流體力學(xué)課后作業(yè)答案

1、第一章習(xí)題解答第一章習(xí)題解答321-3 水的密度水的密度=1000kg/m3，=0.59910-3Pas，求運(yùn)動(dòng)，求運(yùn)動(dòng)粘度粘度。解：解：362/0.599 10/10005.99 10 m /s 1-7 20C的空氣在直徑為的空氣在直徑為2.5cm的管中流動(dòng)的管中流動(dòng)，距管壁上，距管壁上1mm處的空氣速度為處的空氣速度為3cm/s。求作用于單位長(zhǎng)度管壁上的粘性切。求作用于單位長(zhǎng)度管壁上的粘性切力為多少？力為多少？解：解：T=20C時(shí)，時(shí)， =0.018310-3Pas332d0.030.0183 100.549 10 N/md0.001uy空氣層厚度很小空氣層厚度很小（1mm），），速度可認(rèn)

2、為是線性分布速度可認(rèn)為是線性分布3-50.549 103.14 0.025 1=4.31 10 NTAdl 1-9 一圓錐體繞其鉛直中心軸等速旋轉(zhuǎn)，錐體與固定一圓錐體繞其鉛直中心軸等速旋轉(zhuǎn)，錐體與固定壁間的距離壁間的距離=1mm，全部為潤(rùn)滑油（，全部為潤(rùn)滑油（=0.1Pas）充）充滿。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度滿。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度=16rad/s，錐體底部半徑，錐體底部半徑R=0.3m，高高H=0.5m時(shí)，求作用于圓錐的阻力矩時(shí)，求作用于圓錐的阻力矩。22ddhlHRH0333021.166d2=1.166h d=39.6N mHHrNF rrh rRhH 又又 N = F r ， ，流體力學(xué)流體力學(xué)33H2R

3、dhdlrhh=0解：錐體與固定壁間距離很小，速度不大，故考慮潤(rùn)滑油解：錐體與固定壁間距離很小，速度不大，故考慮潤(rùn)滑油流速分布為線性。流速分布為線性。22dd1.166dRHlhhHddury2FArdl流體力學(xué)流體力學(xué)341-13 水暖系統(tǒng)為防止水溫升高時(shí)體積膨脹將水管脹裂，水暖系統(tǒng)為防止水溫升高時(shí)體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設(shè)膨脹水箱，若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積在系統(tǒng)頂部設(shè)膨脹水箱，若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積V=8m3，加溫前后溫差為加溫前后溫差為50C，水的體膨脹系數(shù)為，水的體膨脹系數(shù)為0.0005 1/C，求膨脹水箱的最小容積求膨脹水箱的最小容積。解：由解：由tVVVdd3dd0.0005 50 8

4、0.2mVVt V 第二章習(xí)題解答第二章習(xí)題解答452-29 有一容器上部盛油有一容器上部盛油h1=1m，1=800kg/m3，下部盛水下部盛水h2=2m，側(cè)壁傾角，側(cè)壁傾角=60。求容器壁上單寬靜水壓力及作用。求容器壁上單寬靜水壓力及作用位置位置。解：解：1111800 9.8 0.5 (1/sin60 ) 14.52kNCFgh A 1121ghgh1800 11000 h 10.8mh22221000 9.8 (0.8 1) (2/sin60 ) 140.74kNCFghA 1245.26kNFFF油油 h1水水 h2310.5(1/12) 1 (1/sin60 )0.769msin60

5、(0.5/sin60 ) 1 (1/sin60 )Dy 1122(1 0.8)/sin60 )2.35mDDDF yFyyF由力矩平衡由力矩平衡流體力學(xué)流體力學(xué)46油油 h1水水 h2F2F1yD2yD1FyD321.8(1/12) 1 (2/sin60 )sin60(1.8/sin60 ) 1 (2/sin60 )2.292mDy 2-7 測(cè)壓管中水銀柱差測(cè)壓管中水銀柱差h=100mm，在水深，在水深h=2.5m處安處安裝測(cè)壓表裝測(cè)壓表M，求其讀數(shù)，并圖示測(cè)壓管水頭線的位置。，求其讀數(shù)，并圖示測(cè)壓管水頭線的位置。流體力學(xué)流體力學(xué)47Mhhp0解：解：0(13.6 0.1 1 2.5) 9.8

6、37.83kPawHgwppghg hgh 37.833.86m1000 9.8wphg即測(cè)壓表以上即測(cè)壓表以上3.86m或液面以上或液面以上3.86-2.5=1.36m。h測(cè)壓管水頭線測(cè)壓管水頭線2-30 密封方形柱體容器中盛水密封方形柱體容器中盛水, ,底部側(cè)面開底部側(cè)面開0.5m0.6m的矩形孔的矩形孔,水面絕對(duì)壓強(qiáng)水面絕對(duì)壓強(qiáng)p0=117.7kPa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa=98.07kPa ,求作用于閘門的水靜壓力及作用點(diǎn)。求作用于閘門的水靜壓力及作用點(diǎn)。解：解：流體力學(xué)流體力學(xué)4802117.798.072mH O9800pphg9800 (2.80.3) 0.5 0.69.1

7、14kNCCPp Agh Ap00.8m0.6m2m3(1/12) 0.5 (0.6)0.01m3.1 0.5 0.6CxeCIyy A即形心下方即形心下方0.01m處，或液面下處，或液面下(0.8+0.3+0.01=)1.11m處。處。解：解：1 1解析法解析法流體力學(xué)流體力學(xué)49120.52mChhh1000 9.8 2 2 22110.87kNCPgh A 3(1/12) 2 (2 2)0.236m2 22 2 2CxeCIyy A 由力矩平衡由力矩平衡2=(2)1101.3kNeFPyGF2 2圖算法圖算法3211221()255.43 10 m2pAghhhh355.43 102N1

8、10.86kNpPA b212122(3)1.178m3(2)hhhehh2.32 AB為為矩形閘門矩形閘門, ,A為閘門的轉(zhuǎn)軸為閘門的轉(zhuǎn)軸,閘寬閘寬b=2m,閘門質(zhì)閘門質(zhì)量量m=2000kg,h1 =1m,h2 =2m , 問(wèn)問(wèn)B端所施的鉛直力端所施的鉛直力F為為何值時(shí)何值時(shí),才能將閘門打開。才能將閘門打開。22=( 2)1101.3kNFPheGF2.37 圓柱體圓柱體直徑直徑d=2m，長(zhǎng)，長(zhǎng)l=5m，放置于，放置于60的斜的斜面上，求水作用于圓柱體上的靜水總壓力大小及其面上，求水作用于圓柱體上的靜水總壓力大小及其作用方向。作用方向。流體力學(xué)流體力學(xué)50解：解：xxCxPgh A23111

9、( )sin60cos60 512.18m2222dVVVdd圓三角60cos609800cos605224.5kNdd9800 12.18119.36kNzPgV22121.85kNxzPPP=arctg78.4zxPPP指向圓柱中心指向圓柱中心作圖題作圖題1. 畫出圖中畫出圖中AB 面上的靜壓強(qiáng)分布圖面上的靜壓強(qiáng)分布圖形形。流體力學(xué)流體力學(xué)51gh1gh2gh3pa+gh1papa+gh2gh1g(h-h2)ghghg(h+R)g(h-h2)作圖題作圖題2. 繪出圖中各個(gè)曲面上的壓力體，并標(biāo)示繪出圖中各個(gè)曲面上的壓力體，并標(biāo)示出曲面所受的垂直分力的作用方向。出曲面所受的垂直分力的作用方向。

10、流體力學(xué)流體力學(xué)52第三章習(xí)題解答第三章習(xí)題解答483-9 管段管段AB，dA=0.2m，dB=0.4m，高差，高差h=1m， pA=70kPa，pB=40kPa， vB=1m/s 。判斷水在管中的流動(dòng)方向并求損失。判斷水在管中的流動(dòng)方向并求損失。解：解：2244AABBvdvd22()()22AABBlABpvpvhzzgggg4m/sAv323270 10440 101(0)(1)98002 9.898002 9.827.965.132.83mH O對(duì)對(duì)A，B列伯努利方程，得列伯努利方程，得22.83mH O0lh 所以水的流動(dòng)方向是所以水的流動(dòng)方向是AB 。ABh49解：解：223442

11、vvpgg222112.62vvhg28.56m/sv 233/15.22m/s4vQd2267.2 /s4Qvdl流體力學(xué)流體力學(xué)3.13 水由噴嘴流出，水由噴嘴流出，d1=125mm，d2=100mm， d3=75mm，h=175mm。不計(jì)損失，求。不計(jì)損失，求 H，p，Q。對(duì)對(duì)1-11-1，2-22-2列伯努利方程列伯努利方程對(duì)對(duì)3-33-3，4-44-4列能量方程列能量方程42vv22344()79.2kPa2vvp2311.82m2vHgHhd3d2d1p11223350解：解：1212ppzzgg2211221222lpvpvzzhgggg25mH O2500.112vg 8.74

12、m/sv 閥關(guān)時(shí)，由靜力學(xué)方程閥關(guān)時(shí)，由靜力學(xué)方程流體力學(xué)流體力學(xué)3-18 閥關(guān)壓力表讀數(shù)時(shí)閥關(guān)壓力表讀數(shù)時(shí) p=49kPa,閥開時(shí)閥開時(shí)p=0.98kPa，管進(jìn)口到閘門總損失為管進(jìn)口到閘門總損失為1m，求管中平均流速，求管中平均流速v。1122閥開時(shí)，由伯努利方程閥開時(shí)，由伯努利方程51解：解：221211()1293.4kPa2pvv22112022pvvggg21293.40.40.4 (50.963.18)4143.34kNF/1211.945kNF流體力學(xué)流體力學(xué)3.28 管末端噴嘴管末端噴嘴d =10cm，D =40cm，Q=0.4m3/s，12個(gè)螺栓固定法蘭，不計(jì)質(zhì)量，求每個(gè)螺栓

13、的受力個(gè)螺栓固定法蘭，不計(jì)質(zhì)量，求每個(gè)螺栓的受力。列動(dòng)量方程列動(dòng)量方程列能量方程列能量方程D12243.18m/s, =50.96m/sQvvD每個(gè)螺栓受力：每個(gè)螺栓受力：1121()FFp AQ vv dF52流體力學(xué)流體力學(xué)3.33 水流垂直于紙面的寬度為水流垂直于紙面的寬度為1.2m，求它對(duì)建筑，求它對(duì)建筑物的水平作用力物的水平作用力。21111113.23kN2CPgh AghB2222214.763kN2CPgh AghB列動(dòng)量方程列動(dòng)量方程)(112221vvQPPF111 12222v Av hv Av h13.234.7632.572 1.5 1.2 (4.2872.572)0

14、.527kN=527NFF代入動(dòng)量方程得代入動(dòng)量方程得方向向右方向向右解：解：1253vv1.5m0.9m0.6m2211列連續(xù)性方程列連續(xù)性方程列能量方程列能量方程22121222vvhhgg122.572m/s, =4.287m/svvF第四章習(xí)題解答第四章習(xí)題解答264-8 油在管中油在管中v=1m/s，l=3m，d=25mm，=920kg/m3，水銀，水銀面高差面高差h=9cm。求流。求流態(tài)、運(yùn)動(dòng)粘度態(tài)、運(yùn)動(dòng)粘度、若反向流動(dòng)如何？、若反向流動(dòng)如何？解：解：13.60.921.24m0.92fhh0.2521 0.0257.8 10 m /sRe320vd 若反向流動(dòng)，若反向流動(dòng)，Q不變

15、，不變，Re不變，不變，不變，不變，hf不變，不變，所以所以h不變，只是反向高差為不變，只是反向高差為9cm。hl又又22flvhdg設(shè)為層流設(shè)為層流64Re3202000成立成立27解：解：2241.94m/s()QQvADd61.94 0.025Re370801.308 10evd0.0322000查圖為水力粗糙區(qū)查圖為水力粗糙區(qū)流體力學(xué)流體力學(xué)4-20 環(huán)形斷面管道中水溫環(huán)形斷面管道中水溫10，流量，流量Q=400L/min， 當(dāng)量粗糙高度當(dāng)量粗糙高度K=0.15mm，d=75mm，D=100mm。求。求在管長(zhǎng)在管長(zhǎng)l=300m管段上的沿程水頭損失管段上的沿程水頭損失。22()0.006

16、25m4 ()4DdDdRDd查水溫得查水溫得621.308 10 m /s40.025medR33/0.15 10/25 100.006eK d13.72lg/eK d223001.940.03273.74m20.0252 9.8felvhdg28解：解：22/7.143/19.1m/s44vQd1a()fpgHgh列伯努利方程得列伯努利方程得流體力學(xué)流體力學(xué)4-23 煙囪直徑煙囪直徑d =1m，煙氣流量為，煙氣流量為18000kg/h，煙氣密度，煙氣密度=0.7kg/m3，大氣密度，大氣密度a=1.29kg/m3，煙道，煙道=0.035，要，要保證煙囪底部保證煙囪底部1-1斷面的負(fù)壓不小于

17、斷面的負(fù)壓不小于100Pa，煙囪的高度，煙囪的高度至少應(yīng)為多少至少應(yīng)為多少？所以，煙囪的高度至少應(yīng)為所以，煙囪的高度至少應(yīng)為21m。Hd22112a()2l vgHgdg2a()2vHgd 21mH29流體力學(xué)流體力學(xué)4-24 測(cè)定測(cè)定90的彎頭的局部阻力系數(shù)的彎頭的局部阻力系數(shù)。AB段管長(zhǎng)段管長(zhǎng)l=10m，d=50mm，=0.03。若。若AB兩斷面測(cè)壓管水頭兩斷面測(cè)壓管水頭差差h=0.629m，經(jīng)，經(jīng)2分鐘流入水箱的水量為分鐘流入水箱的水量為0.329m3。2/1.4m/s4vQd22fl vhdghAB解：解：330.329/60 22.74 10 m /sQ2101.40.030.6m0

18、.052 9.80.629mlh 0.029mmlfhhh22vg0.2930流體力學(xué)流體力學(xué)紊流紊流層流層流過(guò)過(guò)渡渡區(qū)區(qū)m=1.75-2.0fhlgvlgm=1 由于兩種流態(tài)的流場(chǎng)結(jié)由于兩種流態(tài)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力特性存在很大的區(qū)構(gòu)和動(dòng)力特性存在很大的區(qū)別，對(duì)它們加以判別并分別別，對(duì)它們加以判別并分別討論是十分必要的。層流討論是十分必要的。層流時(shí)，沿程水頭損失與平均流時(shí)，沿程水頭損失與平均流速成正比，而紊流時(shí)則與平速成正比，而紊流時(shí)則與平均流速的均流速的1.751.752.02.0次方成正次方成正比。利用這一點(diǎn)來(lái)判別流態(tài)比。利用這一點(diǎn)來(lái)判別流態(tài)比用肉眼直接觀察更可靠、比用肉眼直接觀察更可靠、更科

19、學(xué)。更科學(xué)。第五章習(xí)題解答第五章習(xí)題解答265-3 水箱分水箱分A A、B B兩格，隔板上有薄壁孔口兩格，隔板上有薄壁孔口d1=25mm，B箱底箱底部有部有d2=30mm圓柱形管嘴，管嘴長(zhǎng)圓柱形管嘴，管嘴長(zhǎng)l=0.1m，H1=3m不變。不變。分析出流恒定條件（分析出流恒定條件（H2不變），不變）， H2為多少？水箱為多少？水箱Q1多少？多少？解：解：120.62,0.8233123.56 10 m /sQQH111122222 ()2 (0.1)Ag HHAg H其中其中21.83mHH2Q1Q2AB要使出流恒定，則要使出流恒定，則 Q1= = Q2265-15 兩水池用虹吸管連通，水位差兩水

20、池用虹吸管連通，水位差H=2m，管長(zhǎng)管長(zhǎng)l1=3m， l2=5m，l3=4m， 直徑直徑d=200mm，h=1m。=0.026，1=10，2=1.5，3=1.0，求：虹吸管流量，管中壓強(qiáng)最低點(diǎn)位置及其，求：虹吸管流量，管中壓強(qiáng)最低點(diǎn)位置及其最大負(fù)壓值。最大負(fù)壓值。解：解：1.59m/sv 00000lHh得得21.590.249.93 /s4Ql（1 1）對(duì)）對(duì)1-11-1，2-22-2列能量方程列能量方程l1l2l31231mH1122332123123(2)2llllvhdg（2 2）對(duì)）對(duì)1-11-1，3-33-3列能量方程列能量方程210002lpvhhgg212112()2lllvh

21、dg26.92kPa=2.7mp265-16 水泵抽水系統(tǒng)水泵抽水系統(tǒng)Q=40l/s，=0.03，求：吸水管及壓水管，求：吸水管及壓水管的的S數(shù)，水泵所需水頭，繪制總水頭線。數(shù)，水泵所需水頭，繪制總水頭線。解：解：2424258()/208 (0.0330.2)/0.250.259.8118.7s /mlSd gd 吸22(173)()20(118.72106.1) 0.0423.56mHpSSQ吸壓1=317m2=0.23=0.24=0.5l1=20d1=0.25l2=260d2=0.23m24252608 (0.030.20.5 1.0)/0.29.80.22106.1s /mS 壓261

22、=317m2=0.23=0.24=0.5l1=20d1=0.25l2=260d2=0.23mh壓壓h吸吸zHp總水頭線圖總水頭線圖265-22 管路管路Q=0.6m3/s，=0.02，忽略局部損失，求：，忽略局部損失，求：A、D兩兩點(diǎn)間的水頭損失。點(diǎn)間的水頭損失。解：解：248/lSd gdl4l3l2l5l1ADBC25121.3s /mS252s /mS 346.8253s /mS 545.2254s /mS 145.5255s /mS 14.81111SSSS234中25s /mS中31.062152()(21.331.06 14.8) 0.624.18mlhSSSQ中習(xí)題習(xí)題7-37-

23、3：已知速度場(chǎng)為：已知速度場(chǎng)為： 式中式中c c為常數(shù)，求流場(chǎng)得渦量及渦線方程。為常數(shù)，求流場(chǎng)得渦量及渦線方程。解：解：1 1）渦量場(chǎng)渦量場(chǎng)分量為：分量為：0, 0,22zyxuuzycu22220zyczyuxuzyczxuzuzuyuxyzzxyyzxzyxzyxddd2）渦線方程）渦線方程為：為：yzzyxdd0d由由即即2122CxCzy流體力學(xué)流體力學(xué)42習(xí)題習(xí)題7-47-4：求沿封閉曲線：求沿封閉曲線 的速度環(huán)量。的速度環(huán)量。0,222zbyx./, 0)3( ; 0,)2( ; 0,) 1 (rAuuuAyuuAxuryxyx其中其中A為常數(shù)。為常數(shù)。解：解：1 1）)dd()dd(yxxyyuxuyx97 因?yàn)橐驗(yàn)?sinsin,coscosbrybrx0cos21)2/d(cos)cosd(cos1122112