工程流体力学答案解析[周云龙第三版]

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1、.第一章1-1 kg/m31-2 kg/m31-3 m3/h1-4 1/Pa1-5 Pas1-6 m2/s1-7 m/s 1/s Pas Pa1-8 1-9 当时, 当时, 所以1-10 N Pas Pas1-11 1-12 m/sm2NkW1-13 Pasm2NkW1-14 1-15 m2N1-16 m2m/sr/min1-17 PasN1-18 由1-14的结果得Nm1-19 1-20 mm1-21 mm1-22 由 得 其中 则 1-23 根据牛顿内摩擦定律 由于流速随半径的增加而减小,即是负值,为了使为正值,上式在等号右端取负号 根据已知条件 在管壁处 则当时 管壁处的阻力 1-24

2、其中kg则 N由其中m2 1/s则 Pas第二章2-1kPa2-2 PaPa2-3 且 m PaPa PaPa PaPa2-4 设A点到下水银面的距离为h1,B点到上水银面的距离为h2 即 m2-5 kg/m3Pa2-6 Pa2-7 kPa PakPa2-8 设cm m mkPa2-9 Pa cm2-10 Pa m2-11 整理得 m2-12 Pa2-13 cm2-14 2-15 整理：kPa2-16 设差压计中的工作液体密度为Pam2-17 Pa2-18 kPa2-19 N N2-20 证明：如书中证明过程。2-21 设油的密度为NNN对A点取矩m距A点2-22 设梯形坝矩形部分重量为,三角

3、形部分重量为1m2kNmkNm稳固2-23 总压力F的作用点到A点的距离由整理得 提示解得：m2-24 图示法： 整理得 又 所以 于是 m m2-25 Nm2-26 Nm或m2-27 第一种计算方法：设水面高为m,油面高为m；水的密度为,油的密度为左侧闸门以下水的压力： N右侧油的压力：N左侧闸门上方折算液面相对压强： 则：N由力矩平衡方程： 解得：N 第二种计算方法是将左侧液面上气体的计示压强折算成液柱高水柱高,加到水的高度中去,然后用新的水位高来进行计算,步骤都按液面为大气压强时计算。m闸门左侧所受压力：N作用点： m闸门右侧所受压力：N作用点： m由力矩平衡方程： 解得： N2-28

4、N N2-29 C点的测压管水面的距离mkN2-30 A点：N B点：N2-31 NN2-32 Nm3NN 2-33 2-34 kN 2-35 m 设在外载荷的作用下,室内的水面又升高了 解得m2-36 设水的密度为,煤油的密度为kPa又则mm2-37 设7.5m高处的水平面为基准面,则闸门上部自由液面距基准面的高度为H则有m闸门形心的淹深闸门形心距自由液面的距离m闸门所受的总压力kNm2-38 水平方向的压力：左侧N右侧NN 方向：水平由左指向右竖直方向的压力：N 方向：垂直自下向上总压力N 方向：, 第三章3-1 1二维流动 2定常流动3,3-2 1三维流动 2非定常流动3,当时, 3-3

5、3-4 即积分得 即时,过P点,流线方程为3-5 即积分得流线簇是以坐标原点为圆心的同心圆,逆时针流动。3-6 即积分得3-7 x 则 y 又 则当时,3-8 1 连续 2 连续 3 不连续4 连续3-9 3-10 得 积分：时 则3-11 积分得 3-12 其中：；则m/s3-13 其中：m/s；m/s；m；m代入上式得m3-14 其中：m；m/s；代入数据解得m/sm3-15 其中：m；m/s代入数据解得m/sm3-16 其中：；Pa；Pa； m/s代入数据解得m/s,则m23-17设水箱液面为1-1,管道出口截面为2-2 得m/s其中：m；m/s；代入数据解得Pa其中：m；代入数据解得P

6、a3-18 设水箱液面为0-0,管道入口截面为1-1,管道最高处截面为2-2,管道出口截面为3-3 解得 m/s m3/s,Pa,Pa,m/s代入数据得m,Pa,Pa,代入数据得mm3-19 设水箱液面为1-1,管道收缩截面为2-2,管道出口截面为3-3其中m,kPa,kPa,代入上式得m/s,m/s其中m,kPa,m/s代入上式得kPa,则kPa3-20 设U型管入口驻点为1点则： 其中：； 则：m/s3-21 设U型管入口截面为1-1,喷嘴出口截面为2-2其中,m,Pa代入上式得m/sm3/s3-22 ,设水银差压计左端入口压强为,则 Pa由 得m/s代入数据解得Pa3-23 m/sm3/

7、s3-24 m, 整理得mm,Pa, Pa,代入数据解得mm,Pa, Pa,代入数据解得m 比较,所以不发生汽化的最大直径为mmm3-25 设集流器入口截面为1-1,玻璃管对应截面为2-2其中,代入上式得m/sm3/s3-26 m/sm/s 其中则kPa在水平面内建立平面坐标系xoy,并取缓变流截面1-1,2-2及管道边界为控制面。作用在控制面内液体的外力有：弯管对水流的作用力F,作用在1-1和2-2截面的动水压力和,控制面内水体的重力。由于重力铅直向下,在水平面的x轴和y轴方向分量为零；不计水流阻力时,动量修正系数。所以沿x轴和y轴方向建立动量方程得：y F Fy 0 x Fxx轴： 代入数

8、据： 解得Ny轴： 代入数据： 解得NN合力与x方向的夹角为：3-27 设平板对水的作用力F水平向左代入数据：解得：m3/s3-28 取0-0、1-1、2-2过水断面及水柱表面和平板边界为控制面,不考虑摩擦,动量修正系数。沿x轴建立动量方程得： 即：由于： 则 1又：；则 2将1式和2式联立整理得：沿y轴建立动量方程得： 其中代入整理得 3-29 设水深为2m处过流断面为1-1,水深1.5m处过流断面为2-2,取1-1、2-2及水面和固体边界为控制面。控制面内的水体沿水平方向受到的外力有：底坎对水流的反作用力；水流作用在断面1-1和2-2上的压力；动量修正系数。则沿流向建立动量方程得：所以：

9、a1-1和2-2均为缓变流过水断面,故NN在1-1和2-2列伯努利方程：b又由连续性方程： 得代入b式解得：m/s所以,m/sm3/s将已知数代入a式得：N是的反作用力,故的大小为22406.86N,方向水平向右。3-30 设液面为1-1,管子出口截面为2-2其中：m；代入上式得：m/sm3/s3-31在1-1截面和2-2截面列伯努利方程其中：；代入上式：理论流量：实际流量：第四章4-1 1 无旋 2 有旋3 无旋 4 有旋 4-2 1 不存在流函数不存在势函数2改为存在势函数 存在流函数 求势函数 积分：a 则代入a式得 求流函数 积分：b 则代入b式得 4-3 1 积分：a 即 则代入a式

10、得 2 积分：b 即 则代入b式得 3 积分：b 即 则代入b式得 4 积分：b 比较可知 则代入b式得 4-4 无旋4-5 4-6 1 积分：a 即 则代入a式得 24-7 积分：a 即 则代入a式得 由得4-8 由流函数性质可知m3/s4-9 积分：a 则代入a式得 由伯努利方程 其中Pa4-10 合成速度 m/s y vr2 vr12 3,2 1 r1 r2 -2,0 0 2,0 x4-11 点源： 点汇：叠加后的流函数：4-12复合流动的速度势函数与流函数分别为 1 2流线方程为 3据此画出的流线如图所示。势流的速度场为 4 对于绕物体的流动,物体的型线外轮廓线必是一条流线,流动沿物体

11、表面分流时,分流线只能在速度为零的滞止点与物体型线相交,因此表示物体型线的流线特征是其上存在滞止点。现确定滞止点的位置。令4式表示的速度为零,得由此式得 5滞止点在图中以S表示。将滞止点坐标代入2式,得出过滞止点流线的流函数值 6故表示物体型线的流线方程为整理得 4-13 求势函数 积分：a 则代入a式得 求流函数 积分：b 则代入b式得 4-14 ； 是有势流动 满足拉普拉斯方程第五章5-1 层流m5-2 由于是平板边界层,所以动量积分关系式可以化简为1由已知条件则将以上结果代入1式中得 整理： 积分： 当时 ,则5-3由于是平板边界层,所以动量积分关系式可以化简为1由已知条件则将以上结果代

12、入1式中得 整理： 积分： 当时 ,则5-4 普朗特曾经作过这样的假设：沿平板边界层内的紊流流动与管内紊流流动相同。这时,圆管中心线上的最大流速相当于平板的来流速度,圆管的半径相当于边界层的厚度,并且假定平板边界层从前缘开始就是紊流。由代入将代入上式得现在将圆管中心线上的和用边界层外边界上的和代替,则得又由已知条件 则有代入动量积分关系式得 整理：积分：整理：当时 ,则5-5 由 得m/sm3/s5-6 由 得m/s5-7 层流边界层最大厚度发生在平板尾缘处：m平板所受阻力两个壁面：N5-8 紊流平板所受阻力两个壁面：N5-9 离平板前缘1m处： 紊流m平板尾缘处： 紊流m5-10 m/sm可

13、见层流边界层很短,主要是紊流边界层NW5-11 取N弯矩Nm5-12 则有 m5-13 NkW5-14 NkW5-15 因为 层流所以 mN5-16 第六章6-1 层流m/sPa 则m/s 紊流光滑管kPa6-2 紊流 2 层流6-3 其中 则： Pas6-4 6-5 m/s 层流m油柱6-6 m/s 紊流 查莫迪图：mH2O6-7 m 保持层流m/sL/s6-8 m/sm3/s6-9 设水箱A的液面为1-1,水箱B液面为2-2 1式其中：m,Pa,设入口局部阻力系数为,弯头为,突扩为对应于前面的速度,突缩为对应于后面的速度,阀门为,出口为代入1式,解得m/sL/s6-10 m m/s 紊流

14、查莫迪图m空气柱kg/m3Pa6-11 1式 其中 , m/s,mH2O代入1式,解得m6-12 设水箱液面为1-1,管道入口截面为A-A,管道出口截面为2-21式2式1和2式联立,解得当m时,由1式：当m时,与无关6-13 其中 6-14 1m/s m原油柱6-15设圆管直径为,损失为；正方形边长为,损失为由于断面面积相等,即1层流,所以2在紊流粗糙区,只与有关,所以6-16 设水箱液面为0-0,喷嘴出口截面为3-3入+门+扩+嘴入+门+扩+嘴解得：m3/s6-17 设封闭油箱液面为1-1,开口油箱液面为2-2 层流入+弯+出+入+弯+出m6-18 设水箱液面为1-1,管子出口为2-2,弯头

15、局部阻力系数为,阀门为m/sm3/sPa6-19 设上游水箱液面为1-1,下游水箱液面为2-2m/s 紊流 查莫迪图：m/s 紊流 查莫迪图：入+扩+门+出入+扩+门+出m6-20 设水箱液面为1-1,管道出口截面为2-2mH2O6-21设水箱液面为1-1,泵入口前截面为2-2m/s 层流入+弯+阀入+弯+阀Pa6-22设烟囱底部截面为1-1,烟囱顶部截面为2-2,Pa,整理得m6-23设烟囱底部截面为1-1,烟囱顶部截面为2-2,Pa,整理得m/sm3/s6-24 , m/s整理得理论值或, m/s理论值6-25设上游水箱液面为0-0,下游水箱液面为3-3m,入出其中 ,m/s, 将数据代入

16、伯努利方程得 解得mm6-26 其中 m,整理得 假设 则m/s,由于流动处于紊流光滑管区,又所以代入公式 解得,假设成立。m3/s6-27设水箱液面为1-1,管道出口截面为2-2m, , ,kg/m3m/s, 入 紊流 查莫迪图：整理得入Pa6-28 将代入整理得1将代入的公式得2假设,则m,查得由于,所以假设成立,mmm6-29由伯努利方程得,即设,则 若,则6-30 设自由液面为1-1,高于自由液面3米处管道截面为2-2向上流动：入则入Pa向下流动：出则出Pa6-31设水箱液面为0-0,管道出口截面为3-3,m/sm/sm/s整理得入+缩+阀+嘴m6-32 即 又则m3/s m3/smH

17、2O6-33 m m/s 查莫迪图：Pa6-34 m/sm/sL/s6-35 m/skPa6-36 设A容器内液面为1-1,装置B内液面为2-2m；kPa管道中的流速：m/s, 紊流 查得m代入伯努利方程解得：kPa6-37 mH2Om/s,m/s,mH2O第七章7-1 m/s7-2 则整理得K7-3 kg/m3kPakg/m3K7-4 m/s1237-5 kg/m3又由于是等熵过程 则 代入上式整理得kPa由 即 整理得K7-6 设空气是不可压缩流体 由 其中 PaPa,K,J/,J/代入123式,得kg/m3,K,m/s设空气是可压缩流体由 代入数据化简得解得 m/s7-7kg/m3m3/

18、s又 经计算得Pa7-8 m/s激波后的压强为Pa激波后的温度为K激波后相对激波的风速为m/s7-9 m/sm/s7-10 设飞机飞过地面观察者的水平距离为时,才能听到声音m/s 则km 则时间为s7-11 11km以下为对流层,温度梯度为-6.5K/km则 解得K又标准大气：地面温度为15,大气压为1.01325105PaKm/sm/s 解得KKm/sm/s7-12 则 m/s7-13 汇总第一章1-1 kg/m3；1-2 kg/m31-3 m3/h1-4 1/Pa1-5 Pas1-6 m2/s1-7 1/s； Pas； Pa1-8 ；1-9 ； ；1-10 Pas； Pas1-11 1-1

19、2 kW1-13 kW1-14 1-15 N1-16 r/min1-17 N1-18 Nm1-19 1-20 mm1-21 mm1-22 1-23 ；1-24 Pas第二章2-1 kPa2-2 Pa；Pa2-3 Pa； Pa； Pa2-4 m2-5 Pa2-6 Pa2-7 kPa； kPa2-8 kPa2-9 Pa；cm2-10 Pa；m2-11 m2-12 Pa2-13 cm2-14 2-15 kPa2-16 m2-17 Pa2-18 kPa2-19 N； N2-21 N；m距A点2-22 1m；2稳固2-23 m2-24 m；m2-25 N；m2-26 N；m2-27 N2-28 N；N2

20、-29 kN2-30 N；N2-31 N2-32 N 2-33 ； ； ；2-34 kN； ,2-35 m； m2-36 kPa；mm2-37 kN；m 2-38 N；与铅直方向的夹角第三章3-1 1二维流动；2定常流动；33-2 1三维流动；2非定常流动；33-3 3-4 3-5 ；逆时针流动3-6 3-7 ；3-8 1连续；2连续；3不连续；4连续3-9 ；3-10 3-11 3-12 m/s3-13 m3-14 m3-15 m3-16 m23-17 Pa；Pa3-18 m；mm3-19 kPa3-20 m/s3-21 m3/s3-22 Pa3-23 m3/s3-24 m3-25 m3/s

21、3-26 N；合力与x方向的夹角3-27 m3/s3-29 m3/s；,方向水平向右3-30 m/s；m3/s第四章4-1 1无旋；2有旋,3无旋；4有旋,4-2 1不存在速度势函数和流函数 2；4-3 12344-5 4-6 12；4-7 ；,4-8 m3/s4-9 ；Pa4-10 m/s4-12 ；4-13 ；4-14 是有势流动；满足拉普拉斯方程第五章5-1 m5-2 ；5-3；5-4 5-5 m3/s5-6 m/s5-7 m；N5-8 N5-9 m；m5-10 m；W5-11 Nm5-12 m5-13 kW5-14 kW5-15 ；N5-16 第六章6-1 m/s；Pa；kPa6-2

22、紊流；2 层流6-3 Pas6-4 6-5 m油柱6-6 mH2O6-7 L/s6-8 m3/s6-9 L/s6-10 Pa6-11 m6-12 1；当m时,2；当m时,与无关6-13 6-14 1m/s m原油柱6-15 1；26-16 m3/s6-17 m6-18 m3/s；Pa6-19 m6-20 mH2O6-21 Pa6-22 m6-23 m3/s6-24 ,理论值或,理论值6-25mm6-26 m3/s6-27 Pa6-28 m6-296-30 向上流动：Pa；向下流动：Pa6-31m6-32 m3/s；m3/s；mH2O6-33 Pa6-34 L/s6-35 kPa6-36 kPa6-37 mH2O；mH2O第七章7-1 m/s7-2 7-3 kPa；kg/m3；7-4 1；2；37-5 kPa；7-6 1m/s；2m/s7-7 m3/s；Paabs.7-8 Pa；K；m/s7-9 m/s7-10 s7-11 m/s；m/s7-12 m/s7-13 63 / 63