工程流体力学课后习题参考答案周云龙洪文鹏教材版.docx
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工程流体力学课后习题参考答案周云龙洪文鹏教材版
工程流体力学课后习题参考答案
《工程流体力学》(第二版)中国电力出版社周云龙洪文鹏合编
一、绪论
1-1kg/m3
1-2kg/m3
1-3
m3/h
1-4
1/Pa
1-5
Pa·s
1-6m2/s
1-7
(1)
m/s
1/s
(2)
Pa·s
(3)
Pa
1-8
(1)
(Pa)
(2)
(Pa)
1-9
(1)
(N)
(2)
(Pa)
(3)
1-10
Pa·s
Pa·s
1-11
(N·m)
1-12
m/s
m2
N
kW
1-13
Pa·s
m2
N
kW
1-14
1-15m2
N
1-16m2
m/s
r/min
1-17
Pa·s
N
1-18由1-14的结果得
N·m
1-19
1-20mm
1-21mm
二、流体静力学
2-1
kPa
2-2
Pa
Pa
2-3
且
m
(a)
Pa
Pa
(b)
Pa
Pa
(c)
Pa
Pa
2-4设A点到下水银面的距离为h1,B点到上水银面的距离为h2
即
m
2-5kg/m3
Pa
2-6
Pa
2-7
(1)
kPa
(2)
Pa
kPa
2-8设
cm
m
m
kPa
2-9
(1)
Pa
(2)
cm
2-10
Pa
m
2-11
整理得
m
2-12
Pa
2-13
cm
2-14
2-15
整理:
kPa
2-16设差压计中的工作液体密度为
Pa
m
2-17
Pa
2-18
kPa
2-19
(1)
N
(2)
N
2-21设油的密度为
N
N
N
对A点取矩
m(距A点)
2-22设梯形坝矩形部分重量为
,三角形部分重量为
(1)
(kN)
(kN)
m
(2)
kN·m
<
kN·m
稳固
2-23
总压力F的作用点到A点的距离
由
2-24
m
m
2-25
N
m(距液面)
2-26
N
m
(距液面)
或
m(距C点)
2-27第一种计算方法:
设水面高为
m,油面高为
m;水的密度为
,油的密度为
左侧闸门以下水的压力:
N
右侧油的压力:
N
左侧闸门上方折算液面相对压强:
(Pa)
则:
N
由力矩平衡方程(对A点取矩):
解得:
(N)
第二种计算方法是将左侧液面上气体的计示压强折算成液柱高(水柱高),加到水的高度
中去,然后用新的水位高
来进行计算,步骤都按液面为大气压强时计算。
m
闸门左侧所受压力:
N
作用点:
m
闸门右侧所受压力:
N
作用点:
m
由力矩平衡方程:
(对A点取矩)
解得:
N
2-28
N
N
2-29C点的测压管水面的距离
m
kPa
2-30A点:
N
B点:
N
2-31
N
N
2-32
N
m3
N
N
2-33
(1)
(2)
(3)
2-34
(1)
kN
(2)
2-35
(1)
m
(2)设在外载荷的作用下,室内的水面又升高了
解得
m
三、流体动力学基础
3-1
3-2
3-3
3-4
即
积分得
时,过P(-1,-1)点,
,流线方程为
3-5
3-6
即
积分得
3-8
(1)连续
(2)连续(3)不连续(4)连续
3-10
3-11
积分得
3-122m/s
3-131.5m
3-1462mm
3-150.17m
3-16231cm2
3-17
(1)12600Pa
(2)-29400Pa
3-18设水箱液面为0-0,管道入口截面为1-1,管道最高处截面为2-2,管道出口截面为3-3
解得
m/s
m3/s
,
Pa,
,
Pa,
m/s
代入数据得
m
,
Pa,
,
Pa,
代入数据得
mm
3-1923.52kPa
3-201.08m/s
3-210.0243m3/s
3-22
,
,
,
设水银差压计左端入口压强为
,则
Pa
由
得
m/s
代入数据解得
Pa
3-23
m/s
m3/s
3-24
m,
,
整理得
m
m,
Pa,
Pa,
代入数据解得
m
m,
Pa,
Pa,
代入数据解得
m
比较
,所以不发生汽化的最大直径为
m
mm
3-253.89m3/s
3-266663.68N
3-270.0028m3/s
3-29设水深为2m处过流断面为1-1,水深1.5m处过流断面为2-2,取1-1、2-2及水面和固体边界为控制面。
控制面内的水体沿水平方向受到的外力有:
底坎对水流的反作用力
;水流作用在断面1-1和2-2上的压力
;动量修正系数
。
则沿流向建立动量方程得:
所以:
——————(a)
1-1和2-2均为缓变流过水断面,故
N
N
在1-1和2-2列伯努利方程:
——————(b)
又由连续性方程:
得
代入(b)式解得:
m/s
所以,
m/s
m3/s
将已知数代入(a)式得:
N
是
的反作用力,故
的大小为22406.86N,方向水平向右。
四、不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
4-1
(1)无旋
(2)有旋
(3)无旋(4)有旋
4-2
(1)不存在势函数也不存在流函数
(2)改为
这样既存在势函数也存在流函数
4-3
(1)
(2)
4-5
4-6
(1)
(2)
4-7
由
得
4-82m3/s
4-9
Pa
4-101.2m/s
五、不可压缩流体二维边界层概述
5-50.98m3/s
5-687.09m/s
5-1397.86kW
5-1414.36kW
5-1513N
六、黏性流体的一维定常流动
6-1
层流
m/s
L/s
m
m/s
m
6-2
(1)
紊流
(2)
层流
6-3
其中
则:
Pa·s
6-4
6-5
m/s
层流
m油柱
6-6
m/s
紊流
查莫迪图:
mH2O
6-7
m
保持层流
m/s
L/s
6-8
m/s
m3/s
6-9设水箱A的液面为1-1,水箱B液面为2-2
————
(1)式
其中:
m,
Pa,
,
设入口局部阻力系数为
,弯头为
,突扩为
(对应于前面的速度),突缩为
(对应于后面的速度),阀门为
,出口为
代入
(1)式,解得
m/s
L/s
6-10
m
m/s
紊流
查莫迪图
m空气柱
kg/m3
Pa
6-11
————
(1)式
其中
,
m/s,
,
mH2O
代入
(1)式,解得
m
6-12设水箱液面为1-1,管道入口截面为A-A,管道出口截面为2-2
————
(1)式
————
(2)式
(1)和
(2)式联立,解得
当
m时,
由
(1)式:
当
m时,
与
无关
6-14
(1)
m/s
(2)
m原油柱
(3)
6-15设圆管直径为
,损失为
;正方形边长为
,损失为
由于断面面积相等,即
(1)层流,所以
(2)在紊流粗糙区,
只与
有关,所以
6-16设水箱液面为0-0,喷嘴出口截面为3-3
入
+
门
+
扩
+
嘴
入
+
门
+
扩
+
嘴
)
解得:
m3/s
6-17设封闭油箱液面为1-1,开口油箱液面为2-2
层流
(
入+
弯+
出)
+
入+
弯+
出)
m
6-18设水箱液面为1-1,管子出口为2-2,弯头局部阻力系数为
,阀门为
m/s
m3/s
Pa
6-19设上游水箱液面为1-1,下游水箱液面为2-2
紊流
查莫迪图:
紊流
查莫迪图:
入
+
扩
+
门
+
出
入
+
扩
+
门
+
出
)
m
6-20设水箱液面为1-1,管道出口截面为2-2
mH2O
6-21设水箱液面为1-1,泵入口前截面为2-2
m/s
层流
(
入+
弯+
阀)
入+
弯+
阀)
Pa
6-22设烟囱底部截面为1-1,烟囱顶部截面为2-2
,
,
Pa,
,
整理得
m
6-23设烟囱底部截面为1-1,烟囱顶部截面为2-2
,
,
Pa,
,
整理得
m/s
m3/s
6-24
,
,
,
,
m/s
整理得
理论值
或
,
m/s
理论值
6-27设水箱液面为1-1,管道出口截面为2-2
m,
,
,
kg/m3
m/s,
入)
紊流
查莫迪图:
整理得
入)
Pa
6-28将
代入
整理得
——————
(1)
将
代入
的公式得
——————
(2)
假设
6-29由伯努利方程得
,即
设
,则
若
,则
6-30设自由液面为1-1,高于自由液面3米处管道截面为2-2
向上流动:
入)
则
入)
Pa
向下流动:
出)
则
出)
Pa
6-31设水箱液面为0-0,管道出口截面为3-3
,
,
,
m/s
m/s
m/s
整理得
入
+
缩
+
阀
+
嘴
m
6-32
即
又
则
m3/s
m3/s
mH2O
6-33
m
m/s
查莫迪图:
Pa
七、气体一维高速流动
7-9
m/s
m/s
7-10设飞机飞过地面观察者的水平距离为
时,才能听到声音
m/s
则
km则时间为
s
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