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流体力学计算题练习

练习题1. 如右图所示,在一密闭容器中,上部装有密度ρ1=0.8×103kg/m3的油,下部为密度ρ2=103kg/m3的水,已知h1=0.4m,h2=0.2m。

测压管中水银柱的读数h=0.5m,水银的密度为ρ1=13.6×103 kg/m3。

求密闭容器中油液面上的压强p0。

2. 图示为一水暖系统,为了防止水温升高时体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一膨胀水箱,使水有膨胀的余地。

若系统内水的总体积为8m3,加温前后温差为50℃,在其温度范围内水的膨胀系数为βT=9×10-4 1/℃,求膨胀水箱的最小容积。

3. 当温度不变,压强从0.20 MPa增加到10 MPa时,某种液体的体积减小0.49%,求该液体的体积模量。

4. 两个充满空气的封闭容器互相隔开,左边压力表M的读数为100kPa,右边真空计V的读数为3.5mH2O,试求连接两容器的水银压差计中h的读值。

5. 已知流体运动的速度场为:3231yvxyvyx==,,试求t=2时过点()()x y z,,,,=312处的流线方程。

6. 如图所示,水在压强作用下从密封的下水箱沿竖直管道流入上水箱中,已知h=50cm,H=3m,管道直径D=25mm,λhp a p0h1h2ρ1ρ2ρ3=0.02,各局部阻力系数分别为ζ1=0.5,ζ2=5.0,ζ3=1.0,求:为维持稳定的管中流速V =1m/s ,下水箱的液面压强应保持在多少Pa? 7. 右图为毕托管示意图。

液体自左向右流动,直管和直角弯管直接插入管道内的液体中,弯管开口迎着流动方向。

测得A 点的液柱高度为hA =170 mm ,B 点的液柱高度为hB = 230 mm ,已知液体的密度为ρ =990 kg/m3,忽略阻力损失,试计算管内液体的流速uA 。

8. 如右图所示为一壁厚可以忽略的大容器,在其下部开一直径为d =12mm 的小孔口,水自孔口流出后进入另一液面比大容器液面低H =1.2m 的容器中,两容器内的水位始终保持不变。

试计算水的出流流量和孔口处的流速。

9. 如图所示为一壁厚可以忽略的大容器,为了便于出流,在容器壁上开一圆孔并在外面焊接一段等径圆管,容器自由液面及孔口出口皆与大气相通,而且可以保证容器内的水位不变。

已知孔口直径为d =12mm ,焊接的圆管长度l = 40mm 。

容器自由液面相对于孔口中心线的高度为H =1.2m ,试计算水的出流流量和出口流速。

10. 用长l =300m 、内径d =200mm 的铸铁管输送密度ρ = 880 kg/m3的油液,测得质量流量qm = 8.80×104 kg/h 。

设冬季油液的运动粘度ν1=109.2×10-6m2/s ,夏季运动粘度ν2=35.5×10-6m2/s ,试确定冬、夏季输油管路以油柱高度表示的水头损失h λ。

[注:若流动状态为湍流,可取λ = 0.04]11、一恒定有压均匀管流,已知管径d=20 mm ,管长 l=20m ,管中水流流速 u=0.12m/s ,水温 t=10℃时水的运动粘度 n =1.306×10-6m 2/s ,求沿程阻力损失12、如图,已知压力表测得密闭容器内的压力读数为5千帕,其他数据如图中所示,求未知液体的密度(已知水和水银的密度分别为1吨/立方米和13.6吨/立方米)。

13. 液体由水箱经中间有收缩截面(截面积为1A )的管子定常出流,2A 为出口面积,2h 是出口在水箱液面下的深度,问要吸上深为1h 的同种液体,21/A A 应为多少(不计损失)?14. 已知流体运动的速度场为:3231yv xy v y x ==,,试求t=2时过点()()x y z ,,,,=312处的流线方程。

15. 一压缩空气罐与文丘里式的引射管连接,d 1,d 2,h 均为已知,问气罐压力p 0多大方才能将B 池水抽出。

16. 用水银压差计测量水管中的点速度u ,如读数Δh =60mm ,求该点流速。

17. 如图所示输水管经三通管分流。

已知管径分别为d1=200mm 、d2=100mm和d3=150mm,断面平均流速分别是v1=2m/s和v2=1.5m/s,试求断面平均流速v3.18. 图示一串联管路,管径、管长、沿程水力摩阻系数和流量分别标于图中,试按长管计算所需的水头H为多少?19. 如图所示,用真空计B测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kPa,若敞口油箱的液面低于水箱液面的高度H=1.5m,油柱高h1=5.6m,水银柱高h2=0.2m,求油的密度。

1. 解:以水银柱下面为等压面,列平衡方程: ghp gh gh p a 322110ρρρ+=++则:221130gh gh gh p p a ρρρ--+=2.081.98004.081.910005.081.913600101325⨯⨯-⨯⨯-⨯⨯+= Pa 162539=2. 解: 已知V =8m3,Δt =50℃,βT =9×10-4 1/℃。

(1) 由(1-11)式T V V d d 1T =β,得膨胀水箱的最小容积为34T m 36.0501098=⨯⨯⨯==-T V V ∆β∆3. 解:因:00490d .V VV V -=∆=故:等温压缩系数:1-106Pa 1005100.2)(1000490d d -⨯=⨯---=∆∆-=-=..p V /V p V /V T κ 则体积模量:Pa 10210511910⨯=⨯==-TE κ4. 解: 已知pm1=100kPa ,pv2=3.5mH2O 。

根据题意可知am11p p p +=,v2a 2p p p -=mHg0.198106.1398105.3101003v2m121=⨯⨯+⨯=+=-=汞汞γγp p p p h5. 解:V M ρ=,推得:0=+=dV Vd dM ρρρρd dV V -=N m dp d Vdp dV p /1075.3104%015.0294-⨯=⨯==-=ρρβ6. 解:以下水箱液面为基准面,列两液面的伯努利方程:局部沿程h h h H h h H g pg p w a +++=++=-)()(0ρρ 沿程水头损失:mg v d L h h f 143.081.92025.01)15.03(02.0222=⨯⨯⨯+⨯===λ沿程局部水头损失:mg v h h j 332.081.921)5.00.50.1(2)(22321=⨯⨯++=++==ζζζ局部总水头损失:mh h h j f w 475.0332.0143.0=+=+=所以,得:MPap h h H g p s w 49.010********)(0=+=+++=ρ7. 解:以管道中心线为零势能面,列伯努利方程:g p g u g p BA A ρρ=+22又知:A A gh p ρ=,B B gh p ρ=代入得:A B Ah h g u -=22则:m/s 08117023081922.)..(.)h h (g u A B A =-⨯⨯=-=8. 解:显然是薄壁小孔口淹没出流。

其流量: gHACr q V 2=对于厚壁孔口,Cr =0.60(取0.60~0.62皆可)代入数据,得:/sm 10293321819260040120342-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=.....q V π于是,孔口流速为:m/s 9124012010293324./..A q v V =⨯⨯==-π9. 解:本题中l /d = 40/12=3.33,可知该孔口为厚壁孔口。

孔口出流流量计算公式为: gH ACr q V 2= 对于厚壁孔口,Cr =0.82 代入数据,得:/sm 105.42.181.9282.04012.0342-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=πV q于是,出口流速为:m/s 98.34/012.0105.424=⨯⨯==-πA q v V10. 解:① 判断流态:流量:qV = qm/ρ = 8.80×104/880/3600 = 0.0278 m3/s 流速:u = qV/A= 0.0278/(3.14×0.202/4)= 0.884 m/s冬季雷诺数:Re1= ud/ν1 = 0.884×0.2/(109.2×10-6) =1619<2320(层流) 夏季雷诺数:Re2= ud/ν2 = 0.884×0.2/(35.5×10-6) = 4980>2320(湍流) ② 水头损失(以油柱高度表示):冬季:h λ1 =λ1 (l/d) (u2/2g) = (64/Re1) (l/d) (u2/2g) = 2.366 m (油柱) 夏季:h λ2 =λ2 (l/d) (u2/2g) = 2.390 m (油柱)11. 解:雷诺数232067.183710306.1020.012.0Re 6<=⨯⨯==-v ud沿程阻力损失系数:0348.067.183764Re 64===λ沿程阻力损失:OmH g v d l h 2220256.081.9212.002.0200348.02=⨯⨯⨯==λλ12. 解:如图,设大气压为p0,以图中2点为基点,则:gh h h p p p 132102)(ρ⨯++++=表gh p p 2323ρ-=g h p p p 32304ρ-==g h p g h p p 3202323ρρ+=-=gh h h p p p 132102)(ρ⨯++++=表g h p g h 32023ρρ++=因此,解得:gh g h h h p g h 23132132)(ρρρ-⨯+++=表 1360061.52.0100061.531.781.961.550002231232123⨯-⨯+⨯=⨯-⨯+++=ρρρh h h h h h g h p 表=3ρ909.03513. 解:(1)根据连续性方程A1u1=A2u2 (a ) 同时在1点和2点列出伯努力方程得:g u g p g u g p 22211220+=+ρρ (b)(2)水箱高位与1点之间列伯努力方程得g u g p g p h 221102+=+ρρ (c) (3)1点要吸上深度为h1的液体,则必须:110gh p p p ρ≥-=∆ (d)解上述3个式子,从(a)得:1221u u A A =根据(b)得:11222222122222110)1(21)1(21)22(gh A A u u u u g u g u g p p ρρρρ≥-=-=-=-从(c )得:g u h g p g p 221201-=-ρρ,代入(b)得:222gh u =因此:1122)1(gh A A gh ρρ≥-,22112h h h A A +≥ 即:21221h h h A A +≤14. 解:根据流线方程yx v dy v dx =,因此得:323y dyxydx =,即:y dy x dx =3 上述方程解得:C y x =/3由t=2时过点()()x y z ,,,,=312,C=9,则流线方程为:9/3=y x15. 解: 已知d 1,d 2,h 。

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