清华大学出版社流体力学课后答案.docx
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1、清华大学出版社流体力学课后答案流体力学1T解:设:柴油的密度为P .重度为Y; 40C水的密度为P 0,重度为丫0。则在同 一地点的相对密度和比重为:0 0.83 1000 830kg/m30 0.83 1000 9.8 8134N/m31-2 W:1.26 10 106 3 1260kg/m3g 1260 9.8 12348N/m31-3 解:p V V p Vp p VVEp 0.01 1.96 109 19.6 106N/m21-4 解:p V1000 10 62.5 10 9 p 105 2.5 10 9m2/N Ep 1p 0.4 109N/m21-5解:1)求体积膨涨量和桶内压强受
2、温度增加的影响,200升汽油的体积膨涨量为:VT TVO T 0.0006 200 20 2.4 1由于容器封闭,体积不变,从而因体积膨涨量使容器内压强升高,体积压缩量等于体积 膨涨量。故:VTVTV0p VTVO VTEp 2.4200 2.4 14000 9.8 104 16.27 106N/m22)在保证液面压强增量0.18个大气压下,求桶内最大能装的汽油质量。设装的汽油体 积为V,那么:体积膨涨量为:VT TV T体积压缩量为:Vp PEp V VT pEpV 1 T T因此,温度升高和压强升高联合作用的结果,应 满足:V0 VVp VV V00.0006 204 14000 9.8
3、10 0. 18 105 197.63(1)m V 0.7 1000 197.63 10 3 138.34 kg1-6解:石油的动力粘度:石油的运动粘度: 28100 0. 1 0.028pa. s 0.0283. 11 10 5m2/s1000 0.940100 0.4St 4 10 5m2/s51-7解:石油的运动粘度:石油的动力粘度:0.89 1000 4 101-8 解:1一9 解:0. 0356pa. su u 1. 147110. 001 1147N/m2 0.51 162. 5N/m20. 12 0. 1196 223. 14 0. 1196 0. 14 162.5 8.54N0
4、.065 D d第二章2-4解:设:测压管中空气的压强为p2,水银的密度为1,水的密度为2o在水银面 建立等压面17,在测压管与容器连接处建立等压面2-2。根据等压面理论,有pa Igh p2 (1)pl2g(Hz)p22gz(2)由式(1)解出p2后代入(2),整理得:pl2g(Hz)palgh 2gzhpa pl 2gH 1g 13600 9.8 0.745 1.5 104 1000 9.8 113600 9.80. 559mm(水银柱)2-5解:设:水银的密度为1,水的密度为2,油的密度为3;hl 1.6, h2 0.3, h 0.4, h3 0.5。根据等压面理论,在等压面上有:p02
5、g(hl h2 h3)lgh3 papOlgh3 pa 2g (hl h2 h3)13600 9.8 0.5 1.0013 10 1000 9.81.6 0.3 0.5 51.39 105Pa在等压面2-2上有:pO 2ghl 2gh 3gH pOH2hl 2h 380010001.6 0.41 . 5m2-6解:设:甘油的密度为1,油的密度为2, h 0.4o根据等压面理论,在等压面1-1上有:pO2g (H h) 1g h pOH h 1 hl260 0.7 0.41.26m 27002-7解:设:水银的密度为1,油的密度为2o根据等压面理论,当进气关1通气 时,在等压面1-1上有:pO
6、2gHl lg hl pO (1)当进气关2通气时,在等压面1-1上有:2gH2 lg h2 pO (2) pO式(1)-式(2),得:2g Hl H2 lg hl h22 2g lg hl h2Hl H2 lg hl h2 aH2 lg h2 lg h2 h2a 2g 2 hl h22-8解:设:水银的密度为1,热水的密度为2,锅炉内蒸汽压强为pl,大气压强为 pOo根据等压面理论,在等压面1-1上有:pllgh2 pO (1)在等压面2-2上有:pl2gz2 2gzl pO (2)将式(1)代入(2),得:pO lgh2 2gz2 2gzl pO hl zl z2 lh2 22-9解:设:
7、水银的密度为1,水的密度为2O根据等压面理论,在等压面上 有:pA 2gZA Igh pB 2g ZA h 1pA pB 2g ZA h 1 2gZA Igh 2g h 1 Igh1000 9.80.5 113600 9.8 0.50.7154 105Pa2-10解:设:水银的密度为1,油的密度为2o根据题意,有:pB2g ZA hp3 (2)根据等压面理论,在等压面IT上有:p2lg h p3 (3)将式(3)代入(1),得:pA 2gZA lg h p3 (4)将(4) - (2),得:pA pB12 g h1000 9209.8 0. 12598Pa2T1解:设:水的密度为1,油的密度为
8、2o根据题意,有:pAlg ZB h p2pBIgZB2g h p2pA pB 12 g h1000 9209.8 0. 125 98Pa2-12解:设:手轮的转数为n,则油被压缩的体积为:V4d2nt根据压缩性,有:VPp pVd2nt n pV P4 250 105 300 4.75 10 10d2t2-13解:设:水银的密度为1,水的密度为2。根据等压面理论,在等压面1-1上 有:P2gz IghpO pIghpO 2gz当测压管下移z时,根据压缩性,在等压面IT上有:p2gz z Igh pOhp 2g z z pO 1g Igh pO 2gz 2g z z pOlg Igh 2g z
9、lg2 z 1 h2-14解:建立坐标如图所示,根据匀加速直线运动容器中相对静止液体的等压面方程, 有:gz ax c设x=0时,自由界面的Z坐标为ZL则自由界面方程为:z zl agx设x=L时,自由界面的Z坐标为Z2,即:z2 zl agL zl z2 agL a g z 1 z2L ghL 9.8 0.052T5解:根据题意,容器在Z方向作匀加速运动。建立坐标如图所示,根据匀加速直线 运动容器中相对静止液体的压强方程,有:dp azdz p azZ c当Z=0时,p=pOo则p azZ pO1)容器以6m/s2匀加速向上运动时,az 9.8 6 15.8,则:p 1000 15.8 1
10、1 105 115800Pa2)容器以6m/s2匀加速向下运动时,az 9.8 6 3.8,贝p10003.811105103800Pa3)容器匀加速自由下落时,az 9. 8 9. 8 0. 0,贝lj:p10000.011105lOOOOOPa4)容器以15m/s2匀加速向下运动时,az 9.8 155.2,则:p 1000 5.2 1 1 105 94800Pa2T6解:建立坐标如图所示,根据匀速旋转容器中相对静止液体的液面等压面方程, 有:z z0 1 22gr2式中r=0时,自由界面的Z坐标为Z0。1)求转速nl由于没有液体甩出,旋转前后液体体积相等,则:11 24 2Dhl 2 r
11、 z dr 2 ZOD D 488 16g02D/2hl Z0 1 21 216gD2 ZO hl D2 (1)当式中r=R时,自由界面的Z坐标为H,则:H zO 1 28gD2 (2)将式(1)代入(2),得:H hl 1 216gD2D 21 28gD2nl H hlg 0.5 0.3 9.80.32 18.667rad/s60260 18.6672178.25r/min2)求转速n2当转速为n2时,自由界面的最下端与容器底部接触,z0-0o因此,自由界面方程为:z 1 22g2r2当式中厂R时,自由界面的Z坐标为H,则:II1 22g2R2 21R2gH10. 152 9.8 0.5 2
12、0. 87rad/sn2 60 22 2 1 260 20.87 22 199. 29r/minh2 16gD 120.87216 9.8 0. 32 0. 25m2T7解:建立坐标如图所示,根据题意,闸门受到的液体总压力为: P g 12H2B 1000 9.8 121.52 1.5 16537.5N在不考虑闸门自重的情况下,提起闸门的力F为:2T8解:建立坐标如图所示。闸板为椭圆形,长半轴b根据题意,总压力P为:12sin450d12短半轴a d,12doP ab gycsin450 0.3闸板压力中心为:0. 62850 9.8 5 16654NyP yCJCXyCSl5sin45Hsi
13、n45Hab3Hsin45sin45080. 6257.077mabHb21Hsin4508Hsin45sin450d2sin450在不考虑闸板自重的情况下,提起闸板的力F为:11151d)P7.0770.6 yP (1665400sin45sin452 211941Nd0.62T9解:建立坐标如图所示。油罐端部的投影为园形,直径为D=2.54m。根据题意,总力P为:P gZc2 . 54D2 700 9.80.22.542 51097.4N 4 2 4 压力中心为:ZP ZC JCXyCS D2 0.2 D4IDD 20.2 D 2 4 0.2 D2 0.22D212. 540. 2 16
14、1. 744m2. 542 0. 222. 5422-20解:1)求液面高度:H V4 1000D24 4.9736m 162设下圈高度为dz,受到的压力为:T pODdz gHDdz2)求下圈受到的拉应力T2edz pODdz gHDdz2edz pOD gHD2e2)求下圈壁厚e根据强度理论,有,则:e pOD gHD20.08 105 16 800 9.8 4.9736 162 1.176 108 2.63 10 3m2-21解:建立坐标如图示。总压力的作用点的z坐标为:ZP ZC12JCXZCBH112 1 h H BH21H2BH3 h Hh 1H 12h H2闸门能自动打开,要求1
15、1. 333mh 0.4 ZP h H H2h 2H2 1 1 H 0.2 H 0.2 3 h 11H 0.4 0.4222-22解:1)求上半球受到的液体总压力根据压力体理论,上半球受到的液体总压力为:P 1000 9.8121341050N3上半球受到的液体总压力即为螺栓受到的总拉力。2-23解:设:油面蒸汽压为p0,油的密度为。建立坐标如图所示。1)A-A截面上的 作用力D 2PZ pODL g DL 0.2 DL2 813600 9.8 0.368 2.2 9.6 720 9.82.2 9.61.1 0.22.22 9.681035873 649831100856N2) B-B截面上的
16、作用力DPX pODL g 0.2 D L22.213600 9.8 0.368 2.2 9.6 720 9.80.22.2 9.621035873 193730 1229603N2-24解:根据题意,得gH2d2 mg g4dl2(H Z)mg gHdl2Z0. 100 9.8 750 9.8750 9.80. 12 0. 15g4d212 d20. 12 0. 022d21. 059m2-25解:根据题意,得gV p04d2 gd2H2 mg g4d2Hl pAB4mg gpO pAB d2 Hl H2 gV44d230. 15 12 8500 10009.81000 9.80. 15 2
17、34 210. 1245937. 47Pa真空度为:Hs pO pABg 45937.471000 9.8 4.688m真空度大于4. 688m,球阀可打开。2-26解:根据题意,得:g Vd2h mg 4h m V4 0.025 700 10 10 6700 d24 0. 08185m0. 0222-27解:设:木头的密度为1,水的密度为。根据题意,得1 gdLn mg 4mglOOOOn 10.391 gd2L 1000 8009.80.252 1044取 n=ll第三章补充题:1 .在任意时刻t流体质点的位置是x 5t,其迹线为双曲线xy 25。质点速度和加速 度在x和y方向的分量是多少
18、?2 .已知速度场ux yz t, uy xz t, uz xyo试求当t=0.5时在x=2, y=l, z=3处 流体质点的加速度。3 .已加欧拉方法描述的流速为:ux xt, uy y。试求t=0时,过点(100, 10)的2流 体质点的迹线。4 .流体运动由拉格朗日变数表达式为:x ae, y be, z c。求t = l时,位于(1,1, 1)的流体质点及其加速度和迹线;求t = l时,通过(1, 1, 1)的流线。t t5 .给定二维流动:u uOi Ocos kx t j,其中uO、 0、k、 均为常 数。试求在t=0时刻通过点(0, 0)的流线和迹线方程。若k、 0,试比较这两条
19、曲线。6 .已知不可压缩流场的势函数ax bxy ay,试求相应的流函数及在(1, 0)处的加速度。7 .已知不可压缩流场的流函数3xy y,试求证流动为无旋流动并求相应的势函数。8 .给定拉格朗日流场:x ae 2t/k2322, y bet/k, z cet/k,其中k为常数。试判 断:是否是稳态流动:是否是不可压流场;是否是有旋流动。9 .已知不可压缩流体的压力场为:p 4x3 2y2 yz2 5z(N/m2)若流体的密度P= 1000kg/m,则流体质点在(3, 1, -5)位置上的加速度如何? (g=- 9. 8m2 / s)10 .理想不可压缩均质流体作无旋运动,已知速度势函数:3
20、2tx y z2222在运动过程中,点(1, 1, 1)上压力总是pl = 117.7kN/m。求运动开始20s后,点 (4, 4,2)的压力。假设质量力仅有重。11 .不可压缩流体平面射流冲击在一倾斜角为。=600的光滑平板上,如图所示。若喷 嘴出口直径d=25mm,喷射流量Q 0. 0334m/s,试求射流沿平板两侧的分流流量Q1和Q2, 以及射流对平板的作用力(不计水头损失)。补充题答案:1.解:因流体质点的迹线xy 25,故:y 25x5t 210t3 uxX tlOt, ax2x t210, uyy t,ay2y t22.解:根据欧拉方法,空间点的加速度为:duxdtux tuxux
21、 xuyux yuzux z1 yz t 0 xz t z xy y 1 xz2 xy2 ztduydtuy tuxuy xuyuy yuzuy z1 yz t z xz t 0 xy x 1 yz2 x2y ztduzdtuz tuxuzuyuz yuzuz z0 yz t y xz t x xy 0 y2z x2z xt yt t=0.5时在x=2, y=l, z=3处流体质点的加速度为:duxdtduydtduydt1xz2y2zt123212305 22.51yz2x2zt11322230.5 15.5zx2 y2 x y t 3 22 122 105 16.53.解:根据欧拉方法与拉
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