工程流体力学习题全解
工程流体力学1-5章习题解答
第一章 绪论1-1.20℃的水2.5m 3,当温度升至80℃时,其体积增加多少? [解] 温度变化前后质量守恒,即2211V V ρρ= 又20℃时,水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2.当空气温度从0℃增加至20℃时,运动粘度ν增加15%,重度γ减少10%,问此时动力粘度μ增加多少(百分数)? [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3.有一矩形断面的宽渠道,其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=,式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度,h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底(y =0)处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ,y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4.一底面积为45×50cm 2,高为1cm 的木块,质量为5kg ,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动,木块运动速度u=1m/s ,油层厚1cm ,斜坡角22.620 (见图示),求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时,等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5.已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况,试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=,定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
[解]1-6.为导线表面红绝缘,将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
工程流体力学(第二版)习题与解答
1—3
解: 固定圆盘表面液体速度为零, 转动圆盘表面半径 r 处液体周向线速度速度 vθ s = rω ; 设液膜速度沿厚度方向线性分布,则切应力分布为
图 1-14 习题 1-5 附图
r
z
u
R
r R2 由上式可知,壁面切应力为 τ 0 = −4 m um / R ,负号表示 τ 0 方向与 z 相反;
τ = mm = −4 um
du dr
(2)由流体水平方向力平衡有: p R 2 Dp + τ 0p DL= 0 ,将 τ 0 表达式代入得
8m u L ∆p = 2m R
图 1-16 习题 1-7 附图
1-7 如图 1-16 所示,流体沿 x 轴方向作层状流动,在 y 轴方向有速度梯度。在 t=0 时, 任取高度为 dy 的矩形流体面考察,该矩形流体面底边坐标为 y,对应的流体速度为 u ( y ) ; 经过 dt 时间段后,矩形流体面变成如图所示的平行四边形,原来的 α 角变为 α − dα ,其剪 。试推导表明:流体的 切变形速率定义为 dα /dt (单位时间内因剪切变形产生的角度变化) 剪切变形速率就等于流体的速度梯度,即 dα du = dt dy 解:因为 a 点速度为 u,所以 b 点速度为 u +
V2 pT 1 × 78 =1 − 1 2 =1 − =80.03% V1 p2T1 6 × 20
压缩终温为 78℃时,利用理想气体状态方程可得
∆V = 1 −
1-2 图 1-12 所示为压力表校验器,器内充满体积压缩系数= β p 4.75 × 10−10 m2/N 的油, 用手轮旋进活塞达到设定压力。已知活塞直径 D=10mm,活塞杆螺距 t=2mm,在 1 标准大 气压时的充油体积为 V0=200cm3。设活塞周边密封良好,问手轮转动多少转,才能达到 200 标准大气压的油压(1 标准大气压=101330Pa) 。 解:根据体积压缩系数定义积分可得:
工程流体力学习题全解
工程流体力学习题全解 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第1章 绪论选择题【】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d )【】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ,故d d t γτμ=。
(b )【】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp=ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【】从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c )【】 下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
工程流体力学__习题及问题详解
第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d )【1.2】 与牛顿摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ,故d d t γτμ=。
(b )【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RT p =ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c ) 【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c ) 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
工程流体力学(第二版)习题与解答
0
1—6
1-12 如图 1-20 所示,一圆形管内装有理想塑性流体,其剪切应力与变形速率的关系由
式(1-18)所描述。已知该流体屈服应力为τ 0 ,现从管的左端加压力 p,问该压力至少为多
大才能将该塑性流体挤出管外?已知管子直径为 D,塑性流体充满长度为 l 的管段,管外为 大气。
解:由压力 p 与壁面切应力τW 的平衡
∆V
=1−
V2 V1
=1−
p1T2 p2T1
=1− 1× 78 =80.03% 6 × 20
1-2 图 1-12 所示为压力表校验器,器内充满体积压缩系数= β p 4.75 ×10−10 m2/N 的油,
用手轮旋进活塞达到设定压力。已知活塞直径 D=10mm,活塞杆螺距 t=2mm,在 1 标准大 气压时的充油体积为 V0=200cm3。设活塞周边密封良好,问手轮转动多少转,才能达到 200 标准大气压的油压(1 标准大气压=101330Pa)。
1—2
解:设油膜内速度呈线性分布,平衡时油膜内的速度梯度可计算为
= du dy
0= .0u5T ×−100−3
20000uT
1/s
由牛顿剪切定理可得滑块表面处流体受到的切应力τ 为
τ
=µ du dy
=7 ×10-2
×
20000uT
=1400 uT
Pa
滑块受到的切应力与τ 的大小相等方向相反,且滑块受到的摩擦力与滑块重力沿斜面分
∫ =y e−∫ pdt ( qe∫ pdtdt + c)
此处迹线微分方程中 p = -1,q = t;代入后得:
∫ y = et ( te−tdt + c) = et [−e−t (t +1) + c] = cet − t −1
[工程流体力学(水力学)]1-4章习题解答
第一章 绪论1-1.20℃的水2.5m 3,当温度升至80℃时,其体积增加多少? [解] 温度变化前后质量守恒,即2211V V ρρ= 又20℃时,水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2.当空气温度从0℃增加至20℃时,运动粘度ν增加15%,重度γ减少10%,问此时动力粘度μ增加多少(百分数)? [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3.有一矩形断面的宽渠道,其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=,式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度,h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底(y =0)处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ,y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4.一底面积为45×50cm 2,高为1cm 的木块,质量为5kg ,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动,木块运动速度u=1m/s ,油层厚1cm ,斜坡角22.620 (见图示),求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时,等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5.已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况,试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=,定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
[解]第二章 流体静力学2-1.一密闭盛水容器如图所示,U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ,求容器液面的相对压强。
(完整版)工程流体力学第二版习题答案解析-[杜广生]
《工程流体力学》习题答案(杜广生主编)第一章 习题1. 解:依据相对密度的定义:1360013.61000f w d ρρ===。
式中,w ρ 表示4摄氏度时水的密度。
2. 解:查表可知,标准状态下:231.976/CO kg m ρ=,232.927/SO kg m ρ=,231.429/O kg m ρ=,231.251/N kg m ρ=,230.804/H O kg m ρ= ,因此烟气在标准状态下的密度为:112231.9760.1352.9270.003 1.4290.052 1.2510.760.8040.051.341/n nkg m ρραραρα=++=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=3. 解:(1)气体等温压缩时,气体的体积弹性模量等于作用在气体上的压强,因此,绝对压强为4atm的空气的等温体积模量:34101325405.310T K Pa =⨯=⨯ ;(2)气体等熵压缩时,其体积弹性模量等于等熵指数和压强的乘积,因此,绝对压强为4atm 的空气的等熵体积模量:31.44101325567.410S K p Pa κ==⨯⨯=⨯式中,对于空气,其等熵指数为1.4。
4. 解:根据流体膨胀系数表达式可知:30.0058502V dV V dT m α=⋅⋅=⨯⨯=因此,膨胀水箱至少应有的体积为2立方米。
5. 解:由流体压缩系数计算公式可知:392511050.5110/(4.90.98)10dV V k m N dp -⨯÷=-=-=⨯-⨯ 6. 解:根据动力粘度计算关系式:74678 4.2810 2.910Pa S μρν--==⨯⨯=⨯⋅7. 解:根据运动粘度计算公式:3621.310 1.310/999.4m s μνρ--⨯===⨯8. 解:查表可知,15摄氏度时空气的动力粘度617.8310Pa s μ-=⨯⋅,因此,由牛顿内摩擦定律可知:630.317.83100.2 3.36100.001U F AN h μπ--==⨯⨯⨯⨯=⨯ 9. 解:如图所示,高度为h 处的圆锥半径:tan r h α=,则在微元高度dh 范围内的圆锥表面积: 2=2=tan cos cos dh h dA rdh παπαα由于间隙很小,所以间隙内润滑油的流速分布可看作线性分布,则有:===tan d r h υυωωαυδδδ则在微元dh 高度内的力矩为:332===2tan tan tan tan cos cos h h dM dA r dh h h dh ωαπαωατμαπμδαδα⋅⋅因此,圆锥旋转所需的总力矩为:33430==2=24tan tan cos cos H H M dM h dh ωαωαπμπμδαδα⎰⎰10. 解:润滑油与轴承接触处的速度为0,与轴接触处的速度为轴的旋转周速度,即:=60n Dπυ 由于间隙很小,所以油层在间隙中沿着径向的速度分布可看作线性分布,即:=d dy υυδ则轴与轴承之间的总切应力为:==T A Db υτμπδ克服轴承摩擦所消耗的功率为:2==P T Db υυμπδ因此,轴的转速可以计算得到:3-360606050.7100.810====2832.16r/min 3.140.20.245 3.140.20.3P n D D Db υδππμπ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯11.解:根据转速n 可以求得圆盘的旋转角速度:2290===36060n ππωπ⨯ 如图所示,圆盘上半径为r 处的速度:=r υω,由于间隙很小,所以油层在间隙中沿着轴向的速度分布可看作线性分布,即:=d dy υυδ则微元宽度dr 上的微元力矩:3233==2=2=6r dM dA r rdr r r dr r dr ωπμτμππμπδδδ⋅⋅ 因此,转动圆盘所需力矩为:4422322-30(2)0.40.23==6=6=6 3.14=71.98N m 40.23104DD M dM r dr μμππδδ⨯⨯⨯⋅⨯⎰⎰12. 解:摩擦应力即为单位面积上的牛顿内摩擦力。
(完整版)工程流体力学课后习题答案(第二版)
第一章 绪论1-1.20℃的水2.5m 3,当温度升至80℃时,其体积增加多少? [解] 温度变化前后质量守恒,即2211V V ρρ= 又20℃时,水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2.当空气温度从0℃增加至20℃时,运动粘度ν增加15%,重度γ减少10%,问此时动力粘度μ增加多少(百分数)? [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμΘ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3.有一矩形断面的宽渠道,其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=,式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度,h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底(y =0)处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=Θ)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ,y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4.一底面积为45×50cm 2,高为1cm 的木块,质量为5kg ,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动,木块运动速度u=1m/s ,油层厚1cm ,斜坡角22.620 (见图示),求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时,等速下滑yuATmgddsinμθ==001.0145.04.062.22sin8.95sin⨯⨯⨯⨯==δθμuAmgsPa1047.0⋅=μ1-5.已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况,试根据牛顿内摩擦定律yuddμτ=,定性绘出切应力沿y方向的分布图。
[解]1-6.为导线表面红绝缘,将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
已知导线直径0.9mm,长度20mm,涂料的粘度μ=0.02Pa.s。
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h 12 h 6 2 1 0.1 12h 6 得h4 m 3 2-11.有一盛水的开口容器以的加速度 3.6m/s 2沿与水平面成 30o 夹角的斜面向上运动, 试求容器中水面的倾角。 [ 解 ] 由液体平衡微分方程 dp ( f x dx f y dy f z dz) f x a cos300 , f y 0 , f z ( g asin 300 ) 在液面上为大气压, dp a cos300 dx ( g a sin 300 )dz 0 dz a cos300 0.269 tan g a sin 300 dx 150 2-12.如图所示盛水 U 形管,静止时,两支管水面距离管口均为 h ,当 U 形管绕 OZ 轴以等角速度ω旋转 时, 求保持液体不溢出管口的最大角速度ωmax 。 [ 解 ] 由液体质量守恒知, 管液体上升高度与 管液体下降高度应相等,且两者液面同在一等压面上, 满足等压面方程: 2r 2 C z z I II
=45 °,闸门挡水深 h=3m ,试求水对闸门的作用力及 方向 [ 解 ] 水平分力: F px gh c A x hhb 1000 3.0 g 9.81 3 44.145kN 2 2 压力体体积: V [ h( h h) 1 h 2 ] 8 ( h ) 2 sin 45 2 sin 45 [ 3(3 3) 1 32 ] ( 3 )2 sin 45 2 8 sin 45 1.1629m 3 铅垂分力: F pz gV 1000 9.81 1.1629 11.41kN 合力: Fp F px 2 F pz 2 44.1452 11.412 45.595kN 方向: arctan
2g h 液体不溢出,要求 z I z II 2h , 以 r 1 a, r 2 b 分别代入等压面方程得: a b a>b gh 2 a2 b2 max 2 gh b2 a2 2-13.如图, 600 ,上部油深 h 1= 1.0m ,下部水深 h 2 = 2.0m ,油的重度 =8.0kN/m 3,求:平板 ab 单位 宽度上的流体静压力及其作用点。 [ 解 ] 合力 Pb 1 h11h22油 h 1 sin 600 2 水 h 2 sin 600 = 46.2kN +油h1h20 sin 60 作用点: 1
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第 1 章绪论选择题( a )流体的分子; ( b )流体内的固体颗粒; 【1.1 】 按连续介质的概念,流体质点是指:( c )几何的点;( d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子, 且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
( d )【1.2 】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:( a )切应力和压强; ( b )切应力和剪切变 形速度;( c )切应力和剪切变形; ( )切应力和流速。
ddv dv解:牛顿内摩擦定律是dy,而且速度梯度dy是流体微团的剪切变形速度dddt ,故dt 。
( b )【1.3 】 流体运动黏度 υ 的国际单位是: ( a ) m 2/s ;( ) N/m 2 ;( ) kg/m ;( )N ·s/m 2。
bcd解:流体的运动黏度 υ 的国际单位是 m 2 /s 。
( a )p 【1.4 】 理想流体的特征是:( a)黏度是常数;( b )不可压缩;( c )无黏性;( d )符合RT。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
( c )【1.5 】当 水的 压 强 增 加一 个 大 气 压 时, 水 的 密 度 增 大约 为 :( a ) 1/20 000 ;( b ) 1/1 000 ;( c ) 1/4 000 ;( d ) 1/2 000 。
解 : 当 水 的 压 强 增 加 一 个 大 气 压 时 , 其 密 度 增 大 约 dkdp0.5 10 9 1 105120 000 。
( a )【1.6 】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:( a)能承受拉力,平衡时不能承受切应力; ( )不能承受拉力,平衡时能承受切应力; ( )不能承受拉力,bc平衡时不能承受切应力; (d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力, 同时具有很大的流动性, 即平衡时不能承受切应力。
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【最新整理,下载后即可编辑】第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d ) 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d vy 是流体微团的剪切变形速度d d tγ,故d d tγτμ=。
(b )【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp=ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c ) 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
工程流体力学课后习题讲解
解:由题意及图示得:点A处
p0 油H 0.4 9800 p0 1.6 9800
那么, A B A B
H (1.6 0.4) 9800 1.5m 油 9800
又因为在B点处,
Pa 0.5 13.6 9800 p0 2.4 9800
Hg h 745 103 13.6 9800 1.5 104 9800 1
9.929 104 1.5 104 0.98 104
7.449 104 Pa
那么
7.449 104 h 0.56m 13.6 9800
2-5 油罐内装相对密度0.8的油品,下有底水。为测定油深及油面上的压力, 装置如图所示的U形管水银压力计,测得个液面位置如图。试确定油面高 度H及液面压力P0
p Hg h h p / Hg
与z无关,所以不变。 2-16 在一直径D=300mm、高H=500mm的圆柱形容器中注入水至高度 h1=300mm,然后使容器绕其垂直轴旋转。试决定能使水的自由液面到达 容器上部边缘时的转速n1,当转速超过n1时,水开始逸出容器边缘,而抛 物面的顶端将相底部接近。试求能使抛物面顶端碰到容器底时的转数n2。 在容器静止后,水面高度h2将为多少?
解:根据题意和图示可得,由压缩性得
nt
d2
4
PVdp
n
4 PV0 p t D 2
dV V dV P dpV dp
4 4.75 1010 300 106 250 9.8 104 2 103 3.14 0.012
22.24 23圈
17.8cm
得: dCCl4=(30.6-17.8)/8=1.6
工程流体力学习题全解
第1章绪论选择题【1.1】按连续介质的概念,流体质点是指:(a)流体的分子;(b)流体内的固体颗粒;(c)几何的点;(d)几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d)【1.2】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a)切应力和压强;(b)切应力和剪切变形速度;(c)切应力和剪切变形;(d)切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是ddvyτμ=,而且速度梯度ddvy是流体微团的剪切变形速度dd tγ,故dd tγτμ=。
(b)【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是:(a)m2/s;(b)N/m2;(c)kg/m;(d)N·s/m2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/sm2。
(a)【1.4】理想流体的特征是:(a)黏度是常数;(b)不可压缩;(c)无黏性;(d)符合RTp=ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c)【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a)1/20 000;(b)1/1 000;(c)1/4 000;(d)1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d1d0.51011020 000k pρρ-==⨯⨯⨯=。
(a)【1.6】从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a)能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b)不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c)不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d)能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c)【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a)汽油;(b)纸浆;(c)血液;(d)沥青。
解:满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
(a )【1.8】15C 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=⨯空气,621.14610m /s υ-=⨯水,这说明:在运动中(a )空气比水的黏性力大;(b )空气比水的黏性力小;(c )空气与水的黏性力接近;(d )不能直接比较。
工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答
4 2
→ λ =τ0
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-4
习题 2-13 流体以均匀来流速度 u0 流过直径为 D 球体,如图 2-18 所示。流 体粘度为 μ ,密度为 ρ 。在速度极低的 u0 情况下( Re = ρ u0 D /μ < 2 ),理论解析得到 D 流体沿流动方向作用于球体的总曳力 FD = 3πμ u0 D ,其中 1/3 是因球体表面上 流体压力分布不均产生的, 2/3 是球体表 图 2-18 习题 2-13 附图 面流体摩擦力产生的。试确定该条件下 球体的形状阻力系数 C p 、摩擦阻力系数 C f 和总阻力系数 CD 。 解:根据阻力系数定义式(2-63)有
vz dr =vr dz,vz rdθ =vθ d z 根据流线微分方程: 因为 vr =vθ = 0 , vz ≠ 0 ,所以可得流线方程为: r =c1 , θ =c2 (稳态流动,流线与 t 无关) 即流线是 r 、 θ 为常数的流体线,或流线为平行于 z 的直线;
根据涡线微分方程: Ωθ dr =Ω r rdθ,Ωθ d z = Ω z rdθ 因为 Ω r = Ω z = 0 , Ωθ ≠ 0 ,可得涡线方程为: r =c1 , z =c2 (稳态流动,涡线与 t 无关) 即涡线是管道截面上( z =c2 )半径一定( r =c1 )的圆周线。
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-7
习题 3-11 一圆筒形闸门如图 3-26 所 示 , 直 径 D =4m , 长 度 L =10m,上游水深 H1 =4m,下游水 深 H 2 =2m,求作用于闸门上的液压 总力 Fx 、 Fy 。 解: 筒形闸门 x 方向受力: 等于 其 x 方向投影面积乘平均压力, 所以
(完整版)工程流体力学课后习题答案1-3.doc
第一章 流体及其主要物理性质1-1. 轻柴油在温度 15oC 时相对密度为 0.83,求它的密度和重度。
水1000kg / m 3 相对密度: d解: 4oC 时9800 N / m3水水水0.83 所以,0.83水水0.83 1000 830kg / m 3 0.83 9800 8134 N / m 31-2.甘油在温度 0oC 时密度为 1.26g/cm 3 ,求以国际单位表示的密度和重度。
解: 1g / cm 3 1000kg / m 3g1.26g / cm 3 1260kg / m 3g 1260 9.8 12348N / m 31-3.水的体积弹性系数为 1.96×109N/m 2,问压强改变多少时,它的体积相对压缩 1%?解: E1(Pa)pdV VpdppV VV E 0.01E 1.96 10 7 Pa 19.6MPapV1-4.35 2时容积减少3容积 4m 的水,温度不变,当压强增加 10 N/m 1000cm ,求该水的体积压缩系数β p 和体积弹性系数 E 。
V V 1000 10 6解:4 91pp1052.5 10 PaE12.5 1 4 10 8 Pap10 91-5. 用 200L 汽油桶装相对密度为 0.70 的汽油,罐装时液面上压强为 1 个大气压,封闭后由于温度变化升高了 20oC ,此时汽油的蒸气压为 0.18 大气压。
若汽油的膨胀系数为 0.0006oC -1,弹性系数为 2。
试计算由于14000kg/cm 压力及温度变化所增减的体积?问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜?4解: E =E ’· g =14000×9.8×10 PadVVdTVdpT pV V 0 VTVV V 0 V TTTppp Vp所以, dVVdTVdpT V 0dTp V 0dpTp从初始状态积分到最终状态得:V T pdVT V 0 dTp V 0 dpV 0T 0p 0即V V 0T (T T 0 )V 01( p p 0 )V 0E 1040.000620 0.18 9.8 2002009.8 104140002.4L2.57 10 3 L 2.4LMVV 0.7 1000200 2.4138.32kg 1000另解:设灌桶时每桶最多不超过 V 升,则V dV t dV p 200dV t tVdt 0.00061 20VdV ppV dp1 0.18V (1 大气压= 1Kg/cm 2)14000V =197.6 升dV t =2.41 升-3G =0.1976×700= 138Kg = 1352.4N1-6.石油相对密度 0.9,粘度 28cP ,求运动粘度为多少 m 2/s?解: 1cP 10 2 P1mPa s 10 3 Pa s1P 0.1Pa s28 10 3 3.1 10 5 m 2 / s 0.31St 31cSt0.9 10001-7.相对密度 0.89 的石油,温度 20oC 时的运动粘度为 40cSt ,求动力粘度为 多少?解: d-420.89ν= 40cSt =0.4St = 0.4 ×10 m/s水μ=νρ= 0.4 ×10-4 ×890= 3.56 × 10-2 Pa ·s1-8. 图示一平板在油面上作水平运动,已知运动速度 u=1m/s ,板与固定边界的距离δ =1,油的动力粘度μ= 1.147Pa ·s ,由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布,求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少?解:du 1.147 1 1.147 103 N / m 2dy 1 10 31-9. 如图所示活塞油缸,其直径D= 12cm,活塞直径 d= 11.96cm,活塞长度L=14cm,油的μ= 0.65P ,当活塞移动速度为0.5m/s 时,试求拉回活塞所需的力 F=?解: A=π dL , μ= 0.65P=0.065 Pa · s , u=0.5m/s , y=(D-d)/2FA du0.065 3.14 11.96 10 2 14 10 2 0.510 28.55N dy 12 11.96 2第二章 流体静力学2-1. 如图所示的 U 形管中装有水银与水,试求:( 1) A 、 C 两点的绝对压力及表压各为多少?( 2) A 、 B 两点的高度差为多少?解:① p A 表 =γ h 水= 0.3mH 2O =0.03at = 0.3× 9800Pa =2940Pap A 绝= p a + p A 表 =(10+0.3)mH 2 O =1.03at = 10.3×9800Pa= 100940Pap C 表=γ hg h hg + p A 表= 0.1× 13.6mH 2O+0.3mH 2O =1.66mH 2O =0.166at=1.66×9800Pa =16268Pap C 绝= p a + p C 表 =(10+1.66)mH 2O = 11.66 mH 2O =1.166at = 11.66×9800Pa =114268Pa ② 30c mH 2 = 2h = 30/13.6cm=2.2cmO 13.6h cmH O题 2-2题 2-32-2. 水银压力计装置如图。
工程流体力学__习题及答案(完整资料).doc
【最新整理,下载后即可编辑】第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d ) 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d vy 是流体微团的剪切变形速度d d tγ,故d d tγτμ=。
(b )【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp=ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【1.5】 当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c ) 【1.7】 下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
工程流体力学课后习题讲解
u 0.5m / s
F A
du dy
0.065 3.14 11.96 102
0.5 (12 11.96) 102 / 2
8.55N
第二章 流体静力学
2-1 如图所示的U形管中装有水银和水,试求: (1)A、C两点的绝对压力及表压力个是多少? (2)A、B两点的高度差h为多少? 30cm A 10cm 解:(1) 已知:工程单位制 =1000公斤/米3=10-3公斤/厘米3, 国际单 水
p0 Hg h2 13.6 9800 50 103 Pa
6664Pa
(3)
p0 Hg h2 水h1
Hg h2 13.6 水 50 103 h1 水 水 0.68m 680mm
2-9 图示两水管以U形压力计相连, A、B两点的高度差1m, U形管内装水银, 若读数h=0.50m,求A、B的压差为多少?
dV p =2.41升
dVt =2.5 241升
G=0.1976 700=138Kg(公斤)
1-7 相对密度0.89的石油,温度20℃时的运动粘度为40cSt.求动力粘度为多少?
解:
-4 m2/s d=ρ/ρ水=0.89 ,ν=40cSt=0.4St=0.4 10
=0.4 10-4 890=3.5610-2Pa s
p水 水 z pa Hg h
p水 水 ( z z) pa Hg (h h)
上述两式相减得
水 z Hg h 水 h z Hg
所以,水银柱高度差h变大,增加
水 z Hg
(2)若容器中是空气, γa=11.82N/m3
B
《工程流体力学的》习题与答案及解析
1-6. 石油相对密度 0.9,粘度 28cP,求运动粘度为多少 m2/s?
解:1cP 102 P 1mPa s 103 Pa s
1P 0.1Pa s
28 103 3.1105 m2 / s 0.31St 31cSt
0.9 1000
1-7. 相对密度 0.89 的石油,温度 20ºC 时的运动粘度为 40cSt,求动力粘度为多少?
面上的压力,装置如图所示的 U 形管水银压力计,测
液面位置如图。试确定油面高度 H 及液面压力 p0。
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及油 得各
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解:13.6×0.5-0.8=6mH2O
6-1.6=6-0.4-d 油 H
H=(1.6-0.4)/d 油=1.5m
P0=6-1.6mH2O=4.4mH2O=0.44at=4.312×104Pa (表压)
pA 表 =1.66×9800Pa=16268Pa
pC 绝=pa+ pC 表=(10+1.66)mH2O=11.66 mH2O =1.166at=11.66×9800Pa=114268Pa
② 30cmH2O=13.6h cmH2O h=30/13.6cm=2.2cm
题 2-2
题 2-3
2-2. 水银压力计装置如图。求管中心 A 处绝对压力及表压力?(设油品相对密度为 0.9) 解:pA 表=15×13.6-10+35×0.9cmH2O=225.5cmH2O=0.2255at=2.2099×104Pa pA 绝=pa+ pA 表=(10+2.255)mH2O=1.2255at=120099Pa
解: E 1 (Pa) p
p
dV V dp
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第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念,流体质点是指:(a )流体的分子;(b )流体内的固体颗粒;(c )几何的点;(d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。
解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d )【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a )切应力和压强;(b )切应力和剪切变形速度;(c )切应力和剪切变形;(d )切应力和流速。
解:牛顿内摩擦定律是d d v y τμ=,而且速度梯度d d vy 是流体微团的剪切变形速度d d t γ,故d d t γτμ=。
(b )【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是:(a )m 2/s ;(b )N/m 2;(c )kg/m ;(d )N·s/m 2。
解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
(a )【1.4】 理想流体的特征是:(a )黏度是常数;(b )不可压缩;(c )无黏性;(d )符合RTp =ρ。
解:不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c )【1.5】 当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a )1/20 000;(b )1/1 000;(c )1/4 000;(d )1/2 000。
解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
(a )【1.6】 从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a )能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b )不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c )不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d )能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。
(c )【1.7】 下列流体哪个属牛顿流体:(a )汽油;(b )纸浆;(c )血液;(d )沥青。
解:满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
(a )【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=⨯空气,621.14610m /s υ-=⨯水,这说明:在运动中(a )空气比水的黏性力大;(b )空气比水的黏性力小;(c )空气与水的黏性力接近;(d )不能直接比较。
解:空气的运动黏度比水大近10倍,但由于水的密度是空气的近800倍,因此水的黏度反而比空气大近50倍,而黏性力除了同流体的黏度有关,还和速度梯度有关,因此它们不能直接比较。
(d )【1.9】 液体的黏性主要来自于液体:(a )分子热运动;(b )分子间内聚力;(c )易变形性;(d )抗拒变形的能力。
解:液体的黏性主要由分子内聚力决定。
(b )计算题【1.10】 黏度μ=3.92×10﹣2Pa·s 的黏性流体沿壁面流动,距壁面y 处的流速为v=3y+y 2(m/s ),试求壁面的切应力。
解:由牛顿内摩擦定律,壁面的切应力0τ为22000d (32) 3.9210311.7610Pad y y v y yτμμ--====+=⨯⨯=⨯【1.11】在相距1mm 的两平行平板之间充有某种黏性液体,当其中一板以1.2m/s 的速度相对于另一板作等速移动时,作用于板上的切应力为3 500 Pa 。
试求该液体的黏度。
解:由d d v y τμ=,3d 1103 500 2.917Pa sd 1.2y v μτ-⨯==⨯=⋅【1.12】一圆锥体绕竖直中心轴作等速转动,锥体与固体的外锥体之间的缝隙δ=1mm ,其间充满μ=0.1Pa·s 的润滑油。
已知锥体顶面半径R =0.3m,锥体高度H =0.5m,当锥体转速n =150r/min 时,求所需旋转力矩。
解:如图,在离圆锥顶h 处,取一微圆锥体(半径为r ),其高为d h 。
这里Rr h H =该处速度()Rv h r h H ωω==剪切应力()vRh r H ωτμμδδ==高为d h 一段圆锥体的旋转力矩为d ()()2M h r τπ=d cos hrr θ2Rh H ωμπδ=2d cos hr θ其中tan r h θ=代入32tan 2d cos R h h H μωθπδθ=总旋转力矩2302tan d ()d cos H R M M h h hH πμωθHδθ⋅==⎰⎰342tan cos 4πμωθH δθ=习题.121图其中rad/s 7.15602150s,Pa 1.0=⨯=⋅=πωμ30.3tan 0.6,cos 0.857,0.5m,110m 0.5R H H θθδ-======⨯代入上式得旋转力矩34320.115.70.60.538.83N m1100.8574M π-⨯⨯⨯=⨯=⋅⨯⨯【1.13】上下两平行圆盘,直径均为d ,间隙为δ,其间隙间充满黏度为μ的液体。
若下盘固定不动,上盘以角速度ω旋转时,试写出所需力矩M 的表达式。
解:在圆盘半径为r 处取d r 的圆环,如图。
其上面的切应力()rr ωτμδ=则所需力矩()d 2M r τπ=32d d r rr r rπμωδ=总力矩42232d d 32ddd M M r r πμωπμωδδ===⎰⎰【1.14】当压强增量p ∆=5×104N/m 2时,某种液体的密度增长0.02%。
求此液体的体积弹性模量。
解:液体的弹性模量48d d 510 2.510Pad d 0.0002p p E ρρρρ⨯====⨯角速度ω绕其中心轴旋转。
【1.15】一圆筒形盛水容器以等试写出图中A(x,y,z) 处质量力的表达式。
解:位于(,,)A x y z 处的流体质点,其质量力有22cos x f r x ωθω==惯性力22sin y f r y ωθω==重力z f g =- (Z轴向上)故质量力的表达式为22x y g ωω=+-F i j k 【1.16】图示为一水暖系统,为了防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一习题.131图习题.151图y50℃,在其温度范围内水的热胀系数α=0.000 5/℃。
求膨胀水箱的最小容积。
解:由液体的热胀系数 1d d VV T α=公式,据题意,0.000 5/α=℃,38m V =,d 50T =℃故膨胀水箱的最小容积3d d 0.000 58500.2m V V T α==⨯⨯=【1.17】汽车上路时,轮胎内空气的温度为20℃,绝对压强为395kPa ,行驶后, 轮胎内空气温度上升到50°С,试求这时的压强。
解:由理想气体状态方程,由于轮胎的容积不变,故空气的密度ρ不变,故 00p pT T =,其中0395kPa p =,020273293K T =+=,50273323K T =+=得395323435.4kPa 293p ⨯==【1.18】图示为压力表校正器。
器内充满压缩系数为k =4.75×10﹣10m 2/N 的油液。
器内压强为105Pa 时,油液的体积为200mL 。
现用手轮丝杆和活塞加压,活塞直径为1cm ,丝杆螺距为2mm ,当压强升高至20MPa 时,问需将手轮摇多少转?习题.181图解:由液体压缩系数定义d d k p ρρ=,习题.161图设m V ρ=,d Δm mV V V ρ=--因此,d ΔΔVV V ρρ=-,其中手轮转n 转后,体积变化了2Δ4V d Hnπ=(d 为活塞直径,H 为螺距)即 224d 4d Hnk p V d Hnππ=-,其中1024.7510m /N k -=⨯,65d (201010)Pa p =⨯-得1065d 4.7510(201010)k p -=⨯⨯⨯-23-3-3230.01210420010100.012104nnππ--⨯⨯⨯⨯=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯解得12n =转【1.19】黏度测量仪有内外两个同心圆筒组成,两筒的间隙充满油液。
外筒与转轴连接,其 半径为r 2,旋转角速度为ω。
内筒悬挂于一金属丝下,金属丝上所受的力矩M 可以通过扭转角的值确定。
外筒与内筒底面间隙为a ,内筒高H ,如题1.19图所示。
试推出油液黏度μ的计算式。
解:外筒侧面的切应力为2/r τμωδ=,这里21r r δ=-故侧面黏性应力对转轴的力矩1M 为21112r M r Hr ωμπδ= (由于a 是小量,H a H -≈)对于内筒底面,距转轴r 取宽度为d r 微圆环处的切应力为 /r a τμω=则该微圆环上黏性力为22d 2d r F r r a πτπμω== 故内筒底面黏性力为转轴的力矩2M 为习题.191图13421012d 2r M r r r a a ωωμπμπ==⎰显然421212121212()ar H M M M r a r r r ωμπ⎡⎤=+=+⎢⎥-⎣⎦即4212121212()Mar H r ar r r μωπ=⎡⎤+⎢⎥-⎣⎦第2章 流体静力学选择题:【2.1】 相对压强的起算基准是:(a )绝对真空;(b )1个标准大气压;(c )当 地大气压;(d )液面压强。
解:相对压强是绝对压强和当地大气压之差。
(c ) 【2.2】 金属压力表的读值是:(a )绝对压强;(b )相对压强;(c )绝对压强加当地大气压;(d )相对压强加当地大气压。
解:金属压力表的读数值是相对压强。
(b ) 【2.3】 某点的真空压强为65 000Pa ,当地大气压为0.1MPa ,该点的绝对压强为:(a )65 000 Pa ;(b )55 000 Pa ;(c )35 000 Pa ;(d )165 000 Pa 。
解:真空压强是当相对压强为负值时它的绝对值。
故该点的绝对压强64ab 0.110 6.51035 000Pa p =⨯-⨯=。
(c )【2.4】 绝对压强ab p 与相对压强p 、真空压强v p 、当地大气压a p 之间的关系是:(a )ab v p p p =+;(b )ab a p p p =+;(c )v ab a p p p =-;(d )v a p p p +=。
解:绝对压强-当地大气压=相对压强,当相对压强为负值时,其绝对值即为真空压强。
即ab a v p p p p -==-,故ab v a p p p =-。
(c )【2.5】 在封闭容器上装有U 形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上,其压强关系为:(a )p 1>p 2> p 3;(b )p 1=p 2= p 3;(c )p 1<p 2< p 3;(d )p 2<p 1<p 3。
解:设该封闭容器内气体压强为0p ,则20p p =,显然32p p >,而21Hg p h p hγγ+=+气体,显然12p p <。