传输原理课后习题-答案

第二章 流体静力学（吉泽升版）2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。

质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。

而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。

2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何? 解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力。

静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。

2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。

解:流体静力学基本方程为：h P h P P P Z P Z γργγ+=+=+=+002211g 或同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强可以互换，比势能总是相等的。

2-4如图2-22所示，一圆柱体d ＝0.1m ，质量M ＝50kg ．在外力F ＝520N 的作用下压进容器中，当h=0.5m 时达到平衡状态。

求测压管中水柱高度H ＝? 解：由平衡状态可知：)()2/()mg 2h H g d F +=+ρπ（代入数据得H=12.62m2.5盛水容器形状如图2.23所示。

已知hl ＝0.9m ，h2＝0.4m ，h3＝1.1m ，h4＝0.75m ，h5＝1.33m 。

求各点的表压强。

解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。

)(01Pa P =)(4900)(g 2112Pa h h P P =-+=ρ )(1960)(g 1313Pa h h P P -=--=ρ )(196034Pa P P -==)(7644)(g 4545Pa h h P P =--=ρ2-6两个容器A 、B 充满水，高度差为a 0为测量它们之间的压强差，用顶部充满油的倒U 形管将两容器相连，如图2.24所示。

已知油的密度ρ油=900kg ／m 3，h ＝0.1m ，a ＝0.1m 。

求两容器中的压强差。

解：记AB 中心高度差为a ，连接器油面高度差为h ，B 球中心与油面高度差为b ；由流体静力学公式知：gh g 42油水ρρ-=-P h P b)a g 2++=（水ρP P A gb 4水ρ+=P P BPa ga P P P P P B A 1.107942=+-=-=∆水ρ2-8一水压机如图2.26所示。

已知大活塞直径D ＝11.785cm ，小活塞直径d=5cm ，杠杆臂长a ＝15cm ，b ＝7.5cm ，活塞高度差h ＝1m 。

当施力F1＝98N 时，求大活塞所能克服的载荷F2。

解：由杠杆原理知小活塞上受的力为F 3：a F b F *=*3 由流体静力学公式知：2223)2/()2/(D F gh d F πρπ=+ ∴F 2=1195.82N2-10水池的侧壁上，装有一根直径d ＝0.6m 的圆管，圆管内口切成a ＝45°的倾角，并在这切口上装了一块可以绕上端铰链旋转的盖板，h=2m ，如图2.28所示。

如果不计盖板自重以及盖板与铰链间的摩擦力，问开起盖板的力T 为若干?(椭圆形面积的J C =πa 3b/4)解：建立如图所示坐标系oxy ，o 点在自由液面上，y 轴沿着盖板壁面斜向下，盖板面为椭圆面，在面上取微元面dA,纵坐标为y ，淹深为h=y * sin θ,微元面受力为A gy A gh F d sin d d θρρ==板受到的总压力为A h A y g A g F c c AAγθρθρ====⎰⎰sin yd sin d F盖板中心在液面下的高度为 h c =d/2+h 0=2.3m,y c =a+h 0/sin45° 盖板受的静止液体压力为F=γh c A=9810*2.3*πab 压力中心距铰链轴的距离为 ：22232D F 2d F ⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎭⎫ ⎝⎛πρπgh 44.045sin 0445sin 1245sin h A J 30c =⎪⎭⎫ ⎝⎛︒++︒=︒-+=abh a ba d y y l c c ππX=d=0.6m,由理论力学平衡理论知，当闸门刚刚转动时，力F 和T 对铰链的力矩代数和为零，即：0=-=∑Tx l F M故T=6609.5N2-14有如图2.32所示的曲管AOB 。

OB 段长L1＝0.3m ，∠AOB=45°，AO 垂直放置，B 端封闭，管中盛水，其液面到O 点的距离L2＝0.23m ，此管绕AO 轴旋转。

问转速为多少时，B 点的压强与O 点的压强相同?OB 段中最低的压强是多少?位于何处?解：盛有液体的圆筒形容器绕其中心轴以等角速度ω旋转时，其管内相对静止液体压强分布为：z r P P γωρ-+=2220以A 点为原点，OA 为Z 轴建立坐标系 O 点处面压强为20gl P P a ρ+= B 处的面压强为gZ P P a B ρωρ-+=2r 22其中：Pa 为大气压。

21145cos ,45s L L Z in L r -︒=︒= 当PB=PO 时ω=9.6rad/s OB 中的任意一点的压强为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=)(2r 222L r g P P a ωρ对上式求P 对r 的一阶导数并另其为0得到，2ωgr =即OB 中压强最低点距O 处m rL 15.045sin =︒='代入数据得最低压强为P min =103060Pa第三章习题（吉泽升版）3.1已知某流场速度分布为 ，试求过点(3，1，4)的流线。

解：由此流场速度分布可知该流场为稳定流，流线与迹线重合，此流场流线微分方程为：3,3,2-=-=-=z u y u x u z y x即：求解微分方程得过点(3,1,4)的流线方程为：3.2试判断下列平面流场是否连续?解：由不可压缩流体流动的空间连续性方程（3-19，20）知： ，当x=0，1，或y=k π （k=0，1，2，……）时连续。

3.4三段管路串联如图3.27所示，直径d 1=100 cm ，d 2=50cm ，d 3＝25cm ，已知断面平均速度v 3＝10m/s ，求v 1,v 2，和质量流量(流体为水)。

解：可压缩流体稳定流时沿程质量流保持不变， 故：质量流量为：⎪⎩⎪⎨⎧=-=-1)3(1)2(33y z y x y x u y x y x cos 3,sin u 33==()yx y y y xxx x y x sin 13sin sin 32323-=-=∂∂+∂∂νν332211Q A v A v A v vA ====s m A A v /625.0v 1331==m/s 5.22332==A Av v ()s A /Kg 490v Q M 33==∙=水ρρ3.5水从铅直圆管向下流出，如图3.28所示。

已知管直径d 1＝10 cm ，管口处的水流速度v I ＝1.8m/s ，试求管口下方h ＝2m 处的水流速度v 2，和直径d 2。

解：以下出口为基准面，不计损失，建立上出口和下出口面伯努利方程： 代入数据得：v2=6.52m/s由 得:d2=5.3cm3.6水箱侧壁接出一直径D ＝0.15m 的管路，如图3.29所示。

已知h1＝2.1m ，h2=3.0m,不计任何损失，求下列两种情况下A 的压强。

(1)管路末端安一喷嘴，出口直径d=0.075m ；(2)管路末端没有喷嘴。

解：以A 面为基准面建立水平面和A 面的伯努利方程： 以B 面为基准，建立A,B 面伯努利方程：（1）当下端接喷嘴时，解得va=2.54m/s, PA=119.4KPa（2）当下端不接喷嘴时，解得PA=71.13KPa 3.7如图3.30所示，用毕托管测量气体管道轴线上的流速Umax ，毕托管与倾斜(酒精)微压计相连。

已知d=200mm ，sin α=0.2，L=75mm ，酒精密度ρ1=800kggv P g vP h a a2022221++=++γγ2211v A v A =gv P P h aA a 2002D 21++=+++γγγγab A a P g v Pg v h ++=+++2022D 222b b a a A v A v =b a v v =／m 3，气体密度ρ2＝1.66Kg/m 3；Umax=1.2v(v为平均速度)，求气体质量流量。

解：此装置由毕托管和测压管组合而成，沿轴线取两点，A(总压测点），测静压点为B ，过AB 两点的断面建立伯努利方程有：其中ZA=ZB, vA=0,此时A 点测得 的是总压记为PA*，静压为PB 不计水头损失，化简得 由测压管知：由于气体密度相对于酒精很小，可忽略不计。

由此可得气体质量流量:代入数据得M=1.14Kg/s3.9如图3.32所示，一变直径的管段AB ，直径dA=0.2m ，dB=0.4m ，高差h=1.0m ，用压强表测得PA ＝7x104Pa ，PB ＝4x104Pa ，用流量计测得管中流量Q=12m 3/min ，试判断水在管段中流动的方向，并求损失水头。

解:由于水在管道内流动具有粘性，沿着流向总水头必然降低，故比较A和B点总水头可知管内水的流动方向。

gg v 2vP Z 2P Z 2AA A 2max BB ++=++气气γγ2max B *A 21P -P v 气ρ=()agL cos P -P B *A 气酒精ρρ-=21max cos 2ρρagL v =A v A 2.1v M max22ρρ==s m v s m v s A v v b a b b a a /592.1,/366.6)/m (6012Q A 3==⇒===mv2.9P 0H 2a AA =++=即：管内水由A 向B 流动。

以过A 的过水断面为基准，建立A 到B 的伯努利方程有：代入数据得，水头损失为hw=4m第九章 导 热1. 对正在凝固的铸件来说，其凝固成固体部分的两侧分别为砂型（无气隙）及固液分界面，试列出两侧的边界条件。

解：有砂型的一侧热流密度为 常数，故为第二类边界条件， 即τ＞0时),,,(nt z y x q T=∂∂λ固液界面处的边界温度为常数， 故为第一类边界条件，即 τ＞0时Τw =f(τ)注：实际铸件凝固时有气隙形成，边界条件复杂，常采用第三类边界条件3. 用一平底锅烧开水，锅底已有厚度为3mm 的水垢，其热导率λ为1W/(m · ℃)。

已知与水相接触的水垢层表面温度为111 ℃。

通过锅底的热流密度q 为42400W/m 2，试求金属锅底的最高温度。

解：热量从金属锅底通过水垢向水传导的过程可看成单层壁导热，由公式（9-11）知C q T 032.127110342400=⨯⨯==∆-λδ=∆T -=-121t t t 111℃， 得 1t =238.2℃4. 有一厚度为20mm 的平面墙，其热导率λ为1.3W/(m·℃)。