工程流体力学(袁恩熙)课后习题问题详解

合集下载

工程流体力学课后习题答案

第1章绪论【1-1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。

【解】液体的密度3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯ 相对密度330.906100.9061.010w ρδρ⨯===⨯ 【1-2】体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到4.9×105Pa 时，体积减少1L 。

求水的压缩系数和弹性系数。

【解】由压缩系数公式10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE β-===⨯⨯ 【1-3】温度为20℃，流量为60m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？【解】根据膨胀系数1t dV V dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht Q Q dt Q β=+=⨯⨯-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。

罐装时液面上压强为98000Pa 。

封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。

若汽油的膨胀系数为0.0006K -1，弹性系数为13.72×106Pa ，（1）试计算由于压力温度变化所增加的体积，（2）问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少？【解】（1）由1β=-=P pdV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E 由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆tp V V ，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则由 200L β+=t V V dT得1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa ·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。

工程流体力学课后习题答案

工程流体力学（第二版）习题与解答1 2p p 2 1 V 第 1 章流体的力学性质1-1 用压缩机压缩初始温度为 20℃的空气，绝对压力从 1 个标准大气压升高到 6 个标准大气压。

试计算等温压缩、绝热压缩、以及压缩终温为 78℃这三种情况下，空气的体积减小率∆V = (V 1 - V 2 )/V 1 各为多少？解：根据气体压缩过程方程： pV k = const ，有(V /V ) = ( p / p )1/ k ，所以2112(V -V ) V ⎛ p ⎫1/ k ∆ = 1 2 = 1 - 2= 1 - 1 ⎪VV V p 1 1 ⎝ 2 ⎭ 等温过程 k =1，所以∆V = 1 - p 1 / p 2 = 1 -1/ 6 =83.33%绝热过程 k =1.4，所以 ∆ = 1 - ( p / p )1/1.4= 1 - (1/ 6)1/1.4 =72.19% 压缩终温为 78℃时，利用理想气体状态方程可得∆ = 1 - V 2 = 1 - p 1T 2 = 1 - 1⨯ 78=80.03% V 1 p 2T 1 6 ⨯ 201-2 图 1-12 所示为压力表校验器，器内充满体积压缩系数 β = 4.75 ⨯10-10 m 2/N 的油，用手轮旋进活塞达到设定压力。

已知活塞直径 D =10mm ，活塞杆螺距 t =2mm ，在 1 标准大气压时的充油体积为 V 0=200cm 3。

设活塞周边密封良好，问手轮转动多少转，才能达到 200 标准大气压的油压（1 标准大气压=101330Pa ）。

解：根据体积压缩系数定义积分可得：β = - 1 d V → V = V exp[-β ( p - p )]pV d pp因为 ntπ D 24 = V 0 - V = V 0 ⎩⎣1 - e x p - β p ( p - p 0 ) ⎤⎦所以n = 4 V ⎡1 - e - β ( p - p )⎤ = 12.14 rpmπ D 2t 0 ⎣⎦0.05mm1kN20°图 1-12 习题 1-2 附图图 1-13 习题 1-3 附图1-3 如图 1-13 所示，一个底边为200mm ⨯ 200mm 、重量为 1kN 的滑块在 20°斜面的油膜上滑动，油膜厚度 0.05mm ，油的粘度μ= 7 ⨯10-2 Pa·s 。

工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答

h 4 = 2H 4 → H =h
2 2 d2
习题3-14解题示意图1
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
Fx1 =
y x
H1
D
H2
图 3-26 习题 3-11 附图
1 1 ρ gH1 × ( DL) = × 1000 × 9.8 × 4 × (4 × 10) = 784000 N=784kN 2 2 1 D 1 4 Fx 2 = ρ gH 2 × ( L) = × 1000 × 9.8 × 2 × × 10 = 196000 N=196kN 2 2 2 2
H
h
由此得： H ≥ 122mm + h ≥ 244mm (2) 结合以上正负压操作时结果有：
p / ρ g ≤ h ≤ H − | p| / ρ g
图 3-23 习题 3-8 附图
→ 122mm ≤ h ≤ 178mm
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-6
习题 3-8 旋风除尘器如图 3-23 所示，其下端出灰口管段长 H，部分插入水中，使旋风除尘器内部与外界大气隔开，称为水封；同时要求出灰管内液面不得高于出灰管上部法兰位置。设除尘器内操作压力 ( 表压 ) p = −1.2 kPa~ 1.2kPa。净化空气 (1) 试问管段长 H 至少为多少 mm? (2) 若H=300mm，问其中插入水中的部分h应在什么范围？(取水的密度 ρ =1000kg/m3) 含尘解：(1) 正压操作时，出灰管内液面低于管外液面，高差为 h′ = p / ρ g ；为实现水封，出灰管插入深度 h 必须大于此高差，即

(完整版)工程流体力学习题集及答案

(完整版)工程流体力学习题集及答案（一）选择题1. 下列哪项不是流体的基本特性？（）A. 连续性B. 压缩性C. 粘性D. 不可压缩性答案：D2. 在流体的伯努利方程中，下列哪个物理量保持不变？（）A. 动能B. 势能C. 总能量D. 静压能答案：C3. 下列哪种流动状态是稳定的？（）A. 层流B. 紊流C. 涡流D. 粘性流动答案：A（二）填空题1. 流体的连续性方程是______。

答案：质量守恒方程2. 在流体的伯努利方程中，流速和压强的关系是______。

答案：流速越大，压强越小3. 流体力学中的雷诺数用于判断______。

答案：流动状态（三）计算题1. 已知一水平管道，直径为0.2m，流速为1.5m/s，流体密度为1000kg/m³，求管道中的流量。

答案：流量Q = π * d² * v = π * (0.2m)² * 1.5m/s = 0.0942m³/s2. 一管道中的流体在某一截面处的流速为2m/s，压强为1.5×10⁵Pa，流体密度为1000kg/m³，求该截面处的动能。

答案：动能 = 0.5 * ρ * v² = 0.5 *1000kg/m³ * (2m/s)² = 2000J/m³3. 已知一圆柱形油桶，直径为1m，高为2m，油桶内装有密度为800kg/m³的油，求油桶内油的体积。

答案：油桶内油的体积V = π * d² * h / 4 =π * (1m)² * 2m / 4 = 1.5708m³（四）论述题1. 请简述层流和紊流的区别。

答案：层流是指流体流动时各层流体之间没有交换，流动稳定，速度分布呈抛物线状。

紊流是指流体流动时各层流体之间发生交换，流动不稳定，速度分布呈锯齿状。

2. 请解释伯努利方程的物理意义。

答案：伯努利方程描述了理想流体在流动过程中，流速、压强和高度之间的关系。

工程流体力学课后习题答案

工程流体力学课后习题答案工程流体力学课后习题答案工程流体力学是研究流体在工程中的运动和力学性质的学科。

它是应用力学的一个重要分支，广泛应用于航空、航天、能源、环境等领域。

在学习工程流体力学的过程中，课后习题是巩固知识、检验理解的重要方式。

下面将为大家提供一些工程流体力学课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 一个长方形水槽的尺寸为2m×3m×4m，水槽中装满了水，求水的质量。

答：水的质量可以通过水的体积乘以水的密度来计算。

水的体积为2m×3m×4m=24m³，水的密度为1000kg/m³，因此水的质量为24m³×1000kg/m³=24000kg。

2. 一个圆柱形容器内的液体高度为1m，液体的压强为1000Pa，求液体的密度。

答：液体的密度可以通过液体的压强除以重力加速度来计算。

重力加速度的数值约为9.8m/s²。

液体的密度为1000Pa/9.8m/s²≈102.04kg/m³。

3. 一个水泵每秒向水池中抽水1000L，水池的面积为10m²，求每秒水池水位上升的高度。

答：每秒向水池中抽水1000L，即每秒向水池中注入1000kg的水。

水池的面积为10m²，因此每秒水池水位上升的高度为1000kg/10m²=100m。

4. 一个水管的直径为10cm，水流速度为1m/s，求水流的流量。

答：水流的流量可以通过水管的横截面积乘以水流速度来计算。

水管的直径为10cm，即半径为5cm=0.05m。

水管的横截面积为π(0.05m)²≈0.00785m²。

水流的流量为0.00785m²×1m/s=0.00785m³/s。

5. 一个水泵每分钟向水池中注入500L的水，水池的面积为5m²，求每分钟水池水位上升的高度。

工程流体力学的习题和答案解析

第1章绪论选择题【1.1】按连续介质的概念，流体质点是指：（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。

解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。

（d ）【1.2】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。

解：牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=，而且速度梯度d d vy 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。

（b ）【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。

解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。

（a ）【1.4】理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RTp =ρ。

解：不考虑黏性的流体称为理想流体。

（c ）【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。

解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。

（a ）【1.6】从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。

解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。

（c ）【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。

工程流体力学课后习题答案

第一章绪论1-1．20℃的水，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。

试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。

[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角（见图示），求油的粘度。

[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。

[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。

已知导线直径，长度20mm ，涂料的粘度μ=．s 。

工程流体力学课后习题答案(第二版)

第一章绪论1－1．20℃的水2。

5ｍ3,当温度升至80℃时，其体积增加多少? [解] 温度变化前后质量守恒,即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1—2.当空气温度从0℃增加至２０℃时,运动粘度增加15％,重度减少10％,问此时动力粘度增加多少（百分数)? [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度增加了3.５%1—３.有一矩形断面的宽渠道,其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中、分别为水的密度和动力粘度，为水深。

试求m h 5.0=时渠底（y =０)处的切应力。

［解］ μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当=0．５ｍ，ｙ=0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=１—４.一底面积为4５×５0ｃm 2,高为１cm 的木块，质量为5kg,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动,木块运动速度u=1m/s,油层厚1cm ，斜坡角２2。

６20(见图示),求油的粘度。

［解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力Ｔ平衡时,等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1—5.已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=,定性绘出切应力沿ｙ方向的分布图。

[解］1-６.为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。

已知导线直径0。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

实用文档工程流体力学练习题第1章 1-1解：设：柴油的密度为ρ，重度为γ；40C水的密度为ρ0，重度为γ0。则在同一地点的相对密度和比重为：

0d，0c

30/830100083.0mkgd

30/81348.9100083.0mNc

1-2解：336/1260101026.1mkg 3/123488.91260mNg

1-3解：269/106.191096.101.0mNEVVVVppVVppp 1-4解：NmpVVp/105.21041010002956 299/104.0105.211mNEpp

1-5解：1）求体积膨涨量和桶内压强受温度增加的影响，200升汽油的体积膨涨量为： lTVVTT4.2202000006.00

由于容器封闭，体积不变，从而因体积膨涨量使容器内压强升高，体积压缩量等于体积膨涨量。故：

26400/1027.16108.9140004.22004.2mNEVVVVVVppTTpT

T

2）在保证液面压强增量0.18个大气压下，求桶内最大能装的汽油质量。设装的汽油体积为V，那么：体积膨涨量为：

TVVTT

体积压缩量为：实用文档 TVEpVVEpVTpTpp1

因此，温度升高和压强升高联合作用的结果，应满足： 



pTpTEp

TVVTVV1110

)(63.197108.9140001018.01200006.0120011450lEpTVVpT

kgVm34.1381063.19710007.03

1-6解：石油的动力粘度：spa.028.01.010028 石油的运动粘度：sm/1011.39.01000028.025 1-7解：石油的运动粘度：smSt/1044.01004025 石油的动力粘度：spa.0356.0104100089.05 1-8解：2/1147001.01147.1mNu 1-9解：2/5.1621196.012.0215.0065.021mNdDuu

NLdF54.85.16214.01196.014.3

第2章实用文档 2-4解：设：测压管中空气的压强为p2，水银的密度为1，水的密度为2。在水银面建立等压面1-1，在测压管与容器连接处建立等压面2-2。根据等压面理论，有

21pghpa （1）

gzpzHgp2221)(（2）

由式（1）解出p2后代入（2），整理得： gzghpzHgpa2121)(

)(559.08.91360018.91000105.1745.08.9136004121水银柱mmggHppha





2-5解：设：水银的密度为1，水的密度为2，油的密度为3；4.0h，6.11h，3.02h，5.03h。根据等压面理论，在等压面1-1上有：

Pahhhgpghppghhhhgpaa55321231031321201039.15.03.06.18.91000100013.15.08.913600)()(



在等压面2-2上有： mhhHpgHghghp5.18004.06.110003212032120









2-6解：设：甘油的密度为1，油的密度为2，4.0h。根据等压面理论，在等压面1-1上有：

mhhHphghHgp26.17007.012604.0)(210120



2-7解：设：水银的密度为1，油的密度为2。根据等压面理论，当进气关1通气时，在等压面1-1上有： 011120phggHp（1）实用文档当进气关2通气时，在等压面1-1上有： 021220phggHp

（2）

式（1）-式（2），得： ahhgHHhhgghhgHHg2112121122211212







2122212212hhahhgghgH





2-8解：设：水银的密度为1，热水的密度为2，锅炉内蒸汽压强为1p，大气压强为0p。根据等压面理论，在等压面1-1上有： 0211pghp（1）

在等压面2-2上有： 012221pgzgzp（2）

将式（1）代入（2），得： 01222210pgzgzghp

221211

h

zzh

2-9解：设：水银的密度为1，水的密度为2。根据等压面理论，在等压面1-1上有： 1212hZgpghgZp

ABAA



PaghhgghgZhZgppAABA512122107154.05.08.91360015.08.9100011





2-10解：设：水银的密度为1，油的密度为2。根据题意，有： 22pgZpAA（1）

32phZgpAB（2）

根据等压面理论，在等压面1-1上有： 312phgp（3）

将式（3）代入（1），得：实用文档 312phggZpAA（4）

将（4）-（2），得： PahgppBA98125.08.9920100021



2-11解：设：水的密度为1，油的密度为2。根据题意，有： 21phZgpBA

221phggZpBB PahgppBA98125.08.9920100021



2-12解：设：手轮的转数为n，则油被压缩的体积为： ntdV24 根据压缩性，有：

68.222.0141075.43001025044210522tdpVnpVntdp

VPP

2-13解：设：水银的密度为1，水的密度为2。根据等压面理论，在等压面1-1上有： gzpghppghgzp201012 当测压管下移z时，根据压缩性，在等压面1-1上有： 



zhgzgghgpzzggzpghgpzzgphphgzzgp







12121102201102012





2-14解：建立坐标如图所示，根据匀加速直线运动容器中相对静止液体的等压面方程，有： caxgz

设x=0时，自由界面的Z坐标为Z1，则自由界面方程为：实用文档 xgazz1

设x=L时，自由界面的Z坐标为Z2，即： 221

2112/633.13.005.08.9smLghLzzgaLgazzLgazz

2-15解：根据题意，容器在Z方向作匀加速运动。建立坐标如图所示，根据匀加速直线运动容器中相对静止液体的压强方程，有：

cZapdzadpzz

当Z=0时，p=p0。则 0pZapz

1）容器以6m/s2匀加速向上运动时，8.1568.9za，则： Pap11580010118.1510005 2）容器以6m/s2匀加速向下运动时，8.368.9za，则： Pap10380010118.310005 3）容器匀加速自由下落时，0.08.98.9za，则： Pap10000010110.010005 4）容器以15m/s2匀加速向下运动时，2.5158.9za，则： Pap9480010112.510005 2-16解：建立坐标如图所示，根据匀速旋转容器中相对静止液体的液面等压面方程，有： 22021rg

zz

式中r=0时，自由界面的Z坐标为Z0。 1)求转速n1 由于没有液体甩出，旋转前后液体体积相等，则：





42202/012168181224DgDZdrzrhDD

2201161Dg

Zh