时间。 解：颗粒在流体中等速沉降的速度是由颗粒所受重

14、力、浮力解：颗粒在流体中等速沉降的速度是由颗粒所受重力、浮力 和绕流阻力三者平衡决定的和绕流阻力三者平衡决定的 3/7000mkgmmd4 . 03/4500mkg3w4470004500ugd9.8 0.4 103C3 0.4445000.0812m/s 上升上升200mm的时间为：的时间为：x0.2t2.46su0.081214第六章习题第六章习题6-1 氢气温度为氢气温度为45 ，求其音速。，求其音速。8313RM 解：由解：由T=45+273=318 K，k=1.41气体常数气体常数83131.4131813542a= KRTm/s15第六章习题第六章习题6-3 已知已知 标准大气层沿

15、高程的空气温度递减率为标准大气层沿高程的空气温度递减率为0.0065 /m，若，若地面温度为地面温度为20 ，求高程为，求高程为2000m，5000m，10000处的音速处的音速 。解：解：2000处，T=(20-20000.0065)+273=280K， k=1.4,R=287J/kgk123280 1.4 2873355000m()260.5 1.4 287323.510205000 0.0065273260.520 10000 0.006000m()228 1.4 28730252732.278：a = KRTm/sa = KRTm/sTKTKaKRTm/s16第六章习题第六章习题6-4

16、 空气在直径空气在直径d=102mm的管路中流动，重量流量为的管路中流动，重量流量为G=9.8N/s，滞止温度滞止温度t=38 ,某截面的绝对压强某截面的绝对压强P=41360N/m2，求该处的流，求该处的流速速v及马赫数及马赫数M。2GA ugurprRT2r1r1 解：解：2urprAguRT2r1Gr1u238.5m/s20r1TTu282.8k2rRarRt1.4 282.8 287337.1m/sru238.5M0.71aa337.117第六章习题第六章习题6-5 飞机在飞机在2000m的高空飞行，航速为的高空飞行，航速为2400km/h，空气温度为，空气温度为-56.5 ，求飞机的

17、马赫数？，求飞机的马赫数？T=-56.5+273=216.5kk=1.4,R=287J/kgk，3216.5 1.4 287294.9/2400 102.26294.9 3600akRTm svMa解：解： 18第六章习题第六章习题6-7 绝热气流的滞止压强绝热气流的滞止压强P0=490KN/m2，滞止温度，滞止温度T0=293K，求滞止音速求滞止音速a0及及M=0.8的音速，流速和压强值。的音速，流速和压强值。1.4 287 293343.11/akRTm s222022202102,M0.8112(0.8C)112323.06/ ,323.06 0.8257.6/1(1)2321.8/ m

18、arraCCvvrrCCCrram s vm sPrMPPKN得：得：由解：解： 19第六章习题第六章习题6-9 大容器的空气经渐缩喷管流向外界空间，容器中空气压力大容器的空气经渐缩喷管流向外界空间，容器中空气压力为为P0=200kPa,温度为温度为TO=300K,喷管出口截面为喷管出口截面为Ae=50cm2,出出口空间压力分别为口空间压力分别为PB=0kPa,100kPa,150kPa,试求质量流量。试求质量流量。21000003300211200 102.32/287 300KKKeeepppKGAKpppkg mRT21.4 13331.441.4332 1.4 200 10100 10

19、100 102.32 50 101 ()1.4 12.32200 10200 101)002)1002.334/3)1502.059/BBBPGPGkg sPGkg s时，时，时，解：解： 20第六章习题第六章习题6-11 收缩收缩-扩张型喷管的出口面积为扩张型喷管的出口面积为Ae=100cm2, 喉部截面面积为喉部截面面积为At=50cm2, 前室足够大，其中压力为前室足够大，其中压力为P0=400kPa,温度为温度为tO=100 ,试求试求:使喷管产生堵塞现象的最大出口背压？背压分别为使喷管产生堵塞现象的最大出口背压？背压分别为Pb=0kPa ,200kPa,300kPa条件下流量？使喷管

20、气体由亚音速膨胀条件下流量？使喷管气体由亚音速膨胀到超音速所对应的背压到超音速所对应的背压Pb？ 解：解：21210021.4 121.41.41.4 11250111001.4 120.54004001.4 1 1.4 1374.4k kkkkceeeeeeAppkAppkkpppPa喉口与出口的截面比：即得：21第六章习题第六章习题KK 120eB1.40.4BBpK11Mp24000.41p2P211.3kPa当马赫数当马赫数Me=1时，时，22第七章习题第七章习题7-1 已知光滑管中不可压缩流动的沿程水头损失已知光滑管中不可压缩流动的沿程水头损失hf决定于管器决定于管器直径直径d，长度，长度L，流体密度，流体密度 ，动力黏性系数，动力黏性系数 ，平均流速，平均流速u,和重力加速度和重力加速度 g,试用因次分析法建立试用因次分析法建