工程流体力学泵与风机习题答案

工程流体力学泵与风机习题答案（曹慧哲部分）第三章3-1已知流速场ux=2t+2x+2y，uy=t-y+z，uz=t+x–z。求流场中x=2，y=2，z=1的点在t=3时的加速度。a=35.86m/s23-2已知流速场ux=xy3，313yuy，uz=xy，试求：（1）点（1，2，3）的加速度；（2）是几元流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？a=36.27m/s2二元恒定非均匀流3-3已知平面流动的流速分布为ux=a，uy=b，其中a、b为正数。求流线方程并画出若干条y＞0时的流线。ay-bx=c3-4已知平面流动速度分布为2222xycycxuuxyxy，，其中c为常数，求流线方程并画出若干条流线。x2+y2=c3-5已知平面流动速度场分布为(46)(69)uyxtiyxtj。求t=1时的流线方程并绘出x=0至x=4区间穿过x轴的4条流线图形。3x-2y=33-6已知圆管中流速分布为1/7max0()yuur,r0为圆管半径，y为离开管壁的距离，umax为管轴处最大流速。求流速等于断面平均流速的点离管壁的距离y。y=0.242r03-7对于不可压缩流体，下面的运动是否满足连续性条件？（1）ux=2x2+y2，uy=x3－x(y2－2y)（2）ux=xt+2y，uy=xt2－yt（3）ux=y2+2xz，uy=－2yz+x2yz，uz=422221yxzx(1)、(3)不满足，(2)满足3-8已知不可压缩流体平面流动在y方向的速度分量为ux=y2－2x+2y。求速度在x方向的分量ux。ux=-2x(y+1)+f(y)3-9已知两平行平板间的速度分布为2max1byuu，式中y=0为中心线，y=±b为平板所在位置，umax为常数，求两平行平板间流体的单宽流量。刘二版66页3-16Q=max43bu3-10输水管道经三通管分流，见图3-10。已知管径d1=d2=200mm，d3=100mm，断面平均流速v1=3m/s，v2=2m/s。试求断面平均流速v3。试求断面平均流速v3。张39页例3-4v3=4m/s3-11如图所示的管段，d1=2.5cm，d2=5cm，d3=10cm。（1）当流量为4l/s时，求各管段的平均流速。（2）旋动阀门，使流量增加至8l/s或使流量减少至2l/s时，平均流速如何变化？周55页例3-1v1=8.16m/sv2=2.04m/sv3=0.51m/sv1a=16.32m/sv2a=4.08m/sv3a=1.02m/sv1b=4.08m/sv2b=1.02m/sv3b=0.255m/s3-12如图所示的氨气压缩机用内径d1=76.2mm的管子吸入密度ρ1=4kg/m3的氨气，经压缩后，由内径d2=38.1mm的管子以v2=10m/s的速度流出，此时密度增至ρ2=20kg/m3。求（1）质量流量；（2）流入流速v1。周56页例3-3Qm=0.228kg/sv1=9.83m/s3-13蒸汽管道如图所示。已知蒸汽干管前段的直径d0=50mm，流速v0=25m/s，蒸汽密度ρ0=2.62kg/m3；后段的直径d1=45mm，蒸汽密度ρ1=2.24kg/m3。接出的支管直径d2=40mm，题3-10图题3-11图231231v2v3v1蒸汽密度ρ2=2.30kg/m3。试求分叉后的两管末端的断面平均流速v1、v2为多大，才能保证该两管的质量流量相等。闻112页3-14v1=18.05m/sv2=22.25m/s3-14空气以标准状态（温度t0=15℃，密度ρ0=1.225kg/m3，压强p0=1.013×105Pa）进入压气机，流量Q=20m3/min；流出时温度t=60℃，绝对压强p=800×103Pa；如果压气机出口处流速v限制为20m/s。试求压气机的出口管径d。闻113页3-15d=0.056m3-15在直径为d的圆形风管断面上，用下法选定五个点来测量局部风速。设想用与管轴同心，但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分如图所示。测点即位于等分此部分面积的圆周上。这样测得的各点流速，分别代表相应断面的平均流速。试计算各测点到管轴的距离，以直径的倍数表示；若各点流速分别为u1、u2、u3、u4、u5，空气密度为ρ，试求质量流量Qm。闻113页3-16r1=0.158d，r2=0.274d，r3=0.354d，r4=0.418d，r1=0.474d，21234520mQduuuuu3-16设计输水量为300t/h的给水管道，流速限制在0.9～1.4m/s之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速（直径规定为50mm的倍数）。蔡85页3-4d=300mmv1=1.18m/s3-17圆形风道，流量为10000m3/h，流速不超过20m/s。试设计直径，根据所定直径求流速（直径规定为50mm的倍数）。蔡85页3-5d=450mmv1=17.5m/s3-18空气流速由超音速流过渡到亚音速流时，要经过冲击波。如果在冲击波前，风道中速度v=660m/s，密度ρ=1kg/m3。冲击波后，速度降低至v=250m/s，求冲击波后的密度。蔡85页3-8ρ=2.64kg/m33-19如在直径d1=150mm管道内的断面平均流速为直径d2=200mm管道内的一半，求通过这两个管道的流量比。屠99页4-8Q1/Q2=0.283-20水射器如图所示，高速水流vj由喷嘴射出，带动管道内的水体。已知1-1断面管道内的水流速度和射流速度分别为v1=3m/s和vj=25m/s，管道和喷嘴的直径分别为0.3m和0.085m，求断面2-2处的平均流速v2。屠100页4-10v2=4.77m/s3-21下列两个流动，其线变形速度为多少？哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？（式中的a、c为常数）(1)ux=－ay，uy=ax，uz=0；(2)0,,2222zyxuyxcxuyxcyu。(1)εxx=εyy=εzz=0有旋无角变形(2)222222220xxyyzzcxycxyxyxy无旋有角变形题3-12图题3-13图题3-15图题3-20图第四章4-1水管直径d=50mm，末端阀门关闭时，压力表读值为pM1=21kPa，阀门打开后读值降为pM2=5.5kPa，不计水头损失，求通过的流量Q。（张3-10，Q=10.9l/s）4-2油在管道中流动，直径dA=0.15m，dB=0.1m，vA=2m/s，水头损失不计，求B点处测压管高度hC。（蔡85页3-10h=1.87m）4-3水在变直径竖管中流动，已知粗管直径d1=300mm，流速v1=6m/s。装有压力表的两断面相距h=3m，为使两压力表读值相同，试求细管直径（水头损失不计）。（张3-11，d=235.5mm）4-4变直径管段AB，dA=0.2m，dB=0.4m，高差Δh=1.5m，测得pA=30kPa，pB=40kPa，B点处断面平均流速vB=1.5m/s，试求两点间的水头损失hlAB并判断水在管中的流动方向。（张3-12，0.8mH2O,B→A）4-5用水银压差计测量水管中的点流速u，如读值Δh=60mm。（1）求该点流速u；（2）若管中流体是ρ=0.8kg/m3的油，Δh仍不变，不计水头损失，则该点流速为多少？（张3-13，v1=3.85m/s，v1=4.34m/s）4-6为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计。管道直径d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度ρ=850kg/m3，流量计流量系数μ=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q多大？（张3-14，Q=51l/s）4-7水箱出流如图，直径d1=125mm、d2=100mm，水银压差计的读值h=175mm，断面3-3处的喷嘴直径d3=75mm，不计水头损失，试求作用水头H值和压力表读值。(蔡86页3-13H=11.8mp=79.0kPa)4-8管道流动见图，管径d=150mm、喷嘴出口直径dD=50mm，各点高差h1=2m、h2=4m、h3=3m，不计水头损失，求A、B、C、D各点压强。(蔡86页3-14Q=0.0174m3/spA=68.1kPa，pB=-0.48kPa，pC=-20.1kPa，pD=0)题4-1图题4-2图题4-3图题4-4图题4-5图题4-6图4-9水箱中的水经一扩散短管流到大气中。直径d1=100mm，该处绝对压强p1=0.5大气压，直径d2=150mm，求水头H（水头损失忽略不计）。（张3-15，H=1.23m）4-10水从铅垂立管下端射出，射流冲击一水平放置的圆盘，如图所示。已知立管直径d=50mm，h1=3m，h2=1.5m，圆盘半径R=150mm，水流离开圆盘边缘的厚度δ=1mm，水头损失忽略不计，且假定各断面流速分布均匀，试求流量Q和水银压差计的读数Δh。（闻206页5-16题Q=0.00823m3/sΔh=428mm）4-11离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气。直径d=200mm处，接一根细玻璃管，管的下端插入水槽中。已知管中水上升H=150mm，求每秒钟吸入的空气量Q（空气的密度ρa=1.29kg/m3）。（张3-16，Q=1.5m3/s）4-12吹风装置的进排风口都直通大气，风扇前后断面直径d1=d2=1m，排风口直径d3=0.5m，已知排风口风速v3=40m/s，空气的密度ρ=1.29kg/m3，不计压强损失，试求风扇前后端木的压强p1和p2。(刘二版106页4-14p1=-64.5Pa，p2=967.5Pa)4-13压缩空气罐与文丘里式的引射管连接，d1、d2、h均为已知，问气罐压强p0为多大才能将B池水抽出。(蔡86页3-17，42011dpghd)4-14高层楼房煤气立管的B、C两个供煤气点的供气量均为Q=0.02m3/s，供气点间的高度均为H=30m。假设煤气密度ρ=0.6kg/m3、空气密度ρa=1.2kg/m3、酒精密度ρch=800kg/m3，管径d=50mm，压强损失：AB段2321vABp、BC段2422vBCp，假定C点要求保持余压为300Pa，求A点处测压计的酒精液面高差h。（蔡87页3-20，h=45mm）题4-7图题4-8图题4-9图题4-10图题4-11图题4-12图题4-13图4-15水平风管如图，空气自1-1断面流向2-2断面，已知断面1-1的压强p1=150mmH2O，流速v1=15m/s，断面2-2的压强p2=140mmH2O，流速v2=10m/s，空气密度ρ=1.29kg/m3，求两断面的压强损失。（蔡87页3-24pl=178.6Pa）4-16图为开式试验段风洞，射流喷口直径d=1m，若在直径D=4m的进风口侧壁装设测压管，其水柱高差h=64mm，空气密度ρ=1.29kg/m3，不计损失，求喷口风速。（蔡88页3-25v2=31.2m/s）4-17水由喷嘴射出。已知流量Q=0.4m3/s，主管直径D=400mm，喷嘴直径d=100mm，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。（张3-17，R=143.24kN）4-18水自喷嘴水平射向一与其交角成60度的光滑平板上（不计摩擦阻力）。喷嘴出口直径d=25mm，流量Q1=33.4l/s。试求射流沿平板向两侧的分流流量Q2与Q3，以及射流对平板的作用力R（水头损失忽略不计）。（张3-18，Q1=25.05l/s，Q2=8.35l/s，R=1.97kN）4-19直径d1=0.7m的管道在支承水平面上分为d2=0.5m的两支管，A-A断面压强为pA=70kPa，管道流量Q1=0.6m3/s，两支管流量相等。不考虑螺栓连接的作用时，在不计水头损失和水头损失ghl2522v这两种情况下，分别求支墩受到的水平推力。（蔡89页3-29R1=3.26kN，R2=5.26kN）4-20如图所示，下部水箱自重224N，其中盛水重897N，如果此箱在秤台上