第1章流体流动习题解答

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1、第一章流体流动习题解答1.解：（1）1atm=101325Pa=760mmHg真空度=大气压力—绝对压力，表压=绝对压力—大气压力所以出口压差为p=N/m2（2）由真空度、表压、大气压、绝对压之间的关系可知，进出口压差与当地大气压无关，所以出口压力仍为Pa2.解：混合气体的摩尔质量混合气体在该条件下的密度为：3.解：由题意，设高度为H处的大气压为p，根据流体静力学基本方程，得大气的密度根据气体状态方程，得根据题意得，温度随海拔的变化关系为代入上式得移项整理得对以上等式两边积分，所以大气压与海拔高度的关系式为即：（2）已知地平面处的压力为101325Pa，则高

2、山顶处的压力为将代入上式解得H=6500m，所以此山海拔为6500m。4.解：根据流体静力学基本方程可导出所以容器的压力为5.解：mm以设备内液面为基准，根据流体静力学基本方程，得kPa6.解：（1）如图所示，取水平等压面1—1’，2—2’，3—3’与4—4’，选取水平管轴心水平面为位能基准面。根据流体静力学基本方程可知同理，有，），以上各式相加，得因为同理，有故单U形压差的读数为（2）由于空气密度远小于液体密度，故可认为测压连接管中空气内部各处压强近似相等。即故有因为所以此测量值的相对误差为7.解：（1）在A—A’，B—B’两截面间列伯努利方程，得其中=0

3、，=，=2.2J/kg化简为由题目知：输水量m3/hm3/sm/sm/s查表得20℃水的密度为998.2kg/m3所以J/kgPa（2）若实际操作中水为反向流动，同样在两截面间列伯努利方程，得其中=0，=，=2.2J/kg化简为由于流量没有变，所以两管内的速度没有变，将已知数据带入上式，得Pa8.解：查表1-3，选取水在管路中的流速为，则求管径查附录13进行管子规格圆整，最后选取管外径为83mm，壁厚为3.5mm，即合适的管径为。9.解：（1）管内流体的质量流量有上式得出质量流速为所以该气体在管内的流动类型为湍流。（2）层流输送最大速度时，其雷诺数为2000

4、，于是质量流速可通过下式计算：所以层流输送时的最大质量流量10.解：（1）根据题意得：，将上式配方得所以当m时管内油品的流速最大，（2）由牛顿粘性定律得其中代入上式得管道内剪应力的分布式所以管壁处的剪应力（负号表示与流动方向相反）11.解：（1）根据题意可算出：mm，mmmm通道截面积m2润湿周边mm=0.218mm（2）=40m3/h=0.011m3/sm/s故该流型为湍流。12.解：如课本图1-17，流体在内外管的半径分别为的同心套管环隙间沿轴向做定态流动，在环隙内取半径为r，长度为L，厚度为dr的薄壁圆管形微元体，运动方向上作用于该微元体的压力为作用于

5、环形微元体内外表面的内摩擦力分别为因微元体作匀速直线运动，根据牛顿第二定律，作用于微元体上的合力等于零，即简化后可得在层流条件下，带入上式可得上式积分得利用管壁处的边界条件可得所以同心套管环隙间径向上的速度分布为13.解：取桶内液面为1—1’截面，桶侧面开孔处的截面为2—2’截面，开孔处离桶底距离为h，从1—1’截面至2—2’截面列机械能守恒方程式，得以2—2’截面为基准面，则化解得假设液体的水平射程为X，则所以当h=时，射程最远，14.解：（1）对1—1’至2—2’截面间列伯努利方程，可得取1—1’截面为位能基准面，由题意得所以对1—1’至B—B’截面间列

6、伯努利方程，可得所以（2）虹吸管延长后，增加使虹吸管出口流速u增加，从而引起降低；当降至与该温度水的饱和蒸汽压相等(时，管内水发生气化现象。由于此时，故对1—1’至B—B’截面间列伯努利方程，可得所以对1—1’至3—3’截面间列伯努利方程，可得所以（负号表示在1—1’截面位置下方）15．解：如图所示在截面间列伯努利方程式，以A点所在水平面为基准面，则：其中，m，m/s由题目已知可得m/s根据流体静力学方程：m所以m16.解：要想将孔盖紧固，则罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力，即：液体在孔盖上产生的压力：螺钉能承受的工作应力：解得所以，要想将孔盖紧固，至少

7、需要8个螺钉。注意：此题中，也可将螺钉直径选为14mm，则结果为：需要9个螺钉。17.解：（1）取高位槽水面为上游截面，管路出口内侧为下游截面，在两截面之间列伯努利方程：以地面为基准面，则m，m，，==，化简得m/sm3/h（2）在截面与截面间列伯努利方程：其中，于是上式可化简为阀门从全开到关闭的过程中，逐渐减小（），由上式可以看出，左边的值不断增大，而不变，所以截面位置处的压力是不断增大的。18.解：根据题意，该烟囱正常排烟的基本条件要求烟囱出口压强应不超过外界气压。若以大气压为计算基准，则有烟气在烟囱中的流速为所以对1—1’至2—2’截面间列机械能守恒式

8、，可得取1—1’截面为位能基准面即解得正常排烟时该烟