流体力学课后习题答案自己整理孔珑4

《工程流体力学》课后习题孔珑第四版第2章流体及其物理性质.......................................................42-1......................................................................42-3......................................................................42-4......................................................................52-5......................................................................62-6......................................................................62-7......................................................................62-8......................................................................72-9......................................................................72-11.....................................................................82-12.....................................................................82-13.....................................................................82-14.....................................................................92-15.....................................................................92-16.....................................................................9第3章流体静力学...........................................................103-1.....................................................................103-2.....................................................................103-3.....................................................................113-5.....................................................................113-6.....................................................................113-9.....................................................................123-10....................................................................123-21....................................................................133-22....................................................................153-23....................................................................153-25....................................................................153-27....................................................................15第4章流体运动学及动力学基础...............................................164-2.....................................................................164-5.....................................................................164-6.....................................................................174-8.....................................................................174-11....................................................................184-12....................................................................184-14....................................................................184-22....................................................................184-24....................................................................184-26....................................................................20第6章作业..................................................................206-1.....................................................................206-3.....................................................................216-7.....................................................................216-10....................................................................216-11....................................................................226-12....................................................................236-17....................................................................23第2章流体及其物理性质2-13已知某种物质的密度ρ=cm，试求它的相对密度d。【】33，相对密度d=2940/1000=解：ρ=cm=2940kg/m2-2已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数为，α(CO2)=%α(SO2)=%，α(O2)=%，α(N2)=76%，α(H2O)=5%。试求烟气的密度。解：查课表7页表2-1，可知ρ(CO2)=m3，ρ(SO2)=m3，ρ(O2)=m3，ρ333，(N2)=m，ρ(H2O)=m，ρ(CO2)=mii1.341kg/m32-3上题中烟气的实测温度t=170℃，实测静计示压强Pe=1432Pa，当地大气压Pa=100858Pa。试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。m3，×10-5㎡∕s】解：31）设状态下为1状态，则p1=101325pa，T1=273K，ρ1=m工作状态下为2状态，则p2=pa-pe==99416pa，T2=273+170=443K，则根据理想气体状态方程，可知p1p21T12T23带入数值，可得工作状态下ρ2=m2）运动粘度，与课本14页例题2-4题比较先求出每一种气体在170℃时的动力粘度，利用苏士兰公式，课本12页。黏度（标态下）工作温度T（K)S黏度（工况下）二氧化碳44325423.二氧化硫44330618.氧气44312527.氮气443104水44396116.利用公式2-19求出混合气体在工况下的动力黏度：分子量开平黏度分子分母分子量方4464322818工况动力黏度工作状态下的动力黏度为-6s）24.8310（pa工作状态下的运动粘度24.8310630.62106m2/s0.81092-4当压强增量为50000Pa时，某种液体的密度增长%，试求该液体的体积模量。Kp500002.5108pa0.00022-5绝对压强为×105Pa的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？2-6充满石油的油槽内的压强为×105Pa,今由槽中排出石油40kg，使槽内压强降到×104Pa，设石油的体积模量K＝×109Pa。试求油槽的体积。900kg/m3Vm402m3KpV153m390045VV2-73流量为50m/h,温度为70℃的水流入热水锅炉，经加热后水温升到90℃,而水的体胀系数av=℃,问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？解：VVVT8.05h502m50**20=V+=h答：h2-8压缩机压缩空气，绝对压强从×104Pa升高到×105Pa，温度从20℃升高到78℃，问空气体积减少了多少？2-9解：油的动力粘度2.9104Pas，密度678kgm3，则油的运动粘度2.91044.281072678m/s。答：略2-10设空气在0℃时的运动粘度ν0=×10-6m2/s,密度ρ0=m3。试求在150℃时空气的动力粘度。课本12页公式2-18，苏士兰公式273ST0TS2733200013.21061.2917.028106pas查表2-6S=111KT=273+150=423K273ST0TS2733223.62106pas答：略2-11解：课本15页公式2-210.0731E0.0631/E0.0731*8.50.0631/8.5850*0.614*1040.05219Pas0.614cm2/s2-12一平板距离另一固定平板,两板间充满液体，上板在每平方米上有2N的力作用下以s的速度移动，试求该液体的粘度。解FAAdvxAvdyhFh20.51030.004(pas)Av0.252-13已知动力滑动轴承的轴直径d=，转速n=2830r/min，轴承内径D=，宽度l=，润滑油的动力粘度μ=·s，试求克服摩擦阻力所消耗的功率。解：FAdlvxh速度梯度：vdn3.140.22830/6037045(s1)hDd/20.0008摩擦阻力：FAdlvx0.20.30.245370451710.8(N)h克服摩擦阻力所消耗的功率：PFvFdn/601710.80.22830/6050701(W)2-142-15直径为的活塞在直径为的缸体内运动。当润滑油的温度由0℃升高到120℃时，求推动活塞所需的力减少的百分数。用图1-5中相对密度d=的原油的粘度进行计算。2-16内径为10mm的开口玻璃管插入温度为20℃的水中，已知水与玻璃的接触角θ=10o。试求水在管中上升的高度。第3章流体静力学3-1如图2-34所示，烟囱高H=20m,烟气温度Ts=300℃，压强ps，试确定引起火炉中烟气自动流通的压强差。烟气密度可按下式计算：ρs=，空气的密度ρa=kg/m33-2解：如图示，分别在等压面1-2，3-4处列平衡方程P1P3Pair1H2Ogh1，P2P4Pair2H2Ogh2因为P1P2煤气gH，Pair1Pair2airgH所以煤气P-PP-PH2Og(h1-h2)=airgHH2Og(h-h2)=air+H2Oh1-h212air1air21gHgHgHH＝（）3-3＋10011510＝1.28200.53kgm答：略3-3pApB(水银-水）gh18522pa3-4如图所示，U形管压差计与容器A连接，已知h1=,h2=,h3=1m。求容器A中水的绝对压强和真空。绝对压强pApaHgg(h2h3)水g(h2h1)=真空PV=.2=3-5解：有压力引起的压强PF=F=4F2=457882=46059.4Pa2d3.140.4d4如图示，在等压面1-2处列平衡方程PPPoighgh，1aF1H2O2P2PaHggH因为PP，所以，12PaPFoigh1H2Ogh2=PaHggH，所以H=PFoigh1H2Ogh246059.4+8009.813010-21039.815010-2Hgg=13.61039.81=0.399m答：略3-6水银g(h3h2)水g(h4h1)得h4=米3-9一双杯式微压计如图2—49所示，A、B两杯的直径均为d＝50mm，用U形管连接，U形管的直径d2＝5mm，A杯中盛有酒精，密度P1＝870k8／m3，B杯中盛有煤油，密度P2＝830kg／m3，当两杯的压强差为零时，酒精煤油的分界面在o—o线上，试求当两种液体的分界面上升到o’一o’的位置，h＝280mm时压强差为多少?3-10ppaHggh4h3水gh2h3Hggh2h1水gHh1=366284pa2-11（1）45时，kgsinA1205613A2810*9.8*2pkl5613*0.21123pa（2）30时，kgsinA1104890A2998*9.8*2pkl1123pal11230.2297m22.97cm4890作业存在的主要问题：答题格式不规范，必须的公式、图表以及一些符号没有在答案中体现。个别学生只列公式，不计算，直接将题后答案搬上去。甚至有同学将一道题的答案写在了两道题的结果上。存在较为严重的抄袭现象。书中答案未必正确，不要迷信书中结果。流体力学作业第3章3-21解：设闸门宽为b，则左侧水体作用在闸门上的总压力为F1ghc1A12gbH2，其作用点位置3b(H)3b(H3)3ICy1Hsin60Hsin6013H1212xD1xC12HbH2HbH18xC1A12sin602sin60右侧水体作用在闸门上的总压力为F2ghc2A2hh2gbh2gb32sin60sin60其作用点位置b(h)3ICy2sin60xD2xC2h1253hxC2A22sin60hh9b2sin60sin60当闸门自动开启时，力F1和F2对O点的力矩相等，即L1HxhxD2-xxD1，L2sin60sin60HhF1(sin60xxD1)F2(xsin60xD2)，所以F1(HxD1)F2(xD2h)xsin60sin60F1F22gbH2(H13H)2gbh2(53hh)3sin601839sin602gbH22gbh233H3(2313)h3(5323)31893H2h223(2313)0.43(5323)31893220.420.83m3-223-23如图示，作用在上半球体上的压强左右对称，所以总压力的水平分力为零。根据压力体的概念，上半球体的压力体如图阴影部分所示。垂直分力方向向上，其大小为FgV压力体g(V圆柱V半球)g[(d)2d14(d)3]22232gd31039.813.1423242410.27KN3-253-27第4章流体运动学及动力学基础4-2解：平面流动的速度分布为vyrxr2(x22i2(x22j，则其流线方y)y)程为dxdy，则dxdy，vxvyyy2)xy2)2(x22(x2xy2)dxy所以，2(x22(x2y2)dy即：xdxydy0，方程两边积分得：x2y2constant，2所以流线方程为x2y2constant4-5解：流场的速度分布为流动属于三维流动rrrrx2yi3yj2z2k(2)axdvxvxvxvxvyvxvzvxx2y(x2y)3y(x2y)2z2(x2y)dttxyzxyz2x3y23x2y同理可得：advyvyvvyvvyvvyx2y(3y)3y(3y)2z2(3y)9ydttxyzxyzyxyzazdvzvzvxvzvyvzvzvzx2y(2z2)3y(2z2)2z2(2z2)8z3dttxyzxyz所以，ax(3,1,2)272，ay(3,1,2)92,az(3,1,2)642m/sm/sm/s答：4-6解：(1)该流动属于三维流动，(2)流场的速度分布为r(4x32yr(3xy3rxy)iz)j,dvxvxvxvyvxvzvxaxtvxxyzdt(4x32yxy)(4x32yxy)(3xy3(4x32yxy)xz)y(4x32yxy)(12x2y)(3xy3z)(2x)dvyvyvyvyvyvzvyaytvxxyzdt(4x32yxy)(3xy3z)(3xy3z)(3xy3z)xy3(4x32yxy)3y2(3xy3z)所以，ax(2,2,3)2004，ay(2,2,3)1084-8查课本P7表2-2可知100℃时，标准大气压下空气的密度10.9465kg/m3，标准大气压为p1101325pap25105pa，温度为100℃时，密度为2p1p2p2根据气体状态方程可知1221p1Vqm20.5254.5m/sd5000000.9465240.0510132544-11由空气预热器经两条管道送往锅炉喷燃器的空气的质量流量qm=8000㎏/h，气温道截面尺寸均为400×600mm。已知标准状态（0℃,101325Pa）下空气的密度ρ。求输气管道中空气的平均流速。400℃，管=㎏/m3，4-12比体积ν=m3/㎏的汽轮机废汽沿一直径do=100mm的输气管进入主管，质量流量qm=2000㎏/h，然后沿主管上的另两支管输送给用户。已知用户的需用流量分别为qm1=500㎏/h，qm2=1500㎏/h,管内流速均为25m/s。求输气管中蒸汽的平均流速及两支管的直径12d、d。4-14忽略损失，求图3-27所示文丘里管内的流量。4-22如图所示，离心式水泵借一内径d=150mm的吸水管以3的流量从一敞口水槽中吸水，q=60m/h并将水送至压力水箱。设装在水泵与吸水管接头上的真空计指示出负压值为39997Pa。水力损失不计，试求水泵的吸水高度Hs。4-24连续管系中的90o渐缩弯管放在水平面上，管径d1=15cm，d2=，入口处水平均流速v1=s，静压pe1=×10Pa（计示压强）。如不计能量损失，试求支撑弯管在其位置所需的水平力。解：取进口表面1-1、出口表面2-2和渐缩弯管内表面内的体积为控制体，建立坐标系，如图所示。由质量守恒定律可知：d12v1d22v2，所以44v2(d1)2v1(15)22.510ms1,d27.5在进口1-1和出口2-2表面列伯努利方程，忽略两截面的高度影响。pe1v12pe2v22，所以22pe2pe1(v12v22)6.86104103(2.52102)21725Pa22设支撑管对流体的水平和竖直方向上的作用力分别为Fx、Fy，由动量定理得：Fxpe1d12d12v1(0v1)44Fype2d22d22v2(v20)44所以Fxd12v1(0v1)pe1d12d12(v12pe1)4440.152(1032.526.86104)1322.71N4Fyd22v2(v20)pe2d22d22(v22pe2)4440.0752(10310221725)537.76N4所以FFx2Fy2(1322.71)2537.7621427.75N力F与水平线之间的夹角Fyarctan(537.76)＝158°arctanFx1322.714-26如图3-35所示，相对密度为的油水平射向直立的平板，已知V0=20m/s，求支撑平板所需的力F。解：取射流的自由表面、平板壁面和虚线内的圆柱面所包围的体积为控制体。如图所示，建立坐标系。设支撑平板所需的力为F，在平板壁面处流体的速度为0，由动量定理得：Fd2v0(0v0)0.831030.05220(020)651.88N（负号表示44方向与流速方向相反）第6章作业6-1解:层流流动的速度分布公式为vr02r2d(pgh),而管内平均流4dl速为vr02dgh),依题意得:在半径为r时，vv，即8(pdlr02r2d(pgh)r02d(pgh)，化简得r02r2r02,即4dl8dl482(r2r2)r2，所以，r2r0。0026-3解：查表得：10℃时水的密度为999.7kgm3，运动粘度为1.306106m2s1。因为湍流流动时Redu，所以uRe330001.3061062.155ms1。d20103所以凝汽器中水的总流量为mvnd2u999.7400(20103)22.155135.36kgs124246-7解：流动的雷诺数为Redv1102410002320，所以流动为层流。4105所以沿程损失系数6464，所以每米管长上的沿程损失为Re2000hfLv2641425.22m(流体柱)d2g1000110229.816-10qv40.0951.9353ms1解：流速为v2(250103)2d4流动的雷诺数dv2501031.9353，为湍流流Re48382523200.000001动。0.25管子的相对粗糙度0.001，d250查穆迪图得0.02，所以沿程损失为hfLv23001.935320.0225010324.5815mH2Od2g9.816-11解：管中重油的流速为300qm4qm436001，v2d2880(25103)20.1929msd4所以流动的雷诺数dv251030.1929，为层流Re192.923200.000025流动。在压力油箱液面和喷油器前的截面处列伯努力方程（若不考虑局部损失）：0h0pv2hf，所以g02gpv2hv2Lv264Lv2hhf2gh(1)g2gd2gRed2g8(16430)0.192927.243(m重油柱)192.92510329.81所以喷油器前重油的计时压差为p8809.817.24362527.37Pa6-12解：管中流速为vqv40.41060.01415ms1，d20.00624所以流动的雷诺数为Redv61030.01415，为层流流5.6623200.000015动。在压力油箱液面和输油管终端截面处列伯努力方程（不计局部损失）：0h000v2hf，2g所以hv2v2Lv2(164Lv2hf2gd2g)2gRed2g(164653)0.0141520.09617m5.661029.816-17解：在两容器液面处列伯努力方程：00H000hw，hwhfhj(L12)v2，所以有d2gHhw(L12)v2(300.51)v23，即d2g301022g(1001.5)v269.8158.86，假设流动处于层流，则6464640.0690.0184，代入上Redv30102800vv式得：(1000.01841.5)v258.86，求解得：v5.6808ms1v则相应的雷诺数为dv301025.680880019759.32320，为湍Re0.069流，由于管子为光管，则0.31640.31640.02669，Re0.2519759.30.25所以代入式(1001.5)v269.8158.86，可求出v58.863.757ms11000.026691.5则其相应的雷诺数为Redv301023.75780013067.82320，为湍0.069流，由于管子为光管，则0.31640.31640.029593，所以代入式Re0.2513067.80.25(1001.5)v269.8158.86，可求出v58.863.633ms11000.0295931.5则其相应的雷诺数为Redv301023.63380012636.52320，为湍0.069流，由于管子为光管，则0.31640.31640.029842，所以代入式Re0.2512636.50.25(1001.5)v269.8158.86，可求出v58.863.623ms11000.0298421.5则其相应的雷诺数为Redv301023.62380012601.72320，为湍0.069流，由于管子为光管，则0.31640.31640.029863Re0.2512601.70.25，所以代入式(1001.5)v269.8158.86，可求出v58.863.622ms11000.0298631.5所以，管中的流速为v3.622ms1，所以管中的体积流量为qvd2(30102)23.6223s1v40.2560m4