第六章流體力學課后答案

1、第六章流體力學課后答案 篇一：李玉柱流體力學課后題 第六章 第六章 孔口、管嘴出流與有壓管流 6-1 在水箱側壁上有一直徑d50mm的小孔口，如圖所示。在水頭H的作用下，收縮斷面流速為VC6.86m/s，經過孔口的水頭損失hw0.165m，如果流量系數(shù)0.61，試求流速系數(shù)和水股直徑dc。 Vc2解：根據伯努利方程：Hhw2.51m 2g 流速系數(shù)Vc 0.967 VQAVcc，dc39.71mm 6-2 圖示一船閘閘室，閘室橫斷面面積A800m2，有一高h2m、寬b4m的矩形放水孔。該孔用一個速度v0.05m/s勻速上升的閘門開啟。假設初始水頭H15m，孔口流量系數(shù)0.65，孔口出流時下游水

2、位保持不變。試求 （1）閘門開啟完畢時閘室中水位降低值y；（2）閘室水位與下游平齊所需要的總時間T。 解：（1）閘門完全開啟所用的時間：th40s v 此段時間內孔口的面積可用孔的平均面積來表示：A4m2 因為T40s 所以：H23.796m，yH1H21.204m （2）閘門完全打開后，防水孔的面積：Abh8m2 液面降到與下游液面平齊所需要的時間 因為T135.41s 所以TtT175.41s 6-3 貯液箱中水深保持為h1.8m，液面上的壓強p0kPa（相對壓強），箱底開一孔，孔直徑d50mm。流量系數(shù)0.61，求此底孔排出的液流流量。 p0V2 解：根據伯努利方程： hg2g 4 6-

3、4 用隔板將矩形水池中的水體分成左右兩部分，如圖所示，右半部分水Qd2V15.9L/s 面保持恒定，隔板上有直徑d10.1m的圓形孔口，位于右半部液面下H14.8m處。在左半部分的側面與前一孔口相同的高度處開有直徑d20.125m的圓形孔口，當水池兩半部分的水面穩(wěn)定后，試求左半部水面高度計孔口出流流量。 解：當水池兩半部分的水面穩(wěn)定時：Q1 Q2 Q1A Q2A0.62 h1.395m, Q0.0398m3/s 6-5 圖示水平圓柱狀內插式管嘴，入口銳緣狀，直徑d40mm，管嘴中心線離液面的距離h1.5m，設管嘴較短，水流在管嘴內作自由出流如圖示，各容器壁面上的壓強可按靜壓規(guī)律分布。（1）若按

4、理想流體不計損失，求收縮系數(shù)的理論值；（2）對于實際流體，容器固壁面各處的流速都接近零，各固壁面對孔口出流幾乎無任何影響，收縮斷面各點的流速相等。若局部損失系數(shù)0.04，試求收縮系數(shù)和流量Q。 解：(1) 0.50 (2) 0.52，Q3.47s 6-6 若題6-5中的管嘴內的水流收縮、擴散后呈滿管出流，管嘴的出流流量 可增加多少？ 解：管嘴的出流流量可增加43%。 6-7 圖示管嘴開口向上，由保持恒定水頭的大水箱供水，液流通過此管嘴向 上噴出成噴泉。若水流流過此管嘴的水頭損失為實際出流流速水頭的20%，并假定水箱中液面比管嘴出口高出z05m，試求管嘴的出流流速 以及水流可以到達的高度z2。

5、V23V2 解： z0 hw2gg V9.038m/s V2 h4.166m 2g 6-8在混凝土重力壩壩體內設置一泄水管如圖所示，管長l4m，管軸處的水頭H6m，現(xiàn)需通過流量Q10m3/s，若流量系數(shù)0.82，試確定所需管徑d，并求管中收縮斷面處的真空度。 解：真空度：P V0.75H4.5m 流量Q,所以：d1.191m 選取d1.20m 真空度為4.5m 6-9 為測定某閥門的局部損失系數(shù)，在閥門上、下游裝設三根測壓管，如圖所示，已知水管直徑d50mm，長度l121m，l232m，實測高程11.50m，21.25m，30.4m，流速V3m/s。求閥門的值。 解：對第一根測壓管和第二根測驗

6、管處列伯努利方程： l12V2 121d2g 10.028 對第二根測壓管和第三根測驗管處列伯努利方程： l23V2V2 231d2g2g 0.762 6-10 兩水池用虹吸管相連接（如圖示），上、下游水池的水位差H2m,虹吸管各段的長度l13m，l25m,l34m，直徑d200mm，管頂比上游水位高出h1m，沿程損失系數(shù)0.026，底閥110，彎頭21.5，出口31.0。求（1）通過虹吸管的流量；（2）管中壓強最低點的位置及其真空度。 解：（1）對上、下游過流斷面列伯努利方程： l1l2l3)V2 Hhw(1223) d2g V1.59m/s 4 （2）壓強最低點位于第2彎頭下游側 Qd2V

7、0.05m3/s l1l2V2 P2(122)h d2g2.933mH2O 6-11 一跨越河道的鋼筋混凝土倒虹吸管如圖示。已知，通過流量 上、下游水位差z3m，倒虹吸管全長l50m，其中經過兩個30Q3m3/s， 的折角拐彎，每個拐彎的局部損失系數(shù)10.2，沿程損失系數(shù)0.024?，F(xiàn)已選定倒虹吸管采用正方形斷面，試求其變長b。 lV2 解：對上、下游過流斷面列伯努利方程：zhw(21) d2g 4A4b2 b 因為QbV，dP4b2 l(Q/b2)2 所以z(21) b2g 整理后，得未知量b的5次方程：b50.06b0.180 6-12 某管道自油塔輸油到大氣中，已知管道全長l5000m，

8、管徑d200mm，沿程損失系數(shù)0.032，局部損失系數(shù)可忽略不計，為了保證輸油量Q0.022m3/s，所需油塔自由面與管道出口斷面間的高差為多少？ lV2 解：h d2g 4 h20.02m Qd2V 6-13 設簡單管道的淹沒出流，局部損失僅包括進口10.5和出口21.0。若沿程損失按直徑200mm和新鋼管曼寧系數(shù)n0.0110.012計，按局部損失不大于沿程損失的5%來控制，問管道長度多少倍管徑時才能看做是長管？ 篇二：第六章 流體力學課后答案 第六章 液體力學 6-1 有一個長方體形的水庫，長200 m，寬150 m，水深10 m，求水對水庫底面和側面的壓力。 解：水對水庫底面的壓力為：

9、 F1ghS1.01039.8101502002.9109N 側面的壓力應如下求得：在側面上建立如圖所示的坐標系，在y處取側面窄條dy，此側面窄條所受的壓力為：dFglydy 整個側面所受的壓力可以表示為：F h glydy 1 glh2 2 1 glh29.8107N 2127 對于h10m、l150m的側面：F2glh7.410N 2 對于h10m、l200m的側面：F2側面的總壓力為：F22F22F23.410 8 N 6-2 有三個底面積相同但形狀各異的容器，分別盛上高度相同的水，如題圖所示，根據靜止流體壓強的概念，三個容器底面的壓強是相同的，所以每個容器底面所受的水的壓力也是相同的，

10、水對底面壓力是由水的重量引起的，但是三個容器中所盛的水的重量顯然不等，請對這個似乎矛盾的結果作出解釋。 答：三個容器底面的壓強是相同的，但流體對容器內壁的壓強并不是容器對其支撐面的壓強，容 器對其支撐面的壓力等于水與容器本身重量之和。因此，容器對其支撐面的壓強是不同的。如藍球內壁的壓強要比藍球對支撐面的壓強要大得多。 6-3 在5.010s的時間內通過管子截面的二氧化碳氣體(看作為理想流體)的質量為0.51 kg。已知該氣體的密度為7.5kgm ，管子的直徑為2.0 cm，求二氧化碳氣體在管子里的平均流速。 解： 單位時間內流過管子截面的二氧化碳氣體的體積，即流量為： 33 QV m0.51

11、1.36105m3s1 3t7.55.0 10 QV1.3610521 平均流速為： 4.310ms22S3.141.010 6-4 當水從水籠頭緩慢流出而自由下落時，水流隨位置的下降而變細，何故？如果水籠頭管口的內直徑為 d，水流出的速率為v0，求在水籠頭出口以下h處水流的直徑。 解： 當水從水籠頭緩慢流出時，可以認為是定常流動，遵從連續(xù)性方程，即流速與流管的截面積成反比，所以水流隨位置的下降而變細，如圖所示。 可以認為水從籠頭流出后各處都是大氣壓，伯努利方程可以寫為： 12122 v1gh1v2gh2即：v2v12gh1h21 22 2h1h20 v2v12 這表示水流隨位置的下降，流速逐

12、漸增大。整個水流可以認為是一個大流管，h1處的流量應等于h2處的流量，即：S1v1S2v22 由于：v2v1 所以：S1S2，這表示水流隨位置的下降而變細。 22根據題意，h1h2h ， v1v0 ，h2處的流速為v2，由（1）得：v2v0gh 即：v2 3 將式(3)代入式(2)，得：d1v0 1 4 2 12 d2v2 4 式中d1d，d2就是在水籠頭出口以下h處水流的直徑。上式可化為： d2v0d2 于是：d26-5 試解釋下面兩種現(xiàn)象： （1）當兩船并行前進時，好像有一種力量將兩船吸引在一起，甚至發(fā)生碰撞，造成危險； （2）煙囪越高，拔火力量越大 答：（1）由伯努利方程知，理想液體沿水

13、平流管作定常流動時，管道截面積小的地方流速大，壓強小，管道截面積大的地方流速小，因此兩船并行時，兩船之間的流體的流速會增大，壓強變小，而兩船另一側的壓強不變，所以，兩船會相互吸引。 （2）空氣受熱膨脹向上升，由伯努利方程知，煙囪越高，則頂部的壓強越小， 形成低壓真空虹吸現(xiàn)象， 煙囪越高，形成的低壓越強。 6-6 文丘里流量計是由一根粗細不均勻的管子做成的，粗部和細部分別接有一根豎直的細管，如圖所示。在測量時，將它水平地接在管道上。當管中有液體流動時，兩豎直管中的液體會出現(xiàn)高度差h。如果粗部和細部的橫截面積分別為SA和SB，試計算流量和粗、細兩處的流速。 解 ：取沿管軸的水平流線AB(如圖中虛線

14、所示)，并且A、B兩點分別對應兩豎直管的水平位置，可以列出下面的伯努利方程： PA 改寫為： 1212vAPBvB 22 12222vBvAPAPB 即：vBvA2gh1 2 另有連續(xù)性方程：SAvASBvB2 以上兩式聯(lián)立，可解得：vASvS； B流量為：QVSAvASAS6-7 利用壓縮空氣將水從一個密封容器內通過管子壓出，如圖所示。如果管口高出容器內液面0.65 m，并要求管口的流速為1.5ms 。求容器內空氣的壓強。 解：取如圖示中虛線AB所示的流線，并運用伯努利方程： 1 PA 1212 vAPBvB, 22 可以認為：vA0PBP0 所以：PAP0 12 vgh1013250.51

15、.01.521.01039.80.651.09105Pa 2 4 4 6-8 在一個圓柱狀容器的底部有一個圓孔，圓柱狀容器和圓孔的直徑分別為D和d，并且Dd，容器內液面高度h隨著水從圓孔流出而下降，試確定液面下降的速度v與h的函數(shù)關系。 解：設容器的截面積和液面下降的速度分別為S1和v，圓孔的截面積和該處的流速分別為S2和v2，此時就會面高度為h。通過液面中心畫一條流線到底部的中心，對于一般豎直安放的圓柱狀容器，這條流線必定是一條鉛直線。在這條流線的兩端運用伯努利方程得： P1 1212 vghP2v2 gh0 22 22 以圓也處為水平高度的零點，即h00，同時又有P1P2，于是上式可化為：

16、v2v2gh1 另有連續(xù)性方程： S1vS即：v22v2 S1 v2 S2 S 將（2）式代入（1）式，得：1 S2 vv22gh 解得： 2 2ghv2 S11S2 d 2gh4 Dd4 4 d 4 2gh d414 D 4 d2gh4 D 4 6-9 用題圖所示的虹吸管將容器中的水吸出，如果管內液體作定常流動，求： （1）虹吸管內液體的流速； （2）虹吸管最高點B的壓強； （3）B點距離液面的最大高度。 解：把水看作理想流體，理想流體的特性之一是不可壓縮性，根據不可壓縮流體的連續(xù)性方程：Sv恒量虹吸管各處橫截面均勻，管內液體的流速應處處相等。取過出水口C點的水平面作為水平參考面，一切高度都

17、由此面起算。在容器內的水面上取一點D，連接DA的線作為一條流線，如圖虛線所示。流線DA與虹吸管內的流線ABC，形成一條完整的流線，并在這條流線上運用伯努得方程。（1）對D、C兩點運用伯努利方程： PD 1212 vDghDPCvCghC 22 12 vC 2 將：PDPCP0 ，vD0，hDh1h2和hC0 代入上式，得：gh1h2于是可求得管內的流速為： vvC 可見，管內水的流速決定于C點到容器內液面的垂直距離，此距離越大，流速也越大。 （2）對B、C兩點運用伯努利方程，得 PB 121 vghBPCv2ghC 22 可簡化為：PBPCghBP0gh1h2h3 可見，最高點 B的壓強決定于

18、該點到出水口C的豎直距離，出水口C越 低，管內B點的壓強就越小。 因為PB的最小值為零，當PB0時，由上式可以求得：hBh1h2h3這表示，當C點的位置低到使hB10.339m時，PB0 注：若hB10.339m時，由伯努利方程得：PB0，這個結論是不正確的！這是因為伯努利方程適用的一個條件，是保持流體作定常流動。而當hB增大時，由 vvC P0 10.339m g 知，管內流體的流速將會 增大。隨著流速的增大，定常流動的條件將遭到破壞，伯努利方程將不能再使用，由這個方程導出的結果也就不正確。要保持定常流動，就不能使hB10.339m，B點的壓強就不會出現(xiàn)負值。 （3）由上面的分析可以得到，當

19、PB0時，hBh1h2h3 P0 10.339m g 所以hB的最大值就是hB10.339m，若把C點、B點和A點的位置都向上提，即減小h1h2，增大h3，這樣B點到液面的距離將會隨之增大。在極限情況下，當h1h20時，就有h3hB10.339m。所以，作為虹吸管，B點離開容器內液面的最大距離不能超過10.339m。 6-10 在一個盤子里盛上水，當水和盤子都靜止時，水面是平的，而當盤子繞通過盤心并與盤面垂直的軸線旋轉時，水面變彎曲了，試解釋這種現(xiàn)象的成因。 答：當盤子繞通過盤心并與盤面垂直的軸線旋轉時，水面變彎曲了，是因為水具有黏性。 6-11 如題圖所示，在粗細均勻的水平管道上連通著幾根豎

20、直的細管，當管道中自左至右流動著某種不可壓縮液體時，我們發(fā)現(xiàn)，這些豎直細管中的液體高度也自左至右一個比一個低，為什么？ 答：由于不可壓縮液體有黏性，液體流動的過程中會引起能量的損耗，因此對水平管道內壁的壓強會減小，故，豎直細管液體高度也自左至右一個比一個低。 6-12從油槽經過1.2 km長的鋼管將油輸送到儲油罐中，已知鋼管的內直徑為12 cm， 油的黏度系數(shù)為 0.32Pas，密度為0.91gcm3，如果要維持5.210 2m3s1 的流量，試問油泵的功率應為多大？ 篇三：流體力學_劉鶴年_完整章節(jié)課后答案_ 流體力學第二版全章節(jié)答案 劉鶴年 第一章 選擇題（單選題） 1.1 按連續(xù)介質的概

21、念，流體質點是指：（d） （a）流體的分子；（b）流體內的固體顆粒；（c）幾何的點；（d）幾何尺寸同流動空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。 1.2 作用于流體的質量力包括：（c） （a）壓力；（b）摩擦阻力；（c）重力；（d）表面張力。 1.3 單位質量力的國際單位是：（d） （a）N；（b）Pa；（c）N/kg；（d）m/s2。 1.4 與牛頓內摩擦定律直接有關的因素是：（b） （a）剪應力和壓強；（b）剪應力和剪應變率；（c）剪應力和剪應變；（d）剪應力和流速。 1.5 水的動力黏度隨溫度的升高：（b） （a）增大；（b）減?。唬╟）不變；（d）不定。 1.6 流體運動黏度的國際單

22、位是：（a） （a）m/s；（b）N/m；（c）kg/m；（d）Ns/m。 1.7 無黏性流體的特征是：（c） （a）黏度是常數(shù)；（b）不可壓縮；（c）無黏性；（d）符合 2 2 2 p RT。 1.8 當水的壓強增加1個大氣壓時，水的密度增大約為：（a） （a）1/20210；（b）1/10000；（c）1/4000；（d）1/2021。 1.9 水的密度為1000kg/m，2L水的質量和重量是多少？ 解：mV10000.0022（kg） 3 Gmg29.80719.614（N） 答：2L水的質量是2kg，重量是19.614N。 1.10 體積為0.5m的油料，重量為4410N，試求該油料的

23、密度是多少？ 解： 3 mGg9.807 899.358（kg/m3） VV0.5 答：該油料的密度是899.358kg/m3。 1.11 某液體的動力黏度為0.005Pas，其密度為850kg/m，試求其運動黏度。 3 解： 0.0055.882106（m2/s） 850 答：其運動黏度為5.882106m2/s。 1.12 有一底面積為60cm×40cm的平板，質量為5Kg，沿一與水平面成20°角的斜面下滑， 平面與斜面之間的油層厚度為0.6mm，若下滑速度0.84m/s，求油的動力黏度。 解：平板受力如圖。 沿s軸投影，有： Gsin20T0 T U AGsin20 Gsin2059.807sin200.6103 5.0102（kg） sUA0.60.40.84 答：油的動力黏度5.010 2 kg s 。 1.13 為了進行絕緣處理，將導線從充滿絕