工程流体力学-第四版-孔珑-作业答案-详解

第二章

2・1.已知某种物质的密度P=2.94g/cm3,试求它的相对密度d。

解：d=P/Pw=2.94(g/cm3)/1(g/cm3)=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Q(82)=13.5%,a(SO2J=0.3%,

a(O2)=5.2%,a(N2)=76%,a(H2O)=5%o试求烟气的密度。

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23上题中烟气的实测温度t=170℃,实测静计压强Pe=1432Pa,当地大气压强

Pa=10058Pa。试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。

24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。

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2・5.绝对压强为3.923X10-5Pa的空气的等温体积模量和等端体积模量各等于多少？

2-6.充满石油的油槽内的压强为4.9033X10八5Pa,今由槽中排出石油40kg,使槽内

压强降到9.8067X10A4Pa,设石油的体积模量K=1.32X10A9Pa。试求油槽的体积。

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2・7.流量为50m3/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/°C,问从锅炉中每小时流出多少立方米的水?

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二匕忙7。

2-8.压缩机压缩空气，绝对压强从9.8067X104Pa升高至lj5.8840X105Pa,温度从

20℃升高到78℃,问空气体积减少了多少？

解：将空气近似作为理想气体来研窕，则由C=得出

P

p

P=~RT

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2-9.动力粘度为2.9义1。八・4Pa・S,密度为678kg/m3的油，其运动粘度等于多少？

解：V=u/P=2.9X10八-4/678=4.28X10A-7m2/s

2-10.设空气在0℃时的运动粘度vO=13.2X1O・6m2/5,密度PO=1.29kg/m3。试求

在150℃时空气的动力粘度。

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2・”.借恩氏粘度计测得石油的粘度为8.5。巳如石油的密度为P=850kg/m3,试求石

油的动力粘度。

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2-12.一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：由牛顿黏性定律

尸

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5103

可得〃=--=2X°-X~=0.004/S

AU0.25

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=0.245Pa9试求克服摩擦阻力所消

耗的功率。

解：地的转动角速度为3=网

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线速度为"=gw=njrd

2~60

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=0.245x迎平必经=50.7H7

1800x（0.2016-0.2）

2・14.一重500N的飞轮的回转半径为30cm,由于轴套间流体粘度的影响，当飞轮

600r/min旋转时，它的角减速度为0.02rad/s2。已知轴套的长度为5cm,轴的直径

为2cm以及他们之间的间隙为0.05mm。试求流体的粘度。

2-15.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120C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20C的水中，已知水与玻璃的接触角0

=10Oo试求水在管中上升的图度。

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2-17.内径为8mm的开口玻璃管插入温度为20℃的水银中。已知水银与玻璃管的接

第三章

3-2.如图所示为一直煤气管，为求管中静止煤气的密度，在高度差H=20m的两个截

面装U形管测压计，内装水。已知管外空气的密度pa=L28kg/m3,测压计读数

hl=100mm,h2=115mm。与水相比，U形管中气柱的影响可以忽略。求管内煤

气的密度。

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Pl=PnQgA+Pal

P2=Pn.oS^2Pal

▲

P\=P/PpgH

Pal=Pa2+PagH

Ppi="PHQ+Pa=1000x°」+1.28=0.53kgm;

H20

3-3.如图所示，U形管压差计水银面高度差h=15cm0求充满水的A、B两容器内

的压强差。

PA-PHP-^A=PB-PHJJS^A+町+PH科

pA-pB=(Pffs-PRQ]gh=(13600-1000)x9.8x0.15=18522Pa

3-4.如图所示，U形管压差计与容器A连接，己知h1=0.25m,h2=L61m,h3=1m。

求容器A中水的绝对压强和真空。

PA=Pa-依3)+/wog伍2一%)

=101325-13600x9.8x(1.61-1)+1000x9.8x(1.61-0.25)=33352.2Pa

pv=pa-pA=101325-33352.2=67972.8Pa

3-5.如图所示，在盛有油和水的圆柱形容器的盖上加载荷F=5788N,已

h1=30cm,h2=50cm,d=0.4m,油的密度Poi=800kg/m3,水车艮的密度PHg=13600

kg/m3,求U形管中水银柱的高度差H。

F5788

解:盖上1k强Pi=—=----5-----=46082.8"a

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PHM=P]++eg%A

o+PLM

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Png8

46082.8+1000x9.807x0.5+800x9.807x00

-13600x9.807

、0.4加

3-6.如图所示,两根盛有水银的U形测压管与盛有水的密封容器连接。若上面测压管

的水银液面距自由液面深h1=60crrvK银柱高h2=25cm,下面测压管的水银柱高

h3=30cm,P=13600kg/m3,试求下面测压管水银面距自由液面的深度h4。

3・7.如图所示，-封闭容器内盛有油和水，油层厚h1=30cm,油的密度P

oi=800kg/m3,盛有水银的U形测压管的液面距水面的深度h=50cm,水银柱的高度低

于油面h=40cm。试求油面上的计示压强。

图2-40

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3-8.如图所示，处于平衡状态的水压机，其大活塞上受力F1=4905N,杠杆柄上作用力

F2=147N,杠杆臂a=15cm,b=75cm。若小活塞直径d1=5cm,不计活塞的高度差及其

质量，计及摩擦力的校正系数n=0.9,求大活塞直径d2。

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3・22.水作用在卜图所示3/4圆柱面ABCD上，画出(a)(b)(c)种开口测压管位置

/情况的压力体及总压力垂直分力的作月方向。

图2-54

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3-26.如图所示为一扇形闸门，半径R=7.5m,挡着深度h=4.8m的水，其圆心角Q

=43°，旋转轴距渠底H=5.8m,闸门的水平投影CB=a=2.7m,闸门宽度B=6.4m,

试求作用在闸门上的总压力的大小和压力中心。

3-31.一钢筋混凝土沉箱，长6m,宽5m,高5m,底厚0.5m,侧壁厚0.3m,钢筋混

凝土的密度P1=2400kgm、3,海水的密度P2=1025kgm"3,沉箱在海面上漂浮是

否稳定?

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第四章

4-2.已知平面流动的速度分布规律为"24/+尸力r/+y"式中「为常数。求

流线方程并画出若干条流线。

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4-3.已知两平行平板间的平面流动的速度为式中k,u为常数。b

为两平板之间的距离。试给出速度分布图。

v=xy^i—+xyk

4-4.已知流场的速度分布为3（1）问属几维流动？（2）求（x,y,z）

=（1,2,3）点的加速度。

解：（1）属于二维流动，因为该流动的速度分布只与平面坐标X,Y有关。

4-15.如图所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系式。

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4-20.送风管道的截面积A1=1m2,体积流量qv1=108000m3/h,静压

p1=0.267N/cm2,风温t1=28C。管道经过一段路程以及弯管，大小节收缩段等管子

件后，截面积A2=0.64m2,静压p2=0.133N/cm2,风温t2=24℃。当地测得的大气

压pa=101325Pa,求截面A2处的质量流量qm2,体积流量qv2以及两个截面上的

平均流速vl、v2O

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4-25.额定流量qm=35690kg/s的过热蒸汽，压强p=981N/cm2,温度t=510℃,

（对应的蒸汽比体积u=0.03067m3/kg）,经①273X23mm的主蒸汽管道铅垂向下,

再经90。弯管转向水平方向流动。如不计能量损失，试求蒸汽作用给弯管的水平力。

4-33.水泵叶轮的内径d1=20cm,外径d2=40cm,叶片宽度b=4cm,水在叶轮入口

处沿径向流入，在出口处与经向成30。角的方向流出，质量流量qm=81.58kg/s。试

求水在叶轮入口与出口处的流速v1与kgv

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第五章

5-2.如图所示，用模型研究溢流堰的流动，采用长度比例尺ki=1/20.（1）已知原型

堰上水头h=3m,试求模型的堰上水头。（2）测得模型上的流量qv'=0.19m3/s,

试求原型上的流量。（3）测得模型堰顶的计示压强pe="960Pa,试求原型堰顶的

计示压强。

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5-4.将一高层建筑物的几何相似模型放在开口风洞中吹风，风速为vI=lOm/s,测得

模型迎风面点1处的计示压强pie'=980Pa,背风面点2处的计示压强p2d=-49

Pao试求建筑物在v=30m/s强风作用下对应点的计示压强。

5・6.长度比例尺ki=1/225的模型水库，开闸后完全放空库水的时间是4miri。试求

原型水库放空库水的时间。

5-8.在管道内以v=20m/s的速度输送密度P=1.86kg/m3，运动粘度u=1・3X

10.5m2/s的天然气，为了预测沿管道的压强降，采用水模型试验。取长度比例尺ki

=1/10,已知水的密度P'=998kg/m3,运动粘度u'=1.007X10m2/So为保证流

动相似，模型内水的流速应等于多少？已经测得模型每。Jm管长的压降,p'

=1000Pa,天然气管道每米的压强降等于多少?

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5-10.某飞机的机翼弦长b=1500mm,在气压Pa=105Pa,气温t=10℃的大气中以

v=180km/h的速度飞行，拟在风洞中用模型试验测定翼型阻力，采用长度比例尺k

i=1/3。(a)如果用开口风洞,己知试验段的气压pa'=101325Pa,气温t'=25℃,

试验段的风速应等于多少？这样的试验有什么问题？(b)如果用压力风洞，试验段的

气压pa〃=1MPa,气温t"=30℃,u"=1.854X10・5Pa•5,试验段的风速应等于多

少？

5-13.薄壁孔口出流的流速v与孔口直径d,孔口上水头H,流体密度p,动力粘度

H,表面张力。，重力加速度g有关的表达式。试导出孔口出流速度的表达式。

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第八章

8-1.试确定下列各流场中的速度是否满足不可压缩流体的连续性条件：

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82在不可压缩体的三维流动中，已知y*=/+V+x+>+2和与=/+2»,试用连续方

程推导出匕的表达式。

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8-3.下列各流场中哪几个满足连续性条件？它们是有旋流动还是无旋流动？（1）

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8-5,确定下列各流场是否连续？是否有旋？(1)?，=。2=6(2J=・k〃.。=0|3)

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y,=2rsm0cos0,vf=-2rsin

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8-6.已知有旋流动的速度场为""z.y/z,y/+/+z1求在点⑵2,2）处

角速度的分量。

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