工程流体力学课后习题(3)

3-14 用80KW的水泵抽水，泵的效率为90%，管径为30cm，全管路的水头损失为1m，吸水管

水头损失为0.2m，试求抽水量、管内流速及泵前真空表的读数。

3-15 图示一管路系统，欲维持其出口流速为20m/s，问需多少功率的水泵？设全管路的水头

损失为2m，泵的效率为80%，若压水管路的水头损失为1.7m，则压力表上的读数为多少？

3-16 图示离心泵以20m3/h的流量将相对密度0.8的油品从地下罐送到山上洞库油罐。地下

罐油面压力0.2大气压，洞库油罐油面压力0.3大气压。设泵的效率0.8，电动机的效率0.9，两罐液面差H＝40m，全管路水头损失设为5m，求泵及电动机的额定功率（即输入功率）应为多少？

3-17 用8kW的水泵抽水，泵的效率为90%，管径300mm，全管路水头损失设为3m水柱，吸入

管线的水头损失设为0.8m水柱。求抽水量、管内流速及泵前真空度？（提示：因流量是未知数，能量方程将为一元三次方程，可用试算法求解）

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3-18 输油管上水平90o转弯处，设固定支座。所输油品相对密度为0.8，管径300mm，通过

流量100L/s，断面1处压力2.23大气压，断面2处压力2.11大气压。求支座受压力大小和方向？

题3-18图 题3-19图

3-19 水流经过60o渐细弯头AB，已知A处管径DA＝0.5m，B处管径DB＝0.25m，通过的流量

为0.1m3/s，B处压力pB＝1.8大气压。设弯头在同一水平面上，摩擦力不计，求弯头所受推力为多少牛顿？

3-20 消防队员利用消火唧筒熄灭火焰，消火唧筒口径d＝1cm，水龙带端部口径D＝5cm，从

消火唧筒射出的流速V＝20m/s，求消防队员用手握住消火唧筒所需的力R（设唧筒水头损失为1m水柱）？

3-21 嵌入支座的一段输水管，如图所示，其直径由D＝1.5m变化为D2＝1m，当支座前压力p

＝4大气压，流量Q＝1.8 m3/s，试确定渐缩段中支座所承受的轴向力？

题3-21 图

题3-23图

3-23 水射流以19.8m/s的速度从直径d＝100mm的喷口射出，冲击一固定的对称叶片，叶片

的转角α＝135o，求射流对叶片的冲击力。

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第四章 流体阻力和水头损失

4-1 用直径100mm的管路输送相对密度0.85的柴油，在温度20C时，其运动粘度为6.7cSt，欲

保持层流，问平均流速不能超过多少？最大输送量为多少t/h？

4-3 用管路输送相对密度0.9，粘度45cP的原油，维持平均流速不超过1m/s，若保持在层流状

态下输送，则管径最大不应超过多少？

4-4 相对密度0.88的柴油，沿内径100mm的管路输送，流量1.66L/s。求临界状态时柴油应有

的粘度为多少？

4-5 研究轴承润滑的问题中，有关的物理参数为：轴的正应力p，摩擦力R，轴径D，轴承长l，

轴与轴承间的间隙Δ，润滑剂粘度μ，转数n。试用因次分析方法确定它们之间的无因次关系式。

4-6 研究流体绕流与流向垂直放置的横卧圆柱体所受的阻力T时，涉及的物理参数为：流体

的流速U、流体的粘度μ、密度ρ、圆柱直径D、圆柱长度l、圆柱表面粗糙度Δ和表面阻力T。试用因次分析方法中的π定理确定各物理量间的无因次关系式。并证明T=CDAρU2 (其中：A=Dl，称迎流面积)，写出阻力系数CD的函数表达式。

4-7 假定气体中的声速C依赖于密度ρ、压强p和粘度μ。试用雷利量纲分析方法求声速C

的表达式。

4-8 蓖麻油相对密度为0.969，动力粘度为484mPas，流经直径为75mm的管道时，平均流速

为5m/s。今用空气进行模拟试验，气体管道直径为50mm，空气的运动粘度为0.15cm2/s，气流速度为多少，才能保持动力相似？

4-9 油船吃水面积为400m2，航速5m/s，船长50m。在水中进行模型实验时，模型吃水面积

为1m2。忽略表面张力及粘性力的影响，只考虑重力的影响，与保持原型及模型中的弗汝德数相等，试求模型长度及模型航速大小。

4-10 充分发展了的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度δ为常数，且

?p?0，重力加速度g。求证其流速分布关系式为： ?x?g2??y?1?y?u??????????????2???

2?? ??4-11 管径400mm，测得层流状态下管轴心处最大流速为4m/s，求断面平均流速。此平均流速

相当于半径为多少处的实际流速？

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4-12 求证半径为a的圆管中粘性液体层流状态时，管中摩阻应力极大值为??液体粘度，V为平均流速）

4?V。（μ为a4-13 用长度5km，直径300mm的钢管，输送相对密度0.9的重油，重量流量200t/h。求油温从

t1＝10°C（ν1＝25St）变到t2＝40°C（ν2＝1.5St）时，水头损失降低的百分数。

1nu?r?4-15 管内紊流时的流速分布规律可写为指数形式 ??1??，其中um为最大流速，

um?R?R为管道半径，u和r为任一点所对应的流速和半径。求平均流速与最大流速之比。 4-17 相对密度0.8的石油以流量50L/s沿直径为150mm的管线流动，石油的运动粘度为10cSt，

试求每公里管线上的压降（设地形平坦，不计高程差）。 若管线全程长10km，终点比起点高20m，终点压强为1大气压，则起点应具备的压头为多少?

4-18 相对密度0.86的柴油，运动粘度0.3St，沿直径250mm的管路输送，全长20km，起点压

强17.6大气压，终点压强1大气压，不计高差，求流量。[提示：因流量未知，需采用试算法。可先假定水力摩阻系数λ＝0.03，求出流速后，再验算流态。]

4-19 为测量水力摩阻系数λ，在直径305mm，长50km的输油管线上进行现场试验。输送的油

品为相对密度0.82的煤油，每昼夜输送量5500t，管线终点标高为27m，起点标高为52m，油泵保持在15大气压，终点压强为2大气压。油的运动粘度为2.5cSt。试根据实验结果计算水力摩阻系数λ值。并与按经验公式计算的结果进行对比。（设管子绝对粗糙度Δ＝0.15mm）

4-23 自地下罐经离心泵向油库输油流程如图。管线直径200mm，吸入段总长20m，地下罐液

面至泵中心高差4m。油品相对密度0.75，运动粘度4cSt。

（1）若设计输送量为108t/h，那么吸入段的总水头损失应为多少米油柱？（包括沿程水头

损失和局部水头损失） （2）泵前真空表读数应为多少？

（3）如果泵出口压强为7.25大气压（表压），泵的效率为80%，则泵的额定功率（轴功率）

应为多少？

1-带保险活门出口；2－弯头（R＝3d）；3－闸阀； 4－透明油品过滤器；5－真空表；6－压力表

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第五章 压力管路的水力计算

5-1 直径257mm的长管线，总长50km，起点高程45m，终点高程84m，输送相对密度0.88

的原油，运动粘度0.276St，设计输量为200t/h，求水力坡降和总压降。

5-2 沿直径200mm，长3km的无缝钢管（Δ＝0.2mm）输送相对密度0.9的原油。若输量为

90t/h，其平均运动粘度在冬季为1.09St，夏季为0.42St。试求沿程损失各为多少米油柱？ 5-3 在直径257mm管线中输送相对密度0.8的煤油，其运动粘度为1.2cSt。管长50km，地形

平缓，不计高差，设计水力坡降为5‰，终点压强1.5at，管线绝对粗糙度Δ＝0.15mm。试决定泵压及排量（t/d）。

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