材料成型传输原理课后答案（吴树森版）

材料成型传输原理课后答案（吴树森版）
第⼀章流体的主要物理性质
1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？
答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。

它包括液体和⽓体。

流体的主要物理性质有：密度、重度、⽐体积压缩性和膨胀性。

1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v。

解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：
∴质量体积为
1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压
为多少?
强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率k
T
公式(2-1):
解：等温压缩率K
T
ΔV=995-1000=-5*10-6m3
注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa
将V=1000cm3代⼊即可得到K
=5*10-9Pa-1。

T
注意：式中V是指液体变化前的体积
1.6 如图1.5所⽰，在相距h＝0.06m的两个固定平⾏乎板中间放置另⼀块薄板，在薄
板的上下分别放有不同粘度的油，并且⼀种油的粘度是另⼀种油的粘度的2倍。

当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平⽅⽶受合⼒F=29N，求两种油的粘度各是多少?
解：流体匀速稳定流动时流体对板⾯产⽣的粘性阻⼒⼒为
平板受到上下油⾯的阻⼒之和与施加的⼒平衡，即
代⼊数据得η=0.967Pa.s
第⼆章流体静⼒学
2-1作⽤在流体上的⼒有哪两类，各有什么特点?
解:作⽤在流体上的⼒分为质量⼒和表⾯⼒两种。

质量⼒是作⽤在流体内部任何质点上的⼒，⼤⼩与质量成正⽐，由加速度产⽣，与质点外的流体⽆关。

⽽表⾯⼒是指作⽤在流体表⾯上的⼒，⼤⼩与⾯积成正⽐，由与流体接触的相邻流体或固体的作⽤⽽产⽣。

2-2什么是流体的静压强，静⽌流体中压强的分布规律如何?
解：流体静压强指单位⾯积上流体的静压⼒。

静⽌流体中任意⼀点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作⽤于⼀点的各个⽅向的静压强是等值的。

2-3写出流体静⼒学基本⽅程式，并说明其能量意义和⼏何意义。

解:流体静⼒学基本⽅程为：
同⼀静⽌液体中单位重量液体的⽐位能可以不等，⽐压强也可以不等，但⽐位能和⽐压强可以互换，⽐势能总是相等的。

第三章习题
3.1已知某流场速度分布为，试求过点(3，1，
4)的流线。

解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，
此流场流线微分⽅程为：
即：
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:3;left:0px;margin-left:264px;marg
in-top:0px;width:91px; height:54px'求解微分⽅程得过点
(3,1,4)的流线⽅程为：
3.2试判断下列平⾯流场是否连续?
解：由不可压缩流体流动的空间连续性⽅程知：
，
当x=0，1，或y=k π（k=0，1，2，……）时连续。

3.4三段管路串联如图3.27所⽰，直径d
1=100 cm，d
2
=50cm，d
3
＝25cm，已知断
⾯平均速度v
3＝10m/s，求v
1
,v
2
，和质量流量(流体为⽔)。

解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变，
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:6;left:0px;margin-left:79px;marg in-top:7px;width:145px; height:45px'
故：
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:7;left:0px;margin-left:79px;margi n-top:10px;width:124px; height:46px'
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:8;left:0px;margin-left:133px;marg in-top:0px;width:222px; height:24px'
质量流量为：
3.5⽔从铅直圆管向下流出，如图3.28所⽰。

已知管直径d
1
＝10 cm，管⼝处的
⽔流速度v
I ＝1.8m/s，试求管⼝下⽅h＝2m处的⽔流速度v
2
，和直径d
2。

span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:11;left:0px;margin-left:65px;marg in-top:47px;width:172px; height:48px'解：以下出⼝为基
准⾯，不计损失，建⽴上出⼝和下出⼝⾯伯努利⽅程：
代⼊数据得：v2=6.52m/s
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:12;left:0px;margin-left:27px;marg in-top:14px;width:76px; height:23px'由得:d2=5.3cm
3.6⽔箱侧壁接出⼀直径D＝0.15m的管路，如图3.29所⽰。

已知
h1＝2.1m，h2=3.0m,不计任何损失，求下列两种情况下A的压强。

(1)管路末端安⼀喷嘴，出⼝直径d=0.075m；(2)管路末端没有喷嘴。

span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:14;left:0px;margin-left:369px;mar gin-top:9px;width:192px; height:48px'解：以A
⾯为基准⾯建⽴⽔平⾯和A⾯的伯努利⽅程：
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:15;left:0px;margin-left:287px;mar gin-top:15px;width:208px; height:48px'以B ⾯为基准，建⽴A,B⾯伯努利⽅程：
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:16;left:0px;margin-left:160px;mar
gin-top:14px;width:77px; height:24px'（1）当下端接喷嘴时，
解得va=2.54m/s, PA=119.4KPa
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:18;left:0px;margin-left:181px;mar
gin-top:17px;width:46px; height:24px'（2）当下端不接喷嘴时，
解得PA=71.13KPa
3.7如图3.30所⽰，⽤毕托管测量⽓体管道轴线上的流速Umax，毕托管与倾斜(酒精)微压计相连。

已知d=200mm，sinα=0.2，L=75mm，酒精密度ρ1=800kg／m 3
，⽓体密度ρ2＝1.66Kg/m
3
；Umax=1.2v(v为平均速度)，
求⽓体质量流量。

解：此装置由毕托管和测压管组合⽽成，沿轴线取两点，A(总压测点），测静压点为B，过AB两点的断⾯建⽴伯努利⽅程有：
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:20;left:0px;margin-left:123
px;margin-top:5px;width:219px;
height:50px'
其中ZA=ZB, vA=0,此时A点测得
的是总压记为PA*，静压为PB
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:21;left:0px;margin-left:153px;mar gin-top:8px;width:130px; height:42px'不计⽔头损失，化简得
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:22;left:0px;margin-left:89px;marg in-top:14px;width:259px; height:40px'
由测压管知：
由于⽓体密度相对于酒精很⼩，可忽略不计。

span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:23;left:0px;margin-left :79px;margin-top:1px;width:134px; height:51px'由此可得
span
style='mso-ignore:vglayout;;z-index:24;left:0px;margin-left:115px;mar gin-top:16px;width:144px; height:41px'⽓体质量流量:代⼊数据得M=1.14Kg/s
3.9如图3.32所⽰，⼀变直径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，⾼差h=1.0m，⽤压
强表测得PA＝7x104
Pa，PB＝4x10
4
Pa，⽤流量计测得管中流量Q=12m
3
/min，试判断⽔
在管段中流动的⽅向，并求损失⽔头。

解:由于⽔在管道内流动具有粘性，沿着流向总⽔头必然降低，故⽐较A和B点总⽔头可知管内⽔的流动⽅向。

即：管内⽔由A向B流动。

以过A的过⽔断⾯为基准，建⽴A到B的伯努利⽅程有：
代⼊数据得，⽔头损失为hw=4m
第四章（吉泽升版）
4.1 已知管径d＝150 mm，流量Q＝15L/s，液体温度为 10 ℃，其运动粘度系数ν＝0.415cm2/s。

试确定：(1)在此温度下的流动状态；(2)在此温度下的临界速度；(3)若过流⾯积改为⾯积相等的正⽅形管道，则其流动状态如何?
解：流体平均速度为：
雷诺数为：，2320≤3069.6≤13000，故此温度下处在不稳定状态。

因此，由不稳定区向湍流转变临界速度为：，得v’=3.6m/s 由不稳定区向层流转变临界速度为：，得v’’=0.64m/s
若为正⽅形则
故为湍流状态。

4.2 温度T=5℃的⽔在直径d＝100mm的管中流动，体积流量Q=15L/s，问管中⽔流处于什么运动状态?
解：由题意知：⽔的平均流速为：
查附录计算得T=5℃的⽔动⼒粘度为
根据雷诺数公式
故为湍流。

4.3 温度T=15℃，运动粘度ν＝0.0114cm2/s的⽔，在直径d=2cm的管中流动，测得流速v=8cm/s，问⽔流处于什么状态?如要改变其运动，可以采取哪些办法?
解：由题意知：
故为层流。

升⾼温度或增⼤管径d均可增⼤雷诺数，从⽽改变运动状态。

4.5 在长度L=10000m、直径d=300mm的管路中输送重γ＝9.31kN/m3的重油，其重量流量G＝2371.6kN/h，求油温分别为
10℃(ν=25cm2/s)和40℃(ν=1.5cm2/s)时的⽔头损失
解：由题知：
油温为10℃时
40℃时
4.6某⼀送风管道(钢管，⊿=0.2mm)．长l=30m，直径d=750 mm，在温度T=20℃的情况下，送风量Q=30000m3/h。

问：(1)此风管中的沿程损失为若⼲?(2)使⽤⼀段时间后，其绝对粗糙度增加到⊿=1.2mm，其沿程损失⼜为若⼲?(T=20℃时，空⽓的运动粘度系数ν=0.175cm2/s)
解：（1）由题意知：
由于Re＞3.29*105，故。