材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)

第一章 流體的主要物理性質

1-1何謂流體，流體具有哪些物理性質？

答：流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質。它包括液體和氣體。

流體的主要物理性質有：密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。

2、在圖3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管徑D=15mm ，如果不計損失，問S 處的壓強應為多大時此管才能吸水?此時管內流速υ2及流量Q 各為若干?(注意：管B 端並未接觸水面或探入水中)

解：選取過水斷面1-1、2-2及水準基準面O-O ，列1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程

再選取水準基準面O ’-O ’，

列過水斷面2-2及3-3的貝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得

圖3.20 虹吸管 g p H g p

a 220222121υγυγ

++=++g

p p

a 22222υγγ++=g

p g p H H a 202)(2322221υγυγ++=+++g g p

2102823222υυγ+=++

)(28102水柱m p =-=γ

)(19620981022a p p =?=)/(85.10)410(8.92)2(222s m p p g a =-?=--=γγυ

)/(9.1)/(0019.085.104)015.0(3222s L s m A Q ==??==πυ

5、有一文特利管(如下圖)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水銀差壓計液面高差?h =20cm 。若不計阻力損失，求常溫(20℃)下，通過文氏管的水的流量。

解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p 1和p 2，則由式

const v p

=+22

ρ可建立有關此截面的伯努利方程： ρρ22212122p v p v +=+ 根據連續性方程，截面1和2上的截面積A 1和A 2與流體流速v 1和v 2的關係式為

2211v A v A =

所以 ])(1[)(2212212A A p p v --=ρ 通過管子的流體流量為 ])(1[)(2212212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示，所以

074.0))15

.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22223332212'2=-??-????=--?=πρρρA A h g A Q (m 3/s)

式中 ρ、'ρ——被測流體和U 形管中流體的密度。

如圖6-3—17(a)所示，為一連接水泵出口的壓力水管，直徑d=500mm ，彎管與水準的夾角45°，水流流過彎管時有一水準推力，為了防止彎管發生位移，築一混凝土鎮墩使管道固定。若通過管道的流量0.5m3/s ，斷面1-1和2-2中心點的壓力p1相對=108000N/㎡，p2相對=105000N/㎡。試求作用在鎮墩上的力。

[解] 如圖6—3—17(b)所示，取彎管前後斷面1—1和2-2流體為分離體，現分析分離體上外力和動量變化。

設管壁對流體的作用力R ，動量方程在x 軸的投影為：

則

動量方程在x軸的投影為：

鎮墩對流體作用力的合力R的大小及方向為：

流體對鎮墩的作用力P與R的大小相等方向相反。

1-2某種液體的密度ρ=900 Kg ／m 3

，試求教重度y 和品質體積v 。

解：由液體密度、重度和品質體積的關係知： )m /(88208.9900g 3N V

G =*===ργ ∴品質體積為)/(001.013kg m ==ρν

1.4某種可壓縮液體在圓柱形容器中，當壓強為2MN ／m 2時體積為995cm 3，當壓強為1MN ／m 2時體積為1000 cm 3，問它的等溫壓縮率k T 為多少?

解：等溫壓縮率K T 公式(2-1): T

T P V V K ????????-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3

注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa

將V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。

注意：式中V 是指液體變化前的體積

1.6 如圖1.5所示，在相距h ＝0.06m 的兩個固定平行乎板中間放置另一塊薄板，在薄

板的上下分別放有不同粘度的油，並且一種油的粘度是

另一種油的粘度的2倍。當薄板以勻速v ＝0.3m/s 被拖

動時，每平方米受合力F=29N ，求兩種油的粘度各是多

少?

解：流體勻速穩定流動時流體對板面產生的粘性阻力力

為

Y

A F 0y x νητ== 平板受到上下油面的阻力之和與施加的力平衡，即

h h F 0

162/22/h νηνηνητ=+==合

代入數據得η=0.967Pa.s

第二章 流體靜力學（吉澤升版）

2-1作用在流體上的力有哪兩類，各有什麼特點?

解:作用在流體上的力分為品質力和表面力兩種。品質力是作用在流體內部任何質點上的力，大小與品質成正比，由加速度產生，與質點外的流體無關。而表面力是指作用在流體表面上的力，大小與面積成正比，由與流體接觸的相鄰流體或固體的作用而產生。

2-2什麼是流體的靜壓強，靜止流體中壓強的分佈規律如何?

解： 流體靜壓強指單位面積上流體的靜壓力。

靜止流體中任意一點的靜壓強值只由該店座標位置決定，即作用於一點的各個方向的靜壓強是等值的。

2-3寫出流體靜力學基本方程式，並說明其能量意義和幾何意義。

解:流體靜力學基本方程為：h P h P P P Z P Z γργγ+=+=+=+002

21

1g 或

同一靜止液體中單位重量液體的比位能 可以不等，比壓強也可以不等，但比位 能和比壓強可以互換，比勢能總是相等的。

2-4如圖2-22所示，一圓柱體d ＝0.1m ，品質M ＝50kg ．在外力

F ＝520N 的作用下壓進容器中，當h=0.5m 時達到平衡狀態。求

測壓管中水柱高度H ＝? 解：由平衡狀態可知：)()2/()mg 2

h H g d F +=+ρπ（ 代入數據得H=12.62m

2.5盛水容器形狀如圖2.23所示。已知hl ＝0.9m ，h2＝0.4m ，h3＝1.1m ，h4＝0.75m ，h5＝

1.33m 。求各點的表壓強。

解：表壓強是指：實際壓強與大氣壓強的差值。

)(01Pa P =

)(4900)(g 2112Pa h h P P =-+=ρ

)(1960)(g 1313Pa h h P P -=--=ρ

)(196034Pa P P -==

)(7644)(g 4545Pa h h P P =--=ρ

2-6兩個容器A 、B 充滿水，高度差為a 0為測量它

們之間的壓強差，用頂部充滿油的倒U 形管將兩

容器相連，如圖 2.24所示。已知油的密度ρ油

=900kg ／m 3，h ＝0.1m ，a ＝0.1m 。求兩容器中的

壓強差。

解：記AB 中心高度差為a ，連接器油面高度差為h ，B 球中心與油面高度差為b ；由流體靜力學公式知：

gh g 42油水ρρ-=-P h P

b)a g 2++=（水ρP P A

gb 4水ρ+=P P B

Pa ga P P P P P B A 1.107942=+-=-=?水ρ

2-8一水壓機如圖 2.26所示。已知大活塞直徑D ＝

11.785cm ，小活塞直徑d=5cm ，杠杆臂長a ＝15cm ，b ＝

7.5cm ，活塞高度差h ＝1m 。當施力F1＝98N 時，求大活

塞所能克服的載荷F2。

解：由杠杆原理知小活塞上受的力為F 3：a F b F *=*3

由流體靜力學公式知：

2223)

2/()2/(D F gh d F πρπ=+ ∴F 2=1195.82N

2-10水池的側壁上，裝有一根直徑d ＝0.6m 的圓管，圓管內口切成a ＝45°的傾角，並在這切口上裝了一塊可以繞上端鉸鏈旋轉的蓋板，h=2m ，如圖2.28所示。

如果不計蓋板自重以及蓋板與鉸鏈間的摩擦力，問開起蓋板的力T 為

若干?(橢圓形面積的J C =πa 3b/4)

解：建立如圖所示坐標系oxy ，o 點在自由液面 …… 此处隐藏：10674字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……