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1、1,工程流体力学 (流体动力学习题),哈 尔 滨 工 程 大 学 动力与能源工程学院,【4-1】直径d=100mm的虹吸管，位置如图所示。求水流流量和 2、3点的压力（不计水头损失）。,第4章 流体动力学基本原理习题,2,【解】以过1点的水平面为基准面，分别列1、2、3、4点所在断面的伯努利方程。 由于 故有 因此取 可解得,第4章 流体动力学基本原理习题,3,【4-2】一个倒置的U形测压管，上部为相对密度0.8的油，用来测定水管中点的速度。若读数h=200mm，求管中流速u=?,第4章 流体动力学基本原理习题,4,【解】选取如图所示1-1、2-2断面列伯努利方程，以水管轴线为基准线。 其中：
2、p1和p2分别为1-1、2-2断面轴线上的压力。 设U形测压管中油水分界面的低液面到轴线的距离为x，则可列出U形测压管中油水分界面的高液面的等压面条件 解上述方程可得,第4章 流体动力学基本原理习题,5,【4-3】图示为一文丘里管和压力计，试推导体积流量和压力计读数之间的关系式。当 = 1000kg/m3， H = 13.6103kg/m3， d1=500mm，d2=50mm，H=0.4m时，求 Q =？,第4章 流体动力学基本原理习题,6,【解】列1-1、2-2断面的伯努利方程。 其中：p1和p2分别为1-1、2-2断面轴线上的压力。 设过1-1断面中心点的水平线到压力计中水银与水分界面的低
3、液面的距离为x，则可列出U形测压管中水银与水分界面的低液面的等压面条件 由上述方程可得 代入 解得,第4章 流体动力学基本原理习题,7,【4-4】管路阀门关闭时，压力表读数为49.8kPa，阀门打开后，读数降为9.8kPa。设从管路进口至装表处的水头损失为流速水头的2倍，求管路中的平均流速。,第4章 流体动力学基本原理习题,8,【解】当管路阀门关闭时，由压力表度数可确定管路轴线到自由液面的高度H 当管路打开时，列1-1和2-2断面的伯努利方程，则 得,第4章 流体动力学基本原理习题,9,【4-5】为了在直径D=160mm的管线上自动掺入另一种油品，安装了如下装置：自锥管喉道处引出一个小支管通入
4、油池内。若压力表读数为2.3105Pa，喉道直径d=40mm，T管流量Q=30L/s，油品的相对密度为0.9。欲掺入的油品的相对密度为0.8，油池油面距喉道高度H=1.5m，如果掺入油量约为原输量的10%左右，B管水头损失设为0.5m，试确定B管的管径。,第4章 流体动力学基本原理习题,10,【解】列1-1和2-2断面的伯努利方程，则 其中 故 列4-4自由液面和3-3断面的伯努利方程，以4-4自由液面为基准面，则 其中 p3=p2,第4章 流体动力学基本原理习题,11,则 解得,第4章 流体动力学基本原理习题,12,【4-6】一变直径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差 h=
5、1.0m，用压力表测得pA=70kPa，pB=40kPa，用流量计测得流量Q=0.2m3/s。试判断水在管段中流动的方向。,第4章 流体动力学基本原理习题,13,【解】列A点和B点所在断面的伯努利方程 故流动方向为A B。,第4章 流体动力学基本原理习题,14,【4-7】泄水管路如附图所示，已知直径d1=125mm，d2=100mm，d3=75mm，汞比压力计读数 h=175mm，不计阻力，求流量和压力表读数。,第4章 流体动力学基本原理习题,15,【解】设2-2断面中心点到压力计中水银最高液面的距离为x，列1-1、2-2断面的伯努利方程，以过2-2断面中心点的水平面为基准面，则 选取压力计中
6、水银最低液面为等压面，则 由连续性方程可知 代入伯努利方程中，可得 列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程 可得压力表度数,第4章 流体动力学基本原理习题,16,【4-8】如图所示，敞开水池中的水沿变截面管路排出的质量流量Qm=14kg/s，若d1=100mm，d2=75mm，d3=50mm，不计损失，求所需的水头H，以及第二段管段中央M点的压力，并绘制测压管水头线。,第4章 流体动力学基本原理习题,17,【解】列1-1和3-3断面的伯努利方程，则 列M点所在断面2-2和3-3断面的伯努利方程，则,第4章 流体动力学基本原理习题,18,【4-9】由断面为0.2m2和0.1m2的两根管子组成的水
7、平输水管系从水箱流入大气中：（1）若不计损失，求断面流速v1及v2；绘总水头线及测压管水头线；求进口A点的压力。（2）计入损失：第一段的水头损失为流速水头的4倍，第二段为3倍，求断面流速v1及v2；绘制总水头线及测压管水头线；根据所绘制水头线求各管段中间点的压力。,第4章 流体动力学基本原理习题,19,【解】（1）列自由液面和管子出口断面的伯努利方程 则 由连续方程 得 列A点所在断面和管子出口断面的伯努利方程 则,第4章 流体动力学基本原理习题,20,（2）列自由液面和管子出口断面的伯努利方程，则 由 得 细管段中点的压力为 粗管段中点的压力为,第4章 流体动力学基本原理习题,21,【4-1
8、0】用73.5kW的水泵抽水，泵的效率为90，管径为0.3m，全管路的水头损失为1m，吸水管水头损失为0.2m，试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。,第4章 流体动力学基本原理习题,22,【解】列两自由液面的伯努利方程，则 得 列最低自由液面和真空表所在断面的伯努利方程，则 故真空表的读数为26.632kPa。,第4章 流体动力学基本原理习题,23,【4-11】图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问水泵的功率为多少？设全管路的水头损失为2m，泵的效率为80，压水管路的水头损失为1.7m，则压力表上的读数为若干？,第4章 流体动力学基本原理习题,24,【解】列自由液面和出口断面的伯
9、努利方程，有 列压力表所在断面和出口断面的伯努利方程，则,第4章 流体动力学基本原理习题,25,【4-12】图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度为0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下油罐油面压力为2104Pa，洞库油罐油面压力为3104Pa。设泵的效率为0.8，电动机效率为0.9，两罐液面差为40m，全管路水头损失设为5m。求泵及电动机的额定功率（即输入功率）应为若干？,第4章 流体动力学基本原理习题,26,【解】列两油罐液面的伯努利方程，则,第4章 流体动力学基本原理习题,27,【4-13】输油管线上水平90转弯处，设固定支座。所输油品=0.8，管径d=300mm，通过流量Q=10
10、0L/s，断面1处压力为2.23105Pa，断面2处压力为2.11105Pa。求支座受压力的大小和方向。,第4章 流体动力学基本原理习题,28,【解】选取1-1和2-2断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系，设弯管处管壁对流体的力为R。 列x方向动量方程 列y方向动量方程 支座受压力F的大小为21.84kN，方向与R方向相反。,第4章 流体动力学基本原理习题,29,【4-14】水流经过60渐细弯头AB，已知A处管径dA=0.5m，B处管径dB=0.25m，通过的流量为0.1m3/s，B处压力pB=1.8105Pa。设弯头在同一水平面上摩擦力不计，求弯头所受推力。,第4章 流体动力学基
11、本原理习题,30,【解】选取A和B断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系。 列A断面和B断面的伯努利方程，得（因弯头为水平放置，即z1=z2=0） 其中,第4章 流体动力学基本原理习题,31,列x方向动量方程 可知，与设的方向相反。 列y方向动量方程,第4章 流体动力学基本原理习题,32,【4-15】消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒出口直径d=1cm，入口直径D=5cm，从消火唧筒射出的流速v=20m/s。求消防队员手握住消火唧筒所需要的力？（设唧筒水头损失为1m）,第4章 流体动力学基本原理习题,33,【解】选取消火唧筒的出口断面和入口断面与管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系。 列1-1和2-2断面的伯努利方程 列x方向的动量方程 得,第4章 流体动力学基本原理习题,34,【4-16】嵌入支座的一段输水管，如图所示，其直径由D1=0.15m变化为D2=0.1m。当支座前端管内压力p=4105Pa，流量Q=0.018m3/s，求该管段中支座所受的轴向力。,第4章 流体动力学基本原理习题,35,【解】取1-1、2-2断面及管壁围成的空间为控制体，建立如图所示坐标系。 列1-1和2-2断面的伯努利方程求得,第4章 流体动力学基本原理习题,36,列x方向即轴向动量方程 则 该管段中支座所受的轴向力,第4章 流体动力学基本原理习题,37,
