流体力学课后习题答案自己整理孔珑4版

《工程流体力学》课后习题答案

孔珑第四版

第2章流体及其物理性质 (4)

2-1 (4)

2-3 (4)

2-4 (6)

2-5 (6)

2-6 (6)

2-7 (7)

2-8 (7)

2-9 (8)

2-11 (8)

2-12 (9)

2-13 (9)

2-14 (10)

2-15 (10)

2-16 (11)

第3章流体静力学 (12)

3-1 (12)

3-2 (12)

3-3 (13)

3-5 (13)

3-6 (14)

3-9 (14)

3-10 (15)

3-21 (18)

3-22 (19)

3-23 (20)

3-25 (20)

3-27 (20)

第4章流体运动学及动力学基础 (22)

4-2 (22)

4-5 (22)

4-6 (23)

4-8 (23)

4-11 (24)

4-12 (24)

4-14 (25)

4-22 (25)

4-24 (26)

4-26 (27)

第6章作业 (28)

6-1 (28)

6-3 (28)

6-7 (29)

6-10 (29)

6-11 (29)

6-12 (30)

6-17 (31)

第2章流体及其物理性质

2-1

已知某种物质的密度ρ=2.94g/cm3，试求它的相对密度d。【2.94】解：ρ=2.94g/cm3=2940kg/m3，相对密度d=2940/1000=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%α(SO2)=0.3%，α(O2)=5.2%，α(N2)=76%，α(H2O)=5%。试求烟气的密度。

解：查课表7页表2-1，可知ρ(CO2)=1.976kg/m3，ρ(SO2)=2.927kg/m3，ρ(O2)=1.429kg/m3，ρ(N2)=1.251kg/m3，ρ(H2O)=1.976kg/m3，ρ(CO2)=1.976kg/m3，

3

ρ

=∑i iαρ

=

341

.1

kg/m

2-3

上题中烟气的实测温度t=170℃，实测静计示压强Pe=1432Pa，当地大气压Pa=100858Pa。试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。【0.8109kg/m3，2.869×10-5㎡∕s】

解：

1）设标准状态下为1状态，则p1=101325pa，T1=273K，ρ1=1.341kg/m3工作状态下为2状态，则p2=p a-p e=100858-1432=99416pa，T2=273+170=443K，

则根据理想气体状态方程，可知

2

22111T p T p ρρ= 带入数值，可得工作状态下ρ2=0.8109kg/m 3

2）运动粘度，与课本14页例题2-4题比较

先求出每一种气体在170℃时的动力粘度，利用苏士兰公式，课本12页。

黏度（标态下） 工作温度T （K) S

黏度（工况下） 二氧化碳 14.8 443 254 23.13136019 二氧化硫 11.6 443 306 18.53601422 氧气 19.2 443 125 27.80978196 氮气 17.6 443 104 25.07427072 水 8.93 443

961

16.22411924

利用公式2-19求出混合气体在工况下的动力黏度：

分子量 分子量开平

方

黏度 分子 分母 0.135 44 6.63 23.13 20.71 0.90 0.003 64 8.00 18.54 0.44 0.02 0.052 32 5.66 27.81 8.18 0.29 0.76 28 5.29 25.07 100.82 4.02 0.005 18 4.24

16.22 0.34 0.02 130.50 5.26

工况动力黏

度

24.83

工作状态下的动力黏度为）（s pa 1083.246

-??=μ

工作状态下的运动粘度s m /1062.30108109

.083

.24266--?=?==

ρμν

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。

pa p K 8105.20002.050000

?===

ρ

δρδ

2-5

绝对压强为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

充满石油的油槽内的压强为4.9033×105Pa,今由槽中排出石油40kg ，使槽内压强降到9.8067×104Pa ，设石油的体积模量K ＝1.32×109 Pa 。试求油槽的体积。 3/900m kg =ρ 345

2

90040m m V ===ρδδ 3153m V V

V p K =?=δδ

流量为50m 3/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av=0.000641/℃,问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？

解： V 80.005502m V V T α?=???=??=50*0.000641*20=0.64m 3/h V+0.64=50.64m 3/h 答：50.64m 3/h

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？

解：油的动力粘度s a 109.24??=-P μ，密度3678kg m ρ-=?，则油的运动粘

度s m /1028.4678

109.2274

--?=?=

=ρμν。 答：略

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。

课本12页公式2-18，苏士兰公式2

3

0273273??

? ??++=T S T S μμ

s pa 02810.1729.1102.1366000?=??==--ρνμ

查表2-6 S=111K T=273+150=423K

s pa 1062.2327327362

30??=?

?

? ??++=-T S T S μμ

答：略

2-11

解：课本15页公式2-21

s

E

E /cm 614.05.8/0631.05.8*0731.0/0631.00731.02=-=-= ν

s a 05219.010*614.0*8504?===-P ρνμ

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。

解

x dv v

F A A A dy h

σμ

μ==?≈? 3

0.51020.004(pa s)0.25

Fh Av μ-??==?=?

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μ=0.245Pa ·s ，试求克服摩擦阻力所消耗的功率。 解：x

v F A dl h δτπμ

==?

速度梯度：

()13.140.22830/60

37045()/2

0.0008

v

dn

s h

D d δπ-??=

=

=-

摩擦阻力：

0.20.30.245370451710.8()x

v F A dl N h

δτπμ

π==?=????=

克服摩擦阻力所消耗的功率：

/601710.80.22830/6050701()P Fv F dn W ππ==?=???=

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。

第3章 流体静力学

3-1

如图2-34所示，烟囱高H=20m,烟气温度Ts=300℃，压强ps ，试确定引起火炉中烟气自动流通的压强差。烟气密度可按下式计算：ρs=(1.25-0.0027ts)kg/m3，空气的密度ρa=1.29)kg/m3

3-2

解：如图示，分别在等压面1-2，3-4处列平衡方程

213air1H O 1P P P gh ρ==+， 224air2H O 2P P P gh ρ==+

因为12g P P H ρ=+煤气，

air1air2air g P P H ρ=+

所以

air1air2H2O 12air 21212

12

air 2-(-)(-)--==+H O H O P P g h h gH g h h P P h h gH gH gH H

ρρρρρρ++=

=煤气 3

-3100115101.280.53kg m 20

--??（）＝＋

＝ 答：略

3-3

pa gh p p B A 18522-(==-）水水银ρρ

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。

绝对压强)()(1232h h g h h g p p Hg a A -+--=水ρρ=33352.2pa 真空P V =101325-33352.2=67972.8pa

3-5

解：有压力引起的压强

F 22

2

445788

=

=

==46059.4Pa 3.140.4

4

F

F P d d π

π?? 如图示，在等压面1-2处列平衡方程

21a F oi 1H O 2P P P gh gh ρρ=+++，

2a Hg P P gH ρ=+

因为12P P =，所以，

2a F oi 1H O 2a Hg =P P gh gh P gH

ρρρ++++，

所以

2-23-2F oi 1H O 2

3

Hg 46059.4+8009.813010109.815010=

==0.399m 13.6109.81

P gh gh H g

ρρρ++???+?????答：略

3-6

)()(1423h h g h h g -=-水水银ρρ 得h 4=1.28米

3-9

一双杯式微压计如图2—49所示，A 、B 两杯的直径均为d ＝50mm ，用U 形管连接，U 形管的直径d2＝5mm ，A 杯中盛有酒精，密度P1＝870 k8／m3，B 杯中盛有煤油，密度P2＝830kg ／m3，当两杯的压强差为零时，酒精煤油的分界面在o —o 线上，试求当两种液体的分界面上升到o ’一o ’的位置，h ＝280mm 时压强差为多少?

3-10

()()()()1123234h H g h h g h h g h h g p p Hg Hg a ---+---+=水水ρρρρ

=366284pa

2-11

（1）时，?=45α

5613022*8.9*810sin 21=???

? ??+=??? ??+=A A g k αρ pa kl 11232.0*5613p ===? （2）时，?=30α

4890021*8.9*998sin 21=??

? ??+=??? ??+=A A g k αρ cm

97.22m 2297.04890

1123

1123p ===

?==?l pa kl

作业存在的主要问题：

●答题格式不规范，必须的公式、图表以及一些符号说明没有在答

案中体现。

●个别学生只列公式，不计算，直接将题后答案搬上去。甚至有同

学将一道题的答案写在了两道题的结果上。

●存在较为严重的抄袭现象。

●书中答案未必正确，不要迷信书中结果。

流体力学作业 第3章

3-21

解：

设闸门宽为b ，则左侧水体作用在闸门上的总压力为

2

11123

c gbH F gh A ρρ==，其作用点位置

33311111()()sin 60sin 60

131********sin 602sin 60

Cy D C C H H b b I H H H x x H bH H bH x A =+=+=+=

右侧水体作用在闸门上的总压力为

2

22222sin 60sin 603

c h h gbh F gh A g b ρρρ===

其作用点位置

3

22

222(

)sin 60

53122sin 6092sin 60sin 60

Cy D C C h b I h h x x h h x A b

=+=+=

当闸门自动开启时，力1F 和2F 对O 点的力矩相等，即

11-60sin D x x H L -=

，2260

sin D x h

x L +-= 1122(

)()sin 60sin 60D D H h

F x x F x x --=-+，所以 112212

(

)()sin 60sin 60D D H h

F x F x x F F ---=

+

2222

213253()()3sin 601839sin 602233

gbH H H gbh h h

gbH gbh ρρρρ---=+

332223135323

()()31893H h H h ---=

+

332223135323

2()0.4()3189320.4

?--?-=

+

0.83m =

3-22

3-23

如图示，作用在上半球体上的压强左右对称，所以总压力的水平分力为零。根据压力体的概念，上半球体的压力体如图阴影部分所示。垂直分力方向向上，其大小为

2314()[()()]22232d d d F gV g V V g πρρρπ==-=-压力体圆柱半球

3

33109.81 3.14210.27KN

24

24g d ρπ???=

==

3-25

3-27