{冶金行业管理}材料加工冶金传输原理习题答案吴树森版)

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1、冶金行业管理材料加工 冶金传输原理习题答案吴 树森版) 冶金行业管理材料加工 冶金传输原理习题答案吴 树森版) 第一章 流体的主要物理性质 1-1 何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 2、在图 3.20 所示的虹吸管中，已知 H1=2m，H2=6m，管径 D=15mm，如果不计损失，问 S 处 的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速2 及流量 Q 各为若干?(注意：管 B 端并未接 触水面或探入水中) 解：选取过水断面 1-1、2-2 及水平基准面 O-O，列 1-1 面

2、(水面)到 2-2 面的贝努利方程 再选取水平基准面 O-O ， 列过水断面 2-2 及 3-3 的贝努利方程 (B)因 V2=V3 由式(B)得 5、有一文特利管(如下图)，已知d115cm，d2=10cm，水银差压计液面高差 h 20cm。若不计阻力损失，求常温(20)下，通过文氏管的水的流量。 解：在喉部入口前的直管截面 1 和喉部截面 2 处测量静压力差 p1和 p2，则由式 可建立有关此截面的伯努利方程： 根据连续性方程，截面 1 和 2 上的截面积 A1和 A2与流体流速 v1和 v2的关系式为 所以通过管子的流体流量为 用 U 形管中液柱表示，所以 (m3/s) 式中、被测流体和

3、 U 形管中流体的密度。 如图 6-317(a)所示，为一连接水泵出口的压力水管，直径 d=500mm，弯管与水平的夹角 45，水流流过弯管时有一水平推力，为了防止弯管发生位移，筑一混凝土镇墩使管道固定。 若通过管道的流量 0.5m3/s，断面 1-1 和 2-2 中心点的压力 p1 相对=108000N/，p2 相对 =105000N/。试求作用在镇墩上的力。 图 3.20 虹吸管 g ppa 2 2 2 22 gg p 2 10 2 8 2 3 2 22 )(1962098102 2a pp )/(9 . 1)/(0019 . 0 85.10 4 )015 . 0 ( 3 2 22 sLs

4、mAQ 解如图 6317(b)所示，取弯管前后断面 11 和 2-2 流体为分离体，现分析分离体上外 力和动量变化。 设管壁对流体的作用力 R，动量方程在 x 轴的投影为： 则 动量方程在 x 轴的投影为： 镇墩对流体作用力的合力 R 的大小及方向为： 流体对镇墩的作用力 P 与 R 的大小相等方向相反。 1-2 某种液体的密度=900Kgm3，试求教重度 y 和质量体积 v。 解：由液体密度、重度和质量体积的关系知： 质量体积为 1.4 某种可压缩液体在圆柱形容器中， 当压强为 2MNm2时体积为 995cm3， 当压强为 1MNm2 时体积为 1000cm3，问它的等温压缩率 kT为多少?

5、 解：等温压缩率 KT公式(2-1): V=995-1000=-5*10-6m3 注意：P=2-1=1MN/m2=1*106Pa 将 V=1000cm3代入即可得到 KT=5*10-9Pa-1。 注意：式中 V 是指液体变化前的体积 1.6 如图 1.5 所示，在相距 h0.06m 的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄1.6 如图 1.5 所示，在相距 h0.06m 的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄 板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的 2 倍。当薄板以匀 速 v0.3m/s 被拖动时，每平方米受合力 F=29N，求两种油的粘度各是多少? 板的上下分

6、别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的 2 倍。当薄板以匀 速 v0.3m/s 被拖动时，每平方米受合力 F=29N，求两种油的粘度各是多少? 解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为 平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即 代入数据得 =0.967Pa.s 第二章流体静力学（吉泽升版） 2-1 作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力， 大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。而表面力是指作用在流体表面上 的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产

7、生。 2-2 什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何? 解：流体静压强指单位面积上流体的静压力。 静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强 是等值的。 2-3 写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。 解:流体静力学基本方程为： 同一静止液体中单位重量液体的比位能可以不等，比压强也可以不等，但比位能和比压强可 以互换，比势能总是相等的。 2-4 如图 2-22 所示，一圆柱体 d0.1m， 质量 M50kg 在外力F 520N 的作用下压进容器中，当 h=0.5m 时达到平衡状态。求 测压管中水柱高度 H? 解：由平衡状态可知：

8、代入数据得 H=12.62m 2.5 盛水容器形状如图 2.23 所示。已知 hl0.9m，h20.4m， h31.1m，h40.75m，h51.33m。求各点的表压强。 解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。 2-6 两个容器 A、B 充满水，高度差为 a0为测量它们 之间的压强差，用顶部充满油的倒 U 形管将两容器 相连， 如图 2.24 所示。 已知油的密度油=900kgm3， h0.1m，a0.1m。求两容器中的压强差。 解：记 AB 中心高度差为 a， 连接器油面高度差为 h，B 球中心与油面高度差为 b；由流体静力学公式知： 2-8 一水压机如图 2.26 所示。 已知大活塞直

9、径 D 11.785cm， 小活塞直径 d=5cm， 杠杆臂长 a15cm，b7.5cm，活塞高度差 h1m。当施力 F1 98N 时，求大活塞所能克服的载荷 F2。 解：由杠杆原理知小活塞上受的力为 F3： 由流体静力学公式知： F2=1195.82N 2-10 水池的侧壁上，装有一根直径 d0.6m 的圆管，圆管内口切成 a45的倾角，并在这 切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，h=2m，如图 2.28 所示。如果不计盖板自重以 及盖板与铰链间的摩擦力，问开起盖板的力 T 为若干?(椭圆形面积的 JC=a3b/4) 解：建立如图所示坐标系 oxy，o 点在自由液面上，y 轴沿着盖板壁面

10、斜向下，盖板面为椭圆 面，在面上取微元面 dA,纵坐标为 y，淹深为 h=y*sin,微元面受力为 板受到的总压力为 盖板中心在液面下的高度为 hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45 盖板受的静止液体压力为 F=hcA=9810*2.3*ab 2 2 2 3 2 D F 2 d F gh 压力中心距铰链轴的距离为： X=d=0.6m,由理论力学平衡理论知，当闸门刚刚转动时，力 F 和 T 对铰链的力矩代数和为零， 即： 故 T=6609.5N 2-14 有如图 2.32 所示的曲管 AOB。OB 段长 L10.3m，AOB=45，AO 垂直放置， B 端封闭， 管中盛水， 其

11、液面到 O 点的距离 L20.23m， 此管 绕 AO 轴旋转。 问转速为多少时， B 点的压强与 O 点的压强相同?OB 段中 最低的压强是多少?位于何处? 解：盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度 旋转时，其管 内相对静止液体压强分布为： 以 A 点为原点，OA 为 Z 轴建立坐标系 O 点处面压强为 B 处的面压强为 其中：Pa 为大气压。 当 PB=PO 时=9.6rad/s OB 中的任意一点的压强为 对上式求 P 对 r 的一阶导数并另其为 0 得到， 即 OB 中压强最低点距 O 处 代入数据得最低压强为 Pmin=103060Pa 第三章习题（吉泽升版） 3.1 已知某流场

12、速度分布为，试求过点(3，1，4)的流线。 解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分方程为： 即： 求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为： 3.2 试判断下列平面流场是否连续? 解：由不可压缩流体流动的空间连续性方程（3-19，20）知：， 当 x=0，1，或 y=k（k=0，1，2，）时连续。 3.4 三段管路串联如图 3.27 所示，直径 d1=100cm，d2=50cm，d325cm，已知断面平均速度 v3 10m/s，求 v1,v2，和质量流量(流体为水)。 解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变， 故： 质量流量为： 1)3( 1)2( 3 3

13、 yz yx yxyy yx xxx y x sin13sinsin3 232 3 sm A Av /625 . 0 v 1 33 1 sA/Kg490vQM 33 水 3.5 水从铅直圆管向下流出， 如图 3.28 所示。 已知管直径 d110cm， 管口处的水流速度 vI1.8m/s，试求管口下方 h2m 处的水流速度 v2，和直径 d2。 解：以下出口为基准面，不计损失，建立上出口 和下出口面伯努利方程： 代入数据得：v2=6.52m/s 由得:d2=5.3cm 3.6 水箱侧壁接出一直径 D0.15m 的管路， 如图 3.29 所示。 已知 h1 2.1m， h2=3.0m,不计任何损

14、失， 求下列两种情况下 A 的压强。 (1) 管路末端安一喷嘴，出口直径 d=0.075m；(2)管路末端没有喷嘴。 解：以 A 面为基准面建立水平面和 A 面的伯努利方程： 以 B 面为基准，建立 A,B 面伯努利方程： （1）当下端接喷嘴时， 解得 va=2.54m/s,PA=119.4KPa （2）当下端不接喷嘴时， 解得 PA=71.13KPa 2211 vAvA g vPP h aAa 2 00 2 D 2 1 bbaa AvAv ba vv 3.7 如图 3.30 所示， 用毕托管测量气体管道轴线上的流速 Umax， 毕 托管与倾斜( 酒精) 微压计相连。已知 d=200mm ，s

15、in =0.2 ， L=75mm，酒精密度1=800kgm3，气体密度21.66Kg/m3； Umax=1.2v(v 为平均速度)，求气体质量流量。 解：此装置由毕托管和测压管组合而成，沿轴线取两点，A(总压测 点） ，测静压点为 B，过 AB 两点的断面建立伯努利方程有： 其中 ZA=ZB,vA=0,此时 A 点测得 的是总压记为 PA*，静压为 PB 不计水头损失，化简得 由测压管知： 由于气体密度相对于酒精很小，可忽略不计。 由此可得 气体质量流量: 代入数据得 M=1.14Kg/s gg v 2 vP Z 2 P Z 2 AA A 2 maxB B 气气 agLcosP-P B * A

16、气酒 精 A v A 2 . 1 vM max 22 3.9 如图 3.32 所示，一变直径的管段 AB，直径 dA=0.2m，dB=0.4m， 高差 h=1.0m， 用压强表测得 PA7x104Pa， PB4x104Pa， 用流量计 测得管中流量 Q=12m3/min，试判断水在管段中流动的方向，并求损 失水头。 解:由于水在管道内流动具有粘性， 沿着流向总水头必然降低， 故比 较 A 和 B 点总水头可知管内水的流动方向。 即：管内水由 A 向 B 流动。 以过 A 的过水断面为基准，建立 A 到 B 的伯努利方程有： 代入数据得，水头损失为 hw=4m 第四章（吉泽升版） 4.1 已知管径 d150mm，流量 Q15L/s，液体温度为 10，其运动粘度系数 0.415cm2/s。试确定：(1)在此温度下的流动状态；(2)在此温度下的临界速度；(3)若过流面 积改为面积相等的正方形管道，则其流动状态如何? 解：解：流体平均速度为： 雷诺数为： 故此温度下处在不稳定