《工程流体力学》习题答案

1《工程流体力学》习题答案第一章流体及其主要物理性质1-1.轻柴油在温度15ºC时相对密度为0.83，求它的密度和重度。解：4ºC时33/9800/1000mNmkg水水相对密度：水水d所以，33/8134980083.083.0/830100083.083.0mNmkg水水1-2.甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm3，求以国际单位表示的密度和重度。解：33/1000/1mkgcmgg333/123488.91260/1260/26.1mNgmkgcmg1-3.水的体积弹性系数为1.96×109N/m2，问压强改变多少时，它的体积相对压缩1％？解：dpVdVPaEpp)(1MPaPaEEVVVVpp6.191096.101.071-4.容积4m3的水，温度不变，当压强增加105N/m2时容积减少1000cm3，求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。解：1956105.2104101000PapVVpPaEp89104105.2111-5.用200L汽油桶装相对密度为0.70的汽油，罐装时液面上压强为1个大气压，封闭后由于温度变化升高了20ºC，此时汽油的蒸气压为0.18大气压。若汽油的膨胀系数为0.0006ºC－1，弹性系数为14000kg/cm2。试计算由于压力及温度变化所增减的体积？问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜？解：E＝E’·g＝14000×9.8×104PaΔp＝0.18atdppVdTTVdV00VTVTVVTT00VpVpVVpp所以，dpVdTVdppVdTTVdVpT00从初始状态积分到最终状态得：2LLLVppEVTTVVdpVdTVdVTpppTTTVV4.21057.24.2200108.914000108.918.0200200006.0)(1)(3440000000000即kgVVM32.13810004.220010007.0另解：设灌桶时每桶最多不超过V升，则200ptdVdVVVdtVdVtt2000061.0VdpVdVpp18.0140001（1大气压＝1Kg/cm2）V＝197.6升dVt＝2.41升dVp＝2.52×10-3升G＝0.1976×700＝138Kg＝1352.4N1-6.石油相对密度0.9，粘度28cP，求运动粘度为多少m2/s?解：sPaPsPasmPaPcP1.0110110132cStStsm3131.0/101.310009.010282531-7.相对密度0.89的石油，温度20ºC时的运动粘度为40cSt，求动力粘度为多少？解：89.0水dν＝40cSt＝0.4St＝0.4×10-4m2/sμ＝νρ＝0.4×10-4×890＝3.56×10-2Pa·s1-8.图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s，板与固定边界的距离δ=1，油的动力粘度μ＝1.147Pa·s，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？解：233/10147.11011147.1mNdydu1-9.如图所示活塞油缸，其直径D＝12cm，活塞直径d＝11.96cm，活塞长度L＝14cm，油的μ＝0.65P，当活塞移动速度为0.5m/s时，试求拉回活塞所需的力F=？3解：A＝πdL,μ＝0.65P＝0.065Pa·s,Δu＝0.5m/s,Δy=(D-d)/2NdyduAF55.821096.11125.010141096.1114.3065.02224第二章流体静力学2-1.如图所示的U形管中装有水银与水，试求：（1）A、C两点的绝对压力及表压各为多少？（2）A、B两点的高度差为多少？解：①pA表＝γh水＝0.3mH2O＝0.03at＝0.3×9800Pa＝2940PapA绝＝pa+pA表＝（10+0.3）mH2O＝1.03at＝10.3×9800Pa＝100940PapC表＝γhghhg+pA表＝0.1×13.6mH2O+0.3mH2O＝1.66mH2O＝0.166at＝1.66×9800Pa＝16268PapC绝＝pa+pC表＝（10+1.66）mH2O＝11.66mH2O＝1.166at＝11.66×9800Pa＝114268Pa②30cmH2O＝13.6hcmH2Oh＝30/13.6cm=2.2cm题2-2题2-32-2.水银压力计装置如图。求管中心A处绝对压力及表压力？（设油品相对密度为0.9）解：pA表＝15×13.6－10+35×0.9cmH2O＝225.5cmH2O＝0.2255at＝2.2099×104PapA绝＝pa+pA表＝（10+2.255）mH2O＝1.2255at＝120099Pa2-3.今有U形管，内装水和四氯化碳（CCl4），如图所示。试求四氯化碳的相对密度。解：列等压面方程：30.6cmH2O＝17.8cmH2O+8.0×4ccld6.188.176.304ccld2-4.图示水罐中气体绝对压强p1＝1.5×104Pa，高度H＝1m。当时的大气压强相当于745mm水银柱高。试求玻璃管中水银的上升高度h为多少？解：绝对压强p1＝1.5×104Pap1+γH＝pa－γhghγhgh＝745×10-3×13.6×9800-1.5×104-9800×1＝9.929×104-1.5×104-0.98×104＝7.449×104Pah＝7.449×104/(13.6×9800)=0.56m2-5.油罐内装相对密度0.8的油品，下有底水，为测定油深及油面上的压力，装置如图所示的U形管水银压力计，测得各液面位置如图。试确定油面高度H及液面压力p0。题2-45解：13.6×0.5-0.8＝6mH2O6-1.6＝6-0.4－d油HH＝（1.6-0.4）/d油＝1.5mP0＝6-1.6mH2O＝4.4mH2O＝0.44at＝4.312×104Pa（表压）题2-5图2-6.油罐内装相对密度0.70的汽油，为测定油面高度，利用连通器原理，把U形管内装上相对密度为1.26的甘油，一端接通油罐顶部空间，一端接压气管。同时，压气管的另一支引入油罐底以上0.40m处，压气后，当液面有气逸出时，根据U形管内油面高差h＝0.70m来推算油罐内的油深H为多少？解：p－γ甘油Δh＝p－γ汽油（H-0.4）H＝γ甘油Δh/γ汽油+0.4=1.26×0.7/0.70+0.4=1.66m2-7.为测定油品重度，用如下装置，经过1管或2管输入气体，直至罐内油面出现气泡为止。用U形管水银压力计分别量出1管通气时的Δh1，及2管通气时的Δh2。试根据1、2两管的沉没深度H1和H2以及Δh1和Δh2，推求油品重度的表达式。解：2021012022210111HhHhHphpHphpHgHgHgHg2121021021HHhhHHhhHgHg2-8.如图所示热水锅炉，h2＝50mm，问锅炉内液面在何处？（要求作图表示不必计算）液面上蒸汽压力为多少？右侧两管的液面差h1应为多少？解：①C—D②p0＝γhgh2＝13.6×9800×50×10-3pa＝6664Pa③p0＝γhgh2＝γ水h1mmmhhHg68068.010506.13321水水水6题2－8图题2－9图题2－10图2-9.图示两水管以U形压力计相连，A、B两点高差1m，U形管内装水银，若读数h＝0.50m，求A、B两点的压差为多少？解：HA－HB＝1－h＝1-0.50＝0.50matPahHphHHpphHpHpHgBAHgBAABHgAABB73.0715405.098006.135.09800水水水水2-10.欲测输油管上A、B两点的压差，使用U形管压差计，内装水银，若读数h＝360mm，油的相对密度0.78，则pA－pB＝？解：atPahhhhpphhhpphhphpHgBAABHgBAHgBBAA46.096.4522810360980078.06.1378.06.133水水油油油油2-11.为测水管上微小压差，使用倒U形管，上部充以相对密度0.92的油，若h＝125mm，求pA－pB＝？解：PahhhpphhphpBADBA9810125980008.092.013C＝＝＝水油水油水水2-12.图示为校正压力表的压挤机，密闭室内油的容积V＝300cm3，圆柱塞直径d＝10mm，柱的螺距t＝2mm，摇柄半径r＝150mm，求获得250大气压时所需的手摇轮的转数？（根据油的压缩性找出体积平衡关系，p＝4.75×10-10Pa-1）解：7圈2324.2201.014.3102108.9250103001075.44442346200210DtpVnpVDntpp2-13.用水银测压计测量容器中的压力，测得水银柱高差为h，如图所示。若将测压管下移到虚线位置，左侧水银面下降z，如果容器内压力不变，问水银柱高差h是否改变？改变多少？若容器内是空气，重度γa＝11.82N/m3，结果又如何？解：p+γ水z＝γHghh`=[p+γ水(z+Δz)]/γHgΔh=h`-h=[p+γ水(z+Δz)-p-γ水z]/γHg=(γ水/γHg)Δz=Δz/13.6≈0.07353Δz所以，水银柱高度差h变大。若容器中是空气γa＝11.82N/m3p=γHghh=p/γHg与z无关，h不变2-14.利用装有液体并与物体一起运动的U形管量测物体的加速度，如图所示。U形管直径很小，L＝30cm，h＝5cm。求物体加速度a为多少？解：自由液面方程：xgazs2211xgazxgazss其中，x1＝－15cm，x2＝－15cm，zs1－zs2＝h＝5cmzs1－zs2＝－a（x2－x1）/ga＝gh/L=9.8×0.05/0.3=1.63m/s22-15.盛水容器，试求其中深度H＝1m处的液体压力。（1）容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时；（2）容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时；（3）自由下落时；（4）容器以15m/s2的匀加速度下降时；解：如图建立直角坐标系，则在dp＝ρ(Xdx+Ydy+Zdz)中有：X＝0，Y＝0，Z＝－g－a所以，dp＝-(g+a)ρdz积分上式：p＝-(g+a)ρz+C代入边界条件：z＝0时，p＝0（表压）得C＝0所以：p＝-(g+a)ρz，令－z＝H得：p＝(g+a)ρH（1）容器以6m/s2的匀加速度垂直上升时：a＝6m/s2p＝(g+a)ρH＝（9.8+6）×1000×1＝15800Pa＝0.16at（2）容器以6m/s2的匀加速度垂直下降时：a＝－6m/s2p＝(g+a)ρH＝（9.8－6）×1000×1＝3800Pa＝0.039at（3）自由下落时：a＝－9.8m/s28p＝(g+a)ρH＝（9.8-9.8）×1000×1＝0（4）容器以15m/s2的匀加速度下降时：a＝－15m/s2p＝(g+a)ρH＝（9.8－15）×1000×1＝-5200Pa＝0.053at2-16.在一直径D＝300mm、高H＝500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1＝300mm，然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液面到达容器上部边缘时的转数n1。当转数超过n1时，水开