工程流體力學(xué) 第四版 孔瓏 作業(yè)答案 詳解

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1、第二章 2—1。已知某種物質(zhì)的密度ρ=2。94g/cm3，試求它的相對(duì)密度d. 解:d=ρ/ρw=2.94（g/cm3）/1（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α（co2）=13.5%,a（SO2)=0。3％，a(O2）=5.2％,a（N2)=76%，a(H2O）=5%。試求煙氣的密度。 2-3。上題中煙氣的實(shí)測(cè)溫度t=170℃,實(shí)測(cè)靜計(jì)壓強(qiáng)Pe=1432Pa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)Pa=10058Pa。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。02％,試求該液體的體積模量。 2—5。絕對(duì)壓強(qiáng)為3

2、。923×10^5Pa的空氣的等溫體積模量和等熵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。9033×10^5Pa，今由槽中排出石油40kg,使槽內(nèi)壓強(qiáng)降到9.8067×10^4Pa,設(shè)石油的體積模量K＝1。32×10^9 Pa.試求油槽的體積。 2—7。 流量為50m3/h,溫度為70℃的水流入熱水鍋爐,經(jīng)加熱后水溫升到90℃，而水的體脹系數(shù)αV=0.000641/℃,問(wèn)從鍋爐中每小時(shí)流出多少立方米的水？ 2-8。 壓縮機(jī)壓縮空氣，絕對(duì)壓強(qiáng)從9。8067×104Pa升高到5.8840×105Pa,溫度從20℃升高到78℃，問(wèn)空氣體積減少了多少？ 2—9. 動(dòng)力粘度為2

3、.9×10^-4Pa·S，密度為678kg/m3的油，其運(yùn)動(dòng)粘度等于多少？ 解:V=u/ρ=2.9×10^-4/678=4.28×10^-7m2/s 2-10。 設(shè)空氣在0℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度ν0=13.2×10-6m2/s，密度ρ0=1.29kg/m3。試求在150℃時(shí)空氣的動(dòng)力粘度。 2-11. 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ρ=850kg/m3，試求石油的動(dòng)力粘度。 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. 2-13。 已知?jiǎng)恿瑒?dòng)軸承的軸直徑d=0.2m，轉(zhuǎn)速

4、 n=2830r/min,軸承內(nèi)徑 D=0.2016m，寬度 l=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。 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/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的角減速度為0。02rad/s2。已知軸套的長(zhǎng)度為5cm，軸的直徑為2cm以及他們之間的間隙為0。05mm。試求流體的粘度。 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℃升高到120℃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d=0。855的原油的粘度進(jìn)行計(jì)算。 2—16. 內(nèi)

5、徑為10mm的開(kāi)口玻璃管插入溫度為20℃的水中，已知水與玻璃的接觸角θ=10o.試求水在管中上升的高度。 2—17。 內(nèi)徑為8mm的開(kāi)口玻璃管插入溫度為20℃的水銀中.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=20m 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ρa(bǔ)=1.28kg/m3，測(cè)壓計(jì)讀數(shù) h1=100mm， h2=115mm. 與水相比，U 形管中氣柱的影響可以忽略。求管內(nèi)煤氣的密度。 3—3. 如圖所示,U 形管壓差計(jì)水銀面高度差 h=15cm.求充滿水的 A、

6、B 兩容器內(nèi)的壓強(qiáng)差。 3-4. 如圖所示，U 形管壓差計(jì)與容器 A 連接，已知h1=0。25m，h2=1.61m，h3=1m.求容器 A 中水的絕對(duì)壓強(qiáng)和真空。 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=5788N，已h1=30cm,h2=50cm,d=0。4m,油的密度ρoi=800kg/m3，水銀的密度ρHg=13600 kg/m3，求U形管中水銀柱的高度差H。 3—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h1=60cm,水銀柱高h(yuǎn)2=25cm，下面測(cè)壓管的水銀柱高h(yuǎn)3=30cm，ρ=13600 kg/m3

7、，試求下面測(cè)壓管水銀面距自由液面的深度h4. 3—7。 如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚h1=30cm,油的密度ρoi=800kg/m3,盛有水銀的U形測(cè)壓管的液面距水面的深度h=50cm,水銀柱的高度低于油面h=40cm。試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)。 3-8。 如圖所示，處于平衡狀態(tài)的水壓機(jī)，其大活塞上受力F1=4905N,杠桿柄上作用力F2=147N,杠桿臂a=15cm,b=75cm.若小活塞直徑d1=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)η=0。9，求大活塞直徑d2。 3—22。 水作用在下圖所示3/4圓柱面ABCD上，畫出(a）(b)（c）種開(kāi)口測(cè)壓管位置⊿1,

8、⊿2,⊿3情況的壓力體及總壓力垂直分力的作用方向。 3—26. 如圖所示為一扇形閘門，半徑R=7.5m，擋著深度h=4.8m的水，其圓心角α=43°，旋轉(zhuǎn)軸距渠底H=5.8m，閘門的水平投影CB=a=2。7m，閘門寬度B=6.4m，試求作用在閘門上的總壓力的大小和壓力中心。 3—31.一鋼筋混凝土沉箱,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ρ1=2400kgm^—3，海水的密度ρ2=1025kgm^—3，沉箱在海面上漂浮是否穩(wěn)定？ 第四章 4-2. 已知平面流動(dòng)的速度分布規(guī)律為 式中Γ為常數(shù)。求流線方程并畫出若干條流線. 4-3。 已知兩平行平板間的

9、平面流動(dòng)的速度為式中k，u為常數(shù)。b為兩平板之間的距離。試給出速度分布圖。 4-4。 已知流場(chǎng)的速度分布為(1)問(wèn)屬幾維流動(dòng)?（2）求(x,y,z)=（1，2，3）點(diǎn)的加速度。 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). 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)計(jì)讀數(shù)之間的關(guān)系式. 4—20。 送風(fēng)管道的截面積A1=1m2，體積流量qv1=108000 m3/h，靜壓p1=0。267N/cm2，風(fēng)溫t1=28℃.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=0。64m2，靜壓p2=0。133N/cm2，風(fēng)溫t2=24℃。當(dāng)

10、地測(cè)得的大氣壓pa=101325 Pa,求截面A2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ν1、ν2。 4-25。 額定流量qm=35690㎏/s的過(guò)熱蒸汽，壓強(qiáng)p=981N/cm2,溫度t=510℃，（對(duì)應(yīng)的蒸汽比體積υ=0。03067m3/㎏)，經(jīng)Ф273×23mm的主蒸汽管道鉛垂向下，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d1=20cm，外徑d2=40cm，葉片寬度b=4cm,水在葉輪入口處沿徑向流入，在出口處與徑向成30o角的方向流出，質(zhì)量流量qm=81。58㎏/s。試求水在葉輪入口與出口處的流速ν

11、1與㎏ν 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kι=1/20.（1）已知原型堰上水頭h=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)pе= —1960Pa,試求原型堰頂?shù)挠?jì)示壓強(qiáng)。 5-4. 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ν′=10m/s，測(cè)得模型迎風(fēng)面點(diǎn)1處的計(jì)示壓強(qiáng)p1e′=980Pa，背風(fēng)面點(diǎn)2處的計(jì)示壓強(qiáng)p2e′= —49 Pa。試求建筑物在ν=30m/s強(qiáng)風(fēng)作用下對(duì)應(yīng)點(diǎn)的計(jì)示壓強(qiáng). 5—6。 長(zhǎng)度比例尺kι=1/225的模型水庫(kù)，開(kāi)閘后完全放空庫(kù)水

12、的時(shí)間是4min.試求原型水庫(kù)放空庫(kù)水的時(shí)間。 5-8. 在管道內(nèi)以ν=20m/s的速度輸送密度ρ=1。86㎏/m3 ，運(yùn)動(dòng)粘度υ=1.3×10—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kι=1/10 ，已知水的密度ρ′=998㎏/m3,運(yùn)動(dòng)粘度υ′=1.007×10m2/s。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⊿p′=1000Pa，天然氣管道每米的壓強(qiáng)降等于多少？ 5—10。 某飛機(jī)的機(jī)翼弦長(zhǎng)b=1500mm，在氣壓Pa=105Pa，氣溫t=10℃的大氣中以ν=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

13、，采用長(zhǎng)度比例尺kι=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℃,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pa″=1MPa，氣溫t″=30℃，μ″=1。854×10-5Pa·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ν與孔口直徑d,孔口上水頭H，流體密度ρ，動(dòng)力粘度μ，表面張力σ,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。 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）(2）（3)（4） 8—2。 在不可壓縮體的三維流動(dòng)中,已知和,試用連續(xù)方程推導(dǎo)出的表達(dá)式. 8-3. 下列各流場(chǎng)中哪幾個(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） (2） (3） （4) 8—5. 確定下列各流場(chǎng)是否連續(xù)?是否有旋？（1) （2) （3） 8—6。 已知有旋流動(dòng)的速度場(chǎng)為。求在點(diǎn)（2，2，2)處角速度的分量. 8—7. 已知有旋流動(dòng)的速度場(chǎng)為。試求旋轉(zhuǎn)角速度，角變形速度和渦線方程。 8—8. 試證不可壓縮流體平面流動(dòng): 能滿足連續(xù)方程，是一個(gè)有勢(shì)流動(dòng),并求出速度勢(shì)。 8-10. 不可壓縮流體平面流動(dòng)的速度勢(shì)，試求其流函數(shù)。 8—12. 下列各流函數(shù)是否都是有勢(shì)流動(dòng)？（1)（2）（3）(4)