流体力学刘鹤年完整章节课后答案

流体力学第二版全章节答案刘鹤年第一章选择题（单选题）11按连续介质的概念，流体质点是指（D）（A）流体的分子；（B）流体内的固体颗粒；（C）几何的点；（D）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。12作用于流体的质量力包括（C）（A）压力；（B）摩擦阻力；（C）重力；（D）表面张力。13单位质量力的国际单位是（D）（A）N；（B）PA；（C）KGN/；（D）2/SM。14与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是（B）（A）剪应力和压强；（B）剪应力和剪应变率；（C）剪应力和剪应变；（D）剪应力和流速。15水的动力黏度随温度的升高（B）（A）增大；（B）减小；（C）不变；（D）不定。16流体运动黏度的国际单位是（A）（A）2/SM；（B）2/MN；（C）MKG/；（D）2/MSN。17无黏性流体的特征是（C）（A）黏度是常数；（B）不可压缩；（C）无黏性；（D）符合RTP。18当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为（A）（A）1/20000；（B）1/10000；（C）1/4000；（D）1/2000。19水的密度为10003KG/M，2L水的质量和重量是多少解100000022MV（KG）2980719614GMG（N）答2L水的质量是2KG，重量是19614N。110体积为053M的油料，重量为4410N，试求该油料的密度是多少解4410980789935805MGGVV（KG/M3）答该油料的密度是899358KG/M3。111某液体的动力黏度为0005PAS，其密度为8503/KGM，试求其运动黏度。解60005588210850（M2/S）答其运动黏度为6588210M2/S。112有一底面积为60CM40CM的平板，质量为5KG，沿一与水平面成20角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为06MM，若下滑速度084/MS，求油的动力黏度。UGGTFS06MM20解平板受力如图。GTNUS沿S轴投影，有SIN200GTSIN20UTAG32SIN2059807SIN20061050100604084GUA（KGMS）答油的动力黏度25010KGMS。113为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为08MM；涂料的黏度002PAS，模具的直径为09MM，长度为20MM，导线的牵拉速度为50/MS，试求所需牵拉力。20MMUU005MM解5010000022009082U（KN/M2）330810201020101TDL（N）答所需牵拉力为101N。114一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转16/RADS，锥体与固定壁面间的距离1MM，用01PAS的润滑油充满间隙，锥底半径R03M，高H05M。求作用于圆锥体的阻力矩。HR解选择坐标如图，在Z处半径为R的微元力矩为DM。ZXYO32222COSRRDZRHRDMDARDZRH其中RZRH2233302HHRRMZDZHH3222RHR32230116030503211039568（NM）答作用于圆锥体的阻力矩为39568NM。115活塞加压，缸体内液体的压强为01MPA时，体积为10003CM，压强为10MPA时，体积为9953CM，试求液体的体积弹性模量。解610011099P（MPA）66995100010510V（M3）6966991019810510100010PKVV（PA）答液体的体积弹性模量919810KPA。116图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为K4751010NM/2的液压油，由手轮丝杠推进活塞加压，已知活塞直径为1CM，丝杠螺距为2MM，加压前油的体积为200ML，为使油压达到20MPA，手轮要摇多少转D解VVKP10666475102001020101910VKVP（M3）设手轮摇动圈数为N，则有24NDLV622234191041210110210VNDL圈即要摇动12圈以上。答手轮要摇12转以上。117图示为一水暖系统，为了防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一膨胀水箱。若系统内水的总体积为83M，加温前后温差为50，在其温度范围内水的膨胀系数V000051/。求膨胀水箱的最小容积。散热器锅炉解VVVT0000518500204VVVT（M3）答膨胀水箱的最小容积0204M3。118钢贮罐内装满10的水，密封加热到75，在加热增压的温度和压强范围内，水的热膨胀系数V41104/，体积弹性模量K21092/MN，罐体坚固，假设容积不变，试估算加热后罐壁承受的压强。解VVVT自由膨胀下有VVTV又PKVV4941102107510533VVPKKTV（MPA）加热后，钢罐内的压强为0533PPPMPA。设00P（表压强）。答加热后罐壁承受的压强是533MPA。119汽车上路时，轮胎内空气的温度为20，绝对压强为395KPA，行驶后轮胎内空气的的温度上升到50，试求这时的压强。解设满足理想气体方程，则有1223952732027350VPVPVRT假设12VV，可解得23233954354293PP（KPA）答这时的压强为4354KPA。第二章习题答案选择题（单选题）21静止流体中存在（A）（A）压应力；（B）压应力和拉应力；（C）压应力和剪应力；（D）压应力、拉应力和剪应力。22相对压强的起算基准是（C）（A）绝对真空；（B）1个标准大气压；（C）当地大气压；（D）液面压强。23金属压力表的读值是（B）（A）绝对压强；（B）相对压强；（C）绝对压强加当地大气压；（D）相对压强加当地大气压。24某点的真空度为65000PA，当地大气压为01MPA,该点的绝对压强为（D）（A）65000PA；（B）55000PA；（C）35000PA；（D）165000PA。25绝对压强ABSP与相对压强P、真空度VP、当地大气压AP之间的关系是（C）（A）ABSPPVP；（B）PABSPAP；（C）VPAPABSP；（D）PVPVP。26在密闭容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为（C）321水汞（A）1P2P3P；（B）1P2P3P；（C）1P0）的流线。解XYDXDYUU0BDXADYBXAYC或BYXCA为线性方程答流线方程为BXAYC。311已知平面流动的速度场为XU22YXCY，YU22YXCX，其中C为常数。试求流线方程并画出若干条流线。解XYDXDYUU0CXDXCYDY222XYC为圆心在0,0的圆族。答流线方程为222XYC，为圆心在0,0的圆族。312已知平面流动的速度场为UJTXYITXY9664。求T1时的流线方程，并画出1X4区间穿过X轴的4条流线图形。解4669DXDYYXTYXT当1T秒时，6946YXDXYXY3232230YXDXYXY320DXDY32XYC过1,0的流线为323XY过2,0的流线为326XY过3,0的流线为329XY过4,0的流线为3212XY答T1时的流线方程为32XYC。313不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）（1）XU222YX；YU223YYXX（2）XUYXT2；YUYTXT2（3）XUXZY22；YUYZXYZ22；ZU432221YXZX解（1）4220YXUUXXYXY不能出现。（2）0YXUUTTXY能出现。（3）22220YXZUUUZZXZXZXYZ不能出现。314已知不可压缩流体平面流动，在Y方向的速度分量为YU2Y2X2Y。试求速度在X方向的分量XU。解0YXUUXY22XUYX2222XUYXCYXXYCY答速度在X方向的分量22XUXXYCY。315在送风道的壁上有一面积为042M的风口，试求风口出流的平均速度V。4M3/S25M3/S孔口30V解123QQQ其中14QM3/S，225QM3/S342515Q（M3/S）31SIN30042QAVV157502V（M/S）答风口出流的平均速度75VM/S。316求两平行平板间，流体的单宽流量，已知速度分布为U12MAXBYU。式中Y0为中心线，YB为平板所在位置，MAXU为常数。解单宽流量为10BBQUDY2MAX021BYUDYBMAX123UBBMAX43BU答两平行平板间，流体的单宽流量为MAX43BU。317下列两个流动，哪个有旋哪个无旋哪个有角变形哪个无角变形（1）XUAY，YUAX；ZU0（2）XU22YXCY，YU22YXCX，ZU0式中A、C是常数。解（1）1122YXTUUAAAXY有旋。11022YXYXXYUUAAXY无角变形。（2）12YXTUUXY22222222222212CXYCXCXYCYXYXY22222222212CXYCXYXY0无旋（不包括奇点0,0）。2222222222211022YXYXXYCYXCYXUUXYXYXY存在角变形运动。318已知有旋流动的速度场XU2Y3Z，YU2Z3X，ZU2X3Y。试求旋转角速度和角变形速度。解11132222YZXUUYZ11132222XZYUUZX11132222YXZUUXY22232XYZ1522YXYXXYUUXY1522XZZXXZUUXZ1522YZZYYZUUYZ答旋转角速度12XYZ，角变形速度52YXZXYZ。第四章习题答案选择题（单选题）41等直径水管，AA为过流断面，BB为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系（C）AABB1324（A）1P2P；（B）3P4P；（C）1Z1PG2Z2PG；（D）3Z3PG4Z4PG。42伯努利方程中ZPG22VG表示（A）（A）单位重量流体具有的机械能；（B）单位质量流体具有的机械能；（C）单位体积流体具有的机械能；（D）通过过流断面流体的总机械能。43水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系（C）11P122P2（A）1P2P；（B）1P2P；（C）1PNQ；（B）Q9M；（B）L（34）D，0H（34）D，0H9M；（D）L2Q；（C）1Q2Q；（D）不定。74并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度2L31L，通过的流量为（C）12Q1Q2（A）1Q2Q；（B）1Q152Q；（C）1Q1732Q；（D）1Q32Q。75并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是（D）AB123（A）FABH1FH2FH3FH；（B）FABH1FH2FH；（C）FABH2FH3FH；（D）FABH1FH2FH3FH。76长管并联管道各并联管段的（C）（A）水头损失相等；（B）水里坡度相等；（C）总能量损失相等；（D）通过的流量相等。77并联管道阀门为K全开时各段流量为1Q、2Q、3Q，现关小阀门K，其他条件不变，流量的变化为（C）Q1Q2Q3K（A）1Q、2Q、3Q都减小；（B）1Q减小，2Q不变，3Q减小；（C）1Q减小，2Q增加，3Q减小；（D）1Q不变，2Q增加，3Q减小。78有一薄壁圆形孔口，直径D为10MM，水头H为2M。现测得射流收缩断面的直径CD为8MM，在328S时间内，经孔口流出的水量为0013M，试求孔口的收缩系数，流量系数，流速系数及孔口局部损失系数。解22806410CAA2VQAGHT200132806222980720014VTAGH0620970642CVGH222222CCCCCVVVHGGG2222110062CCCCHGHVVG答孔口的收缩系数064，流量系数062，流速系数097，孔口局部损失系数006。79薄壁孔口出流，直径D2CM，水箱水位恒定H2M，试求（1）孔口流量CD；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量NQ；（3）管嘴收缩断面的真空高度。H解22062002221224QAGHG（L/S）22082002221614NNQAGHG（L/S）以收缩断面CC到出口断面NN列伯努利方程222222CNCCCNNNVVPVPVGGGGG22212ACVCCNNCNPPHVVVVGG2CNCNCNVVVVVVG21CNNVVVG211NVG232416110106400206498071506（M）答（1）孔口流量122CDL/S；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量161NQL/S；（3）管嘴收缩断面的真空高度为1506M。710水箱用隔板分为A、B两室，隔板上开一孔口，其直径1D4CM，在B室底部装有圆柱形外管嘴，其直径2D3CM。已知H3M，3H05M，试求（1）1H，2H；（2）流出水箱的流量Q。D1D2QH1H2H3H解要保持H不变，则补充水量应与流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均为Q。1122NNAGHAGHH2221210820030548062004NNAHHHA可解得105480548310615481548HH（M）213310605144HHHH（M）2004064298071063674Q（L/S）答（1）1106HM，2144HM；（2）流出水箱的流量367QL/S。711有一平底空船，其船底面积为82M，船舷高H为05M，船自重G为98KN，现船底破一直径10CM的圆孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。HQ解设船底到水面的水深为0HT，船中水深为H，下沉过程是平稳的，则有0HTGGHG0GHTHG从孔口流入的流量为022GQTAGHTHA，为常数。当船沉没时GHQTTG3332981080598108100083936229810062014HTAG（S）答经过3936S后船将沉没。712游泳池长25M，宽10M，水深15M，池底设有直径10CM的放水孔直通排水地沟，试求放净池水所需的时间。解设池内水深为H时，为水流量为2QAGHDVQDT0DVADHQDT002AADTDHDHQAGH000000222HHAADHTHAGHAG00222251015206201298074AHAG789（H）设水池中的水量为V，则水量减少量为DVQDT02DVAGHDTADH答放净池水所需的时间为789H。713油槽车的油槽长度为L，直径为D，油槽底部设有卸油孔，孔口面积为A，流量系数为，试求该车充满油后所需卸空时间。LD解2A设当油箱中漏深为H时，瞬时泄油量为QDT。02DVADHQDTAGHDT其中02AAL，22222DDAHSIN2AD；SIN2DA2COS2DHD当2DH时2SINDDHD，SIN2DDHD当2COS2DHD当2DH时SIN2DDHD0SIN2222DALDTDHDHAGHAGH202SINSIN22LDLDTDHDHAGHAGH202SINSINSINSIN222LDDDDDAGHH222202SINSIN22LDDDAGHH其中0122010SIN2SIN211COS1COS2DDUUDUDDD112002SIN2SIN211COS1COS2DDUUDUDDD积分可得3224223322LDLDTDAGAG答该车充满油后所需卸空时间为3223LDTAG。714虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度1L3M，2L5M，直径D75MM，两池水面高差H2M，最大超高H18M，沿程摩阻系数002，局部损失系数进口A05，转弯B02，出口C1，试求流量及管道最大超高断面的真空度。ABHHCL1L2解以下游水面为基准面，从上池水面到下池水面列伯努利方程22222350710002222200752VLVVVVHGDGGGGBC进298072320383V（M/S）2320007514144QVA（L/S）从C过流断面到下池水面列伯努利方程2222222CCCCCPVLVVZGGDGG取1CCVV25182010021000752ACCVPPPVHGGG2532038002310007529807M答流量1414QL/S，管道最大超高断面的真空度为310M。715风动工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成，已知管道总长L100MM，直径D75MM，沿程摩阻系数0045，各项局部水头损失系数之和44，压缩空气密度7863/MKG，风动工具要求风压650KPA，风量0088SM/3，试求贮气筒的工作压强。空压机贮气筒接风动工具解从贮气筒到风动工具入口列伯努利方程，忽略高差，则有221222PPVVLGGGDG212210041044004520075QPPD23278640088650101044602007533650101001979107520（KPA）答贮气筒的工作压强为7520KPA。716水从密闭容器A，沿直径D25MM，长L10M的管道流入容器B，已知容器A水面的相对压强1P2AT，水面高1H1M，2H5M，沿程摩阻系数0025，局部损失系数阀门V40，弯头B03，试求流量。H1H2AP1B解以地面为基准面，从A池面到B池面列伯努利方程222111222123222VBPVPVLVHHGGGGDG进出取120VV；20P；05进；10出，则有1211221005104030300250025PGHHGV1221205164G437（M/S）243700252154QVA（L/S）答流量215QL/S。717水车由一直径D150MM，长L80M的管道供水，该管道中有两个闸阀和4个90弯头（003，闸阀全开A012，弯头B048）。已知水车的有效容积V为253M，水塔具有水头H18M，试求水车充满水所需的最短时间。H解以管出水口为基准面，列伯努利方程224222LVVHDGG进弯阀2800510404820120030152VG24241966GHV（M/S）242401574894QVA（L/S）VQT32533384748910VTQ（S）556（MIN）答水车充满水所需的最短时间为556MIN。718自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读值MP1AT，水头H2M，管长1L10M，2L20M，直径1D100MM，2D200MM，沿程摩阻系数12003，试求流量并绘总水头线和测压管水头线。HL1D1PML2D2解以管中心线为基准面，从容器水面到出口断面列伯努利方程22222122221122121222222MVVPVVLVLVHGGGGDGDG进1122VAVA，21221VD，210可求得122242422122121111222101PGHVDDLDLDDDDD进1244298072101020052109003200301021847（M/S）221118573877DVD（M/S）2221850258034QVA（L/S）X00101030H（M）1210622606960174PH（M）127820520522012106226069601740522052X答流量5803QL/S，总水头线和测压管水头线见上图。719水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直径D25MM，管长L3M，水深H05M，流量Q15L/S，沿程摩阻系数0033，局部损失系数阀门A93，入口E1，试求密闭容器上压力表读值MP，并绘总水头线和测压管水头线。LPMHH解以下池水面为基准面，列伯努利方程202MAPLHVLHGDG进出23235415101010003393200250025MPLHG3334321074331010865（KPA）32415103060025V（M/S）XHMHPMH1158/11101158/1063L3977/3535/35LH3535阀444444LHH35397744411581110H,HPM答密闭容器上压力表读值MP10865KPA，总水头线和测压管水头线见上图。720工厂供水系统，由水塔向A、B、C三处供水，管道均为铸铁管，已知流量CQ10SL/，BQ5SL/，AQ10SL/，各段管长1L350M，2L450M，3L100M，各段直径1D200MM，2D150MM，3D100MM，整个场地水平，试求所需水头。水塔L1D1L2D2L3D3ABCQAQBQC解以水平面为基准面，从水塔水面到C断面出口列伯努利方程222331122123123222LVLVLVHDGDGDG其中2533103NAD，取0013N，查表73可得1930A；2430A；3375A125Q（L/S）；215Q（L/S）；310Q（L/S）代入可得2229335000254304500015375100001H10138（M）答所需水头为10138M。721在长为2L，直径为D的管道上，并联一根直径相同，长为L的支管（图中虚线），若水头H不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。LLH解并联前，设管道的比阻为A，则有22HALQ，2HQAL并联后，总流为Q222524QHALQALALQ，45HQAL两支路的流量为122QQQ821012655QQ答并联支管前后的流量比为126。722有一泵循环管道，各支管阀门全开时，支管流量分别为1Q、2Q，若将阀门A开度变小，其他条件不变，试论证主管流量Q怎样变化，支管流量1Q、2Q怎样变化。QQ1Q2A解设主管阻抗为0S，支管阻抗为1S，2S。主管损失为2000FHSQ，支管损失为22211122FHSQSQSQ。1112221111212FFFHHHQQSSS121212111SSSSSSS12212SSSSS水泵扬程22120010000212FFSSHHHSSQSQSS22200001200032101112122SSDHDHDQDQSSQSQDSDQDSDSSSSS2200200112002SSDQQHDHDSSSQDQ对离心泵，一般有000DHDQ，成立010DQDS。即0Q减小，而0H增加，0FH减小，故1FH增加。又012QQQ，当1FH增加时，2S不变，故2Q增加1Q减少答主管流量Q减小，支管流量1Q减少、2Q增加。723电厂引水钢管直径D180MM，壁厚10MM，流速V2SM/，工作压强为1106PA，当阀门突然关闭时，管壁中的应力比原来增加多少倍解0CHVG其中019210143513192110180112001010CCKDE（M/S）其中92110KPA；1020010EPA；180DMM；10MM131922699807H（M）263814P（KPA）管中压强增大的倍数为364倍。答管壁中的应力比原来增加364倍。724输水钢管直径D100MM，壁厚7MM，流速V12SM/，试求阀门突然关闭时的水击压强，又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化解对钢管01921014351341211010011200107CCKDE（M/S）对铸铁0192101435125621101001198107CCKDE（M/S）0134112164059807CHVG（M）0125612153099807CHVG（M）6160910PPA6150710PPA答阀门突然关闭时的水击压强为6160910PA，该管道改为铸铁管水击压强为6150710PA。725水箱中的水由立管及水平支管流入大气，已知水箱水深H1M，各管段长L5M，直径D25MM，沿程摩阻系数00237，除阀门阻力（局部水头损失系数）外，其他局部阻力不计，试求（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量1Q、2Q；（2）阀门全开（0）时，流量1Q、2Q；（3）使1Q2Q，应为多少HQ2Q1L,DL,DL,D解（1）阀门关闭。2222VLHLDG222980715352210002370025GHLVLD（M/S）222235200251734QVA（L/S）10Q（2）阀门全开。设结点处压强为P，以水平管为基准面，则有22PALQG；21PLALQG可得22121QQA其中52525880023720058720100025AGDG再从水池面到1Q出口列能量方程2212LHALQALQ2212LHQQAL12QQQ可得2221122122LHQQQQQAL251125225122351321610201050510LHQQQALQQ2511215051610QQQ225121616051610QQ22112201160QQQQ2112210160QQ解得2121010645642QQ故12114QQ，1214QQ不合题意。代入方程中可得252128960510Q20197Q（L/S），12245Q（L/S），244Q（L/S）（3）设置阀门开度，使1212QQQ时，阀门阻力系数为A。则有212122212442224AAQDALLHALQALQALQGGD及222211248AALQLALQQGD12QQ，221242482AALQQGDGD/可得24242425254128AAAALLHALGDGDLGD2424522455521059807002581969886AALGDALGDLHLHL05052424980750025219221969ALGDQ（L/S）12119QQ（L/S）答（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量10Q、2173QL/S；（2）阀门全开（0）时，流量12245QL/S、20197QL/S；（3）使1Q2Q，应为1969。726离心泵装置系统，已知该泵的性能曲线（见图749），静扬程（几何给水高度）GH19M，管道总阻抗S7600052/MS，试求水泵的流量Q、扬程H、效率、轴功率。0246810162024283236QL/SHM70605040解装置扬程为221976000GHHSQQ在图上作曲线，列表如下Q2468H193042022217362386确定工作点为流量72Q（L/S）扬程2290H（M）效率62轴功率310009807229721026062GQHN（KW）727由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去，流量Q70SL/，管路总长（包括吸、压水管）为1500M，管径为D250MM，沿程摩阻系数0025，水池水面距水塔水面的高差GH20M，试求水泵的扬程及电机功率（水泵的效率55）。压水管吸水管HG解252588002521169807025AGD水泵扬程2220211615000073555GHHALQ（M）1000980735550074437055GHQN（KW）答水泵的扬程为3555M，电机功率为4437KW。第八章习题答案选择题（单选题）81明渠均匀流只能出现在（B）（A）平坡棱柱形渠道；（B）顺坡棱柱形渠道；（C）逆坡棱柱形渠道；（D）天然河道中。82水力最优断面是（C）（A）造价最低的渠道断面；（B）壁面粗糙系数最小的断面；（C）过水断面积一点，湿周最小的断面；（D）过