材料加工冶金传输原理习题答案(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。

2、在图3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管径D=15mm ，如果不计损失，问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意：管B 端并未接触水面或探入水中) 解：选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O ，列1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程

再选取水平基准面O ’-O ’，

列过水断面2-2及3-3的贝努利方程

(B) 因V2=V3

由式(B)得

图3.20 虹吸管

g

p

H g

p

a 220222121υ

γ

υ

γ

+

+

=+

+

g

p

p

a 22222υ

γ

γ

+

+

=g

p g p H H a 202)(23

2

2221υγυ

γ+

+=+++)

/(9.1)/(0019.085.104

)015.0(32

22s L s m A Q ==⨯⨯=

=πυ

5、有一文特利管(如下图)，已知d115cm，d2=10cm，水银差压计液面高差h20cm。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。

解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2，则由式

const v p =+22

ρ可建立有关此截面的伯努利方程：

ρρ22

212122p v p v +=+ 根据连续性方程，截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关系式为

2211v A v A = 所以 ]

)(1[)

(221

2212A A p p v --=

ρ 通过管子的流体流量为

]

)(1[)

(221

2212

A A p p A Q --=ρ

)(21p p -用U 形管中液柱表示，所以

074.0)

)15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22

2

2

3332

212'2

=-⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=--∆=πρρρA A h g A Q (m 3/s)

式中 ρ、'ρ——被测流体和U 形管中流体的密度。

如图6-3—17(a)所示，为一连接水泵出口的压力水管，直径d=500mm ，弯管与水平的夹角45°，水流流过弯管时有一水平推力，为了防止弯管发生位移，筑一混凝土镇墩使管道固定。若通过管道的流量0.5m3/s ，断面1-1和2-2中心点的压力p1相对=108000N/㎡，p2相对=105000N/㎡。试求作用在镇墩上的力。

[解] 如图6—3—17(b)所示，取弯管前后断面1—1和2-2流体为分离体，现分析分离体上外力和动量变化。

设管壁对流体的作用力R，动量方程在x轴的投影为：

则

动量方程在x轴的投影为：

镇墩对流体作用力的合力R的大小及方向为：

流体对镇墩的作用力P与R的大小相等方向相反。

1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3

，试求教重度y 和质量体积v 。 解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：

)m /(88208.9900g 3N V G

=*===

ργ

∴质量体积为)

/(001.01

3kg m ==ρν

1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2

时体积为

1000 cm 3

，问它的等温压缩率k T 为多少?

解：等温压缩率K T 公式(2-1):

T T P V V K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-

=1

ΔV=995-1000=-5*10-6m 3

注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106

Pa

将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1

。 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

Y A F 0y x νητ==

平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即

h h F 0

1

62

/2

2

/h νη

νηνητ=+==合

代入数据得η=0.967Pa.s

第二章 流体静力学（吉泽升版）

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：h

P h P P P Z P Z γργ

γ

+=+=+

=+

002

21

1g 或

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。

2-4如图2-22所示，一圆柱体d ＝0.1m ，质量M ＝50kg ．在外力F ＝520N 的作用下压进容器中，当h=0.5m 时达到平衡状态。求测压管中

水柱高度H ＝?

解：由平衡状态可知：)()2/()

mg 2

h H g d F +=+ρπ（

代入数据得H=12.62m

2.5盛水容器形状如图2.23所示。已知hl ＝0.9m ，h2＝0.4m ，h3＝1.1m ，h4

＝0.75m ，h5＝1.33m 。求各点的表压强。

解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。

)(01Pa P = )(4900)(g 2112Pa h h P P =-+=ρ )(1960)(g 1313Pa h h P P -=--=ρ

)

(196034Pa P P -==

)

(7644)(g 4545Pa h h P P =--=ρ

2-6两个容器A 、B 充满水，高度差为a 0为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U 形管将两容器相连，如

图 2.24所示。已知油的密度ρ油=900kg ／m 3

，h ＝0.1m ，a ＝0.1m 。求两容器中的压强差。

解：记AB 中心高度差为a ，连接器油面高度差为h ，B 球中心与

油面高度差为b ；由流体静力学公式知：

gh g 42油水ρρ-=-P h P

b)a g 2++=（水ρP P A

gb

4水ρ+=P P B

Pa

ga P P P P P B A 1.107942=+-=-=∆水ρ

2-8一水压机如图 2.26所示。已知大活塞直径D ＝11.785cm ，小活塞直径d=5cm ，杠杆臂长a ＝15cm ，b ＝7.5cm ，活塞高度差h ＝

1m 。当施力F1＝98N 时，求大活塞所能克服的载荷F2。 解：由杠杆原理知小活塞上受的力为F 3：a

F b F *=*3

由流体静力学公式知：

22

23)2/()2/(D F gh d F πρπ=

+

2

2

2

3

F F =

+ρgh