流体力学与流体机械教材课后题答案

第一章第一章 流体及其物理性质流体及其物理性质 1 4 解 由已知可知 P 20000Pa 02 0 d 由 m V 可得 dm dV Vd 在压强变化时 质量没有变化 则 dm 0 即 dV Vd 0 则 V d dV 所以体积压缩系数 8 10 d dp 1d dp 1 V V 1 5 解 由体积膨胀系数 可得 V V T d d 1 k 3 4 k m41 0 1555105 dd VTV 所以说膨胀水箱的最小体积应该是 0 41m3 第二章第二章 流体静力学流体静力学 2 2 解 由可得gh V P m88 318 80 9 28 1 4000 g P h V 2 3 解 如图所示 同种液体能够互相连通位于同一高度处是等压 面 分析可知 a139 hhg hhg ghh hhg ghghP 21 41143223B KP PP P BA A 油水银 油水银油水银油 AB h1 h2 油 油 水银 油 h3 h4 图 2 3 2 11 解 由题意可知 侧面 BC 的总压力大小为 N AF 5 21 10048 2 0 24 22 18 910008 38 9830 ghgh 水油 2 14 解 真空表 C 的读数是 1 49 104Pa 则自由液面在原来的基 础上还要补充一段 h m52 1 80 91000 1049 1 g P h 4 水 左侧水对闸门 AB 的压力 N H HF 5 2 1c 100 1829 1 829 1 2 h8 91000Agh 水左 左侧压力中心 m14 3 829 1 05 3 829 1 829 1 12 1 05 3 y bh 12 1 h y x yy 2 3 c 3 c c c AA I D左 右侧油对闸门 AB 的压力 N H F 42 c 1025 2 829 1 829 1 2 8 9750Agh 油右 右侧压力中心 根据力矩平衡得 假设作用于 B 点力的方向向左 F左 L左 F右 L右 FB L 可得 FB 39893 79N 其中L左 yD左 H1 h H2 2 15 解 曲面 ab 的压力 水平方向分力 NF 6 xcx 10225 1 1052 58 91000Agh 竖直方向分力 NBRVF 6 pz 100 1S L 2 1 gg 则曲面所受合力 m2193 1 829 1 2 829 1 829 1 829 1 12 1 2 829 1 y bh 12 1 h y yy 2 3 c 3 c C c AA IX D 右 NFFF 62 z 2 x 1058 1 合 受力方向 225 1 0 1 225 1 tan z x F F 2 17 解 曲面 abcd 所受的静水压力 水平方向分力为 NAF279305 10 1 2 0 1 4 28 91000gh xcx 竖直方向分力为 N BRBRVF 5 69898 5 10 1 4 3 4 25 10 18 91000 4 3 hgg 2 2 Pz 则曲面所受合力为 NFFF75272 2 z 2 x 合 受力方向为 4 0 5 69898 27930 tan z x F F 2 19 解 这道题关键是自由液面的选取 因为在 C 点的绝对压强是 196120Pa 其相对压强是 m67 9 8 91000 1001325 1 109612 1 g a 55 PP 作用于半球的总压力只有竖直方向的分力 N RRVFF 5 32 pz 105 2 3 4 2 1 2 h 67 9 8 91000g 第三章第三章 流体运动学和动力学基础流体运动学和动力学基础 3 4 解 由连续方程 A1V1 A2V2可得 smV d d V d d A VA V 5 02 1 5 0 4 4 2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 1 2 11 2 所以说截面 2 2 处的平均流速为 0 5m s 3 7 解 如图所示 h 根据伯努利方程可得 g V g P Z g V g P Z AA A BB B 22 22 在此处 ZA ZB VA 0 则 BA B PP V 2 又因为 hg 油 BA PP 则sVB m08 1hg 1 2 油 3 8 解 如图所示 取两截面 1 2 列伯努利方程 g V g P Z g V g P Z 22 2 22 2 2 11 1 同时根据连续性方程有 2211 VAVA 可得 2 12 21 2 1 2 AA PP V 则 2 12 21 2 1 2 AA PP Aqv 由 U 形管压差计来测量压差hg 21 水银PP 2 12 2 1 hg 2 AA Aqv 水银 则 qv 0 06m3 s 3 19 解 sm A q V V 02 1 5 1 4 8 1 2 1 1 同理 V2 2 30m s 取截面 1 1 2 2 列伯努利方程 g V g P Z g V g P Z 22 2 22 2 2 11 1 由于该管路是水平的 Z1 Z2则可得 KPaVVPP g V g V g P g P 9 397 2 22 2 2 2 112 2 2 2 112 则 水流经渐变段 动量发生变化 必然产生对镇墩产生作用力 设轴向力为 F 水平向右 则渐变段镇墩所受的力为 R 水平向左 列动量方程可得 P1A1 P2A2 R qv V2 V1 代入数据可得 R P1A1 P2A2 qv V2 V1 391 8KN 则 F 391 8KN 方向是水平向右 3 20 解 1 sm A q V A V A 18 3 2 0 4 1 0 2 同理 VB 5 66m s 2 取两截面 A A B B 列伯努利方程 g V g P Z g V g P Z AA A BB B 22 22 由于管路水平 ZA ZB 可得 KPa VV PP BA AB 109 2 22 3 对控制体内流体进行受力分析 本体弯管水平放置 显然不必要考虑重力作用 对于表面力 只有 进 出口控制面上的压力 FA PAAA 120 103 3 14 4 0 22 3 768KN FB PBAB 109 103 3 14 4 0 152 1 93KN 两者方向指向控制体 水流经弯管 动量发生变化 必然产生作用力 F 而 F 与关闭对水 的反作用力 R 平衡 管道水平放置在 xoy 平面上 假设 R 方向指向 弯管处 与 x 轴夹角为 4 列动量方程求解 X 轴方向 FA Rcos FBcos60 qv VBcos60 VA Y 轴方向 FBsin60 Rsin qvVBsin60 求解得 R 3108 6N tan 0 41 第四章 4 2 解 由已知可得 sm d A q V v 71 0 4 80 2 320mmHg 所产生的压强为 P1 13 6 103 9 8 0 32 4 3 104Pa 选 0 0 1 1 面列伯努利方程 m164 3 2 1 108 9 103 4 8 92 71 0 2 hg 2 0 3 42 1 2 1 1 2 1 w wg h g P g V h g P g V h 即 所以说 泵的吸水高度 hg为 3 164m 4 6 解 1 在圆管中层流流动时 svu uv cm6 138 622 2 1 max max 所以 2 s l RP R R l P R rR l P u f f f cm 2 10 6 13 4 3 u 4 3 4 3 4 4 4 u 2 rcm20r 4 max 2 2 2 22 当 因为 3 28 0 e 64 7 226 24 0 88 6d e R V R 则 4 圆管层流中切应力在有效截面上的分布规律 N V R V V P l RP l rP f f f 129 0 8 8 68 028 0 8 L2 1 2d L 2d L gh 2 2 22 2 0 2 f 0 所以 因为 则 水力坡度 J 4 3 102 8 81 9 8001040 129 0 22 gr J 4 16 解 1 求雷诺数 Re 5 6 26 1045 1 101511 308 0 e m101520t 72 2 11 304 8 0 R sC m A de sm A q V v 所以 时 空气的当 2 2 2 f 5 3 m 15 0 2d L 018 0 105 9 72 2 1026 0 72 2 26 0 N V P d md mm 查莫迪图 得 4 20 解 解法一 以 1 1 2 2 截面列伯努利方程 28 0 g2 hw m269 0 2 hw m25 4 q m89 1 q 22 2 2 2 2 121 21 2 v 2 1 v 1 21 2 22 2 2 11 1 V g VV g PP ghPP s A V s A V ZZ g V g P Z g V g P Z 即 所以 因为 水银 解法二 公式法 28 0 1 5 0 1 5 0 2 1 2 2 1 2 d d A A 5 孔口 管路流动与气体射流 5 14 解 由已知可得 mS msS 622 vf 52 4242 1097 1 50789qhH 789 2 014 3 8 9 5 05 2 0 65 03 0 8 dg d l 8 5 19 解 因为 则 42d g d l 8 S 527 424 1 2 1 1 1 1 101 2 02 0 14 3 8 9 15 0 02 20 025 0 8 dg d L 8 msS 527 424 2 2 2 2 2 2 101 5 015 0 14 3 8 9 14 0 015 10 025 0 8 dg d L 8 msS 在并联管路中 21 v2v1 11 qq SS 解得 qv1 492 31L h qv2 307 69L h 5 15 解 PaPP P P P SSP PP 37 1297981 3 1513 q q q q q q 2 2 1 2 v1 2 v2 2 2 v2 2 v1 2 1 2 v 2 v 则 可得 由 5 16 解 由已知可得 断面积 A1 2 0 04 0 08m2 断面积 A2 3 0 04 0 12m2 断面积 A3 0 04m2 由表 5 2 查可得 比阻 A 1 0 7962 A 2 0 223 A3 5 2628 vv2v1 qqq m A m A m A A 23 0 14 3 04 0 44 d 39 0 14 3 12 0 44 d 32 0 14 3 08 0 44 d d 4 3 3 2 2 1 1 2 可得 由 m q LALALALAHH v 3 22 0 10 2628 5 223 0 7962 0 10 2628 5 223 0 7962 0 qqh 2 2 v332211viif21 6 不可压缩黏性流体的外部流动 6 8 解 1 t 20 m2 s 6 1015 5 6 108