2022年材料加工冶金传输原理习题答案 .pdf
《2022年材料加工冶金传输原理习题答案 .pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年材料加工冶金传输原理习题答案 .pdf(30页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、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。1-2 某种液体的密度=900 Kgm3,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:)m/(88208.9900g3NVG质量体积为)/(001.013kgm某种可压缩液体在圆柱形容器中,当压强为2MN m2时体积为995cm3,当压强为1MN m2时体积为1000 cm3,问它的等温压缩率kT为多少 ? 解:等温压缩率KT公式 (2-1): TTPVVK1 V=995 -1000=-5*
2、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? 解:流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为YAF0yx平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡,即hhF000162/22/h合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,
3、各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和外表力两种。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。而外表力是指作用在流体外表上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 30 页的力,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
4、和几何意义。解:流体静力学基本方程为:hPhPPPZPZ002211g或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F520N 的作用下压进容器中,当 h=0.5m 时到达平衡状态。 求测压管中水柱高度H? 解:由平衡状态可知:)()2/()mg2hHgdF(代入数据得H=12.62m 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。)
5、(01PaP)(4900)(g2112PahhPP)(1960)(g1313PahhPP)(196034PaPP)(7644)(g4545PahhPP2-6 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 30 页解: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:ghg42油水PhPb)ag2(水
6、PPAgb4水PPBPagaPPPPPBA1.107942水2-8 一水压机如图2.26 所示。已知大活塞直径D 11.785cm,小活塞直径d=5cm,杠杆臂长a 15cm,b7.5cm,活塞高度差h1m。当施力F198N 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:aFbF3由流体静力学公式知:2223)2/()2/(DFghdFF22-10 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 为假设干 ?(
7、椭圆形面积的JC=a3b/4) 解:建立如下图坐标系oxy,o 点在自由液面上,y 轴沿着盖板壁面斜向下,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AgyAghFdsindd板受到的总压力为AhAygAgFccAAsinydsindF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 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:0TxlFM22232DF2dFgh44.045
8、sin0445sin1245sinhAJ30cabhabadyylcc精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 30 页故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:zrPP2220以 A 点为原点, OA 为 Z
9、 轴建立坐标系O 点处面压强为20glPPaB 处的面压强为gZPPaB2r22其中: Pa为大气压。21145cos,45sLLZinLr当 PB=PO 时OB 中的任意一点的压强为)(2r222LrgPPa对上式求 P 对 r 的一阶导数并另其为0 得到,2gr即 OB 中压强最低点距O 处mrL15.045sin代入数据得最低压强为Pmin=103060Pa 第三章习题吉泽升版已知某流场速度分布为,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:3,3, 2zuyuxuzyx精选学习资料 - - - - - - - - -
10、名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 30 页即:求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为:试判断以下平面流场是否连续? 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。三段管路串联如图3.27 所示,直径d1=100 cm,d2=50cm, d325cm,已知断面平均速度v310m/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:水从铅直圆管向下流出,如图3.28 所示。已知管直径d110 cm,管口处的水
11、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:1)3(1)2(33yzyxyxuyxyxcos3,sinu33yxyyyxxxxyxsin13sinsin32323332211QAvAvAvvAsmAAv/625.0v1331m/s5.22332AAvvsA/Kg490vQM33?水gvPgvPhaa2022221精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 30 页由水箱侧壁接出一直径D0.15m的管路,如图3.29所示。已知h12.1m,h
12、2=3.0m,不计任何损失, 求以下两种情况下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, 2当下端不接喷嘴时,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,sin=0.2,L=75mm,酒精密度1=800kgm3,气体密度23;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
13、测点,测静压点为B,过AB两点的断面建立伯努利方程有:2211vAvAgvPPhaAa2002D21abAaPgvPgvh2022D222bbaaAvAvbavv精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 30 页其中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: 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,PB4x
14、104Pa,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:ggv2vPZ2PZ2AAA2maxBB气气2maxB*A21P-Pv气agLcosP-PB*A气酒精21maxcos2agLvAvA2 .1vMmax22smvsmvsAvvbabbaa/592.1,/366.6)/m(6012QA3mgv2.92P0H2aAAmgvh2.52PH2bBB精选学习资料 - - - - - - -
15、 - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 30 页代入数据得,水头损失为hw=4m 第四章吉泽升版4.1 已知管径d150 mm,流量 Q15L/s,液体温度为10 ,其运动粘度系数 2/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)假设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: 流体平均速度为:雷诺数为:故此温度下处在不稳定状态。因此,由不稳定区向湍流转变临界速度为:由不稳定区向层流转变临界速度为:假设为正方形则故为湍流状态。4.2 温度 T=5的水在直径d100mm 的管中流动,体积流量Q=15L/s,问管中水流处于什么
16、运动状态 ? 解:由题意知:水的平均流速为:查附录计算得T=5的水动力粘度为根据雷诺数公式故为湍流。wbahgvhgv2P2P02B2A精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 30 页4.3 温度 T=15,运动粘度 2/s 的水,在直径 d=2cm 的管中流动, 测得流速v=8cm/s,问水流处于什么状态?如要改变其运动,可以采取哪些方法? 解:由题意知:故为层流。升高温度或增大管径d 均可增大雷诺数,从而改变运动状态。4.5 在长度 L=10000m 、直径 d=300mm 的管路中输送重 3的重油,其重量流量G,求油温分别
17、为10 ( =25cm2/s)和 402/s)时的水头损失解:由题知:油温为 10时40时某一送风管道 (钢管, =0.2mm)长 l=30m,直径 d=750 mm,在温度 T=20 的情况下,送风量 Q=30000m3/h。问: (1)此风管中的沿程损失为假设干?(2)使用一段时间后,其绝对粗糙度增加到,其沿程损失又为假设干?(T=20时,空气的运动粘度系数 =2/s) 解: 1由题意知:由于 Re3.29*105,故精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 30 页2 :同 1有直径 d=200m,长度 l=300m 的新铸
18、铁管、输送重度3的石油已测得流量3/s。如果冬季时油的运动粘性系数12/s,夏季时22/s,问在冬季和夏季中,此输油管路中的水头损失h1 各为假设干 ? 解:由题意知冬季同理,夏季有因为022.0dlg274.112精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 30 页由布拉休斯公式知:第五章边界层理论流体在圆管中流动时, “流动已经充分发展”的含义是什么?在什么条件下会发生充分发展了的层流,又在什么条件下会发生充分发展了的湍流?答:流体在圆管中流动时,由于流体粘性作用截面上的速度分布不断变化,直至离管口一定距离后不再改变。进口段内
19、有发展着的流动,边界层厚度沿管长逐渐增加,仅靠固体壁面形成速度梯度较大的稳定边界层,在边界层之外的无粘性流区域逐渐减小,直至消失后, 便形成了充分发展的流动。当流进长度不是很长l=0.065dRe),Rex小于 Recr时为充分发展的层流。随着流进尺寸的进一步增加至l=25-40d 左右,使得Rex大于 Recr时为充分发展的湍流3常压下温度为30的空气以10m/s 的速度流过一光滑平板外表,设临界雷诺数Recr=3.2*105,试判断距离平板前缘0.4m 及 0.8m 两处的边界层是层流边界层还是湍流边界层?求出层流边界层相应点处的边界层厚度解: 由题意临界雷诺数知对应的厚度为x,则mxxv
20、RmBmAmxxxvxxocr35560e5610712.34.0105.264.4Re64.410*5.210*164.0*108.04.0512.0102.3101610Re故,边界层厚度为:层流边界层处雷诺数为)是湍流点处()是层流,点处(4.常压下,20的空气以10m/s 的速度流过一平板, 试用布拉修斯解求距平板前缘0.1m,vx/v=0 处的 y, ,vx,vy,及 avx/y 5461021064.61006.151.010ReVx故为层流边界层又由0VVx而0VV则0, 00yVVyx精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
21、11 页,共 30 页由速度分布与边界层厚度的关系知:再由(舍去)或300)(21)(2330yyyyVVx由布拉修斯解知mmVx3501094.1101.010506.10.50.5133001073.71094.111023)1(23sVyVyx5 =0.73Pa s、 =925Kg/m3的油,以 0.6m/s 速度平行地流过一块长为0.5m 宽为 0.15m 的光滑平板,求出边界层最大厚度、摩擦阻力系数及平板所受的阻力解: 1由题意知:83.0646. 0066.0328.1119.03805 .064. 4Re64. 4,38073.09255 .06.0)xRe2300max0LBv
22、SLvCmxLvLfxx故为层流(第七章相似原理与量纲分析1.用理想流体的伯努利方程式,以相似转换法导出Fr 数和 Eu 数解:理想流体的伯努利方程:gvpzgvpz2222222111实际系统:gvpzgvpz2)(2)(222221111模型系统:gvpzgvpz2)(2)(222221112做相似变换得lCllzzzz2211vCvvvv2211精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 30 页pCpppp2211gCCgggCggC代入 2式得gvgplgvgplCgvCCCpCzCCgvCCCpCzC2)(2)(222
23、2221211上 式 的 各 项 组 合 数 群 必 须 相 等 , 即 :gvgplCCCCCC212vlgCCC、12vpCCC所以, 所以将上述相似变换代入上式得到弗劳德数和欧拉数得:rFvglvlgvlg222)()()(、uEvpvp22)()(3.设圆管中粘性流动的管壁切应力与管径d,粗糙度,流体密度,黏度,流速有关,试用量纲分析法求出它们的关系式解法一: 设有关物理量关系式为:0),(vdf, 其中edcbaVD0量纲关系edcbaTLLTMMLTML111121ebedcbaba2311111aedacab因此,1110addaaaVD=2VDvdddav=12aedRVd=2
24、),(VdRfe解法二 :由关系式知 :0),(vdf选择 d, , V 为基本物理量,则,均可由它们表示,由此得到三个无量纲参数cbacbaLTMLLTMVd132-11LlnmlnmLTMLLTLVd131-12M精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 30 页所以由此可得准数方程:5用孔板测流量。管路直径为d,流体密度为,运动粘性系数为,流体经过孔板时的速度为 v,孔板前后的压力差为p。试用量纲分析法导出流量Q 的表达式。解:物理量之间的关系0),(pVdQf选择 d,V 为基本物理量,则cbacbaLTMLLMTVdQ
25、1311,对M,1=b 对T,-1=-C 112cbavdQ21对L,0=a-3b+c lnmlnmLTMLLTLVd13122,llmn120dV2zyxzyxLTMLLTMLVdp13213对M,1=y zyxzyxLTMLLTVd13321vedVR12d32),(VdRfe精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 30 页对L,-1=x-3y+z210zyxuEVp23对T, -2=-z 可得准数方程),(2dVEfVdQu所以,VdREfVddVEfQeuu22)1,(),(第八章热量传递的基本概念2当铸件在砂型中冷却
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022年材料加工冶金传输原理习题答案 2022 材料 加工 冶金 传输 原理 习题 答案
限制150内