流体力学课后习题答案第六章.pdf

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1、流体力学课后习题答案第六章6-5某蒸汽冷凝器内有 250 根平行的黄铜管，通过的冷却水流量 Q =8 l ，水温为 10，为了使黄铜管内冷却水保持为紊流（此时黄铜管的热交换性能比层流时好） ，问黄铜管的直径不得超过多少?解：查表 1.3 有 10的水1.310*106m2/s由Q nd2v与临界雷诺数Revd142300联立有d 14mm即为直径最大值6.7 某管道的半径r015cm，层流时的水力坡度J 0.15，紊流时的水力坡度J 0.20， 试求管壁处的切应力0和离管轴r的切应力。解：层流时：r0hfr01510230ggJ 1.010 9.80.15 110.25Pa2 l22r1010

2、23gJ 1.010 9.80.15 73.5Pa2210cm轴处紊流时：r0hfr01510230ggJ 1.010 9.80.20 147Pa2 l22r1010230.20 98PagJ 1.010 9.8226.9 为了确定圆管内径，在管内通过为 0.0132的水，实测流量为 353，长 15m，管段上的水头损失为 2 水柱，试求此圆管的内径。1 / 9流体力学课后习题答案第六章解: 设管内为层流64l232l128lQhf24d d 2ggdgd128lQd ghf14128 0.013 1500 35 980 214 1.94 cmd4Q4351768层流校核Re d1.940.0

3、136-18利用圆管层流64，紊流光滑区0.3164和紊流粗糙区0.25ReRek 0.11sd0.25这三个公式 ，(1)论证在层流 中hf v1.0，光滑区hf v1.75，粗糙区hf v2.0；(2) 在不计局部损失的情况下，如管道长度 l 不变，若使管径d 增大一倍，而沿程水头损失不变，试讨论在圆管层流、紊流光滑区和紊流粗糙区三种情况下，流量各为原来的多少倍？(3) 在不计局部损失的情况下，如管道长度 l不变，通过流量不变，欲使沿程水头损失减少一半，试讨论在圆管层流、 紊流光滑区和紊流粗糙区三种情况下， 管径 d 各需增大百分之几？l v232l解： （1）由Re，hf有hf 12vd

4、 2ggdvd即在层流hfv1.00.15820.25lv1.750.3164由0.25得hf 2d1.25gRe光滑区hf 2v1.75ks由 0.11d0.250.0505ks0.25l2v得hf 3d1.25g2 / 9流体力学课后习题答案第六章粗糙区hf 3v2.0（2）由Q d2v，以上公式变为hf 1128lQQd4g14变为 16 倍hf 20.78980.25lQ1.75d4.75g1.750.808ks0.25lQ2d5.25g2Q 变为 6.56 倍hf 3Q 变为 6.17 倍（3）由以上公式计算可知分别 19%，16%，14%6-19两条断面面积、长度、相对粗糙高度都相

5、等的风管，断面形状分别为圆形和正方形，试求（1）若两者通过的流量相等，当其管内流动分别处在层流和紊流粗糙区两种情况下时， 两种管道的沿程水头损失之比圆方分别为多少？（2）若两者的沿程水头损失相等，且流动都处在紊流粗糙区，哪条管道的过流能力大？大多少？解： （1）a2122d a2d44当量直径de a层流时hf 圆h方64 l v264lvhfRe d 2gd22gde2a222 0.785dd4l v2紊流粗糙区hf，相等d 2ghf 圆h方dea 0.886dd43 / 9流体力学课后习题答案第六章（2）Q圆dQ方de=1.06此时圆管流通能力大，大 6%6.20 水管直径为 50 ，1、

6、2 两断面相距 15 m，高差 3 m，通过流量 Q6 ，水银压差计读值为 250 ，试求管道的沿程阻力系数。解:4Q40.0062 3.06m/s2d0.052p112p22Z1 Z2hfg2gg2gp1p2Z1Z2 hfgg12.6hp12.60.25 3.15m3.15 0.0222153.060.0519.6l2hf 3.15md 2g6-23 测定某阀门的局部阻力系数，在阀门的上下游共设三个测压管某间距 L1=12=2m.若直径 50,实测 H1=1502=1253=40,流速 3,求阀门的值。解：h1 H1 H2h1 (150 125 )102 0.25mL1dh1d0.250.0

7、50.0125L11h2 H2 H3(125 40 )102 0.85m4 / 9流体力学课后习题答案第六章L2v2h2d2gL22(h2)2g(0.85 0.0125)29.8d0.050.762v232624 用突然扩大使管道的平均流速由 v1 减到 v2，若直径 d1与流速 v1 一定，试求使测压管液面差 h 成为最大的 v2 与 d2是多少？并求最大 h 值。pp解:Z11 Z22212g2gg2g2g2122p2 p1122212hZ2Z1gg2g2g 221 2gg22dh 21 0d2gg212d22d1hmax124g6-25 速由变到的突然扩大管，如分两次扩大，中间流速取何值

8、时局部水头损失最小？此时的局部水头损失为多少？并与一次扩大时比较。A1 v12A v21解：hm1A2gA22g22其中A1QQQ，A，A1v1v2v2v22v1v2vv12v22hm2g要使hm最小，则dhm0即4v 2v1v2dv5 / 9流体力学课后习题答案第六章所以v 4gv1v222时局部水头损失最小v vhm12A1 v12v1v2一次扩大时：hm1A22g2g22是两次扩大时的两倍6-26水箱中的水通过等直径的垂直管道向大气流出。已知水箱的水深 H，管道直径d，管道长l，沿程阻力系数，局部阻力系数之和为，试问在什么条件下： （1）流量 Q 不随管长 l 而变化？ （2） Q 随

9、l 的增加而减小？ （3） Q 随管 l 的增加而增加？解（1）水箱水面进出口断面能量方程22gH Ll v由H L 1得，v ld2g1d2gH L11Q d2v d2l441ddQd0，解得H 1dLdQd（2）0，即H1dLdQd（3）0，即H1dL因为6-28水池中的水经弯管流入大气中（题 6-26 图） ，已知管道的 直 径 100, 水 平 段 和 倾 斜 段 的 长 度 均 为 50m ， 高 差h1=22=25m，段设有阀门，沿程阻力系数=0.035，管道入口与转弯的局部水头损失不计。试求：为使段末段 B 处的真空高度不超过 7m,阀门的局部阻力系数最小应是多少？此时的流6 /

10、 9流体力学课后习题答案第六章量是多少？解：取水池自由液面和 B 处断面列伯努利方程：2p112p22Z1 Z2hg2gg2g因为：Z1Z2 h1p1=0p17 gv1=0所以：v2=3.088取 B 处断面和 C 处断面列伯努利方程：2p332p22Z2 Z3hg2gg2g因为：Z2 Z3 h2v2=v3所以：h 18mp3=0lv2h ()d 2gh2gl1829.85020.035 19.498vd3.08820.13.088(0.1)2 24.25l / s此时Q v44d26.29 略631 自水池中引出一根具有三段不同直径的水管， 已知直径 d50 ，D200 ，长度 l100 m

11、，水位 H12 m，沿程阻力系数0.03，局部阻力系数阀5.0，试求通过水管的流量并绘总水头线与测压管水头线。解:由连续性方程7 / 9流体力学课后习题答案第六章1D16列 1、2 断面伯努利方程H 00 0022ghfhm2.5l2lD2l212hf2.5150.058d2gD 2gd 2g25642g(入口+突扩+突缩+阀) 22g2扩缩 d 1D211 42152 0.879162 d 215 0.51 0.5 0.46916Dhm0.50.8790.4695.0H 1150.0586.84822g 6.84822g22g157.922g19.6121.22m/ s157.9Q d420.05421.22 2.39l /s8 / 9流体力学课后习题答案第六章6-32 某闸板阀的直径 d = 100，该阀门在开度 0.125 时局部阻力系数 1=97.3，开度 0.5 时的 2=2.06，该管道的沿程阻力系数为 0.03。试求两不同开度情况下的折算长度。解：v2l v2, l d2gd 2gl1 324.3ml2 6.87m9 / 9