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1、西南大学22春工程力学基础综合作业二答案参考1. 扭转切应力在单元体上是成对存在，一对正一对负。( )A.对B.错参考答案：A2. 当收缩喷管的出口截面成为临界截面时，背压连续下降不能使喷管内的流量增加，造成“壅塞”现象，其物理原因可能当收缩喷管的出口截面成为临界截面时，背压连续下降不能使喷管内的流量增加，造成“壅塞”现象，其物理原因可能是A与超声速流流过收缩管道的原理一样；B喷管外为开放空间，降低背压对管内不起作用；C喷口处达到声速，形成马赫线，喷管内相当于寂静区。C喷口外为扰动区，扰动区的压强扰动传不到寂静区；故对喷管内流动没有影响。3. 表征材料抵抗冲击性能的指标是_，其单位是_。表征材
2、料抵抗冲击性能的指标是_，其单位是_。正确答案：冲击韧性MJm2;冲击韧性,MJm2;4. 长管作用水头H保持不变，出口由自由出流改为淹没出流后，管路流量 A减小；B不变；C增大；D不一定。长管作用水头H保持不变，出口由自由出流改为淹没出流后，管路流量A减小；B不变；C增大；D不一定。B5. 地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决( )。A、围岩的岩性B、围地下开挖体得变形和破坏，除于岩体内得初始应力状态和洞形有关外，主要取决( )。A、围岩的岩性B、围岩的结构C、围岩的岩性及结构D、围岩的大小正确答案：C6. 在上题中，当外电路短路时，电路中的电流和端电压分别
3、是( )。A20A，2VB20A，0C0，2VD0，0在上题中，当外电路短路时，电路中的电流和端电压分别是( )。A20A，2VB20A，0C0，2VD0，0正确答案：B7. 17 已知杆端力向量就可以通过单元刚度方程算出杆端位移向量。( )17 已知杆端力向量就可以通过单元刚度方程算出杆端位移向量。()错误只有杆端有支承的特殊单元(如连续梁单元)，才能由杆端力向量通过单元刚度方程求出杆端位移向量。自由单元，有刚体位移，单元刚度矩阵是奇异的，求不出来。8. 16圆管断面直径由d1突然扩大为d2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失 A减小；B不变；C增大。16圆管断面直径由d1突然
4、扩大为d2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失A减小；B不变；C增大。A9. 进入汽轮机的蒸汽参数为3MPa、400，体积流量5m3/s，蒸汽在压力600kPa，温度在200时抽出总质量的15%，余下的蒸进入汽轮机的蒸汽参数为3MPa、400，体积流量5m3/s，蒸汽在压力600kPa，温度在200时抽出总质量的15%，余下的蒸汽膨胀到20kPa，干度为0.9时排出汽轮机，速度为120m/s。试确定抽汽的体积流量和排汽管的直径。注意气体(包括水蒸气)体积随压力和温度改变。抽汽体积流量qv=2.656 m3/s，排汽管的直径D=1.77m。10. 基于磁介质观点，用热力学解释超导体
5、临界磁场的存在基于磁介质观点，用热力学解释超导体临界磁场的存在考虑处于均匀外磁场H中的无穷长超导体圆柱，H的方向与柱轴平行，按磁介质观点，柱体内的磁场也是均匀场，以E表示圆柱单位体积的内能，M为磁化强度，由热力学第一定律和第二定律： dE=dQ+0HdM， TdSdQ (1) 得 dE-TdS-0HdM0 (2) 若系统状态发生自发变化，而且在这过程中保持温度T和磁场H不变，则(2)式可写为 dG0 (3) 其中，G为圆柱单位体积的吉布斯函数： G=E-TS-0HM (4) (3)式表示，系统的自发过程朝着吉布斯函数G减小的方向进行现在设温度T和磁场H有一微小改变，导致系统状态发生一个十分微小
6、的变化，于是由(4)式和(2)式，有 dG=-SdT-0MdH (5) (5)式表示在微小变化过程中，系统的熵S和磁化强度M可视为不变，即G是温度T与磁场H的函数按磁介质观点，样品处在正常态时M=0，由(5)式，此时有 dGn=-Sn(T)dT (6) Gn和Sn分别是正常态下的吉布斯函数和熵而在理想迈纳斯态下M=-H，(5)式成为dG=-S(T，H)dT+0HdH由可积条件，G的二阶混合导数与求导次序无关，故S(T，H)=S(T)于是有 dG=-S(T)dT+0HdH (7) 记H0时超导态的吉布斯函数为GS(T，H)，H=0时GS(T，0)=GS(T)对(7)式积分得 ， (TTc) (8
7、) 上式右方第二项是超导体内的磁能密度，故H=0时，GS(T，0)较小设TTc时，GS(T)Gn(T)，由(8)式便可解释临界磁场现象当磁场H进入超导体内且逐渐增大时，GS(T，H)也逐渐增大，H达到临界值Hc(T)时，有 (9) 当HHc，超导态便转化为正常态，被称为超导态的凝聚能对式(9)微分，并由Sn(T)=-dGn(T)/dT，SS(T)=-GS(T，H)/TH=-dGn(T)/dT，可得 ，(TTc) (10) 由临界磁场的经验公式 (11) 可知dHc(T)/dT0，故(10)式给出 SS(T)Sn(T) (12) 即超导态下系统的熵较低，故处于超导态的电子比正常态的电子更为有序
8、11. 生产液氧时，要将气体压缩到100atm、-90，若氧是从初态0.1MPa、22，被压缩并冷却到上述条件。气体初始体积是2.8生产液氧时，要将气体压缩到100atm、-90，若氧是从初态0.1MPa、22，被压缩并冷却到上述条件。气体初始体积是2.83m3，压缩后的体积应是多少?氧气Tcr=154.3K、Pcr=49.8atm=5.05MPa、Rg=260J/(kgK)。初态时压力较低，可作理想气体处理 终态时压力较高，采用通用压缩因子图(如图)计算 ， 查图得x=0.56 12. 气体的黏性随温度的升高而 A增大；B减小；C不变。气体的黏性随温度的升高而A增大；B减小；C不变。A13.
9、 对于一个静磁场B，矢势A有多种选择性是因为( ) A在定义A时同时确定了它的旋度和散度 B在定义A时只确定对于一个静磁场B，矢势A有多种选择性是因为()A在定义A时同时确定了它的旋度和散度B在定义A时只确定了其旋度而没有定义其散度CA的旋度的梯度始终为零DA的散度始终为零B14. 一矩形波导管横截面的边长分别是a=200cm，b=1.0cm，其中传输的电磁波的频率为f=1.01010Hz。如果管内是空气，试一矩形波导管横截面的边长分别是a=200cm，b=1.0cm，其中传输的电磁波的频率为f=1.01010Hz。如果管内是空气，试问它能传输的TE10波的最大平均功率是多少?已知空气的击穿场
10、强为3.0MV/m。矩型波导内传播的电磁波其电场为 对于TE10波，m=1，n=0，故 平均能流密度为 故 因 故 波导管中TE10波能传输的最大功率为 15. 试分析比较经典热力学中不同理论体系在逻辑结构上的主要差别。试分析比较经典热力学中不同理论体系在逻辑结构上的主要差别。经典热力学可归纳为如表0-1所示的、有代表性的理论体系：建立在热力循环基础上的CJKCP体系；建立在绝热过程基础上的喀喇氏(Caratheodory)体系；以稳定平衡态定律(LSE, The Law of Stable Equilibrium)为基础的单一公理法体系(The Single-Axiom Approach)；
11、从分析非耦合系统(The Uncoupled Systems)着手的MIT体系；“起点提高”、“重点后移”后的外界分析法(SAM, Surrounding Analysis Method)体系。 不同理论体系在逻辑结构上的差别，主要体现在对热力学第一定律及热力学第二定律的表述上。前四种理论体系分别在不同的范畴内、按不同的逻辑结构、用不同的论证方法，论证了“内能”及“熵”的存在，并用它们的定义表达式作为基本定律的表述式。SAM体系是在承认“内能”及“熵”存在的基础上，把论证的重点后移，引出一系列SAM体系所特有的新概念以及基本定律的新的表述式。 16. 长管并联管道各并联管段的( )。A.水头损
12、失相等B.水力坡度相等C.总能量损失相等D.通过的水量相等长管并联管道各并联管段的( )。A.水头损失相等B.水力坡度相等C.总能量损失相等D.通过的水量相等正确答案：A17. 浮力作用线通过 A潜体的重心；B浮体的体积形心；C排开液体的体积形心； D物体上面竖直方向液体的体积形浮力作用线通过A潜体的重心；B浮体的体积形心；C排开液体的体积形心；D物体上面竖直方向液体的体积形心。C18. 已知：无环量平面势流圆柱(半径为a)绕流的流函数为 求：验证流函数满足拉普拉斯方程。已知：无环量平面势流圆柱(半径为a)绕流的流函数为求：验证流函数满足拉普拉斯方程。拉普拉斯方程的柱坐标形式为 (a) (b)
13、 (c) 将(b)式、(c)式代入(a)式，(a)式成立。 19. 核电厂燃料芯块内核反应产生的能量几乎全部转变成热能输出，可以当作有内(部)热源的材料。若通过微元表面的传核电厂燃料芯块内核反应产生的能量几乎全部转变成热能输出，可以当作有内(部)热源的材料。若通过微元表面的传热量(如图所示)可以表示为，假定燃料芯块的物性是常数，且各向同性，试证明燃料芯块内式中，为密度；c为比热容；为时间；为单位体积燃料芯块的生成热；a=/(pc)，为热扩散率(又称导温系数)。在芯块内取微元立方体，如图所示。核反应产生的热量通过传导，传输给外界。这是不可逆的过程，过程中物体与外界没有功的交换，所以按照能量守恒定律，微元体的能量平衡式可以表示为下列形式： 导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热- 导出微元体的总热流量=微元体热力学能的增量 (a) 导入微元体的总热流量为x、y、z三个方向的分热流量之和。根据题意，通过x、y、z三个表面导入微元体的热量为 (b) 同理，导出微元体的总热流量为通过x+dx、y+dy、z+dz出三个表面导出热量的总和： (c) 微元体内热力学能的增量
