材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)

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1、第1章 流體的主要物理性質1-1何謂流體，流體具有哪些物理性質？ 答：流體是指沒有固定的形狀、易於流動的物質。它包括液體和氣體。流體的主要物理性質有：密度、重度、比體積壓縮性和膨脹性。2、在圖3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m，H2=6m，管徑D=15mm，如果不計損失，問S處的壓強應為多大時此管才能吸水?此時管內流速2及流量Q各為若干?(注意：管B端並未接觸水面或探入水中) 解：選取過水斷面1-1、2-2及水準基準面O-O，列1-1面(水面)到2-2面的貝努利方程 圖3.20 虹吸管再選取水準基準面O-O，列過水斷面2-2及3-3的貝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得 5、有一

2、文特利管(如下圖)，已知d1 =15cm，d2=10cm，水銀差壓計液面高差Dh =20cm。若不計阻力損失，求常溫(20)下，通過文氏管的水的流量。解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2處測量靜壓力差p1和p2，則由式可建立有關此截面的伯努利方程：根據連續性方程，截面1和2上的截面積A1和A2與流體流速v1和v2的關係式為所以 通過管子的流體流量為 用U形管中液柱表示，所以(m3/s)式中 、被測流體和U形管中流體的密度。如圖6-317(a)所示，為一連接水泵出口的壓力水管，直徑d=500mm，彎管與水準的夾角45°，水流流過彎管時有一水準推力，為了防止彎管發生位移，築一混凝土鎮

3、墩使管道固定。若通過管道的流量0.5m3/s，斷面1-1和2-2中心點的壓力p1相對=108000N/，p2相對=105000N/。試求作用在鎮墩上的力。解 如圖6317(b)所示，取彎管前後斷面11和2-2流體為分離體，現分析分離體上外力和動量變化。設管壁對流體的作用力R，動量方程在x軸的投影為：則動量方程在x軸的投影為：鎮墩對流體作用力的合力R的大小及方向為：流體對鎮墩的作用力P與R的大小相等方向相反。1-2某種液體的密度=900 Kgm3，試求教重度y和品質體積v。解：由液體密度、重度和品質體積的關係知：品質體積為1.4某種可壓縮液體在圓柱形容器中，當壓強為2MNm2時體積為995cm3

4、，當壓強為1MNm2時體積為1000 cm3，問它的等溫壓縮率kT為多少?解：等溫壓縮率KT公式(2-1): V=995-1000=-5*10-6m3注意：P=2-1=1MN/m2=1*106Pa將V=1000cm3代入即可得到KT=5*10-9Pa-1。注意：式中V是指液體變化前的體積1.6 如圖1.5所示，在相距h0.06m的兩個固定平行乎板中間放置另一塊薄板，在薄板的上下分別放有不同粘度的油，並且一種油的粘度是另一種油的粘度的2倍。當薄板以勻速v0.3m/s被拖動時，每平方米受合力F=29N，求兩種油的粘度各是多少?解：流體勻速穩定流動時流體對板面產生的粘性阻力力為平板受到上下油面的阻力

5、之和與施加的力平衡，即代入數據得=0.967Pa.s第二章 流體靜力學（吉澤升版）2-1作用在流體上的力有哪兩類，各有什麼特點?解:作用在流體上的力分為品質力和表面力兩種。品質力是作用在流體內部任何質點上的力，大小與品質成正比，由加速度產生，與質點外的流體無關。而表面力是指作用在流體表面上的力，大小與面積成正比，由與流體接觸的相鄰流體或固體的作用而產生。2-2什麼是流體的靜壓強，靜止流體中壓強的分佈規律如何?解： 流體靜壓強指單位面積上流體的靜壓力。 靜止流體中任意一點的靜壓強值只由該店座標位置決定，即作用於一點的各個方向的靜壓強是等值的。 2-3寫出流體靜力學基本方程式，並說明其能量意義和幾

6、何意義。解:流體靜力學基本方程為：同一靜止液體中單位重量液體的比位能 可以不等，比壓強也可以不等，但比位 能和比壓強可以互換，比勢能總是相等的。 2-4如圖2-22所示，一圓柱體d0.1m，品質M50kg在外力F520N的作用下壓進容器中，當h=0.5m時達到平衡狀態。求測壓管中水柱高度H? 解：由平衡狀態可知：代入數據得H=12.62m 2.5盛水容器形狀如圖2.23所示。已知hl0.9m，h20.4m，h31.1m，h40.75m，h51.33m。求各點的表壓強。解：表壓強是指：實際壓強與大氣壓強的差值。2-6兩個容器A、B充滿水，高度差為a0為測量它們之間的壓強差，用頂部充滿油的倒U形管

7、將兩容器相連，如圖2.24所示。已知油的密度油=900kgm3，h0.1m，a0.1m。求兩容器中的壓強差。解：記AB中心高度差為a，連接器油面高度差為h，B球中心與油面高度差為b；由流體靜力學公式知：2-8一水壓機如圖2.26所示。已知大活塞直徑D11.785cm，小活塞直徑d=5cm，杠杆臂長a15cm，b7.5cm，活塞高度差h1m。當施力F198N時，求大活塞所能克服的載荷F2。解：由杠杆原理知小活塞上受的力為F3：由流體靜力學公式知：F2=1195.82N2-10水池的側壁上，裝有一根直徑d0.6m的圓管，圓管內口切成a45°的傾角，並在這切口上裝了一塊可以繞上端鉸鏈旋轉的

8、蓋板，h=2m，如圖2.28所示。如果不計蓋板自重以及蓋板與鉸鏈間的摩擦力，問開起蓋板的力T為若干?(橢圓形面積的JC=a3b/4)解：建立如圖所示坐標系oxy，o點在自由液面上，y軸沿著蓋板壁面斜向下，蓋板面為橢圓面，在面上取微元面dA,縱坐標為y，淹深為h=y * sin ,微元面受力為板受到的總壓力為蓋板中心在液面下的高度為 hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45° 蓋板受的靜止液體壓力為F=hcA=9810*2.3*ab 壓力中心距鉸鏈軸的距離為 ：X=d=0.6m,由理論力學平衡理論知，當閘門剛剛轉動時，力F和T對鉸鏈的力矩代數和為零，即：故T=6609.

9、5N2-14有如圖2.32所示的曲管AOB。OB段長L10.3m，AOB=45°，AO垂直放置，B端封閉，管中盛水，其液面到O點的距離L20.23m，此管繞AO軸旋轉。問轉速為多少時，B點的壓強與O點的壓強相同?OB段中最低的壓強是多少?位於何處?解：盛有液體的圓筒形容器繞其中心軸以等角速度旋轉時，其管內相對靜止液體壓強分佈為：以A點為原點，OA為Z軸建立坐標系O點處面壓強為B處的面壓強為其中：Pa為大氣壓。當PB=PO時=9.6rad/sOB中的任意一點的壓強為對上式求P對r的一階導數並另其為0得到，即OB中壓強最低點距O處 代入數據得最低壓強為Pmin=103060Pa第三章習題

10、（吉澤升版）3.1已知某流場速度分佈為 ，試求過點(3，1，4)的流線。解：由此流場速度分佈可知該流場為穩定流，流線與跡線重合，此流場流線微分方程為：即：求解微分方程得過點(3,1,4)的流線方程為：3.2試判斷下列平面流場是否連續?解：由不可壓縮流體流動的空間連續性方程（3-19，20）知： ， 當x=0，1，或y=k （k=0，1，2，）時連續。3.4三段管路串聯如圖3.27所示，直徑d1=100 cm，d2=50cm，d325cm，已知斷面平均速度v310m/s，求v1,v2，和品質流量(流體為水)。解：可壓縮流體穩定流時沿程品質流保持不變， 故： 品質流量為：3.5水從鉛直圓管向下流出

11、，如圖3.28所示。已知管直徑d110 cm，管口處的水流速度vI1.8m/s，試求管口下方h2m處的水流速度v2，和直徑d2。解：以下出口為基準面，不計損失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 代入數據得：v2=6.52m/s由 得:d2=5.3cm3.6水箱側壁接出一直徑D0.15m的管路，如圖3.29所示。已知h12.1m，h2=3.0m,不計任何損失，求下列兩種情況下A的壓強。(1)管路末端安一噴嘴，出口直徑d=0.075m；(2)管路末端沒有噴嘴。解：以A面為基準面建立水平面和A面的伯努利方程： 以B面為基準，建立A,B面伯努利方程：（1）當下端接噴嘴時， 解得va=2.54m/s,