工程流体力学-第四版-孔珑-作业答案-详解.doc

第二章
2—1.已知某种物质的密度ρ=2。94g/cm3，试求它的相对密度d.
解：d=ρ/ρw=2.94(g/cm3）/1（g/cm3)=2.94
2-2.已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数为α（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.绝对压强为3.923×10^5Pa的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？
2-6。 充满石油的油槽内的压强为4。9033×10^5Pa，今由槽中排出石油40kg,使槽内压强降到9.8067×10^4Pa，设石油的体积模量K＝1.32×10^9 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αV=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5.8840×105Pa，温度从20℃升高到78℃，问空气体积减少了多少?
2-9。动力粘度为2.9×10^-4Pa·S，密度为678kg/m3的油，其运动粘度等于多少?
解：V=u/ρ=2。9×10^—4/678=4。28×10^—7m²/s
2—10。 设空气在0℃时的运动粘度ν0=13。2×10-6m2/s,密度ρ0=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ρ=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 n=2830r/min，轴承内径 D=0。2016m,宽度 l=0。3m，润滑油的动力粘度=0。245Pa·s,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的缸体内运动.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的原油的粘度进行计算.
2—16。 内径为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θ=10o。试求水在管中上升的高度。
2—17。 内径为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，内装水。已知管外空气的密度ρa=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.求管内煤气的密度。
3—3. 如图所示，U 形管压差计水银面高度差 h=15cm。求充满水的 A、B 两容器内的压强差。
3—4。 如图所示，U 形管压差计与容器 A 连接，已知h1=0。25m,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ρoi=800kg/m3，水银的密度ρHg=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，ρ=13600 kg/m3,试求下面测压管水银面距自由液面的深度h4。
3—7。 如图所示，一封闭容器内盛有油和水，油层厚h1=30cm,油的密度ρoi=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η=0。9，求大活塞直径d2。
3—22. 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。
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α=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ρ1=2400kgm^—3,海水的密度ρ2=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Γ为常数。求流线方程并画出若干条流线。
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。b为两平板之间的距离。试给出速度分布图.
4-4。 已知流场的速度分布为（1)问属几维流动？（2）求（x，y，z）=（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。
4-15。 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。
4—20. 送风管道的截面积A1=1m2，体积流量qv1=108000 m3/h,静压p1=0。267N/cm2，风温t1=28℃。管道经过一段路程以及弯管，大小节收缩段等管子件后，截面积A2=0.64m2，静压p2=0。133N/cm2,风温t2=24℃。当地测得的大气压pa=101325 Pa，求截面A2处的质量流量qm2，体积流量qv2以及两个截面上的平均流速ν1、ν2.
4—25。 额定流量qm=35690㎏/s的过热蒸汽,压强p=981N/cm2，温度t=510℃，（对应的蒸汽比体积υ=0。03067m3/㎏),经Ф273×23mm的主蒸汽管道铅垂向下，再经90o弯管转向水平方向流动.如不计能量损失，试求蒸汽作用给弯管的水平力。
4—33. 水泵叶轮的内径d1=20cm,外径d2=40cm，叶片宽度b=4cm，水在叶轮入口处沿径向流入，在出口处与径向成30o角的方向流出，质量流量qm=81。58㎏/s。试求水在叶轮入口与出口处的流速ν1与㎏ν
第五章
5-2. 如图所示,用模型研究溢流堰的流动，采用长度比例尺kι=1/20。（1）已知原型堰上水头h=3m，试求模型的堰上水头。(2）测得模型上的流量qv′=0.19m3/s，试求原型上的流量。（3）测得模型堰顶的计示压强pе= -1960Pa，试求原型堰顶的计示压强.
5—4. 将一高层建筑物的几何相似模型放在开口风洞中吹风,风速为ν′=10m/s，测得模型迎风面点1处的计示压强p1e′=980Pa，背风面点2处的计示压强p2e′= -49 Pa。试求建筑物在ν=30m/s强风作用下对应点的计示压强.
5—6. 长度比例尺kι=1/225的模型水库，开闸后完全放空库水的时间是4min。试求原型水库放空库水的时间。
5—8. 在管道内以ν=20m/s的速度输送密度ρ=1。86㎏/m3 ，运动粘度υ=1.3×10—5m2/s的天然气,为了预测沿管道的压强降，采用水模型试验。取长度比例尺kι=1/10 ，已知水的密度ρ′=998㎏/m3，运动粘度υ′=1.007×10m2/s。为保证流动相似,模型内水的流速应等于多少?已经测得模型每0。1m管长的压降⊿p′=1000Pa,天然气管道每米的压强降等于多少？
5—10。 某飞机的机翼弦长b=1500mm,在气压Pa=105Pa，气温t=10℃的大气中以ν=180km/h的速度飞行，拟在风洞中用模型试验测定翼型阻力，采用长度比例尺kι=1/3.（a)如果用开口风洞，已知试验段的气压pa'=101325Pa,气温t′=25℃,试验段的风速应等于多少?这样的试验有什么问题?（b）如果用压力风洞，试验段的气压pa″=1MPa，气温t″=30℃，μ″=1。854×10—5Pa·s，试验段的风速应等于多少？
5—13。 薄壁孔口出流的流速ν与孔口直径d,孔口上水头H，流体密度ρ,动力粘度μ,表面张力σ,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。
第八章
8—1。 试确定下列各流场中的速度是否满足不可压缩流体的连续性条件:（1)(2）(3)(4)
8—2. 在不可压缩体的三维流动中，已知和，试用连续方程推导出的表达式。
8—3. 下列各流场中哪几个满足连续性条件？它们是有旋流动还是无旋流动?(1) (2） (3) （4)
8-5。 确定下列各流场是否连续?是否有旋？(1） （2） （3）
8—6。 已知有旋流动的速度场为.求在点（2，2，2)处角速度的分量。
8-7。 已知有旋流动的速度场为。试求旋转角速度,角变形速度和涡线方程.
8—8. 试证不可压缩流体平面流动： 能满足连续方程，是一个有势流动,并求出速度势.
8-10. 不可压缩流体平面流动的速度势，试求其流函数.
8-12。 下列各流函数是否都是有势流动？（1）（2)(3)（4）