工程流體力學(xué)第四版孔瓏作業(yè)答案詳解

1、第二章2-1.已知某種物質(zhì)的密度p二2. 94g/cm3,試求它的相對(duì)密度do解：d=p /p w=2. 94 (g/cm3 ) /I (g/cm3) =2. 94 2-2.已知某廠1號(hào)爐水平煙道中煙氣組分的百分?jǐn)?shù)為C( (co2) =13. 5%, a(S02) =0. 3%, a(02) =5. 2%, a(N2)=76%, a(H20)=5%o 試求煙氣的密度。2- 3. ±題中煙氣的實(shí)測(cè)溫度t二170°C,實(shí)測(cè)靜計(jì)壓強(qiáng)Pe二1432Pa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)Pa=10058Pao試求工作狀態(tài)下煙氣的密度和運(yùn)動(dòng)粘度。2- 4.當(dāng)壓強(qiáng)增量為50000Pa時(shí)，某種液體的密度增長(zhǎng)0

2、. 02%,試求該液體的體積模量。I - ' .1 竄處序掩一場(chǎng)匕 XL%.罕亠鑼f冬（川上/阿 一 公缸£_皿屣二“一亠一昭*_二；* aP “； 一 _2-5.絕對(duì)壓強(qiáng)為3. 923X10A5Pa的空氣的等溫體積模量和等爛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. 9033X105Pa,今由槽中排出石油40kg,使槽內(nèi)壓強(qiáng)降到9. 8067X10*4Pa,設(shè)石油的體積模量K=l. 32X109 Pa。試求油槽的體積。坯三併權(quán)梶菱k丄匕h% 亠二哉Z(yǔ) I x'丄芻2丄 5fe_XV *也V.卜*Q肖曲亠弋邸亠皿燉從養(yǎng)72岀乂卅.三兩化為特佃徉松3 15

3、3粧2-7.流量為50m3/h,溫度為70°C的水流入熱水鍋爐，經(jīng)加熱后水溫升到90°C,而水的體脹系數(shù)a V二0. 000641/°C，問(wèn)從鍋爐屮每小時(shí)流出多少立方米的水？甲由otv三廠 訣X仏一 為三">0“2卜、二 缺統(tǒng) 崔圧k ='二切二二麗甌荷亠2% X “？ ¥久-2-8.壓縮機(jī)壓縮空氣，絕對(duì)壓強(qiáng)從9. 8067X104Pa升高到5. 8840X105Pa,溫度從20°C升高到78°C,問(wèn)空氣體積減少了多少?解：將空氣近似作為理想氣體來(lái)研究，則由匸=R丁得岀PP9”°處心 誠(chéng)佔(zhàn)287x(2

4、73+20)5.8840X105 e GA. . 3p、= . =:? = 5.84 伙&/7匕 Rl2 287x(273+78)m mv；加p25.8412-9.動(dòng)力粘度為2.9X10-4Pa-S,密度為678kg/m3的油，其運(yùn)動(dòng)粘度等于多少?解:V=u/p =2. 9X 10*-4/678=4. 28X 10*-7m2/s2-10.設(shè)空氣在0°C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度V 0=13. 2X10-6m2/s,密度p 0=1. 29kg/m3o試求在150°C時(shí)空氣的動(dòng)力粘度。卻 企0Z時(shí) 丿d三_加件三J3丄如5%乂/三4與加U/5恥由 %、土圭久-務(wù)一:R7,（召）.二,

5、：.（S也為2丄_?仃7 乂/o-'/KJ2- 11.借恩氏粘度計(jì)測(cè)得石油的粘度為8. 5oE,如石油的密度為p =850kg/m3,試求石油 的動(dòng)力粘度。解 ' 禺由遜琳翁凌V -0問(wèn)iTG - 60山/空CC祁)二。眾"彳9由v=爭(zhēng) 碗 亦勵(lì)老力今板 心嚴(yán)"的7X/0七眇二0呦8屮 4 -炳皿尿紬o£念屯加 S):I，2- 12. 一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(dòng)，試求該液體的粘度。薛：白牛頓鴕性定律可得“=A U=2世。叫2-13.已知?jiǎng)恿瑒?dòng)軸承的軸直徑d二0.

6、2m,轉(zhuǎn)速n=2830r/min,軸承內(nèi)徑D二0. 2016m, 寬度1二0.3m，潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度=0. 245Pa-s,試求克服摩擦阻力所消耗的功率。2cm以及他們Z間的間隙為0. 05mm。試求流體的粘度。ss：鈾的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為=60裟速箜為M=2 60d “,udd 2kdW 扌】P - Mu = 0-w = “創(chuàng)=從D-d)/2 2D-d 36001800(1)-c?)介 X v 2830:x3.143 xO.23 xO.3 “ ”=0.24) x= 0JkW1200*(0.2016 0.2)2-14.一重500N的飛輪的回轉(zhuǎn)半徑為30cm,由于軸套間流體粘度的影響，當(dāng)飛輪600r/

7、min旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的角減速度為0. 02rad/s2o已知軸套的長(zhǎng)度為5cm,軸的直徑為2- 15.直徑為5. 00cm的活塞在直徑為5. 01cm的缸體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度由0匸升 高到120°C時(shí)，求推動(dòng)活塞所需的力減少的百分?jǐn)?shù)。用圖1-5中相對(duì)密度"0.855的原 油的粘度進(jìn)行計(jì)算。舉心"鶴觸喊初扌緲蛭為U 嶇23耐加臉燉如 - 0°c-町一£二-阿仏4#云 初空業(yè)沖沖怡o、D"2-16.內(nèi)徑為10mm的開(kāi)口玻璃管插入溫度為20C的水中，已知水與玻璃的接觸角6=10oo試求水在管中上升的高度。軸：左1/ iS懇金層呦冰才曠二攻山

8、“/九一峑JLh鎬一 2血?dú)暌?k Sy二 幗3即川 7 尸二JZ04嘰K庭唯歲b專舟賓二少妙%j 丄沁厶巴 m2T7內(nèi)徑為8mm的開(kāi)口玻璃管插入溫度為20°C的水銀屮。已知水銀與玻璃管的接觸角約為140。，試求水銀在管中下降的高度。第三章3- 2.如圖所示為一直煤氣管，為求管中靜止煤氣的密度，在高度差H二20n）的兩個(gè)截 面裝U形管測(cè)壓計(jì)，內(nèi)裝水。已知管外空氣的密度p a=l. 28kg/m3,測(cè)壓計(jì)讀數(shù)hl二100mm, h2二115mm。與水相比，U形管中氣柱的影響可以忽略。求管內(nèi)煤氣的密R =巾+ Q護(hù)岀Pal =屜 + PagHhyhy0.1 0.1153張二七7 嚴(yán)叫 +

9、 Pa 二 1°°°次+1 2S-O.53k&m1L*ZU3- 3.如圖所示，U形管壓差計(jì)水銀面高度差h=15cmo求充滿水的A、B兩容器內(nèi)的壓強(qiáng)差。Pa -Ph.oSa =Pb 做og他 + 耐+pA -pB = (pHs - pHi0 gh = (13600-1000)x9.8x0.15 = 18522Pa3-4.如圖所示，U形管壓差計(jì)與容器A連接，已知hl二0.25m, h2=1.61m, h3二lm。求 容器A中水的絕對(duì)壓強(qiáng)和真空。P.i = Pa P越 g也一爲(wèi))+ PH：og(h2 - )=101325-13600x9.8x(1.61-1)+1

10、000x9.8x(1.61-0.25)= 33352.2Papx = & 一血=101325-33352.2 = 67972-8丹3-5.如圖所示，在盛有油和水的圓柱形容器的蓋上加載荷F二5788N,已hl=30cm, h2=50cm, d=0. 4m,油的密度p oi=800kg/m3,水銀的密度p Hg=13600 kg/m3,求U形管中水銀柱的高度差HoIll丨叫水wra 2 3«F 5788解；蓋上壓強(qiáng) = =；= 46082.8P"S 02 x；r門(mén)品“ =t + Phzo + P n u 卩1 + P 叫臘"1 + A 2Pg g46082.8

11、 + 1000x 9.S07 x0.5 + 800x9.807x0.313600x9.8073- 6.如圖所示，兩根盛有水銀的U形測(cè)壓管與盛有水的密封容器連接。若上面測(cè)壓管的水銀液面距自由液面深hl二60cm,水銀柱高h(yuǎn)2二25cm,下面測(cè)壓管的水銀柱高h(yuǎn)3二30cm,ffl 2 3»3-7.如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚hl=30cm,油的密度p oi=800kg/m3,p =13600 kg/m3,試求下面測(cè)壓管水銀面距自由液面的深度h4。試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)。ffi 2-40f入一吋3- 8.如圖所不，處于平衡狀態(tài)的水壓機(jī)，其大活塞上受力F1二4905N,杠桿柄上作用

12、力 F2=147N,杠桿臂a二15cm, b二75cm。若小活塞直徑dl二5cm,不計(jì)活塞的高度差及其質(zhì)量， 計(jì)及摩擦力的校正系數(shù)口二0.9,求大活塞直徑d2。2 41一融上丘®匸金軌&二6_一顯三2弓三莎衣么鏗* 丄護(hù)cm.(3-觸一(乩壓籾墳、理L3- 22.水作用在下圖所示3/4圓柱面ABCD ±,畫(huà)出(a) (b) (c)種開(kāi)口測(cè)壓管位置Zl, Z2, Z3情況的壓力體及總壓力垂直分力的作用方向。圖2 543-26.如圖所示為一扇形閘門(mén)，半徑R二7.5m,擋著深度h二4. 8n）的水，其圓心角a二43 ° , 旋轉(zhuǎn)軸距渠底H=5. 8m,閘門(mén)的水平

13、投影CB=a=2. 7m,閘門(mén)寬度B二6. 4m,試求作用在閘 門(mén)上的總壓力的大小和壓力中心。1« 2 5«H沖如孔花文仝涼企町倉(cāng)為少三基二叢 丄斗I 庸人加，問(wèn)心蟲(chóng)LQA乂dUuA I肌2 3 說(shuō) 十禺2）仙筲2S 故壬 區(qū)尢命U、左£1衛(wèi)厶!”二（虞卜Ep少占厶彷W47以厶七二 亦/屜 了/刃6-=-一5磁3-31.-鋼筋混凝土沉箱，長(zhǎng)6m,寬5m,高5m,底厚0. 5m,側(cè)壁厚0. 3m,鋼筋混凝土的密度p 1二2400kgnT-3,海水的密度p 2二1025kgnf -3,沉箱在海面上漂浮是否穩(wěn)定？淺懿仏-I；r三左二人as二久旳空機(jī):U生巒豆弘侈網(wǎng)二 歹

14、二席M 紅伽）.一么麗7 $CU!宀曲丄1宀了4- 2.已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為Nx +歹 2開(kāi)兀+»式中為常數(shù)。求流線方程并畫(huà)出若干條流線。鋰紬姒乞玄/tj - . -.17中就一趙/Vf IM網(wǎng)丑5 1當(dāng)対、2心 *山并北巴/厶一一- /. f Aill -it 40魁t1 土Ch = f儀2十q2 = &- vr 二一(=04- 3.已知兩平行平板間的平面流動(dòng)的速度為2" 4式中k, u為常數(shù)。b為兩平板之間的距離。試給出速度分布圖。戈_線£送鉛金直巫魚(yú) 軟雖g您統(tǒng)£/致J富石v = x込 一 v5J + xyk4- 4.已知流場(chǎng)的速度

15、分布為3(1)問(wèn)屬幾維流動(dòng)？(2)求(x, y, z)二(1,2,3)點(diǎn)的加速度。4-15.如圖所示為一文丘里管和壓強(qiáng)計(jì)，試推導(dǎo)體積流量和壓強(qiáng)il讀數(shù)Z間的關(guān)系式。解：(1)屬于二維流動(dòng)，因?yàn)樵摿鲃?dòng)的速度分布只與平面坐標(biāo)X, Y有關(guān)。m 3 2«4-20.送風(fēng)管道的截面積Al二lm2,體積流量qvl二108000 m3/h,靜壓pl二0. 267N/cm2,風(fēng)溫tl二28°C。管道經(jīng)過(guò)一段路程以及彎管，大小節(jié)收縮段等管子件后，截面積A2二0. 64m2,靜壓 p2=0. 133N/cm2,風(fēng)溫 12=24°C當(dāng)?shù)販y(cè)得的大氣壓 pa二 101325 Pa,求截面A2

16、處的質(zhì)量流量qm2,體積流量qv2以及兩個(gè)截面上的平均流速V 1、V 2。千緞 遊飭三礙© 加冰 久；酒戯恥MVs：嘰:一住古見(jiàn)林 狀怎直jljfe一_2-一h /嚴(yán) 叫A 叫一/丿與 A -/jZoJf 巧鬧、4- 25.額定流量qm=35690 kg/s的過(guò)熱蒸汽，壓強(qiáng)p二981N/cm2，溫度t二510°C,（對(duì)應(yīng) 的蒸汽比體枳U =0. 03067m3/kg）,經(jīng)0）273X23mm的主蒸汽管道鉛垂向卜，再經(jīng)90o彎管轉(zhuǎn)向水平方向流動(dòng)。如不計(jì)能量損失，試求蒸汽作用給彎管的水平力。4- 33.水泵葉輪的內(nèi)徑dl二20cm,外徑d2二40cm,葉片寬度b二4cm,水在葉

17、輪入口處沿 徑向流入，在出【1處與徑向成30o角的方向流出，質(zhì)量流量qm二81. 58 kg/s。試求水在 葉輪入口與出口處的流速V 1與kgvm 3 39求水花呻貯川詁#匕夂人伽敘匕紂丄一b*1衛(wèi)0鳴鬲一1/嚴(yán)斎押詡學(xué)護(hù)仔必呦第五章5- 2.如圖所示，用模型研究溢流堰的流動(dòng)，采用長(zhǎng)度比例尺kl二1/20. （1）已知原型堰上水頭h二3m,試求模型的堰上水頭。（2）測(cè)得模型上的流量qv =0. 19m3/s,試求原型上的流量。（3）測(cè)得模型堰頂?shù)挠?jì)示壓強(qiáng)Pe =-1960Pa,試求原型堰頂?shù)挠?jì)示壓強(qiáng)。比，ki 二）/zo,未光人二 3壯7：""二_丄三h 紅 _ 三 3 乂

18、r： 力拐斗 老養(yǎng)婁衛(wèi)占亠応二" c> iu 二.壓珞、叔必莖址 憲&嗾柬 不/二 泌，旳二丄»” K":-J 亠亠 卷丄葺壬-Wk5- 4.將一高層建筑物的幾何相似模型放在開(kāi)口風(fēng)洞中吹風(fēng)，風(fēng)速為V ' =10m/s,測(cè)得模型迎風(fēng)面點(diǎn)1處的計(jì)示壓強(qiáng)pie' =980Pa,背風(fēng)面點(diǎn)2處的計(jì)示壓強(qiáng)p2e二-49 Pa。一T7X_7r 10, rM 上_試求建筑物在V二30m/s強(qiáng)風(fēng)作用卜對(duì)應(yīng)點(diǎn)的計(jì)示壓強(qiáng)。« ,亠 < 心_皇眾&傑）艮.人=5- 6.長(zhǎng)度比例尺kl二1/225的模型水庫(kù)，開(kāi)閘后完全放空庫(kù)水的時(shí)間是4

19、min。試求原 型水庫(kù)放空庫(kù)水的時(shí)間。5- 8.在管道內(nèi)以V二20m/s的速度輸送密度p =1.86 kg/m3 ,運(yùn)動(dòng)粘度U二1.3X10-5m2/s的天然氣，為了預(yù)測(cè)沿管道的壓強(qiáng)降，采用水模型試驗(yàn)。取長(zhǎng)度比例尺kl二1/10 ,已知水的密度p ' =998 kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度U ' =1. 007X 10m2/so為保證流動(dòng)相 似，模型內(nèi)水的流速應(yīng)等于多少？已經(jīng)測(cè)得模型每0.1m管長(zhǎng)的壓降Jp, =1000Pa,天然氣管道每米的壓強(qiáng)降等于多少?_'、一_也卑匕i二 UKym皿1丄5_1盤(pán)"1 5-10.某飛機(jī)的機(jī)翼弦長(zhǎng)b二1500mm,在氣壓Pa=105

20、Pa,氣溫t二10°C的大氣中以V=180km/h的速度飛行，擬在風(fēng)洞中用模型試驗(yàn)測(cè)定翼型阻力，采用長(zhǎng)度比例尺kl二1/3。(a)如果用開(kāi)口風(fēng)洞，已知試驗(yàn)段的氣壓pa' =101325Pa,氣溫t =25°C,試驗(yàn)段的 風(fēng)速應(yīng)等于多少？這樣的試驗(yàn)有什么問(wèn)題？(b)如果用壓力風(fēng)洞，試驗(yàn)段的氣壓“二IMP/氣溫t=30°C, p =1.854X 10-5Pa s,試驗(yàn)段的風(fēng)速應(yīng)等于多少？5-13.薄壁孔口出流的流速V與孔口直徑d,孔口上水頭H,流體密度p，動(dòng)力粘度p ,表面張力重力加速度g有關(guān)的表達(dá)式。試導(dǎo)出孔口出流速度的表達(dá)式。射理為轉(zhuǎn)奄卄也理理迄取H v

21、怎力升八組先41三1<2一；云甩活逹鼻4<rA51 二 2 b、 2C二 無(wú)0=0第八章8-1.試確定下列各流場(chǎng)中的速度是否滿足不可壓縮流體的連續(xù)性條件：(1)vx = kx,vy = -ky (2)vt =i(A2 4-xy-y2), = i(x2 +y2)(3)vx = sin(xy),vy = -ksin(xy) (4)V, = £血(幼,弓=-kyfx:長(zhǎng)于十可氐 偽險(xiǎn)佛倂建涂址糸倂為、W“ +勸+阮仁“)= k - k 0- ,/(=月k如xb +(-xMd療耀浙5 一血 機(jī)士零三Jtk 一瑋-眉=o (諭運(yùn)8-2.在不可壓縮體的三維流動(dòng)中，已知vr = +/+

22、x+j- + 2和,=異+2巴 試用連續(xù)如2M土町-UI±.2)L_X_O3v2十右二08-3.下列各流場(chǎng)屮哪幾個(gè)滿足連續(xù)性條件？它們是有旋流動(dòng)還是無(wú)旋流動(dòng)？(1) vk =vy =0 (2)= kyl(x2 y2)= x2 + 2xy,v? = y2 +2xy =y+z9vy =z +兀匕=x+y卉申h二級(jí)況 訪蘊(yùn)腌陸貳件2 黎 寸 歲二d、 -1如三率次垢翠冬雄蜩鍛一理*叢土欝汕， 辿亠警為見(jiàn)脅匯".亠討V iL山豈是蠻此婪土眾 二譽(yù)足 /- -為_(kāi)藝二 ° 二雪二匕 - (2)翌_丄著二£ _ 炭. /需一=命8-5.確定下列各流場(chǎng)是否連續(xù)？是否有旋？仃)匕=。山=貯(2) vr = -kfr,v. =0Vr = /rsin匕=-2r sin 2 BW l/r 0 U* 二 k)UrVr)z) Vy 二必=of Vy 二 yr細(xì)畑 Jo _A 和fw一空浮十瞬二牛你廻曠今卅則心二08-6.已知有旋流動(dòng)的速度場(chǎng)為兒二尹+補(bǔ)廠廠和二川+“+。求在點(diǎn) 2, 2）處角速度的分量。融衛(wèi)（等二塾g寺（泌惡諾-裁盹M （霍-箸鑛2$鴛二L_t=O禦工Q