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1、WORD格式整理第二章 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：同
2、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d0.1m，质量M50kg在外力F520N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：代入数据得H=12.62m 2.5盛水容器形状如图2.23所示。已知hl0.9m，h20.4m，h31.1m，h40.75m，h51.33m。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。2-6两个容器A、B充满水，高度差为a0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
3、油的密度油=900kgm3，h0.1m，a0.1m。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：2-8一水压机如图2.26所示。已知大活塞直径D11.785cm，小活塞直径d=5cm，杠杆臂长a15cm，b7.5cm，活塞高度差h1m。当施力F198N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F3：由流体静力学公式知：F2=1195.82N2-10水池的侧壁上，装有一根直径d0.6m的圆管，圆管内口切成a45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
4、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JC=a3b/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 ,微元面受力为板受到的总压力为盖板中心在液面下的高度为 hc=d/2+h0=2.3m,yc=a+h0/sin45 盖板受的静止液体压力为F=hcA=9810*2.3*ab 压力中心距铰链轴的距离为 ：X=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：故T=6609.5N2-14有如图2.32所示的曲管AOB。OB段长L10.
5、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L20.23m，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旋转时，其管内相对静止液体压强分布为：以A点为原点，OA为Z轴建立坐标系O点处面压强为B处的面压强为其中：Pa为大气压。当PB=PO时=9.6rad/sOB中的任意一点的压强为对上式求P对r的一阶导数并另其为0得到，即OB中压强最低点距O处 代入数据得最低压强为Pmin=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。
6、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：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 （k=0，1，2，）时连续。3.4三段管路串联如图3.27所示，直径d1=100 cm，d2=50cm，d325cm，已知断面平均速度v310m/s，求v1,v2，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：3.5水从铅直圆管向下流出，如图3.28所示。已知管直径d110 cm，管口处的水流速度vI1.8
7、m/s，试求管口下方h2m处的水流速度v2，和直径d2。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D0.15m的管路，如图3.29所示。已知h12.1m，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=71.13KP
8、a3.7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=0.2，L=75mm，酒精密度1=800kgm3，气体密度21.66Kg/m3；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
9、径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差h=1.0m，用压强表测得PA7x104Pa，PB4x104Pa，用流量计测得管中流量Q=12m3/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。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0时固液界面处
10、的边界温度为常数， 故为第一类边界条件，即 0时w=f()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/m2，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111， 得 =238.2 4. 有一厚度为20mm的平面墙，其热导率为1.3W/(m)。为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧表面覆盖了一层为0.1 W/(m)的隔热材料，已知复合壁两侧表面温 度分布75
11、0 和55 ，试确定隔热层的厚度。解：由多层壁平板导热热流密度计算公式（9-14）知每平方米墙的热损失为 得 6. 冲天炉热风管道的内/外直径分别为160mm和170mm，管外覆盖厚度为80mm的石棉隔热层，管壁和石棉的热导率分别为1=58.2W/(m)，2=0.116W/(m)。已知管道内表面温度为240 ，石棉层表面温度为40 ，求每米长管道的热损失。解：由多层壁圆管道导热热流量公式（9-22）知 ,所以每米长管道的热损失为7解：查表已知8. 外径为100mm的蒸汽管道覆盖隔热层采有密度为20Kg/m3的超细玻璃棉毡，已知蒸汽管外壁温度为400，要求隔热层外壁温度不超过50，而每米长管道散
12、热量小于163W，试确定隔热层的厚度。解：已知 查附录C知超细玻璃棉毡热导率 由圆筒壁热流量计算公式（9-20）知：得 而 得出 9. 解：UI 10. 在如图9-5所示的三层平壁的稳态导热中，已测的t1,t2,t3及t4分别为600，500，200及100，试求各层热阻的比例解：根据热阻定义可知而稳态导热时各层热流量相同，由此可得各层热阻之比为 =100：300：100 =1：3：111题略 解：（参考例9-6）查表，代入式得 kk12液态纯铝和纯铜分别在熔点（铝660，铜1083）浇铸入同样材料构成的两个砂型中，砂型的密实度也相同。试问两个砂型的蓄热系数哪个大？为什么？答：此题为讨论题，砂
13、型的蓄热系数反映的是材料的蓄热能力，综合反映材料蓄热和导热能力的物理量，取决于材料的热物性。 两个砂型材料相同，它们的热导率和比热容c及紧实度都相同，故两个砂型的蓄热系数一样大。 注：铸型的蓄热系数与所选造型材料的性质、型砂成分的配比、砂型的紧实度及冷铁等因素有关！ 考虑温度影响时，浇注纯铜时由于温度较纯铝的高，砂型的热导率会增大，比热和密度基本不变，从而使得砂型蓄热系数会有所增大13试求高0.3m，宽0.6m且很长的矩形截面铜柱体放入加热炉内一小时后的中心温度。已知：铜柱体的初始温度为20，炉温1020，表面传热系数a=232.6W/（m2），=34.9W/（m）,c=0.198KJ/（Kg），=780Kg/m3。解：此题为二维非稳态导热问题，参考例9.8 ，可看成两块无限大平板导热求解，铜柱中心温度最低，以其为原点，以两块平板法线方向为坐标轴，分别为x，y轴。则有：热扩散率/s查9-14得，钢镜中心的过余温度准则为中心温度为=0.036*（293-1293）+1293 =1257k=98415一
