工程流體力學(xué)答案(周云龍第三版)

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Thisdocumentisforreferenceonly-rar21year.March工程流體力學(xué)答案(周云龍第三版)第一章1-1kg/m31-2kg/m31-3m3/h1-41/Pa1-5Pa·s1-6m2/s1-7(1)m/s1/s(2)Pa·s(3)Pa1-8(1)(2)1-9(1)(2)當(dāng)時(shí)，(3)當(dāng)時(shí)，所以1-10NPa·sPa·s1-111-12m/sm2NkW1-13Pa·sm2NkW1-141-15m2N1-16m2m/sr/min1-17Pa·sN1-18由1-14的結(jié)果得N·m1-191-20mm1-21mm1-22由得其中則1-23根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律由于流速隨半徑的增加而減小，即是負(fù)值，為了使為正值，上式在等號(hào)右端取負(fù)號(hào)根據(jù)已知條件在管壁處則當(dāng)時(shí)管壁處的阻力1-24其中（kg）則N由其中m21/s則Pa·s第二章2-1kPa2-2PaPa2-3且m(a)PaPa(b)PaPa(c)PaPa2-4設(shè)A點(diǎn)到下水銀面的距離為h1，B點(diǎn)到上水銀面的距離為h2即m2-5kg/m3Pa2-6Pa2-7(1)kPa(2)PakPa2-8設(shè)cmmmkPa2-9(1)Pa(2)cm2-10Pam2-11整理得m2-12Pa2-13cm2-142-15整理：kPa2-16設(shè)差壓計(jì)中的工作液體密度為Pa m2-17Pa2-18kPa2-19(1)N(2)N2-20證明：如書(shū)中證明過(guò)程。2-21設(shè)油的密度為NNN對(duì)A點(diǎn)取矩m（距A點(diǎn)）2-22設(shè)梯形壩矩形部分重量為，三角形部分重量為（1）(kN)(kN)m（2）kN·m<kN·m穩(wěn)固2-23總壓力F的作用點(diǎn)到A點(diǎn)的距離由整理得（提示）解得：m2-24圖示法：整理得又所以于是mm2-25Nm(距液面)2-26Nm(距液面)或m(距C點(diǎn))2-27第一種計(jì)算方法：設(shè)水面高為m，油面高為m；水的密度為，油的密度為左側(cè)閘門(mén)以下水的壓力：N右側(cè)油的壓力：N左側(cè)閘門(mén)上方折算液面相對(duì)壓強(qiáng)：(Pa)則：N由力矩平衡方程(對(duì)A點(diǎn)取矩)：解得：（N）第二種計(jì)算方法是將左側(cè)液面上氣體的計(jì)示壓強(qiáng)折算成液柱高（水柱高），加到水的高度中去，然后用新的水位高來(lái)進(jìn)行計(jì)算，步驟都按液面為大氣壓強(qiáng)時(shí)計(jì)算。m閘門(mén)左側(cè)所受壓力：N作用點(diǎn)：m閘門(mén)右側(cè)所受壓力：N作用點(diǎn)：m由力矩平衡方程：(對(duì)A點(diǎn)取矩)解得：N2-28NN2-29C點(diǎn)的測(cè)壓管水面的距離mkN2-30A點(diǎn)：NB點(diǎn)：N2-31NN2-32Nm3NN2-33(1)(2)(3)2-34(1)kN(2)2-35(1)m(2)設(shè)在外載荷的作用下，室內(nèi)的水面又升高了解得m2-36設(shè)水的密度為，煤油的密度為kPa又則mm2-37設(shè)7.5m高處的水平面為基準(zhǔn)面，則閘門(mén)上部自由液面距基準(zhǔn)面的高度為H則有m閘門(mén)形心的淹深（閘門(mén)形心距自由液面的距離）m閘門(mén)所受的總壓力kNm(距自由液面)2-38水平方向的壓力：左側(cè)N右側(cè)NN方向：水平由左指向右豎直方向的壓力：N方向：垂直自下向上總壓力N方向：，第三章3-1（1）二維流動(dòng)（2）定常流動(dòng)（3），，3-2（1）三維流動(dòng)（2）非定常流動(dòng)（3），，當(dāng)時(shí)，3-33-4即積分得即時(shí)，過(guò)P(-1，-1)點(diǎn)，，流線(xiàn)方程為3-5即積分得流線(xiàn)簇是以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的同心圓，逆時(shí)針流動(dòng)。3-6即積分得3-7x則y又則當(dāng)時(shí)，3-8（1）連續(xù)（2）連續(xù)（3）不連續(xù)（4）連續(xù)3-9(1)(2)(3)(4)3-10得積分：時(shí)則3-11積分得3-12其中：；則m/s3-13其中：m/s；m/s；m；m代入上式得m3-14其中：m；；m/s；代入數(shù)據(jù)解得m/sm3-15其中：m；；m/s代入數(shù)據(jù)解得m/sm3-16其中：；Pa；Pa；m/s代入數(shù)據(jù)解得m/s，則m23-17設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2得m/s(1)其中：m；m/s；代入數(shù)據(jù)解得Pa(2)其中：m；；代入數(shù)據(jù)解得Pa3-18設(shè)水箱液面為0-0，管道入口截面為1-1，管道最高處截面為2-2，管道出口截面為3-3解得m/sm3/s，Pa，，Pa，m/s代入數(shù)據(jù)得m，Pa，，Pa，代入數(shù)據(jù)得mm3-19設(shè)水箱液面為1-1，管道收縮截面為2-2，管道出口截面為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，則kPa3-20設(shè)U型管入口駐點(diǎn)為1點(diǎn)則：其中：；則：m/s3-21設(shè)U型管入口截面為1-1，噴嘴出口截面為2-2其中，，，m，Pa代入上式得m/sm3/s3-22，，，設(shè)水銀差壓計(jì)左端入口壓強(qiáng)為，則Pa由得m/s代入數(shù)據(jù)解得Pa3-23m/sm3/s3-24m，，整理得mm，Pa，Pa，代入數(shù)據(jù)解得mm，Pa，Pa，代入數(shù)據(jù)解得m比較，所以不發(fā)生汽化的最大直徑為mmm(應(yīng)用小的)3-25設(shè)集流器入口截面為1-1，玻璃管對(duì)應(yīng)截面為2-2其中，，，代入上式得m/sm3/s3-26m/sm/s其中則kPa在水平面內(nèi)建立平面坐標(biāo)系xoy，并取緩變流截面1-1，2-2及管道邊界為控制面。作用在控制面內(nèi)液體的外力有：彎管對(duì)水流的作用力F，作用在1-1和2-2截面的動(dòng)水壓力和，控制面內(nèi)水體的重力。由于重力鉛直向下，在水平面的x軸和y軸方向分量為零；不計(jì)水流阻力時(shí)，動(dòng)量修正系數(shù)。所以沿x軸和y軸方向建立動(dòng)量方程得：yFFy0xFxx軸：代入數(shù)據(jù)：解得Ny軸：代入數(shù)據(jù)：解得NN合力與x方向的夾角為：3-27設(shè)平板對(duì)水的作用力F水平向左代入數(shù)據(jù)：解得：m3/s3-28取0-0、1-1、2-2過(guò)水?dāng)嗝婕八砻婧推桨暹吔鐬榭刂泼妫豢紤]摩擦，動(dòng)量修正系數(shù)。沿x軸建立動(dòng)量方程得：即：由于：則——————（1）又：；則——————（2）將（1）式和（2）式聯(lián)立整理得：沿y軸建立動(dòng)量方程得：其中代入整理得3-29設(shè)水深為2m處過(guò)流斷面為1-1，水深1.5m處過(guò)流斷面為2-2，取1-1、2-2及水面和固體邊界為控制面。控制面內(nèi)的水體沿水平方向受到的外力有：底坎對(duì)水流的反作用力；水流作用在斷面1-1和2-2上的壓力；動(dòng)量修正系數(shù)。則沿流向建立動(dòng)量方程得：所以：——————（a）1-1和2-2均為緩變流過(guò)水?dāng)嗝?，故NN在1-1和2-2列伯努利方程：——————（b）又由連續(xù)性方程：得代入（b）式解得：m/s所以，m/sm3/s將已知數(shù)代入（a）式得：N是的反作用力，故的大小為，方向水平向右。3-30設(shè)液面為1-1，管子出口截面為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：理論流量：實(shí)際流量：第四章4-1（1）無(wú)旋（2）有旋（3）無(wú)旋（4）有旋4-2（1）不存在流函數(shù)不存在勢(shì)函數(shù)（2）改為存在勢(shì)函數(shù)存在流函數(shù)求勢(shì)函數(shù)積分：——————（a）則代入（a）式得求流函數(shù)積分：——————（b）則代入（b）式得4-3（1）積分：——————（a）即則代入（a）式得（2）積分：——————（b）即則代入（b）式得（3）積分：——————（b）即則代入（b）式得（4）積分：——————（b）比較可知?jiǎng)t代入（b）式得4-4無(wú)旋4-54-6（1）積分：——————（a）即則代入（a）式得（2）4-7積分：——————（a）即則代入（a）式得由得4-8由流函數(shù)性質(zhì)可知m3/s4-9積分：——————（a）則代入（a）式得由伯努利方程其中Pa4-10合成速度m/syvr2vr1θ2（3，2）θ1r1r2（-2，0）0（2，0）x4-11點(diǎn)源：點(diǎn)匯：疊加后的流函數(shù)：4-12復(fù)合流動(dòng)的速度勢(shì)函數(shù)與流函數(shù)分別為——————（1）——————（2）流線(xiàn)方程為——————（3）據(jù)此畫(huà)出的流線(xiàn)如圖所示。勢(shì)流的速度場(chǎng)為——————（4）對(duì)于繞物體的流動(dòng)，物體的型線(xiàn)（外輪廓線(xiàn)）必是一條流線(xiàn)，流動(dòng)沿物體表面分流時(shí)，分流線(xiàn)只能在速度為零的滯止點(diǎn)與物體型線(xiàn)相交，因此表示物體型線(xiàn)的流線(xiàn)特征是其上存在滯止點(diǎn)?，F(xiàn)確定滯止點(diǎn)的位置。令（4）式表示的速度為零，得由此式得——————（5）滯止點(diǎn)在圖中以S表示。將滯止點(diǎn)坐標(biāo)代入（2）式，得出過(guò)滯止點(diǎn)流線(xiàn)的流函數(shù)值——————（6）故表示物體型線(xiàn)的流線(xiàn)方程為整理得4-13求勢(shì)函數(shù)積分：——————（a）則代入（a）式得求流函數(shù)積分：——————（b）則代入（b）式得4-14；是有勢(shì)流動(dòng)滿(mǎn)足拉普拉斯方程第五章5-1層流m5-2由于是平板邊界層，所以動(dòng)量積分關(guān)系式可以化簡(jiǎn)為————（1）由已知條件則將以上結(jié)果代入（1）式中得整理：積分：當(dāng)時(shí)，則5-3由于是平板邊界層，所以動(dòng)量積分關(guān)系式可以化簡(jiǎn)為————（1）由已知條件則將以上結(jié)果代入（1）式中得整理：積分：當(dāng)時(shí)，則5-4普朗特曾經(jīng)作過(guò)這樣的假設(shè)：沿平板邊界層內(nèi)的紊流流動(dòng)與管內(nèi)紊流流動(dòng)相同。這時(shí)，圓管中心線(xiàn)上的最大流速相當(dāng)于平板的來(lái)流速度，圓管的半徑相當(dāng)于邊界層的厚度，并且假定平板邊界層從前緣開(kāi)始就是紊流。由代入將代入上式得現(xiàn)在將圓管中心線(xiàn)上的和用邊界層外邊界上的和代替，則得又由已知條件則有代入動(dòng)量積分關(guān)系式得整理：積分：整理：當(dāng)時(shí)，則5-5由得m/sm3/s5-6由得m/s5-7層流邊界層最大厚度發(fā)生在平板尾緣處：m平板所受阻力（兩個(gè)壁面）：N5-8紊流平板所受阻力（兩個(gè)壁面）：N5-9離平板前緣1m處：紊流m平板尾緣處：紊流m5-10m/sm可見(jiàn)層流邊界層很短，主要是紊流邊界層NW5-11取N彎矩N·m5-12則有m5-13NkW5-14NkW5-15因?yàn)閷恿魉詍N5-16第六章6-1層流m/sPa則m/s（紊流光滑管）kPa6-2(1)紊流（2）層流6-3其中則：Pa·s6-46-5m/s層流m油柱6-6m/s紊流查莫迪圖：mH2O6-7m保持層流m/sL/s6-8m/sm3/s6-9設(shè)水箱A的液面為1-1，水箱B液面為2-2————（1）式其中：m，Pa，，設(shè)入口局部阻力系數(shù)為，彎頭為，突擴(kuò)為（對(duì)應(yīng)于前面的速度），突縮為（對(duì)應(yīng)于后面的速度），閥門(mén)為，出口為代入（1）式，解得m/sL/s6-10mm/s紊流查莫迪圖m空氣柱kg/m3Pa6-11————（1）式其中，m/s，，mH2O代入（1）式，解得m6-12設(shè)水箱液面為1-1，管道入口截面為A-A，管道出口截面為2-2————（1）式————（2）式（1）和（2）式聯(lián)立，解得當(dāng)m時(shí)，由（1）式：當(dāng)m時(shí)，與無(wú)關(guān)6-13其中6-14（1）m/s(2)m原油柱(3)6-15設(shè)圓管直徑為，損失為；正方形邊長(zhǎng)為，損失為由于斷面面積相等，即（1）層流，所以（2）在紊流粗糙區(qū)，只與有關(guān)，所以6-16設(shè)水箱液面為0-0，噴嘴出口截面為3-3入+門(mén)+擴(kuò)+嘴入+門(mén)+擴(kuò)+嘴)解得：m3/s6-17設(shè)封閉油箱液面為1-1，開(kāi)口油箱液面為2-2層流（入+彎+出）+入+彎+出）m6-18設(shè)水箱液面為1-1，管子出口為2-2，彎頭局部阻力系數(shù)為，閥門(mén)為m/sm3/sPa6-19設(shè)上游水箱液面為1-1，下游水箱液面為2-2m/s紊流查莫迪圖：m/s紊流查莫迪圖：入+擴(kuò)+門(mén)+出入+擴(kuò)+門(mén)+出)m6-20設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2mH2O6-21設(shè)水箱液面為1-1，泵入口前截面為2-2m/s層流（入+彎+閥）入+彎+閥）Pa6-22設(shè)煙囪底部截面為1-1，煙囪頂部截面為2-2，，Pa，，整理得m6-23設(shè)煙囪底部截面為1-1，煙囪頂部截面為2-2，，Pa，，整理得m/sm3/s6-24，，，，m/s整理得理論值或，m/s理論值6-25設(shè)上游水箱液面為0-0，下游水箱液面為3-3m，，入出其中，m/s，將數(shù)據(jù)代入伯努利方程得解得mm6-26其中m，整理得假設(shè)則m/s，由于流動(dòng)處于紊流光滑管區(qū)，又所以代入公式解得，假設(shè)成立。m3/s6-27設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2m，，，kg/m3m/s，入）紊流查莫迪圖：整理得入)Pa6-28將代入整理得——————（1）將代入的公式得——————（2）假設(shè)，則m，，，查得由于，所以假設(shè)成立，mmm6-29由伯努利方程得，即設(shè)，則若，則6-30設(shè)自由液面為1-1，高于自由液面3米處管道截面為2-2向上流動(dòng)：入）則入）Pa向下流動(dòng)：出）則出）Pa6-31設(shè)水箱液面為0-0，管道出口截面為3-3，，，m/sm/sm/s整理得入+縮+閥+嘴m6-32即又則m3/sm3/smH2O6-33mm/s查莫迪圖：Pa6-34m/sm/sL/s6-35m/skPa6-36設(shè)A容器內(nèi)液面為1-1，裝置B內(nèi)液面為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：kPa6-37mH2Om/s，m/s，mH2O第七章7-1m/s7-2則整理得K7-3kg/m3kPakg/m3K7-4m/s（1）（2）（3）7-5kg/m3又由于是等熵過(guò)程則代入上式整理得kPa由即整理得K7-6設(shè)空氣是不可壓縮流體由——————————(1)——————————(2)———————————(3)其中PaPa，K，J/(kg·K)，J/(kg·K)代入（1）（2）（3）式，得kg/m3，K，m/s設(shè)空氣是可壓縮流體由代入數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)得解得m/s7-7kg/m3m3/s又經(jīng)計(jì)算得Pa7-8m/s激波后的壓強(qiáng)為Pa激波后的溫度為K激波后相對(duì)激波的風(fēng)速為m/s7-9m/sm/s7-10設(shè)飛機(jī)飛過(guò)地面觀察者的水平距離為時(shí)，才能聽(tīng)到聲音m/s則km則時(shí)間為s7-11(1)11km以下為對(duì)流層，溫度梯度為km則解得K又標(biāo)準(zhǔn)大氣：地面溫度為15℃，大氣壓為×105Km/sm/s(2)解得KKm/sm/s7-12則m/s7-13匯總第一章1-1kg/m3；1-2kg/m31-3m3/h1-41/Pa1-5Pa·s1-6m2/s1-7(1)1/s；(2)Pa·s；(3)Pa1-8(1)；(2)1-9(1)；(2)；(3)1-10Pa·s；Pa·s1-111-12kW1-13kW1-141-15N1-16r/min1-17N1-18N·m1-191-20mm1-21mm1-221-23；；1-24Pa·s第二章2-1kPa2-2Pa；Pa2-3(a)Pa；(b)Pa；(c)Pa2-4m2-5Pa2-6Pa2-7(1)kPa；(2)kPa2-8kPa2-9(1)Pa；(2)cm2-10Pa；m2-11m2-12Pa2-13cm2-142-15kPa2-16m2-17Pa2-18kPa2-19(1)N；(2)N2-21N；m（距A點(diǎn)）2-22（1）m；（2）穩(wěn)固2-23m2-24m；m2-25N；m(距液面)2-26N；m(距液面)2-27N2-28N；N2-29kN2-30N；N2-31N2-32N2-33(1)；(2)；(3)；2-34(1)kN；(2)，2-35(1)m；(2)m2-36kPa；mm2-37kN；m(距自由液面)2-38N；（與鉛直方向的夾角）第三章3-1（1）二維流動(dòng)；（2）定常流動(dòng)；（3）3-2（1）三維流動(dòng)；（2）非定常流動(dòng)；（3）3-33-43-5；逆時(shí)針流動(dòng)3-63-7；3-8