工程流体力学课后习题答案(杜广生)11-12

《工程流体力学（杜广生）》习题答案第1页共44页dVVTS3《工程流体力学（杜广生）》习题答案第一章习题1.解：根据相对密度的定义：dfw1360013.6。1000式中，w表示4摄氏度时水的密度。2.解：查表可知，标准状态下：1.976kg/m3，2.927kg/m3，1.429kg/m3，CO2SO2O21.251kg/m3，0.804kg/m3，因此烟气在标准状态下的密度为：N2H2O1122nn1.9760.1352.9270.0031.4290.0521.2510.760.8040.051.341kg/m33.解：（1）气体等温压缩时，气体的体积弹性模量等于作用在气体上的压强，因此，绝对压强为4atm的空气的等温体积模量：K4101325405.3103Pa；（2）气体等熵压缩时，其体积弹性模量等于等熵指数和压强的乘积，因此，绝对压强为4atm的空气的等熵体积模量：Kp1.44101325567.4103Pa式中，对于空气，其等熵指数为1.4。4.解：根据流体膨胀系数表达式可知：dVVVdT0.0058502m3因此，膨胀水箱至少应有的体积为2立方米。5.解：由流体压缩系数计算公式可知：k11050.51109m2/Ndp(4.90.98)1056.解：根据动力粘度计算关系式：6784.281072.9104PaS7.解：根据运动粘度计算公式：《工程流体力学（杜广生）》习题答案第2页共44页60PDDb6050.71030.810-33.140.20.2453.140.20.31.3101.3106m2/s999.48.解：查表可知，15摄氏度时空气的动力粘度17.83106Pas，因此，由牛顿内摩擦定律可知：9.解：如图所示，FAUh17.831060.20.30.0013.36103N高度为h处的圆锥半径：rhtan，则在微元高度dh范围内的圆锥表面积：dA=2rdhcos=2htandhcos由于间隙很小，所以间隙内润滑油的流速分布可看作线性分布，则有：drhtan===则在微元dh高度内的力矩为：dM=dAr=htan2htandhhtan=2tanh3dh因此，圆锥旋转所需的总力矩为：costan3Hcostan3H4M=dM=2cosh3dh=20cos410.解：润滑油与轴承接触处的速度为0，与轴接触处的速度为轴的旋转周速度，即：=nD60d由于间隙很小，所以油层在间隙中沿着径向的速度分布可看作线性分布，即：=dy则轴与轴承之间的总切应力为：T=A=Db2克服轴承摩擦所消耗的功率为：P=T=Db因此，轴的转速可以计算得到：60n====2832.16r/minD33《工程流体力学（杜广生）》习题答案第3页共44页11．解：2n290根据转速n可以求得圆盘的旋转角速度：===36060如图所示，圆盘上半径为r处的速度：=r，由于间隙很小，所以油层在间隙中沿着轴向的速度分布可d看作线性分布，即：=dy则微元宽度dr上的微元力矩：dM=dAr=r2rdrr=23r3dr=62r3dr因此，转动圆盘所需力矩为：D2(D2)40.40.234M=dM=62r3dr=62=63.142=71.98Nm012.解：40.2310-34摩擦应力即为单位面积上的牛顿内摩擦力。由牛顿内摩擦力公式可得：=d==8850.001594=2814.3Pady210-313.解：活塞与缸壁之间的间隙很小，间隙中润滑油的速度分布可以看作线性分布。Dd间隙宽度：=-=152.6-152.410-3=0.110-3m22因此，活塞运动时克服摩擦力所消耗的功率为：2P=T=A=dL=dL=9200.914410-43.14152.410-330.4810-214.解：620.110-3=4.42kW对于飞轮，存在以下关系式：力矩M=转动惯量J*角加速度，即M=Jddt2n2600圆盘的旋转角速度：===206060圆盘的转动惯量：J=mR2=GR2g式中，m为圆盘的质量，R为圆盘的回转半径，G为圆盘的重量。《工程流体力学（杜广生）》习题答案第4页共44页角加速度已知：=0.02rad/s2粘性力力矩：M=Tr=Ad=d2dLd=202d3L，式中，T为粘性内摩擦力，d为轴的直径，L2为轴套长度，为间隙宽度。因此，润滑油的动力粘度为：24JGR2500(3010-2)20.020.0510-3=202==d3L5g2d3L459.83.142(210-2)3510-2=0.2325Pas15.解：查表可知，水在20摄氏度时的密度：=998kg/m3，表面张力：=0.0728N/m，则由式h=4cosgd可得，h=4cos=40.0728cos10=3.66510-3mgd9989.8810-316.解：查表可知，水银在20摄氏度时的密度：=13550kg/m3，表面张力：=0.465N/m，则由式h=4cosgd可得，h=4cos=40.465cos140=1.3410-3mgd135509.8810-3负号表示液面下降。《工程流体力学（杜广生）》习题答案第5页共44页AaHg2水1第二章习题1.解：因为，压强表测压读数均为表压强，即pA=2.7104Pa，pB=2.9104Pa因此，选取图中1-1截面为等压面，则有：pA=pB+Hggh，查表可知水银在标准大气压，20摄氏度时的密度为13.55103kg/m3p-p(2.7+2.9)104AB因此，可以计算h得到：h=Hgg==0.422m13.551039.82.解：由于煤气的密度相对于水可以忽略不计，因此，可以得到如下关系式：p2=pa2+水gh2（1）p1=pa1+水gh1（2）由于不同高度空气产生的压强不可以忽略，即1,2两个高度上的由空气产生的大气压强分别为pa1和pa2，并且存在如下关系：pa1-pa2=agH（3）而煤气管道中1和2处的压强存在如下关系：p1=p2+煤气gH（4）联立以上四个关系式可以得到：水g（h1h2）+agH=煤气gH（hh即：=+12=1.28+1000(100-115)10=0.53/3水）煤气aH-3kgm203.解：如图所示，选取1-1截面为等压面，则可列等压面方程如下：pA+水gh1=pa+Hggh2因此，可以得到：p=p+gh-gh=101325+135509.890010-3-10009.880010-3=212.996kPa4.解：设容器中气体的真空压强为pe，绝对压强为pab如图所示，选取1-1截面为等压面，则列等压面方程：pab+gh=pa因此，可以计算得到：《工程流体力学（杜广生）》习题答案第6页共44页p=p-gh=101325-15949.890010-3=87.3kPaaba真空压强为：pe=pa-pab=gh=14.06kPa5.解：如图所示，选取1-1，2-2截面为等压面，并设1-1截面距离地面高度为H，则可列等压面方程：pA+水g（HAH）=p1p2+Hggh=p1pB=p2+水g（hH-HB）联立以上三式，可得：pA+水g（HAH）=pB水g（h+HHB）+Hggh化简可得：(pp)+g（HH）h=AB水AB(Hg水)g2.7441051.372105+10009.8(548-304)10-2==1.31m(13550-1000)9.86.解：如图所示，选取1-1,2-2截面为等压面，则列等压面方程可得：pab水g(h2h1)=p1p1+Hgg(h2h3)=p2=pa因此，联立上述方程，可得：pab=paHgg(h2h3)+水g(h2h1)=101325135509.8(1.611)+10009.8(1.610.25)=33.65kPa因此，真空压强为：pe=papab=101325-33650=67.67kPa7.解：如图所示，选取1-1截面为等压面，F4F45788载荷F产生的压强为p====46082.8PaAd23.140.42对1-1截面列等压面方程：(pap)oigh1水gh2paHggH解得，《工程流体力学（杜广生）》习题答案第7页共44页124Hpoigh1水gh2=46082.8+8009.80.3+10009.80.5=0.4mHgg136009.88.解：如图所示，取1-1,2-2截面为等压面，列等压面方程：对1-1截面：pa+液体gh1=pa+Hggh2对2-2截面：pa+液体gh4=pa+Hggh3联立上述方程，可以求解得到：Hggh3h3h10.300.60h====0.72m液体gh20.259.解：如图所示，取1-1截面为等压面，列等压面方程：pA+油g(hh)=pB+油g(hsh)+Hggh因此，可以解得A，B两点的压强差为：p=pApB=油g(hsh)+Hggh油g(hh)=g(hh)+gh=8309.8(100200)10-3+136009.820010-3油sHg=25842.6Pa=25.84kPa如果hs=0，则压强差与h之间存在如下关系：p=pApB=油g(hsh)+Hggh油g(hh)=(Hg油)gh10.解：如图所示，选取1-1,2-2,3-3截面为等压面，列等压面方程：对1-1截面：pA+油g(hAh1)=p2+Hggh1对2-2截面：p3油g(hBh2hA)=p2对3-3截面：pB+油ghB+Hggh2=p3联立上述方程，可以解得两点压强差为：p=pApB=Hggh1油gh1油gh2+Hggh2=(Hg油)g(h+h)=(13600-830)9.8(60+51)10-2=138912.1Pa=138.9kPa11.解：如图所示，选取1-1截面为等压面，并设B点距离1-1截面垂直高度为h《工程流体力学（杜广生）》习题答案第8页共44页=12列等压面方程：pB+gh=pa因此，B点的计示压强为：，式中：h=8010-2sin20p=pp=gh=8709.88010-2sin20=2332PaeBa12.解：如图所示，取1-1截面为等压面，列等压面方程：pa+油gH=pa+水g（H0.1）解方程，可得：H=水