流体力学课后习题答案自己整理孔珑4版1681.pdf

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1、.专业 word 可编辑 .工程流体力学课后习题答案 孔珑第四版.专业 word 可编辑 .第 2 章流体及其物理性质.5 2-1.5 2-3.5 2-4.7 2-5.7 2-6.8 2-7.8 2-8.9 2-9.9 2-11.10 2-12.10 2-13.11 2-14.11 2-15.12 2-16.13 第 3 章 流体静力学.14 3-1.14 3-2.14 3-3.15 3-5.15 3-6.16.专业 word 可编辑 .3-9.16 3-10.17 3-21.20 3-22.21 3-23.22 3-25.22 3-27.23 第 4 章 流体运动学及动力学基础.24 4-2

2、.24 4-5.24 4-6.25 4-8.25 4-11.26 4-12.26 4-14.27 4-22.28 4-24.29 4-26.30 第 6 章作业.31 6-1.31 6-3.31 6-7.32.专业 word 可编辑 .6-10.32 6-11.33 6-12.33 6-17.34.专业 word 可编辑 .第 2 章流体及其物理性质 2-1 已知某种物质的密度=2.94g/cm3，试求它的相对密度 d。【2.94】解：=2.94g/cm3=2940kg/m3，相对密度 d=2940/1000=2.94 2-2 已知某厂 1 号炉水平烟道中烟气组分的百分数为，(CO2)=13.

3、5%(SO2)=0.3%，(O2)=5.2%，(N2)=76%，(H2O)=5%。试求烟气的密度。解：查 课 表7页 表2-1，可 知 (CO2)=1.976kg/m3，(SO2)=2.927kg/m3，(O2)=1.429kg/m3，(N2)=1.251kg/m3，(H2O)=1.976kg/m3，(CO2)=1.976kg/m3，3kg/m341.1ii 2-3 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。【0.8109kg/m3，2.86910-5s】解：1）设标准状态下为 1 状态，则 p

4、1=101325pa，T1=273K，1=1.341kg/m3 工作状态下为 2 状态，则 p2=pa-pe=100858-1432=99416pa，.专业 word 可编辑 .T2=273+170=443K，则根据理想气体状态方程，可知222111TpTp 带入数值，可得工作状态下2=0.8109kg/m3 2）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 14.8 443 254 23.13136019 二氧化硫 11.6 443 306 18.5360142

5、2 氧气 19.2 443 125 27.80978196 氮气 17.6 443 104 25.07427072 水 8.93 443 961 16.22411924 利用公式 2-19 求出混合气体在工况下的动力黏度：分子量 分子量开平方 黏度 分子 分母 0.135 44 6.63 23.13 20.71 0.90 0.003 64 8.00 18.54 0.44 0.02 .专业 word 可编辑 .0.052 32 5.66 27.81 8.18 0.29 0.76 28 5.29 25.07 100.82 4.02 0.005 18 4.24 16.22 0.34 0.02 130

6、.50 5.26 工况动力黏度 24.83 工作状态下的动力黏度为）（spa1083.246-工作状态下的运动粘度sm/1062.30108109.083.24266 2-4 当压强增量为 50000Pa 时，某种液体的密度增长 0.02%，试求该液体的体积模量。papK8105.20002.050000 2-5 绝对压强为 3.923105Pa 的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？.专业 word 可编辑 .2-6 充满石油的油槽内的压强为 4.9033105Pa,今由槽中排出石油40kg，使槽内压强降到 9.8067104Pa，设石油的体积模量 K1.32109 Pa。试求油槽的

7、体积。3/900mkg 345290040mmV 3153mVVVpK 2-7 流量为 50m3/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=0.000641/,问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？解：V8 0.005502mVVT50*0.000641*20=0.64m3/h V+0.64=50.64m3/h 答：50.64m3/h .专业 word 可编辑 .2-8 压缩机压缩空气，绝对压强从 9.8067104Pa 升高到 5.8840105Pa，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sa109.24P，密度3678kg

8、 m，则油的运动粘度sm/1028.4678109.2274。答：略 2-10 设空气在 0时的运动粘度0=13.210-6m2/s,密度0=1.29kg/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230273273TSTS.专业 word 可编辑 .spa02810.1729.1102.1366000 查表 2-6 S=111K T=273+150=423K spa1062.232732736230TSTS 答：略 2-11 解：课本 15 页公式 2-21 sEE/cm614.05.8/0631.05.8*0731.0/0631.00731.02 sa0

9、5219.010*614.0*8504P 2-12 一平板距离另一固定平板 0.5mm,两板间充满液体，上板在每平方米上有 2N 的力作用下以 0.25m/s 的速度移动，试求该液体的粘度。解 xdvvFAAAdyh 30.5 1020.004(pa s)0.25FhAv .专业 word 可编辑 .2-13 已知动力滑动轴承的轴直径 d=0.2m，转速 n=2830r/min，轴承内径 D=0.2016m，宽度 l=0.3m，润滑油的动力粘度=0.245Pas，试求克服摩擦阻力所消耗的功率。解：xvFAdlh 速度梯度：13.14 0.22830/6037045()/20.0008vdnsh

10、Dd 摩擦阻力：0.2 0.3 0.245 370451710.8()xvFAdlNh 克服摩擦阻力所消耗的功率：/601710.80.22830/6050701()PFvFdnW 2-14 .专业 word 可编辑 .2-15 直径为 5.00cm 的活塞在直径为 5.01cm 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=0.855 的原油的粘度进行计算。.专业 word 可编辑 .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=10o。试求水在管中上升的高度。.专业 word 可编辑

11、.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：s=(1.25-0.0027ts)kg/m3，空气的密度a=1.29)kg/m3 3-2 解：如图示，分别在等压面 1-2，3-4 处列平衡方程 213air1H O1PPPgh，224air2H O2PPPgh 因为12gPPH煤气，air1air2airgPPH 所以 air1air2H2O12air2121212air2-(-)(-)-=+H OH OPPg hhgHg hhP PhhgHgHgHH煤气 3-3100 11510

12、1.280.53kg m20（）答：略.专业 word 可编辑 .3-3 paghppBA18522-(）水水银 3-4如 图 所 示，U形 管 压 差 计 与 容 器A连 接，已 知h1=0.25m,h2=1.61m,h3=1m。求容器 A 中水的绝对压强和真空。绝对压强)()(1232hhghhgppHgaA水=33352.2pa 真空 PV=101325-33352.2=67972.8pa 3-5 解：有 压 力 引 起 的 压 强F22244 5788=46059.4Pa3.14 0.44FFPdd 如图示，在等压面 1-2 处列平衡方程 21aFoi1H O2PPPghgh，2aHg

13、PPgH 因为12PP，所以，.专业 word 可编辑 .2aFoi1H O2aHg=PPghghPgH，所以 2-23-2Foi1H O23Hg46059.4+8009.81 30 10109.81 50 10=0.399m13.6 109.81PghghHg答：略 3-6 )()(1423hhghhg水水银 得 h4=1.28 米 3-9 一双杯式微压计如图 249 所示，A、B 两杯的直径均为 d50mm，用 U 形管连接，U 形管的直径 d25mm，A 杯中盛有酒精，密度 P1870 k8m3，B 杯中盛有煤油，密度 P2830kgm3，当两杯的压强差为零时，酒精煤油的分界面在 oo

14、线上，试求当两种液体的分界面上升到 o一 o的位置，h280mm 时压强差为多少?.专业 word 可编辑 .3-10 1123234hHghhghhghhgppHgHga水水=366284pa 2-11.专业 word 可编辑 .（1）时，45 5613022*8.9*810sin21AAgk pakl11232.0*5613p（2）时，30 4890021*8.9*998sin21AAgk cm97.22m2297.0489011231123plpakl .专业 word 可编辑 .作业存在的主要问题：答题格式不规范，必须的公式、图表以及一些符号说明没有在答案中体现。个别学生只列公式，不计

15、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。.专业 word 可编辑 .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 211123cgbHFgh A，其作用点位置 33311111()()sin60sin6013121222182 sin602 sin60CyDCCHHbbIHHHxxHbHHbHx A 右侧水体作用在闸门上的总压力为 222222sin60sin603chhgbhFgh Agb 其作用点位置.专业 word 可编辑 .322222()sin605

16、3122sin6092sin60sin60CyDCChbIhhxxhhxAb 当闸门自动开启时，力1F和2F对 O 点的力矩相等，即 11-60sinDxxHL，2260sinDxhxL 1122()()sin60sin60DDHhFxxF xx，所以 112212()()sin60sin60DDHhFxF xxFF 222221325 3()()3sin601839sin602233gbHHHgbhhhgbHgbh 33222 3135 32 3()()31893HhHh 33222 3135 32 32()0.4()3189320.4 0.83m 3-22 .专业 word 可编辑 .3-

17、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 231 4()()()222 32dddFgVg VVg压力体圆柱半球 333109.81 3.14 210.27KN2424g d 3-25 .专业 word 可编辑 .3-27 .专业 word 可编辑 .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2222ij2()2()yxvxyxy，则其流线方程为 ddxyxyvv，则2222dd2()2()xyyxxyxy，所以，2222dd2()2()xyxyxyxy 即：

18、dd0 x xy y，方程两边积分得：22constant2xy，所以流线方程为22constantxy 4-5 解：流场的速度分布为22i3 j2kx yyz(1)流动属于三维流动(2)22222d()()()32dxxxxxxxyzvvvvvx yx yx yavvvx yyzttxyzxyz 32223x yx y 同理可得：22d(3)(3)(3)329dyyyyyyxyzvvvvvyyyavvvx yyzyttxyzxyz .专业 word 可编辑 .222223d(2)(2)(2)328dzzzzzzxyzvvvvvzzzavvvx yyzzttxyzxyz所以，(3,1,2)27

19、xam2/s，(3,1,2)9yam2/s,(3,1,2)64zam2/s 答：4-6 解：(1)该流动属于三维流动，(2)流场的速度分布为33(42)i(3)jxyxyxyz,ddxxxxxxxyzvvvvvavvvttxyz 3333(42)(42)(42)(3)xyxyxyxyxyxyxyzxy 323(42)(12)(3)(2)xyxyxyxyzxddyyyyyyxyzvvvvvavvvttxyz 3333(3)(3)(42)(3)xyzxyzxyxyxyzxy 3233(42)3(3)xyxyyxyz 所以，(2,2,3)2004xa，(2,2,3)108ya 4-8 查课本 P7

20、表 2-2 可知 100时，标准大气压下空气的密度31/9465.0mkg，标准大气压为pap1013251 pap52105，温度为 100时，密度为2.专业 word 可编辑 .根据气体状态方程可知12122211pppp smdqVm/5.54405.01013255000009465.05.04222 4-11 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400，管道截面尺寸均为 400600mm。已知标准状态（0,101325Pa）下空气的密度。=1.29/m3，求输气管道中空气的平均流速。4-12 比体积=0.3816 m3/的汽轮机废汽沿一直径 d

21、o=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 25 m/s。求输气管中蒸汽的平均流速及两支管的直径 d1、d2。.专业 word 可编辑 .4-14 忽略损失，求图 3-27 所示文丘里管内的流量。.专业 word 可编辑 .4-22 如图所示，离心式水泵借一内径 d=150mm 的吸水管以 q=60m3/h 的流量从一敞口水槽中吸水，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。.专业 w

22、ord 可编辑 .4-24 连续管系中的 90o渐缩弯管放在水平面上，管径 d1=15cm，d2=7.5cm，入口处水平均流速v1=2.5m/s，静压 pe1=6.8610 Pa（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：22121244ddvv，所以 221121215()()2.510m s7.5dvvd,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。.专业 word 可编辑 .22121222eevvpp，所以 2232241221(

23、)10(2.510)6.86 1021725Pa22eevvpp 设支撑管对流体的水平和竖直方向上的作用力分别为xF、yF，由动量定理得：2211111(0)44xeddFpvv 2222222(0)44yeddFpvv 所以 222211111111(0)()444xeedddFvvpvp 23240.15(102.56.86 10)1322.71N4 222222222222(0)()444yeedddFvvpvp 2320.075(101021725)537.76N4 所以2222(1322.71)537.761427.75NxyFFF 力F与水平线之间的夹角537.76arctanar

24、ctan()1322.71yxFF158 4-26 如图 3-35 所示，相对密度为 0.83 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.专业 word 可编辑 .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：223000.05(0)0.83 1020(020)651.8844dFvvN（负号表示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220()4rrdvpghdl,而管内平均流速为20()8rdvpghdl,依 题 意

25、 得:在 半 径 为r时，vv，即22200()()48rrrddpghpghdldl，化 简 得2220048rrr,即222002()rrr，所以，022rr。6-3 解：查表得：10时水的密度为3999.7kg m，运动粘度为6211.306 10 ms。因为湍流流动时Redu，所以 613Re33000 1.306 102.155m s20 10ud。所以凝汽器中水的总流量为.专业 word 可编辑 .23 21400(20 10)999.72.155135.36kg s2424vndmu 6-7 解：流动的雷诺数为251 104Re100023204 10dv，所以流动为层流。所以沿

26、程损失系数6464Re2000，所以每米管长上的沿程损失为22264145.22()21000 1 102 9.81fL vhmdg流体柱 6-10 解：流速为13224 0.0951.9353m s(250 10)4vqvd 流动的雷诺数3250 101.9353Re48382523200.000001dv，为湍流流动。管子的相对粗糙度0.250.001250d，查穆迪图得0.02，所以沿程损失为22233001.93530.024.5815mH O2250 102 9.81fL vhdg.专业 word 可编辑 .6-11 解：管中重油的流速为 123 223004436000.1929m

27、 s880(25 10)4mmqqvdd，所以流动的雷诺数325 100.1929Re192.923200.000025dv，为层流流动。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）：2000g2fpvhhg，所以 222264(1)g222Re2fpvvL vL vhhhhggdgdg 2364300.19298(1)7.243()192.925 102 9.81m重油柱 所以喷油器前重油的计时压差为880 9.81 7.24362527.37Pap 6-12 解：管中流速为61224 0.4 100.01415m s0.0064vqvd，所以流动的雷诺数为36 100.

28、01415Re5.6623200.000015dv，为层流流动。.专业 word 可编辑 .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）：200002fvhhg，所以222264(1)222Re2fvvL vL vhhggdgdg 236450.01415(1)0.09617m5.666 102 9.81 6-17 解：在两容器液面处列伯努力方程：00000wHh，212()2wfjLvhhhdg，所以有 2212230()(0.5 1)3230 102wLvvHhdgg，即 2(1001.5)6 9.8158.86v，假设流动处于层流，则2646464 0.0690.0184

29、Re30 10800dvvv，代入上式得：20.0184(1001.5)58.86vv，求解得：15.6808m sv 则相应的雷诺数为230 105.6808 800Re19759.323200.069dv，为湍流，由于管子为光管，则0.250.250.31640.31640.02669Re19759.3，所以代入式2(1001.5)6 9.8158.86v，可求出 158.863.757m s100 0.026691.5v.专业 word 可编辑 .则其相应的雷诺数为230 103.757 800Re13067.823200.069dv，为湍流，由于管子为光管，则0.250.250.316

30、40.31640.029593Re13067.8，所以代入式2(1001.5)6 9.8158.86v，可求出 158.863.633m s100 0.0295931.5v 则其相应的雷诺数为230 103.633 800Re12636.523200.069dv，为湍流，由于管子为光管，则0.250.250.31640.31640.029842Re12636.5，所以代入式2(1001.5)6 9.8158.86v，可求出 158.863.623m s100 0.0298421.5v 则其相应的雷诺数为230 103.623 800Re12601.723200.069dv，为湍流，由于管子为光管，则0.250.250.31640.31640.029863Re12601.7，所以代入式2(1001.5)6 9.8158.86v，可求出 158.863.622m s100 0.0298631.5v 所 以，管 中 的 流 速 为13.622m sv，所 以 管 中 的 体 积 流 量 为22231(30 10)3.6220.2560ms44vdqv