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第2章习题参考答案
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工程流体力学作业习题
... 共 9 章 此第 5 章
第五章习题
5-1喷水泉的喷嘴为一截头圆锥体，其长度l=0.5m，两端的直径d1=40mm，d2=20mm,竖直装置。若把计示压强p1e=9.807×104Pa的水引入喷嘴，而喷嘴的能量损失hw=1.6m（水柱）。如不计空气阻力，试求喷出的流量qv和射流的上升高度H。
【0.004m3/s,8.44m】
5-2输油管的直径d=150mm，长l=5000mm，出口端比入口端高h=10m，输送油的流量qm=15489kg/h，油的密度ρ=859.4kg/m3，入口端的油压pi=49×104Pa，沿程损失系数λ=0.03，求出口端的油压pe。
【3.712×105Pa】
5-3离心式水泵把车间中的凝结qv＝50m3/h的流量吸送到锅炉房，水温t=60℃，水泵吸水管的直径d=100mm，总长l=6m，具有两个弯曲半径R=200mm的90o弯曲处和一进水阀。进水阀的损失系数ξ=2.5，沿程损失系数λ=0.028。按照规定的条件，水泵进口处的压强应比饱和压强高1.96×104Pa，水在60℃时的饱和压强ps=1.96×104Pa（绝对）。设大气压强pa=1.013×105Pa 。试求水泵在水面以上的最大容许安装高度h。
【5.566m】
5-4沿直径d=200mm的管道输送润滑油，流量qm=9000kg/h，润滑油的密度ρ=900kg/m3，运动粘度冬季为ν=0./s，夏季为ν=0./s。试分别判断冬夏两季润滑油在管中的流动状态。
【Re:162,496】
5-5图5-53所示为蒸汽轮机的凝汽器，它具有400条管径d=20mm的黄铜管，在这些管子中循环地留着冷却水。求温度10℃的冷却水的流量，在这个流量下管中形成稳定的紊流运动（R=33000），以保证更迅速地散热。
【135.6kg/s】
5-6半径为ro的管中的流动是层流，流速恰好等于管内平均流速的地方与管轴之间的距离r等于多少？
【0.707ro】
5-7试推求圆管中层流的动量修正系数。
5-8欲使雷诺数Re=3.5×105的镀锌铁管的流动是水力光滑的，管子的直径至少要等于多少？
【0.311m】
5-9在直径为30cm的水平管道上用水作沿程损失实验，在相距120m的两点用水银差压计（上面为水）测得的水银柱高度差为33cm，已知流量为0.23m3/s，问沿程损失系数等于多少？
【0.0193】
5-10当Re=105时，直径多大的镀锌铁管的沿程损失系数与30cm直径铸铁管的相同？
5-11运动粘度ν= 4×10-5m2/s的流体在直径d=1cm的管内以ν=4m/s的速度流动，求每米管长上的沿程损失.
【5.22m流体柱/m】。
5-12水管直径d=250mm，长度l=300m，绝对粗糙度ε=0.25mm，已知流量qv=95L/s，运动粘度ν=0./s，求沿程损失为多少米水柱？
【4.582m水柱】
5-13加热炉消耗qm=0.4cm3/s的重油，重油的密度ρ=880kg/m3，运动粘度ν=0./s。如图5-54所示，压力油箱位于喷油器轴线以上h=8m处，而输油管的直径d=25mm，长度l=30m。求在喷油器前重油的计示压强？
【62504Pa】
5-14发动机润滑油的用量qv=0.4cm3/s，油从压力油箱经一输油管供给（图5-55），输油管的直径d=6mm，长度l=5m。油的密度ρ=820kg/m3，运动粘度υ=0./s。设输油管终端压强等于大气压强，求压力油箱所需的位置高度H。
【0.09621m】
5-1515℃的空气流过直径d=1.25m，长度l=200m 。绝对粗糙度ε=1mm的管道，已知沿程损失hf=8cm（水柱），试求空气的流量qv。
【25.24m3/s】
5-16一直径d=12mm，长度l=15m的低碳钢管，用来排出油箱中的油。已知油面比管道出口高出H=2m，油的粘度μ=0.01Pa?s，密度ρ=815.8kg/m3，求油的流量。
【54.29mL/s】
5-17密度ρ=860 kg/m3，运动粘度ν=5×10-6m2/s的轻柴xxx油通过管道从一油池被输送到储油库内。铸铁管长l=150m，绝对粗糙度ε=0.45mm，要求流量qm=105kg/h，出油端比吸入端高H=25m。假设油泵能够产生的压强pi=3.43×105Pa，只计算沿程损失，试求必需的管道直径。
【0.1111m】
5-18用新铸铁管输送25℃的水，流量qv=300L/s，在l=1000m长的管道上沿程损失为hf=2m（水柱），试求必须的管道直径。
【0.5757m】
5-19已知油的密度ρ=800 kg/m3，粘度μ=0.069Pa?s，在图5-56所示连接两容器的光滑管中流动，已知H=3m。当计及沿程和局部损失时，管内的流量为多少？
【0.2559 m3/s】
5-20假设在5-19题的管道中安装一阀门，当调整阀门使得管内流量减少到原流量的一半时，问阀门的局部损失系数ξ等于多少？按该管道换算的等值长度le等于多少？
【12.89,109m】
5-21如图5-57所示，流量qv=15m3/h的水（ν=0./s）在一90o弯管中流动，其管径d=50mm，管壁绝对粗糙度ε=0.2mm。设水银压差计连接点之间的距离l=0.8m，差压计中水银面高度差h=20mm，求弯管的损失系数。
5-22如图5-58所示为一突然扩大的管道，其管径由d1=50mm突然扩大到d2=100mm，管中通过流量qv=16m3/h的水。在截面改变处插入一下差压计，其中充以四氯化碳（ρ=1600 kg/m3），读得的液面高度差h=173mm。试求管径扩大处的损失系数，并把求得的结果与按理论计算的结果相比较。
【0.5404,理论值0.5625】
5-23自鼓风机站供给高炉车间的空气量qv=/h，空气温度t=20℃，运动粘度ν=0./s。输气管总长l=120m，其上有五个弯曲半径R1=2.6m的弯曲处和四个弯曲半径R2=1.3m的弯曲处，还有两个闸阀，起局部损失系数ξ=2.5。管壁的绝对粗糙度ε=0.5mm。设输气管中空气的流速ν=25m/s，而热风炉进口处的计示压强pie=156896Pa。试求输气管所需的管径d和鼓风机出口处的计示压强poe。
【1.3m,160016Pa】
5-24如图5-59所示，在三路管状空气预热器中，将流量qm=5816kg/h的空气从t1=20℃加热到t2=160℃。预热器高H=4。预热器管系的损失系数ξ=6（对管内平均流速而言），管系的截面积A1=0.4m2。连接箱的截面积A2=0.8m2，拐弯处的曲率半径和管径的比值R/d=1。若沿程损失不计，试按空气的平均温度计算流经空气预热器的总压降△p。
【169.7Pa】
5-25水从一容器通过锐边入口进入图5-60所示管系，钢管的内径均为50mm，用水泵保持稳定的流量12m3/h，该设备可用与测试新阀门的压强降，若在给定测量下水银差压计的示数为150mm:①求水通过阀门的压强降；②计算水通过阀门的局部损失系数；③计算阀门前水的计示压强；④不计水泵损失，求通过该系统的总损失，并计算水泵供给水的功率。
【18535 Pa,12.86,13358 Pa,109.9W】
5-26用虹吸管将油从容器中引出。虹吸管由两根d2=10cm的光滑管用靠得很近的回转管连接而成，管的长度和安装位置如图5-61所示，管的末端A连接一出口直径d2=5cm，长l=15cm的喷嘴，它的损失可按计算。油的密度ρ=800 kg/m3 ，粘度μ=0.01Pa?s。求通过该虹吸管的流量qv及A，B两点的计示压强pA，pB。
【13.59L/s,18707Pa,-19329Pa】
5-27往车间送水的输水管道由两管段串联而成，第一管段的直径d1=150mm，长度l1=800m ，第二管段的直径d2=125mm，长度l2=600m，管壁的绝对粗糙度都为ε=0.5mm。设压力水塔具有的水头为H=20m，局部损失忽略不计，试求在阀门全开时的最大可能流量qv。
5-28二容器用两段新的低碳钢管连接起来（图5-62），已知d1=20cm，l1=30m, d=30cm, l2=60m,管1为锐边入口，管2上的阀门的损失系数ξ=3.5。当流量qv=0.2m3/s时，求必需的总水头H。
【11.08m】
5-29在两个容器之间用两根并联的管道连接起来，管道都是铸铁管，d1=1.2m, l1=2500m, d2=1m, l2=2000m, ε1=ε2=0.00045m, 已知两容器间的总水头H=3.6m，求20℃的水的总流量qv。
【2.795m3/s】
5-30在总流量为qv=25 L/s的输水管中，接入二并联管道，已知d1=10cm, l1=500m, ε1=0.2mm, d2=15cm, l2=900m, ε2=0.5mm。试求沿此并联管道的流量分配以及在并联管道入口和出口间的水头损失。
【8.49 L/s ,16.51 L/s,7.58m】
5-31求通过图5-63所示系统的流量qv，已知l=1200m, d=0.6m, ε=0.5mm, H=12m，水泵特性如下表所列：
【0.1539m3/s】
5-32如图5-64所示的分支管道系统，已知d1=0.3m, l1=300m, ε1=1.5mm, z1=15m；d2=0.3m, l2=300m, ε2=1.5 d3=0.2m, l3=300m, ε3=0.5mm, z3=24m；d4=0.2m, l4=900m, ε4=0.5mm, z4=30m; 水泵安装在地面上，水泵特性与5-31题的相同，求进入第3，4容器的流量qv3,qv4和汇合处j的静水头线高度hj。
【0.06053 m3/s; 0.01515m3/s;31.39 m】
5-33如图5-65所示之管网，已知管长AB=AC=150m, BD=CE=250m, AD=AE=DF=EF=300m ，管径均为0.4m，F点的计示压强为50kPa，取沿程损失系数λ=0.03。忽略局部损失，试确定各管的流量和A，B，C点的压强。
【0.009 m3/s, 0.009m3/s,0.209 m3/s,0.209 m3/s,0.191 m3/s,0.191 m3/s,0.1 m3/s, 0.1 m3/s;83.11 kPa,83.06 kPa, 83.06 kPa】
5-34薄壁容器上锐缘小孔口的直径d=7.5mm，孔口中心线以上水头H=1.2m ，出流流量qm=8kg/min。当流束的横向射程x=1.25m,y=0.35m。试求孔口的流速系数，流量系数，收缩系数和损失系数。
【0.964,0.621,0.645,0.076】
5-35有一封闭大水箱，经直径d=12.5mm的薄壁小孔口定常出流，已知水头H=1.8m，流量qv=1.5L/s。流量系数Cq=0.6。试求作用在液面上气体的压强。
【1.889×105Pa】
5-36如图5-66所示，密度为900 kg/m3 的油从直径2cm的孔口射出，射到口外挡板上的冲击力为20N，已知孔口前油液的计示压强为45000Pa，出口流量为2.29L/s。试求孔口出流的流速系数，流量系数和收缩系数。
【0.970,0.729,0.752】
5-37如图5-67所示，水箱侧壁上安装一缩放管嘴，其喉部直径d=4cm。已知H=3m，大气压强pa=10.33m（水柱），喉部压强pc=2.5m（水柱）。管嘴收缩部分的损失忽略不计，渐扩部分的损失按从d突扩至d1时损失的20%计算。试求水在喉部的流速νc，流量qv以及出口的流量v1和截面直径d1.
【14.85m/s,0.0183 m3/s ,6.84m3/s,5.84cm】
5-38如图5-68所示，水箱中恒定水深H=5m，铅直管直径d=20cm。如果忽略损失，为了不使直管进口处出现气穴，试求水温分别为20℃和60℃时的最大允许管长和最大理论流量。已知pa=1.013×105Pa, ps20=2340Pa, ps60=20000Pa.
【10.11m,0.541 m3/s;8.43m,0.510 m3/s】
5-39如图5-69所示为装满水的锥台形容器，其 d1=1m, d2=2m, H=2m，顶盖通大气，底部中心有一直径d=2.5cm的小孔口，其流量系数C=0.60。试求通过小孔口将水放空所需要的时间。
5-40如图5-70所示，用直径为d的管道连接起来的截面积分别为A1和A2的二柱形容器，液体从左侧容器流向右侧容器，试求两容器液位差从H1变到H2时所需要的时间。
... 共 9 章 此第 5 章
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