第五版流体力学习题答案完整版.doc

流体力学答案1-6当空气温度从增加至时，值增加，容重减少，问此时值增加多少？1-7图示为一水平方向运动的木板，其速度为，平板浮在油面上，油深，油的，求作用于平板单位面积上的阻力？ 1-9一底面积为，高为的木板，质量为，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动，已知，求润滑油的动力粘滞系数？ 1-10一个圆锥体绕其铅直中心轴等速旋转，锥体与固定壁的间距为1mm，全部为润滑油充满，0.1Pa.s ，当旋转角速度16s1，锥体底部半径R0.3m,高H0.5m时，求：作用于圆锥的阻力矩。解： 取微元体， 微元面积： 阻力矩为： 阻力： 阻力矩1-14图示为一采暖系统图，由于水温升高引起水的体积膨胀，为了防止管道及暖气片胀裂，特在顶部设置一膨胀水箱，使水的体积有自由膨胀的余地，若系统内水的总体积，加热前后温度差，水的热胀系数，求膨胀水箱的最小容积？因为 所以 锅炉散热片膨胀水箱2-2在封闭管端完全真空的情况下，水银柱差，求盛水容器液面绝对压强及测压管中水面高度？2-6封闭容器水面的绝对压强，当地大气压强，试求（1）水深的A点的绝对压强和相对压强？（2）若容器水面距基准面高度，求A点的测压管高度和测压管水头。并图示容器内液体各点的测压管水头线；（3）压力表M和酒精（）测压计的读数值？（1）（2）（3）2-8已知水深，水银柱高度，大气压强水银柱，连接橡皮软管中全部都是空气，求封闭水箱水面的绝对压强及真空度？将1.2m的水柱高度换算为水银柱高度为：则水面的绝对压强为：2-14.封闭不水箱各测压管的液面高程为：，问为多少？ 2-19在水管的吸入管1和压出管2中装水银压差计，测得，问水经过水泵后，压强增加多少？若为风管，则水泵换为风机，压强增加为多少?(1)(2)2-23一直立煤气管，在底层测压管中测得水柱差，在高处的测压管中测得水柱差，管处空气容重，求管中静止煤气的空重？煤气H2-30密闭方形柱体容器中盛水，底部侧面开的矩形孔，水面绝对压强，当地大气压强，求作用于闸门的水静压力及作用点？2-34. 封闭容器水面的绝对压强，容器左侧开一2*2米的方形孔，复以盖板AB，当大气压时，求作用于此盖板的水静压力及其作用点？解: 2-36.有一圆滚门,长度,直径,上游水深,下游水深,求水作用于圆滚门上的水平和铅直分压力? 3-4. 设计输水量为的给水管道，流速限制在之间。试确定管道直径，根据所选的直径求流速，直径规定为的倍数。：因为流速限制在之间，故A的范围为：，即之间，则d取300mm此时，实际流速为3-8空气流速由超音流速过渡到亚音速时，要经过冲击波。如果在冲击波前，风道中流速，密度，冲击波后，速度降低至，求冲击波后的密度？3-9管路由不同直径的两管前后相接所成，小管位直径，大管直径。水在管中流动时，A点的压强，B点的压强，B点的流速。试判断水在管中流动方向，并计算水流经两断面间的水头损失。以A断面的管轴为基准面计算各断面的单位能量。 由A流向B 3-10油沿管线流动，A断面流速为，不计算损失，求开口C管中的液面高度？通过B断面中心作基准面，写A、B两断面的能量方程。3-12用水银比压计量测管中水流，过断面中点流速如图，测得A点的比压计读数水银柱（1）求该点的流速；（2）若管中流体是密度的油，仍不变，该点流速为若干？不计损失。当管中通过水时当管中通油时，3-17一压缩空气罐与文丘里式引射管联接，为已知，问气罐压强多大才能将将B池水抽出。写1、2断面的能量方程又写气罐及出口断面的能量方程代入上式所以3-19. 断面为0.2m2和0.1m2的两根管子所组成的水平输水系从水箱流入大气中，(1)若不计损失，(a)求断面流速v1和v2；(b)绘总水头线和测压管水头线，(c)求进口A点的压强。(2)计入损失，第一段为，第二段为，(a)求断面流速v1和v2，(b)绘总水头线及测压管水头线，(c)根据水头线求各段中间的压强,不计局部损失。解：（1）列0-0面和出口的能量方程，则求A的压强，则A处的流速水头为A处的测压管水头为4-1=3m总水头线和测压管水头线如左图示。（2）列0-0面和出口的能量方程，则由连续性方程：1段的中点：代入数据，计算得：2段的中点：代入数据，计算得：各段的损失为：两段的流速水头分别为：在计损失的情况下总水头线和测压管水头线如上图示。3-24. 图为一水平风管，空气自断面流向断面。已知断面的压强水柱，断面的压强水柱，空气密度，求两断面的压强损失。3-28高压管末端的喷嘴如图。出口直径，管端直径，流量，喷嘴和管以法兰盘连接，共用12个螺栓，不计水和管嘴的重量，求每个螺栓受力多少？代入沿轴向写动量方程每个螺栓受力4-3.有一圆形风道，管径为，输送的空气温度为，求气流保持为层流时的最大流量。若输送的空气量为，气流是层流还是紊流？（1）时，空气的（2）故为紊流。4-6. 设圆管直径，管长输送的石油，动动粘滞系数，求沿程损失。 故为层流4-9. 油的流量，流过直径的细管，在长的管段两端接水银压差计，读数，油的密度，求油的和值。设为层流 即验证：故为层流，假设正确。4-17. 某管径的圆管,测得粗糙区的,试分别用图4-14和式4-6-4,求该管道的当量糙粒高度K。（1）由图4-14 由 （2） 4-21. 如管道的长度不变，通过的流量不变，欲使沿程水头损失减少一半，直径需增大百分之几？试分别讨论下列三种情况：（1）管内流动为层流（2）管内流动为光滑区（3）管内流动为粗糙区解:因为且管长和流量都保持不变所以：（1）层流时，（2）光滑区时，（3）粗糙区时，4-24为测定弯头的局部损失系数，可采用图所示的装置，已知AB段管长，管径，实测数据为（1）AB两断面测压管水头差。（2）经2分钟流入量水箱的水量为。求弯头的局部损失系数。4-29. 一水平放置的突然扩大管路，直径由d1=50mm扩大到d2=100mm，在扩大前后断面接出的双液比压计中，上部为水，下部为容重的四氯化碳，当流量时的比压计读数，求突然扩大的局部阻力系数，并与理论计算值进行比较。解：理论值：实际值的计算：从1到2的损失为第八章 绕流运动1.描绘出下列流速场解：流线方程： （a），代入流线方程，积分：直线族（b），代入流线方程，积分：抛物线族（c），代入流线方程，积分：直线族（d），代入流线方程，积分：抛物线族 （e），代入流线方程，积分：椭圆族（f），代入流线方程，积分：双曲线族（g），代入流线方程，积分：同心圆（h），代入流线方程，积分：直线族（i），代入流线方程，积分：抛物线族（j），代入流线方程，积分：直线族（k），代入流线方程，积分：直线族（l），由换算公式：，代入流线方程积分：直线族（m），代入流线方程积分：同心圆2.在上题流速场中，哪些流动是无旋流动，哪些流动是有旋流动。如果是有旋流动，它的旋转角速度的表达式是什么？解：无旋流有：（或）（a），（f），（h），（j），（l），（m）为无旋流动，其余的为有旋流动对有旋流动，旋转角速度：（b） （c） （d） （e）（g） （i） （k）3.在上题流速场中，求出各有势流动的流函数和势函数。解：势函数流函数（a）（）（积分；路径可以选择）（d）积分路径可以选（e）取为则积分路线可选其中（g）积分路径可以选（L）积分路径可以选 其中均可以用上图作为积分路径图4.流速场为，时，求半径为和的两流线间流量的表达式。解： 5.流速场的流函数是。它是否是无旋流动？如果不是，计算它的旋转角速度。证明任一点的流速只取决于它对原点的距离。绘流线。解： 是无旋流 即任一点的流速只取决于它对原点的距离流线即用描点法：（图略）6.确定半无限物体的轮廓线，需要哪些量来决定流函数。要改变物体的宽度，需要变动哪些量。以某一水平流动设计的绕流流速场，当水平流动的流速变化时，流函数是否变化？解：需要水平流速，半无限物体的迎来流方向的截面A，由这两个参数可得流量。改变物体宽度，就改变了流量。当水平流速变化时，也变化7.确定朗金椭圆的轮廓线主要取决于哪些量？试根据指定长度，指定宽度，设计朗金椭圆的轮廓线。解：需要水平流速，一对强度相等的源和汇的位置以及流量。驻点在处，由得椭圆轮廓方程：即：8.确定绕圆柱流场的轮廓线，主要取决于哪些量？已知，求流函数和势函数。解：需要流速，柱体半径 9.等强度的两源流，位于距原点为的轴上，求流函数。并确定驻点位置。如果此流速场和流函数为的流速场相叠加，绘出流线，并确定驻点位置。解：叠加前当 驻点位置叠加后流速为零的条件：解得：即驻点坐标：10.强度同为的源流和汇流位于轴，各距原点为。计算坐标原点的流速。计算通过点的流线的流函数值，并求该点流速。解：的流函数：11.为了在点产生10的速度，在坐标原点应加强度多大的偶极矩？过此点的流函数值为何？解：将代入得：将代入得：12.强度为的源流和强度为的环流均位于坐标原点，求流函数和势函数，求的速度分量。解：，将代入得：将代入得：绕流运动（2）18.在管径d=100mm的管道中，试分别计算层流和紊流时的入口段长度（层流按Re=2000计算）。解：层流时，根据=0.028Re，有XE=0.028Red=5.6m紊流时，根据=50可知:入口段长度XE=50d=500.1=5m19.有一宽为2.5m ,长为 30m 的平板在静水中以5m/s 的速度等速拖曳，水温为 20， 求平板的总阻力。解：取 Rexk=5105，则根据 （查表知 t=20C，） Xk=0.1m30m可认为是紊流附面层：Re=1.49108采用，则： =1.96310-3根据D=（其中）平板总阻力：D =3680 N21.光滑平板宽1.2m,长3m潜没在静水中以速度u=1.2m/s沿水平方向拖曳，水温为求：（1）层流附面层的长度；（2）平板末端的附面层厚度；（3）所需水平拖曳力。()解：（1）由查表知：t=10, =1.308根据,知 Xk=0.55m（2）根据：=0.37x，知=0.0572m=57.2mm（3） 根据：Re= 知Re =2.75106.则：=3.19610-3根据：A =16.57N22.若球形尘粒的密度=2500kg/ m3，空气温度为 20 求允许采用斯托克斯公式计算尘粒在空气中悬浮速度的最大粒径（相当于Re=1）解：由查表知：20,=0.018310-3Pa.s=15.710-6m2/s，=1.205kg/m3由Re=及u= 可得=d=610-2mm23.某气力输送管路，要求风速 u0为砂粒悬浮速度u 的5倍，已知砂粒粒径，密度m=2650kg/m3 空气温度为20，求风速u0 值。解：假设Re=10103，将=代入u=其中u=将Re=代入上式得：u=2.03m/s 校核：Re=38.8在假设范围里则风速为=5u=52.03=10.15m/s24.已知煤粉炉膛中上升烟气流的最小速度为0.5m/s 烟气的运动粘滞系数m2/s， 问直径d=0.1mm的煤粉颗粒是沉降下来还是被烟气带走？已知烟气的密度=0.2kg/ m3，煤粉的密度=1.3103 kg/ m3解：故有u=0.154m/s所以可被烟气带走第九章 一元气体动力学基础1.若要求小于0.05时，对20空气限定速度是多少？解：根据=知 0.05M0.45，即对20 空气限定速度为153m/s，可按不压缩处理。2.有一收缩型喷嘴，已知p1=140kPa（abs），p2=100kPa（abs），v1=80m/s，T1=293K，求2-2断面上的速度v2。解：因速度较高，气流来不及与外界进行热量交换，且当忽略能量损失时，可按等熵流动处理，应用结果： =，其中T1=293K=1.66kg/m3.=1.31kg/m3.T2=266 K解得：=242m/s3.某一绝热气流的马赫数M=0.8，并已知其滞止压力p0=598100N/m2，温度t0=20，试求滞止音速c0，当地音速c，气流速度v和气流绝对压强p各为多少？解：T0=273+20=293K，C0=343m/s根据 知T=260 K，解得：4.有一台风机进口的空气速度为v1，温度为T1，出口空气压力为p2，温度为T2，出口断面面积为A2，若输入风机的轴功率为N，试求风机质量流量G（空气定压比热为cp）。解：由工程热力学知识：，其中，由此可解得G5.空气在直径为10.16cm的管道中流动，其质量流量是1kg/s，滞止温度为38，在管路某断面处的静压为41360N/m2，试求该断面处的马赫数，速度及滞止压强。解：由G=Av=T=282k又： p=58260N/m6.在管道中流动的空气，流量为0.227kg/s。某处绝对压强为137900N/m2，马赫数M=0.6，断面面积为6.45cm2。试求气流的滞止温度。解：和得G=和得，代入：T=269.6kT=289.1k7.毕托管测得静压为35850N/m2（r）（表压），驻点压强与静压差为65.861kPa，由气压计读得大气压为100.66kPa，而空气流的滞止温度为27。分别按不可压缩和可压缩情况计算空气流的速度。解：可按压缩处理：解得： 解得： 解得：按不可压缩处理： 即：8.空气管道某一断面上v=106m/s，p=798100N/m2（abs），t=16，管径D=1.03m。试计算该断面上的马赫数及雷诺数。（提示：设动力粘滞系数在通常压强下不变）解：查表可以计算知=340.8m/s马赫数为：m=0.311 9.16的空气在D=20cm的钢管中作等温流动，沿管长3600m压降为1at，假若初始压强为5at（abs），设=0.032，求质量流量。解：由G=其中：，解得G=1.34kgs校核： ，计算有效10.已知煤气管路的直径为20cm，长度为3000m，气流绝对压强p1=980kPa，t1=300K，阻力系数=0.012，煤气的R=490J/(kgK)，绝对指数k=1.3，当出口的外界压力为490kPa时，求质量流量（煤气管路不保温）。解：按等温条件计算G=5.22kg验算管道出口马赫数 c=s=3.33kgm=50ms=Mv，则 G=0.426kg/s12.空气在光滑水平管中输送，管长为200m，管径5cm，摩阻系数=0.016，进口处绝对压强为106N/m2，温度为20，流速为30m/s，求沿此管压降为多少？若（1）气体作为不可压缩流体；（2）可压缩等温流动；（3）可压缩绝热流动；试分别计算之。解：（1）若气体作为不可压缩流体，查表得时，=1.205kgm则p=3.4710N/m（2）气体作可压缩等温流动=5.610N/mp=4.410 N/m校核： ，计算有效（3）气体作可压缩绝热流动 ，又：，得：解得：校核：因为故又因为-所以，因此计算有效第十章 相似性原理和因次分析1.弦长为3m的飞机机翼以300km/h的速度，在温度为20，压强为1at（n）的静止空气中飞行，用比例为20的模型在风洞中作试验，要求实现动力相似。(a) 如果风洞中空气温度、压强和飞行中的相同，风洞中的空气速度应该怎样？(b) 如果在可变密度的风洞中作实验，温度为20, 压强为30at(n), 则速度为多少？(c) 如果模型在水中作实验，水温20，则速度为多少？解：雷诺准数相等（a）=30020=6000km/h不可能达到此速度，所以要改变实验条件（b） 等温，不变，得=30020=200km/h（c）由=得=30020=384km/h2.长1.5m，宽0.3m的平板在20的水内拖曳，当速度为3m/s时，阻力为14N，计算相似板的尺寸，它的速度为18m/s，绝对压强101.4kN/m2，温度15的空气气流中形成动力相似条件，它的阻力为多少？解：由雷诺准数相等：=0.4且=3.75m （长）=0.75m （宽）=解得：3.当水温为20.平均速度为4.5m/s时，直径为0.3m水平管线某段的压强降为68.95kN/m2，如果用比例为6的模型管线，以空气作为工作流体，当平均速度为30m/s时，要求在相应段 产生55.2kN/m2的压强降。计算力学相似所要求的空气压强，设空气的温度20解：由欧拉准则：因， 4.拖曳比例为50的船模型，以4.8km/h航行所需的力为9 N 。若原型航行主要受(a) 密度和重力；(b) 密度和表面张力；(c)密度和粘性力的作用，计算原型相应的速度和所需的力。 解：（a）弗诺德准则：(b) 韦伯准则：(c) 雷诺准则：5.小型水面船只和溢水建筑的原型和模型所受重力、粘性力和表面张力可能有同样的重要性。为了实现动力相似，粘性力、表面张力和模型尺寸之间，应当有什么关系？解：如果与相等 如果与相等 6.为了决定吸风口附近的流速分布，取比例为10作模型设计。模型吸风口的速度为13m/s，距风口轴线0.2m处测得流速为0.5m/s，若实际风口速度为18