流体力学习题答案

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4Q4?0.05??424628 ?6?d?3.14?0.15?10相对粗糙度 ???/d?0.25/150?0.0017 查莫迪图(P120)得??0.023

每km管线上的压降

?p?p?hf?j??1000 ?gLRe?Q2?0.082?65?g?1000d0.052?800?9.8?1000 ?0.0826?0.023?0.155?490355(kPa/km)(2)列起点和终点的伯努利方程

p1pj?0.2?2?10? ?g?g?g98000490355?10? 800?9.8800?9.8 ?638.15m?0.2?h 【6-10】如图所示,某设备需润滑油的流量为Q=0.4cm3/s,油从高位油箱经d=6mm,l=5m管道供给。设输油管道终端为大气,油的运动粘度为1.5×10-4m2/s,(1)求沿程损失是多少?(2)油箱液面高h应为多少?

【解】(1)雷诺数

题6-10图

4Q4?0.4?10?6Re???0.566 为层流

?d?3.14?0.006?1.5?10?4Q2l64(0.4?10?6)2?5??0.961m 则 hf?0.0826?5?0.0826??35d0.566(6?10)(2)列输油管道终端和自由液面的伯努利方程

v2h?(1?0.5?0.5)?hf2g0.4?10?6()22 ?(1?0.5?0.5)0.25?3.14?0.006?0.961

2?9.8 ?0.961m【6-11】为了测量沿程阻力系数,在直径0.305m、长200km的输油管道上进

行现场实验。输送的油品为相对密度0.82的煤油,每昼夜输送量为5500t,管道终点的标高为27m,起点的标高为152m。起点压强保持在4.9MPa,终点压强为

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0.2MPa。油的运动粘滞系数为2.5×10-6m2/s。(1)试根据实验结果计算沿程阻力系数λ值。(2)并将实验结果与按经验公式所计算的结果进行对比。(设绝对粗糙度△=0.15mm)。

【解】(1)根据实验结果计算沿程阻力系数,列起点和终点的伯努利方程式

p?p24.9?0.2hf?z1?z2?1?152?27??106?709.87m

?g820?9.8Q2l由 hf?0.0826?5

d709.87?0.3055得 ????0.019

0.0826Q2l0.0826?(5500?1000)2?200?10324?3600?820 (2)按经验公式计算(表6-2,P120) 雷诺数

hfd5Re?4Q4?0.078??130312 ?6?d?3.14?0.305?2.5?10???/R?2?/d?2?0.15/305?9.84?10?4

因2000?Re?59.7/?8/7?160054 为水力光滑。

则沿程阻力系数为

??0.3164/Re0.25?0.3164/1303120.25?0.017

【6-12】相对密度为1.2、粘度为1.73mPa·s的盐水,以6.95L/s的流量流过内径为0.08m的铁管,已知其沿程阻力系数λ=0.042。管路中有一90°弯头,其局部阻力系数ζ=0.13。试确定此弯头的局部水头损失及相当长度。

【解】(1)由局部水头损失公式

v28Q28?(6.95?10?3)2hj????24?0.13??0.013m

2g?dg3.142?0.084?9.8(2)相当长度

l当v2v2??令hf?hj,即?,则可得 2gd2gl当??d0.13?0.08??0.248m ?0.042H 【6-13】如图示给水管路。已知L1=25m,

L2=10m,D1=0.15m,D2=0.125m,λ1=0.037,λ2=0.039,闸门开启1/4,其阻力系数ζ=17,流量为15L/s。试求水池中的水头H。

【解】列自由液面和出口断面的伯努利方程式

hj1 L1 题6-13图

hj2 hj3 L2 34

2v2H??hf?hj

2g其中:

hf?0.0826Q2(?1l1l2??)255d1d22510?0.039?) 0.1550.1255  ?0.0826?0.0152?(0.037?  ?0.464m222v2v12A2v2v2hj??0.5?0.5(1?)?(??1) 删除该公式!

2g2gA12g2g2v12A2v2hj?0.5?[0.5(1?)??]2gA12g0.0150.0152)()22220.125    ?0.50.25?3.14?0.15?[0.5(1?)?17]0.25?3.14?0.12522?9.80.152?9.8  ?1.327m(则

2v2H??hf?hj2g0.015()22;0.15错了!  ?0.25?3.14?0.125?0.464?1.327 书稿:v大写了!

2?9.8 ?1.867m

【6-14】图示两水箱由一根钢管连通,管长100m,管径0.1m。管路上有全开闸阀一个,R/D=4.0的90°弯头两个。水温10℃。当液面稳定时,流量为6.5L/s,求此时液面差H为若干?设△=0.15mm。 【解】此管路属长管,删除涂蓝部分

列两液面的伯努利方程

H?hf?hj

H R/D?4.0R/D?4.0题6-14图

10℃时水 ??1.308?10?6m2/s 查表6-3(P123),R/D=4.0的90°弯头的局部阻力系数δ0=0.35。

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雷诺数 Re?vd??4Q4?0.0065 0??6.33?41?6?d?3.1?40.?11.?30810相对粗糙度 ??2?/d?2?0.15?10?3/0.1?3?10?3

因2000?Re?59.7/?8/7,则

0.31640.3164????0.02

Re0.25(6.33?104)0.25则

Q2lv2H?hf?jj?0.0826?5?(0.5?2?0?1.0)d2g0.0065)220.0065?100      ?0.0826?0.02??(0.5?2?0.35?1.0)0.25?3.14?0.150.12?9.8      ?0.775m2(结果

【6-15】如图所示有一定位压力水箱,其中封闭水箱液面上的表压强p=0.118MPa,水由其中流出,并沿着由三个不同直径的管路所组成的管路流到开口容器中。H1=1m,H2=3m,管路截面积A1=1.5A3,A2=2A3,A3=0.002m2。试确定水的流量Q。

【解】设第三段管路的速度为v3,由连续性方程可知v2=0.5 v3,v1=0.67 v3 四处局部阻力系数依次为

p H1 A1 A2 A3 H2 题6-15图

?1?0.5?2?(1?A121.51)?(1?)2?A2216A11?3?0.5(1?3)?0.5(1?)?A224

?4?1列两液面的伯努利方程,因管路较短,仅考虑局部水头,则 pH1??H2?hj

?g22(0.67v3)21(0.67v3)21v3v3phj??H1?H2?0.5???1

?g2g162g42g2g 36

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