流體力學(xué)課后習(xí)題答案自己整理孔瓏4版

1、工程流體力學(xué)課后習(xí)題答案孔瓏第四版第 2 章流體及其物理性質(zhì) 42- 1 42- 3 42- 4 62- 5 62- 6 62- 7 72- 8 72- 9 82- 11 92- 12 92-13 92-14 102-15 112-16 11第 3 章 流體靜力學(xué) 133- 1 133- 2 133- 3 143- 5 143- 6 153- 9 153- 10 163- 21 193- 22 213- 23 213-25 223-27 22第 4 章 流體運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)基礎(chǔ) 244- 2 244- 5 244- 6 254- 8 254- 11 264- 12 264- 14 274- 22

2、 274- 24 284- 26 30第 6 章作業(yè) 306-1 306-3 306-7 316-10 316-11 326-12 326-17 33第 2 章流體及其物理性質(zhì)2- 1已知某種物質(zhì)的密度P =2.94g/cm3，試求它的相對密度d°【2.94解：p =2.94g/cm3=2940kg/m3，相對密度 d=2940/1000=2.942-2已知某廠1號爐水平煙道中煙氣組分的百分?jǐn)?shù)為，a (CO2)=13.5%a (SO2)=0.3%,a (02)=5.2%,a (N2)=76%,a (出0)=5%。試求煙氣 的密度。解：查課表 7 頁表 2-1,可知 P (CO2)=1

3、.976kg/m3, p (SO2)=2.927kg/m3, P (O2)=1.429kg/m3， P (N2)=1.251kg/m3， P (H2O)=1.976kg/m3， P (CO2)=1.976kg/m3，i i 1.341kg/m32- 3上題中煙氣的實(shí)測溫度t=170C，實(shí)測靜計示壓強(qiáng) Pe=1432Pq當(dāng)?shù)?大氣壓Pa=100858Pa試求工作狀態(tài)下煙氣的密度和運(yùn)動粘度?！?.8109kg/m3, 2.869X 10-5 m2/ s解：1)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為 1 狀態(tài)，則 p1=101325pa,=273K, p 1=1.341kg/m3 工 作 狀 態(tài) 下 為 2 狀 態(tài) ， 則

4、 p2=pa-pe=100858-1432=99416pa，T2=273+170=443K，則根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可知-PL -P2-1T12T2帶入數(shù)值，可得工作狀態(tài)下p 2=0.8109kg/m32）運(yùn)動粘度，與課本14頁例題2-4題比較先求出每一種氣體在170C時的動力粘度，利用蘇士蘭公式，課本12 頁。黏度（標(biāo)態(tài)下）工作溫度T（ K）S黏度（工況下）二氧化碳14.844325423.13136019二氧化硫11.644330618.53601422氧氣19.244312527.80978196氮?dú)?7.644310425.07427072水8.9344396116.22411924利

5、用公式2-19求出混合氣體在工況下的動力黏度:工作狀態(tài)下的運(yùn)動粘度24.8310 630.62 10 6m2/s0.8109分子量分子量開平 方黏度分子分母0.135446.6323.1320.710.900.003648.0018.540.440.020.052325.6627.818.180.290.76285.2925.07100.824.020.005184.2416.220.340.02130.505.26工況動力黏 度24.83工作狀態(tài)下的動力黏度為24.83 10（pas）2-5當(dāng)壓強(qiáng)增量為50000Pa時，某種液體的密度增長0.02%，試求該液體的體積模量。. p 50000

6、c 廠"8K2.5 108pa/ 0.00022- 5絕對壓強(qiáng)為3.923 x 105Pa的空氣的等溫體積模量和等熵體積模量各等于多少?2- 6充滿石油的油槽內(nèi)的壓強(qiáng)為 4.9033X 105Pa今由槽中排出石油40kg, 使槽內(nèi)壓強(qiáng)降到9.8067X 104Pa,設(shè)石油的體積模量K = 1.32X 109 Pa。試求油槽的體積。900kg/m3V m3 K.PV 153m3900 45Vv2- 7流量為50m3/h,溫度為70C的水流入熱水鍋爐，經(jīng)加熱后水溫升到90C，而水的體脹系數(shù)av=0.000641/C，問從鍋爐中每小時流出多少立 方米的水？解： v V v t 50*000

7、00641*20=0.64 m3/hV+0.64=50.64m3/h答：50.64m3/h2- 8壓縮機(jī)壓縮空氣，絕對壓強(qiáng)從 9.8067X 104Pa升高到5.8840X 105Pa, 溫度從20C升高到78C，問空氣體積減少了多少？2-9解：油的動力粘度 2.9 104Pa s,密度 678kg m 3 ,則油的運(yùn)動粘4 度 2.9 104.28 10 7m2/s 。678答：略2- 10設(shè)空氣在0 C時的運(yùn)動粘度v 0=13.2 x 10-6m2/s,密度p0=1.29kg/m3。試求在150 C時空氣的動力粘度課本12頁公式2-18，蘇士蘭公式273 ST27313.2 10 6 1.

8、2917.02810 6pa s查表 2-6 S=111K T=273+150=423K273 ST27323.62 10 6pa s答：略2-12解：課本15頁公式2-210.0731 E 0.0631/ E850* 0.614* 10 40.05219Pa s0.0731*8.5 0.0631/8.520.614cm /s2- 12平板距離另一固定平板0.5mm,兩板間充滿液體，上板在每平方米上有2N的力作用下以0.25m/s的速度移動，試求該液體的粘度。解F AAdVx八vx A-dyhFhAv30.5 10 320.004 (pa s)0.252- 13已知動力滑動軸承的軸直徑d=0.

9、2m，轉(zhuǎn)速 n=2830r/min，軸承內(nèi)徑D=0.2016m，寬度l=0.3m，潤滑油的動力粘度 卩=0.245Pas,試求 克服摩擦阻力所消耗的功率vx解：F Adl速度梯度:dnD d /23.140.22830/6037045 (s1)0.0008摩擦阻力:F A dlVx h0.2 0.30.245 37045 1710.8 (N)克服摩擦阻力所消耗的功率:P Fv F dn /601710.80.22830/ 6050701(W)2-142-16直徑為5.00cm的活塞在直徑為5.01cm的缸體內(nèi)運(yùn)動。當(dāng)潤滑油的溫度由0C升 高到120C時，求推動活塞所需的力減少的百分?jǐn)?shù)。用圖1-

10、5中相對密度d=0.855 的原油的粘度進(jìn)行計算。2-16內(nèi)徑為10mm勺開口玻璃管插入溫度為20C的水中，已知水與玻璃的接觸角B =10o。試求水在管中上升的高度。6二“羽翊二妙汕砂XI%2-/7曲極篆駕h二p二以呦"、6 二 o 訥. 、 l 4皿I可也如，"一姑站沱m h二韋冋莎以亦第3章流體靜力學(xué)3- 1如圖2-34所示，煙囪高H=20m,煙氣溫度Ts=300C，壓強(qiáng)ps,試確定引起火爐中煙氣自動流通的壓強(qiáng)差。煙氣密度可按下式計算：Ps=(1.25-0.0027ts)kg/m3,空氣的密度 p a=1.29)kg/m33-2解：如圖示，分別在等壓面1-2, 3-4處

11、列平衡方程P3巳泊H2Ogh1，P2P4Pair2H2Ogh2因為R B 煤氣gH，巳泊Rair2airgH20所以R - F2Pair1 - Rir2H2Og(hi -h) = agHH2Og(h - h)= 亠0 - h煤氣-=air 十 H 2O _gHgHgHH=1.28+(100 115 103=0.53kg m-3答：略3- 3Pa Pb ( 7水艮-水) gh 18522pa3- 4如圖所示，U形管壓差計與容器 A連接，已知A中水的絕對壓強(qiáng)和真空h1=0.25m,h2=1.61m,h3=1m。求容器h3)水g(h2 hj =33352.2pa真空 P/=101325-33352.

12、2=67972.8pa3-5解：有壓力引起的壓強(qiáng)FF =F44 578823.14 0.4=46059.4Pa如圖示，在等壓面1-2處列平衡方程R Fa PfoighiH2ogh2，F(xiàn)2 FaHg gH因為R P2，所以，F(xiàn)a RFoighiH2ogh2=PaHggH ，所以Pf迥些=46°59.4+8°0 9.81 30 10-2 1°3 9.81 50 1°-2 =。窗Hgg13.6 103 9.81答：略3- 62曲 如岳274所示，兩IJ形骨梯壓計和一密封容雑連接”備于液曲之釗的和對位置 尺寸分別為*右=6DcimAi-30rmT試或下面的U澎背

13、左篙中水銀液面距界器中白由液面的距離勲為夢少？L26fmJ® 3-41習(xí)題2 g用圖7水艮 g(h3 h2) 水g(h4 hj 得 h4=1.28 米3- 9一雙杯式微壓計如圖 2 49所示，A、B兩杯的直徑均為 d= 50mm，用U形管連接，U形 管的直徑d2= 5mm, A杯中盛有酒精，密度 P1= 870 k8/m3, B杯中盛有煤油，密度 P2=830kg/m3，當(dāng)兩杯的壓強(qiáng)差為零時，酒精煤油的分界面在oo線上，試求當(dāng)兩種液體 的分界面上升到 o' o'的位置，h = 280mm時壓強(qiáng)差為多少？5-13 一雙杯式Mil-如圖2-49所未-A、的畝徑均為厶用U瑤

14、管 注接* U形骨的住桎心f mm A杯中盛有龜精、帚度p)=87O kg/mS B杯中嘛有煤油, = Wtn當(dāng)兩杯的壓強(qiáng)星為零時，酒特煤油的分界面在線“試求當(dāng)胸種 液林的分界商上升到(亍的位置、hm時壓強(qiáng)差“為多少？156. 7PaJ龜農(nóng)凌圖2 79習(xí)題2-13用謝、223- 10PPaHg9 h4h3水 gh2h3Hg 9h2h1=366284pa2-11(1)45 時,k g sinA1 A2810* 9.8*5613p kl 5613* 0.21123 pa(2)30 時,k g sin A A 998* 9.8* 1 04890112322.97cmp kl 1123pa l0.22

15、97 m4890作業(yè)存在的主要問題：答題格式不規(guī)范，必須的公式、圖表以及一些符號說明沒有在答 案中體現(xiàn)。個別學(xué)生只列公式，不計算，直接將題后答案搬上去。甚至有同 學(xué)將一道題的答案寫在了兩道題的結(jié)果上。存在較為嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象。書中答案未必正確，不要迷信書中結(jié)果流體力學(xué)作業(yè) 第3章3- 21解:設(shè)閘門寬為b，貝卩左側(cè)水體作用在閘門上的總壓力為FighciAi2 gbH* 2,其作用點(diǎn)位置b(-)3si n6012H bH2 sin60I Cy1XdiXciXci Ab(-)3sin 601213H右側(cè)水體作用在閘門上的總壓力為F2ghc2A2hh 2 gbh sin60g 2sin60bsin60

16、3其作用點(diǎn)位置1 Cy2Xd2Xc2xC2A22sin 60b( h )3sin 6012h b 2sin 60 sin 605 3h9當(dāng)閘門自動開啟時，力HLi- xsin60Xdi ,F1和F2對O點(diǎn)的力矩相等，即hXd2sin 60F1（爲(wèi)Xdi)F2 (X爲(wèi)Xd2），所以Fi(x Hsin 60XD1)F2(XD2FiF22 gbH2( H3(si n6013H )2 gbh2 (5.3h392 gbh231822 gbH3七)sin 603 2 3 133 5；3H3() h3(3189H2 h22-3、T)0.83m3- 223- 23如圖示，作用在上半球體上的壓強(qiáng)左右 對稱，所以

17、總壓力的水平分力為零。根 據(jù)壓力體的概念，上半球體的壓力體如 圖陰影部分所示。垂直分力方向向上，其大小為FgM壓力體g（V圓柱V半球）g2 d1 4d 3() 2 2 3 23-253-27g d324103 9.81 3.14 232410.27KN第4章流體運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)基礎(chǔ)4- 2解：平面流動的速度分布為v Hr則其流線方程為dx dyVyVxdxy2 (x2 y2)dyx ，2Vy2)所以,2 (x2二 dxy2)y2 (x2 y2)dy即：xdx ydy 0，方程兩邊積分得:constant，所以流線方程為con sta nt4- 5rr rr解：流場的速度分布為 x2yi 3yj

18、2z2k(1)流動屬于三維流動dVx axdtVx V tVxxVyVxyVxz3y七2z2昌yz322x y3x同理可得:aydVyVyVyVyvyw vydttVx-xyVz-zazdvzVzVz Vx-vyVzVzVz-dttxyzx2y4 3y4 2z2 4 9yxyz2 2 2x2yd 3yd 2z2 空 8z3xyz所以，ax（3丄2）27 m2/s， ay（3,1,2）9 m/s , az 心64m/s答:4-6解:（1）該流動屬于三維流動,r流場的速度分布為(4x3 2yxy)i (3x3y z)j,axdVxdtVxVxVx -Vy-yVxVz-zay2yxy)2y2xy)(

19、12xVyVytVx-x2y (3x xy)2y(4x3(4x3(4x3VxtdVy dt3 2y-xy) (3x3y) (3x yVyVyVyVzy3(4x3所以，ax(2,2,3)3y z)z)(2 x)(4x3 2y xy)3、y z)x(3xy3 z) (3x y3 z)xy) 3y2(3x y32004, ay(2,2,3)z)10812P14- 8查課本P7表2-2可知100C時，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的密度i 0.9465kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為 p1101325 paP2 5 105 pa，溫度為100C時，密度為2根據(jù)氣體狀態(tài)方程可知R 21Vqm0.52d254.5m/s40.9

20、465空型1013254樸鶴6訕/汐”4- 11由空氣預(yù)熱器經(jīng)兩條管道送往鍋爐噴燃器的空氣的質(zhì)量流量qm=8000 kg /h,氣溫400C,管道截面尺寸均為 400000mm。已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0 C ,101325Pa)下空氣的密度p。=1.29 kg /m3, 求輸氣管道中空氣的平均流速。4叫解仙二航京硼“汀wk薩円剛昭 侯巧匕匸&系二朗x嵋“加燉加皿P42-4- 12比體積V =0.3816 m3/ kk的汽輪機(jī)廢汽沿一直徑do=100mm的輸氣管進(jìn)入主管，質(zhì)量流量qm=2000 kk/h,然后沿主管上的另兩支管輸送給用戶。已知用戶的需用流量分別為qm1=500k/h , qm2=

21、1500 kk /h,管內(nèi)流速均為25 m/s。求輸氣管中蒸汽的平均流速及兩支管的直徑d1、d2。4- 14忽略損失，求圖3-27所示文丘里管內(nèi)的流量。44廚彌：滄必詢h直険 郵肉中丿市程£卄編為處v? Ji 、止+空型=£十.二工r乂?直曲Af±%A）毎U =小黑觀 超即徉入國*為”；0朋時（卜牛川也總川m廉初嚇附 2plPcfi佻二卑 a Qv Mr A =対納疏 s 咖冷k二$五唯內(nèi)滋脣帶皿那常您4- 22如圖所示，離心式水泵借一內(nèi)徑d=150mm的吸水管以q=60m3/h的流量從一敞口水槽中吸水，并將水送至壓力水箱。設(shè)裝在水泵與吸水管接頭上的真空計指示出負(fù)

22、壓值為39997Pa。水力損失不計，試求水泵的吸水高度Hs。4-27曲阿閒胡“ pi書二lc . V）二防也 卻二卩4- 24連續(xù)管系中的 90。漸縮彎管放在水平面上，管徑di=i5cm , d2=7.5cm，入口處水平均流速vi=2.5m/s，靜壓pei=6.86 >10 Pa （計示壓強(qiáng)）。如不計能量損失，試求支撐彎管在其位置所 需的水平力。解：取進(jìn)口表面1-1、出口表面2-2和漸縮彎管內(nèi)表面內(nèi)的體積為控制體，建立坐標(biāo)系，如圖所示。由質(zhì)量守恒定律可知:di24d2V2，所以V2P)2Vid215 2()2 2.510m s7.5在進(jìn)口 1-1和出口 2-2表面列伯努利方程，忽略兩截面

23、的高度影響設(shè)支撐管對流體的水平和豎直方向上的作用力分別為Fx、Fy，由動量Pe12V1Pe22V2，所以22Pe2Pe1(v2v；)6.86 1043 2 210(2510 )21725Pa22定理得:FxPejd1 V (0 V1)FyPe2呼4嚴(yán)V2 (V20)所以Fxd24 V(0 V1)Pe1d12V2Pe1)Fy2嚴(yán)(1036.86104)1322.71N尋 V2 (V20)4d；VPe2)所以 F - Fx2 F；075。3 102 21725) 537.76N力F與水平線之間的夾角arcta nFyarcta n(537.76 )1322.71)=158.(1322.71)253

24、7.7621427.75N4- 26如圖3-35所示，相對密度為0.83的油水平射向直立的平板，已知Vo=2Om/s，求支撐平板所需的力F。解：取射流的自由表面、平板壁面和虛線內(nèi)的圓柱面所包圍的體積為控制體。如圖所示，建立坐標(biāo)系。設(shè)支撐平板所需的力為 F，在平板壁面處流體的速度為0,由動量定理得：2 2F V0（0 V。）0.83 103 005-44方向與流速方向相反）20 (0 20)651.88N （負(fù)號表示第6章作業(yè)6-1解:層流流動的速度分布公式為 V2 2 .r°r d ,(p4dlgh）,而管內(nèi)平均流速為v 勺d（p gh）,依題意得：在半徑為r時，v v ，即8 dl

25、gh)S(P8 dl2 2 2gh）'化簡得屮于，即2（r。2 r2） r。2，所以,6-3解：查表得：10 C時水的密度為 999.7kg m 3 ,運(yùn)動粘度為1.306 10 6m2 s 1。因為湍流流動時Re dU，所以12.155m s 。20 10 3Re 33000 1.306 10 6 ud所以凝汽器中水的總流量為mv-u 999.724400Y(20 10 3)242.155 135.36kg s 1L v26-72解：流動的雷諾數(shù)為Re dV 口0二1000 2320，所以流動為層流 4 10所以沿程損失系數(shù)色 旦，所以每米管長上的沿程損失為Re 2000L v264

26、142、hf 一一2-5.22m（流體柱）d 2g 1000 1 10 2 2 9.816-10解：流速為v丄-d24心叫 1.9353m (250 10 3)2流動的雷諾數(shù)Redv 250 103 1.93530.000001483825 2320，為湍流流動。管子的相對粗糙度0.252500.001，查穆迪圖得 0.02，所以沿程損失為hfd 2g0.02300250 10 31.935才2 9.814.5815口巴06-11解：管中重油的流速為qmv-d244qm73004 :3600 戸 0.1929m880 (25 10 3)23所以流動的雷諾數(shù)Re dV 25衛(wèi)0.00002519

27、2.9 2320，為層流流動。在壓力油箱液面和噴油器前的截面處列伯努力方程（若不考慮局部損失）：40.000015Pg2 v2ghf，所以2 v2ghf2v2gLd 2g64 L v2 h (1) Red 2g8 (1旦192.9)0.192923 )25 102 9.81307.243(m重油柱)所以噴油器前重油的計時壓差為p 880 9.81 7.243 62527.37Pa6-126解：管中流速為 v 4 0.4 1020.01415m s 1，_d20.0062所以流動的雷諾數(shù)為Redv6 10 3 0.014155.662320，為層流流動。在壓力油箱液面和輸油管終端截面處列伯努力方程 （不計局部損失）：2v0 h 000