工程项目计划流体力学答案内容(周云龙第三版).doc

-_ 第一章 1-1 kg/m3 1-2 kg/m3 1-3 m3/h 1-4 1/Pa 1-5 Pas 1-6 m2/s 1-7 (1) m/s 1/s (2) Pas (3) Pa 1-8 (1) (2) 1-9 (1) (2) 当时， (3)当时， 所以 1-10 N Pas Pas 1-11 1-12 m/s m2 N kW 1-13 Pas m2 N kW 1-14 1-15 m2 N 1-16 m2 m/s r/min 1-17 Pas N 1-18 由1-14的结果得 Nm 1-19 1-20 mm 1-21 mm 1-22 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 其中（kg） 则 N 由 其中m2 1/s 则 Pas 第二章 2-1kPa 2-2 Pa Pa 2-3 且 m (a) Pa Pa (b) Pa Pa (c) Pa Pa 2-4 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 m 2-5 kg/m3 Pa 2-6 Pa 2-7 (1) kPa (2) Pa kPa 2-8 设cm m m kPa 2-9 (1)Pa (2)cm 2-10 Pa m 2-11 整理得 m 2-12 Pa 2-13 cm 2-14 2-15 整理：kPa 2-16 设差压计中的工作液体密度为 Pa m 2-17 Pa 2-18 kPa 2-19 (1) N (2) N 2-20 证明：如书中证明过程。 2-21 设油的密度为 N N N 对A点取矩 m（距A点） 2-22 设梯形坝矩形部分重量为，三角形部分重量为 （1）(kN) (kN) m （2） kNm < kNm 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：m 2-24 图示法： 整理得 又 所以 于是 m m 2-25 N m(距液面) 2-26 N m (距液面) 或m(距C点) 2-27 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：(Pa) 则：N 由力矩平衡方程(对A点取矩)： 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： (对A点取矩) 解得： N 2-28 N N 2-29 C点的测压管水面的距离 m kN 2-30 A点：N B点：N 2-31 N N 2-32 N m3 N N 2-33 (1) (2) (3) 2-34 (1) kN (2) 2-35 (1) m (2) 设在外载荷的作用下，室内的水面又升高了 解得m 2-36 设水的密度为，煤油的密度为 kPa 又 则mm 2-37 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kN m (距自由液面) 2-38 水平方向的压力： 左侧N 右侧N N 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 3-4 即 积分得 即 时，过P(-1，-1)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 (1) (2) (3) (4) 3-10 得 积分： 时 则 3-11 积分得 3-12 其中：； 则m/s 3-13 其中：m/s；m/s；m；m 代入上式得m 3-14 其中：m；； m/s；代入数据解得m/s m 3-15 其中：m；；m/s 代入数据解得m/s m 3-16 其中：；Pa； Pa； m/s 代入数据解得m/s，则m2 3-17设水箱液面为1-1，管道出口截面为2-2 得m/s (1) 其中：m；m/s； 代入数据解得Pa (2) 其中：m；； 代入数据解得Pa 3-18 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mm 3-19 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kPa 3-20 设U型管入口驻点为1点 则： 其中：； 则： m/s 3-21 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/s m3/s 3-22 ，，， 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Pa 3-23 m/s m3/s 3-24 m，， 整理得m m，Pa， Pa， 代入数据解得m m，Pa， Pa， 代入数据解得m 比较，所以不发生汽化的最大直径为mmm(应用小的) 3-25 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/s m3/s 3-26 m/s m/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 Fx x轴： 代入数据： 解得N y轴： 代入数据： 解得N N 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/s 3-28 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： —————— （a） 1-1和2-2均为缓变流过水断面，故 N N 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/s m3/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/s m3/s 3-31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 （2） 4-7 积分： ——————（a） 即 则 代入（a）式得 由 得 4-8 由流函数性质可知 m3/s 4-9 积分： ——————（a） 则 代入（a）式得 由伯努利方程 其中 Pa 4-10 合成速度 m/s y vr2 vr1 θ2 （3，2） θ1 r1 r2 （-2，0） 0 （2，0） x 4-11 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 m 5-2 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/s m3/s 5-6 由 得m/s 5-7 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）： N 5-8 紊流 平板所受阻力（两个壁面）： N 5-9 离平板前缘1m处： 紊流 m 平板尾缘处： 紊流 m 5-10 m/s m 可见层流边界层很短，主要是紊流边界层 N W 5-11 取 N 弯矩Nm 5-12 则有 m 5-13 N kW 5-14 N kW 5-15 因为 层流 所以 m N 5-16 第六章 6-1 层流 m/s Pa 则m/s （紊流光滑管） kPa 6-2 (1) 紊流 （2） 层流 6-3 其中 则： Pas 6-4 6-5 m/s 层流 m油柱 6-6 m/s 紊流 查莫迪图： mH2O 6-7 m 保持层流 m/s L/s 6-8 m/s m3/s 6-9 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/s L/s 6-10 m m/s 紊流 查莫迪图 m空气柱 kg/m3 Pa 6-11 ————（1）式 其中 ， m/s，，mH2O 代入（1）式，解得m 6-12 设水箱液面为1-1，管道入口截面为A-A，管道出口截面为2-2 ————（1）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 （1）m/s (2) m原油柱 (3) 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/s 6-17 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） m 6-18 设水箱液面为1-1，管子出口为2-2，弯头局部阻力系数为，阀门为 m/s m3/s Pa 6-19 设上游水箱液面为1-1，下游水箱液面为2-2 m/s 紊流 查莫迪图： m/s 紊流 查莫迪图： 入+扩+门+出 入+扩+门+出) m 6-20 设水箱液面为1-1，管道出口截面为2-2 mH2O 6-21设水箱液面为1-1，泵入口前截面为2-2 m/s 层流 （入+弯+阀） 入+弯+阀） Pa 6-22设烟囱底部截面为1-1，烟囱顶部截面为2-2 ，，Pa，， 整理得m 6-23设烟囱底部截面为1-1，烟囱顶部截面为2-2 ，，Pa，， 整理得m/s m3/s 6-24 ， ，， ， 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3-3 m，， 入出 其中 ，m/s， 将数据代入伯努利方程得 解得mm 6-26 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/s 6-27设水箱液面为1-1，管道出口截面为2-2 m， ， ，kg/m3 m/s， 入） 紊流 查莫迪图： 整理得入) Pa 6-28 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，mmm 6-29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） Pa 6-31设水箱液面为0-0，管道出口截面为3-3 ，，， m/s m/s m/s 整理得 入+缩+阀+嘴 m 6-32 即 又 则m3/s m3/s mH2O 6-33 m m/s 查莫迪图： Pa 6-34 m/s m/s L/s 6-35 m/s kPa 6-36 设A容器内液面为1-1，装置B内液面为2-2 m；；kPa 管道中的流速：m/s， 紊流 查得 m 代入伯努利方程解得：kPa 6-37 mH2O m/s，m/s， mH2O 第七章 7-1 m/s 7-2 则 整理得K 7-3 kg/m3 kPa kg/m3 K 7-4 m/s （1） （2） （3） 7-5 kg/m3 又由于是等熵过程 则 代入上式整理得 kPa 由 即 整理得K 7-6 设空气是不可压缩流体 由 —————————— (1) —————————— (2) ——————————— (3) 其中 Pa Pa，K，J/(kgK)，J/(kgK) 代入（1）（2）（3）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/s 7-7kg/m3 m3/s 又 经计算得Pa 7-8 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/s 7-9 m/s m/s 7-10 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s 7-11 (1) 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1.01325105Pa K m/s m/s (2) 解得K K m/s m/s 7-12 则 m/s 7-13 汇总 第一章 1-1 kg/m3； 1-2 kg/m3 1-3 m3/h 1-4 1/Pa 1-5 Pas 1-6 m2/s 1-7 (1) 1/s；(2) Pas；(3) Pa 1-8 (1)；(2) 1-9 (1) ；(2) ；(3) 1-10 Pas； Pas 1-11 1-12 kW 1-13 kW 1-14 1-15 N 1-16 r/min 1-17 N 1-18 Nm 1-19 1-20 mm 1-21 mm 1-22 1-23 ；； 1-24 Pas 第二章 2-1 kPa 2-2 Pa；Pa 2-3 (a) Pa；(b) Pa；(c) Pa 2-4 m 2-5 Pa 2-6 Pa 2-7 (1)kPa；(2) kPa 2-8 kPa 2-9 (1)Pa；(2)cm 2-10 Pa；m 2-11 m 2-12 Pa 2-13 cm 2-14 2-15 kPa 2-16 m 2-17 Pa 2-18 kPa 2-19 (1) N；(2) N 2-21 N；m（距A点） 2-22 （1）m；（2）稳固 2-23 m 2-24 m；m 2-25 N；m(距液面) 2-26 N；m(距液面) 2-27 N 2-28 N；N 2-29 kN 2-30 N；N 2-31 N 2-32 N 2-33 (1) ； (2) ； (3) ； 2-34 (1) kN；(2) ， 2-35 (1) m；(2) m 2-36 kPa；mm 2-37 kN；m (距自由液面) 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；（3） 3-2 （1）三维流动；（2）非定常流动；（3） 3-3 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 (1) (2) (3) (4) ；； 3-10 3-11 3-12 m/s 3-13 m 3-14 m 3-15 m 3-16 m2 3-17 (1) Pa；(2) Pa 3-18 m；mm 3-19 kPa 3-20 m/s 3-21 m3/s 3-22 Pa 3-23 m3/s 3-24 m 3-25 m3/s 3-26 N；（合力与x方向的夹角） 3-27 m3/s 3-29 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 （1） （2） （3） （4） 4-5 4-6 （1） （2）； 4-7 ；， 4-8 m3/s 4-9 ；Pa 4-10 m/s 4-12 ； 4-13 ； 4-14 是有势流动；满足拉普拉斯方程 第五章 5-1 m 5-2 ； 5-3 ； 5-4 5-5 m3/s 5-6 m/s 5-7 m；N 5-8 N 5-9 m；m 5-10 m；W 5-11 Nm 5-12 m 5-13 kW 5-14 kW 5-15 ；N 5-16 第六章 6-1 m/s；Pa；kPa 6-2 (1) 紊流；（2） 层流 6-3 Pas 6-4 6-5 m油柱 6-6 mH2O 6-7 L/s 6-8 m3/s 6-9 L/s 6-10 Pa 6-11 m 6-12 （1）；当m时， （2）；当m时，与无关 6-13 6-14 （1）m/s (2) m原油柱 (3) 6-15 （1）；（2） 6-16 m3/s 6-17 m 6-18 m3/s；Pa 6-19 m 6-20 mH2O 6-21 Pa 6-22 m 6-23 m3/s 6-24 ，理论值或，理论值 6-25 mm 6-26 m3/s 6-27 Pa 6-28 m 6-29 6-30 向上流动：Pa；向下流动：Pa 6-31 m 6-32 m3/s；m3/s；mH2O 6-33 Pa 6-34 L/s 6-35 kPa 6-36 kPa 6-37 mH2O；mH2O 第七章 7-1 m/s 7-2 7-3 kPa；kg/m3； 7-4 （1）；（2）；（3） 7-5 kPa； 7-6 （1）m/s；（2）m/s 7-7 m3/s；Pa（abs.） 7-8 Pa；K；m/s 7-9 m/s 7-10 s 7-11 (1) m/s；(2)m/s 7-12 m/s 7-13