工程流体力学第四版孔珑作业问题详细讲解详细讲解

1、第二章2- 1. 已知某种物质的密度 =2.94g/cm3，试求它的相对密度 d。 解：d=/w=2.94(g/cm3)/1 (g/cm3)=2.942- 2. 已知某厂 1 号炉水平烟道中烟气组分的百分数为( co2)=13.5%，a(SO2)=0.3%，a(O2)=5.2%， a(N2)=76%， a(H2O)=5%。试求烟气的密度。2- 3. 上题中烟气的实测温度 t=170 ，实测静计压强 Pe=1432Pa，当地大气压强Pa=10058Pa。试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。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。2-5. 绝

2、对压强为 3.923 105Pa 的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？2-6. 充满石油的油槽的压强为 4.9033 105Pa,今由槽中排出石油 40kg，使槽压强降到 9.8067 104Pa，设石油的体积模量 K1.32 109 Pa 。试求油槽的体积。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 V=0.000641/ ，问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？2- 8. 压缩机压缩空气，绝对压强从 9.8067 104Pa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. 动力粘度

3、为 2.9 10-4PaS，密度为 678kg/m3的油，其运动粘度等于多少？解： V=u/ =2.9 10-4/678=4.28 10-7m2 /s2-10. 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2-11. 借恩氏粘度计测得石油的粘度为 8.5oE, 如石油的密度为 =850kg/m3,试求石油的动力粘度。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。2-13. 已知动力滑动轴承的轴直径 d=0.2m，转速

4、n=2830r/min ，轴承径 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。2-14. 一重 500N的飞轮的回转半径为 30cm，由于轴套间流体粘度的影响，当飞轮600r/min 旋转时，它的角减速度为 0.02rad/s2 。已知轴套的长度为 5cm，轴的直径为2cm以及他们之间的间隙为 0.05mm。试求流体的粘度2-15. 直径为 5.00cm的活塞在直径为 5.01cm 的缸体运动。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

5、计算。2-16. 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。2-17. 径为 8mm的开口玻璃管插入温度为 20的水银中。已知水银与玻璃管的接触角约为 140，试求水银在管中下降的高度。第三章3- 2. 如图所示为一直煤气管，为求管中静止煤气的密度，在高度差 H=20m 的两个截 面装 U 形管测压计，装水。已知管外空气的密度 a=1.28kg/m3 ，测压计读数 h1=100mm， h2=115mm。 与水相比， U 形管中气柱的影响可以忽略。求管煤气的密度。3- 3. 如图所示， U 形管压差计水银面高度差 h=15cm。求充

6、满水的 A 、B 两容器的压 强差。h2=1.61m，h3=1m。求容器 A 中水的绝对压强和真空3-5. 如图所示，在盛有油和水的圆柱形容器的盖上加载荷 F=5788N，已 h1=30cm,h2=50cm,d=0.4m,油的密度 oi=800kg/m3 ，水银的密度 Hg=13600 kg/m3， 求 U 形管中水银柱的高度差 H。3- 6. 如图所示，两根盛有水银的 U形测压管与盛有水的密封容器连接。若上面测压管 的水银液面距自由液面深 h1=60cm,水银柱高 h2=25cm，下面测压管的水银柱高 h3=30cm， =13600 kg/m3，试求下面测压管水银面距自由液面的深度 h4。3

7、- 7. 如图所示，一封闭容器盛有油和水，油层厚 h1=30cm,油的密度 oi=800kg/m3, 盛有水银的 U 形测压管的液面距水面的深度 h=50cm,水银柱的高度低于油面 h=40cm。 试求油面上的计示压强。3-8. 如图所示，处于平衡状态的水压机，其大活塞上受力 F1=4905N,杠杆柄上作用力 F2=147N,杠杆臂 a=15cm,b=75cm。若小活塞直径 d1=5cm，不计活塞的高度差及其质量， 计及摩擦力的校正系数 =0.9 ，求大活塞直径 d2。第三章核电3-13 (白诺故,俸宇航)解: n0 0如图油罐车内装着密度为p=1000kg/m3的液体以水平速.度v36km/

8、h油耀车的尺寸为D-2m。h=0.3, l=4mo车在来 时刻丿|： 始减速，经l()Om灰离后完全停下。若为均匀制动，求作用在侧祈A 上的丿J多人解：设车的宽度为单位宽度：车的速度为 v=36km/h=l()m/s;水平力向的 a=vA2/2*100=0.5m/ s人2; g=-10kg/m2;dp -p(adx-gdy);p=p(ax+gy)+c;以管口中心为坐标原点紺土当 x=0. v=0 时 p=0： c=0因此 p= (0.5x-10y) *1000在车的a面上x=4； y从43变化到2.3.1 匕(2-10Y) *1000F=l* f (2T0Y) *1000电2O00|呑来3-1

9、4 (李晓旭，常牧)解:设整体的加速度为&由牛顿第二定律得m2*g-cf*(mi+psh)=(mi+psh+in2)*a;以液而上不动的孑点为原点，建立平面直角坐标系乂 fx=a;fy=g;所以 dp=p *(a*x-gz)+pO:半 x=-C.5*b 时，z=H-h:带入 ax-gz=()得a=g*2(H-h)/b;带入数据紂到H=0. 213m3-15 （陈彦霖,程万，鹏）解:（1）根据压强垃公式：dp =+ tdy + tflz）容器底部流沐质虽丿J只有2力向肖 2=0 时p p=P3/: p phQ 打）+ /舌带入数值得；p=111138 Pa（2）当p=Pa时，由上面式了可得LB9

10、帥/芒 P=0phQ 一 R)= d=十洱=60.丿 1692/w /FQh3-16 (李玉锦，付玉)解：i设旋转时空气体的最低点距容器口的垂宜高度为h,旋转时水未溢1前空气所斤的休积与静止时和同空气体的最低点为原点，竖巴向上为z轴正方向建立空间巴角坐标系，设水中的圧强分方程为p=d将条件Cr,z)=(O, 0和()=(21)带入方程可解得3, = | s.7rad/s 178.7r 转速ni = 2jt X 60 mini ii容器的总体积产”呛)空气的体积=”(3尸,*嗚三海皿 将(，z) = (0, 0)和(，z) = (d/2,H带入，可求得s 呵1997t 转速 2jt X 60 m

11、inQ3-18 （刘蹌，刘七宝）解:建工如图所示坐标系，则计示圧强为卩二pg（斗匚-z）+C2g当 r=r（i z=h 时，血二 02g则“訴I巴H+t2g当z=0时pe -Indr = 0+ /tj-27trc/r =0解得co =44. 66rad/s7耐427亦3-18 （马伟，戚哲）解,J -狞十粘八臼、应ET习a闹幷 建疋嘯&井口卜|冲冷W7U侖内戌曲惮逐轉区鉤饵存求冯加2弘“ _徉加弋血2監 1棉襦曾直*件科Q卜閃E 忙P： 577?卄啊久讪 *牛. - - - -卄帚卸皿W:梓硏W沁二皿球雀丽上越谡盼沁翻F訂:吗乩川).鮎鬪皿宀护:T用持M.扑誓I廿品-一一 M4込3-19 (范

12、徳灵，方晓璐)：解：取小孔中心为坐标原点，Z轴竖左向上，根据怨角速旋转容器中压强 分布公式 P=P( g f-弓vh上计狂淙专V呢戶 -炳悔R事花弭卑下_ 一窍匚2十（f&号M ；!卜卩弘 匕 Y 2 0，去二兪恬勺M、帝華-p3 二 hjH 音二珂砂.23-20 （邱斌，阮岳）斛如图所示，求斜壁I.圆形闸门上的总用力及斥力中心.已知闸门恵 径 d=0.5m, a=lm 。 a解=已知a=lm, a=60 , X。=a+d/2 = 1.25加h, =(6z+d/2)sin(7A=dJ2)2d1总斥力 P? = pe A = pghcA = x?g/r(a + 6/2)(J/ 2)2 sin a

13、 对于圆来讲丄叫二护J存皿Y则托力中心坐标刃丿=兀+心/（忑人）=兀+ 6灵代入数据得 Fp = 2083N xD = 1.2625m u 1.263m注:对于矩形来讲Ky =bl /12 i宽度为a /、ptftWf fflrrrx3-21设水闸童度为h水淹浅的何门故度为m水闸右侧水滝没的備门七度为a 左右在水闸左側斥力为jp=P8hciAi其中凡产皿2 h =乙 A = b!t = bH/sln xpZFp2 = clZ2 an aP前牛2 sfe r其中rti于矩形平面的斥力中心的生标为所以.水闸左侧fU舸门而I：斥力中心勺水而护禹为2 H水制右佢在闸门而I；压力中心与木面用离为3-22

14、. 水作用在下图所示 3/4 圆柱面 ABCD上，画出（ a） （b） （c）种开口测压管位置 1,2, 3情况的压力体及总压力垂直分力的作用方向。i)(b)c)图 2-54如W/加ArphiI网病材確(o?岛il *43 E力从$二二LZJ=3dCO !厂馬为他彳oi答案:323 （张星永，袁小詠）解:图356为盛水的的球休，11径d=2g球休下部固定不亦 求作用于螺栓上的力解，球体下部固定，则作用于繚栓上的力 为上半球受到的压力.由图可知，上半平面的斥力休为平面与水 平线之间的部分。da 3 nov=（ndS/4i*nY2Y =Q2F=pgV=9X07* =10246N3-24 （张义林，

15、郑俞解；图357所示为-储水设备.在C点测得绝对斥强 p=l96120Pa,h=2mR二Im,求作用于半球AB的总床丿J。 解：如图所示，抿据C点的绝对压强，可得C点计示压强.将C点 的汗强作用等效于高为H的水柱，利用AB的压力体即可求解。C位 于h/2处=C 点的计示乐强 Pe= 196120-101325=94795Pa 等效水柱高度H=Pe/pg.半球AB的尿力休如图，所以，乐力3-26. 如图所示为一扇形闸门， 半径 R=7.5m，挡着深度 h=4.8m 的水，其圆心角 =43， 旋转轴距渠底 H=5.8m，闸门的水平投影 CB=a=2.7m，闸门宽度 B=6.4m，试求作用在闸门上的

16、总压力的大小和压力中心3-31. 一钢筋混凝土沉箱，长 6m，宽 5m，高 5m，底厚 0.5m，侧壁厚 0.3m，钢筋混凝土 的密度 1=2400kgm-3，海水的密度 2=1025kgm-3，沉箱在海面上漂浮是否稳定？第四章4-2. 已知平面流动的速度分布规律为式中为常数。求流线方程并画出若干条流线。为两平板之间的距离。试给出速度分布图=（ 1,2,3 ）点的加速度。解：（ 1）属于二维流动，因为该流动的速度分布只与平面坐标X，Y有关4-3. 已知两平行平板间的平面流动的速度为式中 k，u 为常数。 b4-4. 已知流场的速度分布为1）问属几维流动？（ 2）求（x,y,z ）4-7 M：j

17、 7L进广，i/=畑心心出几“如O二畀咲r丄尸，舛，冲八4七解:由和q门叭得；55m/s每厘米的内径降为：a= (&一2)/3=2则内径I竝x的变化趋势为:d=82x. r=4x 故械ifii积fifi x 的变化为：A=rr x r2=n x (4x) 又有，qv=AXr=().Ol,则得速度衣达式为：(if/*001xq/A 2 =(0x3)nx (4x)nx (4x)4-10选取的曲面为以原点为圆心的圆形区域，关于原点中心对称.以来条 直能为界将区域划分为I、n两部分，对于区域I内任总-点a (x.y,z)必在设平面指向只侧的单位法向呈为在A的小邻域内=* * ,枕注dL3：这种方法可u

18、证哄 叫？ ？而在的小邻域内=:而，所以流量q=:所以通过任意个以原点 为圈心的同心圆的利用量q都是相等的且均为n411解：P/p 二R*T,所以推导出 R=P/(p *T),所以p 1=p (FTO/T1;所以 2*p lV*0.40.6=80/36;代入1.29*273.15/673.15* V*4* 6=800()/36;解得：V=8.X5;所以输气管道中空气的平均流速为8.85in/S;4- 15. 如图所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系式。n會砒加丘宦惜.耳滾慝计“佩I严8.根塢伤中知方罐.：（虽章茎履血匚亠仝-也土专上4 -护步.,U甜迂卷廿直. J Y

19、h谄你武和卡&樑心今4 %） 土僦M念-p妃蚀紅_/血 竽._ y直饥二2熒比， :一 ：亠 -二，x JU丄y 二V fVU J绳仏卑f 2血幼-、kHl加J/疋Js 亠亠: L,二丄4（阮岳）解：应用伯努利方程，有:叫=212 P 2 P根据题意，可知；Vl=o pl=pe=6.S65xios (pa) p2=1 一配一 2巧=3、a2 2a）=.LF = 0何灯7 严（ML-2T-2 严f ai =4 解得七=-1 = 15-13. 薄壁孔口出流的流速与孔口直径 d，孔口上水头 H，流体密度， 动力粘度， 表面力，重力加速度 g 有关的表达式。试导出孔口出流速度的表达式。也理方経有卄旳理

20、理遣板H / #力7木录可从组疋41丄41三遥沢壬._ A一 屮 沪丫。-砧二 HV10纠 d _dZu亠押5尸“二珏帀鮭建塞细衣示右主塞必-理呈.丄二 LL)叫川 - 融的理以金理宓-软亚乜乍A龟锌螯去塑网、1 T. M伽抵软可吗. : )_=1加二 1:。二 b 丨R 二 矛童1 不/，久、.兀仁從jtTip.二 _w巳 卫_ 丄 心三市卩二_&L_. f_q -匕匸孕斗_九4 二甲丫乙右綾決唱汪卜匕血谡m乙,X-乙$)/ Ra f.站妄担鬼曰&的右无找逐出獲則丸、3匕*生老盘I&?艸厂 J1/2专*H丿心也丿忆弦)5-14 (马伟).解；根据与阻力有关的的物理屋可以写出物理方程F(FDt

21、 d.-d, p. u) = 0选取d,0 p作基本变虽，可组成的2个无屋纲虽为n 1 = FDdaHbl pd . n2 = uda2b2 pc2 用基本虽纲表示“1, 2中的各物理虽，得： 屯仇 MLT-2 = La1 (LTT)b1 (ML-3)c卞丄 nML-1T-1 = La2(LT-1)b2 (ML-3) c2根据量纲一致性原则得：a1= 2b1= 2d= 1a2= 1b2= 1c2= 1故有：n 1 = FDd2d2 p . tt2 = udp =1R 将所有n值代入式(545Q可得,FD = f (R) n d24 p S22一 TH Q厶气 ft 05-16 （邱斌）解；流体

22、通过孔板流量计的流量q卩与孔板前后的压差3、管道的 内径4、管内流速卩、孔板的孔径d、流体的密度P、动力粘度“有关。试导出流虽q“的表达式。解：根据与流虽有关的物理量可以写出物理方程：F（,，Ap，d川 d.pt） = 0选取d、V v p作为基本量，可以组成4个无量屋纲2Ap用基本虽纲表示兀中的各物理量.得：Z?厂 I = Zf1（LTl（a/LML 厂2 = jra2L=La3（LT-/i（ML3）C3讥一|厂I =（厶厂I y（泌Y根据物理方程量纲一致性原则，由等式两端基本呈纲L、T、M的指数 可得：m 3 = q + 片Sc-1 = -0 = q解得：绚=2,% =1,C =0 ,故有

23、：码=侥_ Ap同理由解得：=dvp Re则 qv =f Eu.Re,45T7. C阮岳)解.据与功率有关的物理量可以写出物理方程：F： CP, d, b, n, H, p-円 g) =取drn,P为基本变屋，可组成五个无屋纲量:PbHnK1 dTT n2 _ daZnbIpC2 眄 _ du3nb3p兀4 _ 川彳“诃用基本量纲表示两、眄、口、広中个物理虽得(ML-3) UL二评(Ti严(MIT3)L二住3 J_1 严(MIT3)ML-It-LCT-1/4 (ML-3) LT-z二I?S(T7严(ML3) C5P_bM可知，眄兀5 =因此，P =n1d5n3p1= f (, m怡 _L)pn

24、3d 5据量纲一致性原则得al = 5a2 = 1fa3=1a4 = 2fa5 = 1bl= 3b2 = 0b3=0b4 = lJb5 = 2kC1 = 1c2 = 0lc3=0c4 = 1【c5 = 0所以，6-7解三该流体気诺数2g pg鱼+屮_l = p pg 有联立(1)得I如-f在管中呈层流状您。 故每米管氏上沿程损失何=启二=里-4工=5.22 m流体住加- dig Re lxlO2 2g6X解三根抿伯努丿J方程，列(1)其巾丿 Pu = 9X(X7 x KJ4 Ful = 0, = 4(沏咖,仏=2伽他# = ().5/,代入得 i 片=3.214 咯弋=12.055% qv =

25、 vA = v2 从I.端面到I】升最髙点截両列忙I勢力方程,其中.农=心=八勺=，一E =丹，把叫代入得*H=8.44m64解：d = 0.15m；1 = 5000m h = 10m； p = 859.4kg/m3qni = 15489 kg/lL 则 = 5.006 X 10_3m2/sP( = 49 X 10*Pa,A = 0.03,v =鸳=0.283 m/snd匕Mh+入耳P8 P8d 逼解得;p0= 3.712 x10s pa6“0 解：1 水在管道中的平均流谨2 求得帝诺数3处于灌流粗艇管过渡区，求得沿程损失系数 4带入达西公式4gv Rea =1.42l(Re-)l = l.4

26、2lg(1936(K)x?50= 0.0207加=2=0.0207 x3001.9362025X2x9.807= 4.64 Im611解zQyp0.193x0,0250.000025x等=耗=而歳霧關=銅84九Fin 593皿=193.013 2320 （尼古拉兹实验的层流固 = 64/Rc = 64/193.013 = 0.3316根据达西公武二叫=A- = 03316xx=0.756 d 2g0.025 2x98根拯们努利方程：0 + 0-b/i=十 H 十0十 hf2g Qg 762Zp 带入数裾nT得，Ap=773.8Pap=p gh计算得，h.09629m隗莹新-13 h/ 65.2

27、529m管道的相对mttl = 0.0008c由英迪图试JU A=O.O1 &将数搏带入得网警)叫r;眾由于15吒空气的运动粘度u = 14.55 X 10-6m/s2?干是21X1,2514.55x10=1804123根镭Re 5e/d由莫迪图恰巧査得入二001&且流劝处于平方阴丿J区 变.故水的漩虽为Qv = Av =(it X 1.252/4) X 21 = 25.62m/s入不随Re而孙字航614：解：H =A (1)取A =0.06 代入(1)得 v=0.723m021M=0.061nd2v48.177 xl0-57n7s由 一“加4,代入数抵化简得严一一由切“乎代入數拒得如=警严_

28、22dsf d5又=/u +P$结合以上三式，代入数据化检得15.698/ =1).01292,13 令rf=0dlm,得乂 =0.01957此时：=4x1()7, Re=74xl04,dv査莫迪阿得久=0.03030#1=0.03030 代入 3 式得 d=0.170m此时-= 2.63x10 Re =4.813x10d査貝迪网得1 =0.0280,把它代入3式得d=06X7m此时-=2.68x1c-3, Re=4.76x104d査莫迪图得2 =0.0285所以求得d=0.1687m聊杏文 616解，25C的水的运动粘皮0.897X10“呀，新倚佚辔的绝对粗糙岌为0254.421亦,我们取0

29、.3mmh/ 入占-(D7 M 2g7昨丹(2)4由(1) (2)得学二久托gh8xl000x0.32frx9.Xx2Z =3.72/14x0.3425833nvd 斤x0.897x lOxd d取久=0.02 算出 d=O.595mmRe =715686i =0.0005从真迪图可查出Z =0.017再算出d=O.5757mjnRe =739678-=0.5211由图可以査111 Z =0.017 所以Mill d=0.5757mm十 2十C ! = !；( 2 = 05取入=0.03 得 v=3.62m/s代入Re =代入公 jU= 0.0032 + 0.221/?e-618解.在17题中

30、解的速度”362用心当流ft减少一半时述喪械为原来的一半v=l,R!m/.F = (G十畔扌疋宁2g d 2g 2gA =0.026/ MX2S=1.303m;20。(2时的空气密度 p = 1.205kg/m35 c=343.1m/s;马赫数 Ma= =磊=0.072865 0.30; 管壁的相对粗糙度扌=气磐 =3.5375 X IO4: 雨诺数Re卑工瓷黑m 2.07474 X诃：R引=2308 (j)= 2308 (总:制=1.8484 X 10& l = P2 Pl =PcP2 = P2労唱亠(巧Td吗需PS PS d2SPg = Pte + 4 +5 + 4$ + 20=15689

31、6+(1.9699 x鵲 + 5 X 0.1455 + 4 X 0.2953 + 2 x2.5)*竺弓空=1.004X 10sPa.6-23解18535Pa由连续方程W A = v2A v,=巾宾=也十存P8 Pg SA p = pi - pzp# =半由用=12.86 h +辭百十入醫# = 0.0008 21度水的运动菽度v = 1.007 10-6m2/s Re= = 84335 由扌R巳在莫迪罔中査的入工 0.019 :pr = 13358Pa隔+瓷T +入諾+ 2疇 p鮮=109%郭桂洋6-24 lgfc由务=v = 2Z/s阳“ cd 27X0X135-仃“则RZy SK9Sxi0

32、S 4 77X106 相对粗糙度/厂侥C OSRe 2308/j) 则人与Rc无規 云日2Ig ()十1.74得入=0.024 根按伯努利方程沪詁d亦z)石P2 = 4.02 X lOPa6-25将已知数揺代入H的表达式，得20=/2吕入 Fg(xvo5+A. 2教604)/0.125牡 150/125)4 由 i/di=3.35*10-3 i/d2=4*10-3参照英迪图试取入1=0.025入1=0.027代入Vi=O.987mAv2= vl(dI/d2)2=(l5l25)2*0.985=l .421 m/sRei=vidi/u =l.47*i0?Re2 =-2d2/u =L76*107由英

33、迪图得A ,=0.025A 2=0.029再代入试中求V|=O.9(54m/sq- V! A|=fi.%4*n *O. J5/2)2=O7n,/=170L/s626 解:2U10.7854XO_22=6-37m/s由连续方程口求得咕5宀/叩灯恥A干長R637x021SX1O-*=8.49x 10低假钢管的绝对粗糙度取为0.046mm=0.000046m于是习九广心阪爼勺/心“000】5由其迪圈得b=002入2=0.0215又因为為/a. =0.447!将取为031所以 H( 0.5+0.02() H1-2J2 +0.0215()冷怜) 芒亠3.52X9.8=11.18m6-27|?：取入 1=(1009&,入 2=0.017H二入 广(L1_6m2 / s.对干管 1 r 试取 qv/ = 0.01m/sf 则幻=专=半0 = l274m/s,Rt?； = 127389.由于WXO.O52xk = fj/dj = 0.002,则列=0.0243, b3 5.714, ca = 0.704, Xj = 0.02576对于管2ki = C2/d =0.0033, JMa2 = O.28,=7.1