工程流體力學(xué)課后習(xí)題答案(第二版)

第一章緒論[解]溫度變化前后質(zhì)量守恒，即pV=pV112212：V=11=2.5679m32p21多少(百分?jǐn)?shù))？原原原原原O原=原原=0.035山原山原力粘度，h為水深。試求h=0.5m時(shí)渠底(y=0)處的切應(yīng)力。dy66u9[解]木塊重量沿斜坡分力F與切力T平衡時(shí)，等速下滑y0y=0y0y=0A11-5．已知液體中流速沿y方向分布如圖示三種情況，試根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，定性繪出切應(yīng)力uyyyuyuu[解]yy=0u50FA0.025.0241051.01Nu50Rh0.05103度。[解]根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，得1-8．一圓錐體繞其中心軸作等角速度O=16rads旋轉(zhuǎn)。錐體與固定壁面間的距離6=1mm，用[解]取微元體如圖所示dy6000[解]在地球上靜止時(shí)：xyzxyz第二章流體靜力學(xué)[解]p=p+pgh0ae0a。[解]p=p+0.5pgA表0A表00a2-3．多管水銀測(cè)壓計(jì)用來(lái)測(cè)水箱中的表面壓強(qiáng)。圖中高程的單位為m。試求水面的絕對(duì)壓強(qiáng)pabs。0水汞水a(chǎn)汞0水汞水a(chǎn)汞0a汞水[解]p+pg(h+h)=p+pghA水12B水銀2AB水銀2水12[解]坐標(biāo)原點(diǎn)取在液面中心，則自由液面方程為：az=x0gl當(dāng)x==1.5m時(shí)，z=1.81.2=0.6m，此時(shí)水不溢出20x1.5緣A處設(shè)有轉(zhuǎn)軸，忽略閘門自重及門軸摩擦力。試求開啟閘門所需拉力。[解]作用在閘門上的總壓力：cc1hl22Asina2sin45O2OyAsina2sin45O2DA動(dòng)開啟，試求鉸鏈至水閘下端的距離x。2sin60O3sin60O2sin60O3sin60O13sin60O23sin60O向D21Jhbh312111將h代入上述不等式D11hhh3.0h3.0pxcpxcx22ppxpz2-9．如圖所示容器，上層為空氣，中層為p=8170Nm3的石油，下層為p=12550Nm3石油甘油[解]設(shè)甘油密度為p，石油密度為p，做等壓面1--1，則有211G21G2G12G空氣石油甘油1B1AAhhA12 3[解]由液體平衡微分方程xyzxyz2-12．如圖所示盛水U形管，靜止時(shí)，兩支管水面距離管口均為h，當(dāng)U形管繞OZ軸以等角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，求保持液體不溢出管口的最大角速度ωmax。[解]由液體質(zhì)量守恒知，I管液體上升高度與II管液體下降高度應(yīng)相等，且兩者液面同在一等壓面上，III12maxhzzIIOabIa>bab寬度上的流體靜壓力及其作用點(diǎn)。hhhhh[解]合力h1hh2油1sin6002水2h1hh2油1sin6002水2sin600油1sin60012P=yhh2=18.48kN3油1sin6003112233DDDDA2-14．平面閘門AB傾斜放置，已知α＝45°，門寬b＝1m，水深H1＝3m，H2＝A 1h3h'=1==1.414m B13sina3sin45Osina2sin45Osina2sin45Oh'=h221122DDD2-15．如圖所示，一個(gè)有蓋的圓柱形容器，底半徑R＝2m，容器內(nèi)充滿水，頂蓋上距中心為r0處開一個(gè)小孔通大氣。容器繞其主軸作等角速度旋轉(zhuǎn)。試問當(dāng)r0多少時(shí)，頂蓋所受的水的總壓力為零。[解]液體作等加速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓強(qiáng)分布為raa2g0a20頂蓋下表面受到的液體壓強(qiáng)是p，上表面受到的是大氣壓強(qiáng)是pa，總的壓力為零，即0a200積分上式，得0202b| (x222)8 (38=pg"D2bz4(4)162-17．圖示一矩形閘門，已知a及h，求證H>a+h時(shí)，閘門可自動(dòng)打開。cc5210則壓力中心的坐標(biāo)為JJDDczAcc12D15第三章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)xyz[解](1)不可壓縮流體連續(xù)方程x+y+zx+y+z=0?x?y?z(2)方程左面項(xiàng)?x?y?z(2)方程左面=方程右面，符合不可壓縮流體連續(xù)方程，故運(yùn)動(dòng)存在。xyzxyzuu1xy22?u?u?u (4)不可壓縮流體連續(xù)方程：x+y+z=0?x?y?z?u?u?u已知：x=1,y=一1,z=0，故方程滿足。?x?y?z是幾元流動(dòng)？(3)是恒定流還是非恒定流？(4)是均勻流還是非均勻流？[解]xyzdu?u?u?u?ua=x=x+ux+udu?u?u?u?uxdt?tx?xy?yz?z代入(1，1，2)xxa=9ypp因此(1)點(diǎn)(1，1，2)處的加速度是a=103i+9j(2)運(yùn)動(dòng)要素是三個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)，屬于三元流動(dòng)?u (3)=0，屬于恒定流動(dòng)?t(4)由于遷移加速度不等于0，屬于非均勻流。[解]由題意q=vD2=0.150.022=0.047103m3/s=0.047L/sV44213181dvvvvdvSV4111141nS==7.462S==7.462v=V=1d2S0.00127.462n13-5．在如圖所示的管流中，過(guò)流斷面上各點(diǎn)流速按拋物線方程：u=u[1(r)2]對(duì)稱分布，式中管道m(xù)axr0A0maxr02max02幾03-6．利用皮托管原理測(cè)量輸水管中的流量如圖所示。已知輸水管直徑d=200mm，測(cè)得水銀差壓計(jì)讀書中的流量Q為多大？(3.85m/s)A+A=pA+A=[解]O[解]O：：Ap44。已知dA=200mm，dB=400mm，A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)流動(dòng)方向，并計(jì)算兩斷面間的水頭損失hw。[解]O幾幾4AA4BBAdB200A假定流動(dòng)方向?yàn)锳→B，則根據(jù)伯努利方程pav2pav2z+A+AA=z+B+BB+hApg2gBpg2gwBAABp一pv2一v2：h=AB+AB一編zwpg2gmmww[解]O幾幾14222pg2gpg2gwpgppp12pgppp12p?p1?(puA)3-9．試證明變截面管道中的連續(xù)性微分方程為+=0，這里s為沿程坐標(biāo)。?tA?ss2?s2?s2?s2?s2?s2?s因密度變化引起質(zhì)量差為?p編m=Adsp?tp?p?(puA)Ads=一ds?t?s?tA?s[解]根據(jù)文丘里流量計(jì)公式得d0.12VppA徑d=200mm處，接一根細(xì)玻璃管，管的下端插入456.6kN)+2a=a+2a=a水+2[解]p+pgh=pp=ppgh2水a(chǎn)2a水v2v2pppghv22gpgpg2g氣氣p1.29氣pgpg0+a+0=pgpg氣氣v2p2=水hv=2gp2氣V424損失忽略不計(jì)，試求連接于該管收縮斷面上的水管可將水從容器內(nèi)吸上的高度h。[解]12pv2ppv2p+(pp)v2v20+1+1=0+20+1+1=0+2a+21a2=21ppv2v2p5.09321.27329807a2=211==0.2398mHOpg2gpg2g10009.8072p+pgh=ph=ppa2=0.2398mHO2apg21V22V0qv24vV01ppvC23-14．如圖(俯視圖)所示，水自噴嘴射向一與其交角成60o的光滑平板。若噴嘴出口直徑d=25mm，噴射[解][解]q=1v=q=1v=2v421122012221200FV4112pv2pv20+1+1=0+2+22122p1p2V211424V213-16．在水平放置的輸水管道中，有一個(gè)轉(zhuǎn)角a=450的變直徑彎頭如圖所示，已知上游管道直徑12V1用力，不計(jì)損失。[解](1)用連續(xù)性方程計(jì)算v和vAB2(2)用能量方程式計(jì)算pv2v2v2v22g2g2g2g(3)將流段1-2做為隔離體取出，建立圖示坐標(biāo)系，彎管對(duì)流體的作用力R的分力為R和R，列XY出x和y兩個(gè)坐標(biāo)方向的動(dòng)量方程式，得242y2141242