《工程流体力学（杜广生）》习题答案
第一章 习题
?f136001. 解：根据相对密度的定义：d???13.6。
?w1000式中，?w 表示4摄氏度时水的密度。
2. 解：查表可知，标准状态下：?CO?1.976kg/m3，?SO?2.927kg/m3，?O?1.429kg/m3，
222?N?1.251kg/m3，?HO?0.804kg/m3 ，因此烟气在标准状态下的密度为：
22???1?1??2?2?L?n?n?1.976?0.135?2.927?0.003?1.429?0.052?1.251?0.76?0.804?0.05 ?1.341kg/m33. 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：
KT?4?101325?405.3?103Pa ；
（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：
KS??p?1.4?4?101325?567.4?103Pa
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：
dV??V?V?dT?0.005?8?50?2m3
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：
dVV1?103?5?92k?????0.51?10m/N 5dp(4.9?0.98)?106. 解：根据动力粘度计算关系式：
?????678?4.28?10?7?2.9?10?4Pa?S
7. 解：根据运动粘度计算公式：
?1.3?10?3????1.3?10?6m2/s
?999.4?68. 解：查表可知，15摄氏度时空气的动力粘度??17.83?10Pa?s，因此，由牛顿摩擦定律可知：
F??AU0.3?17.83?10?6???0.2??3.36?10?3N h0.0019. 解：
如图所示，
高度为h处的圆锥半径：r?htan?，则在微元高度dh围的圆锥表面积： dA=2?rdh2?htan?=dh cos?cos?由于间隙很小，所以间隙润滑油的流速分布可看作线性分布，则有：
d???r?htan?===
????则在微元dh高度的力矩为：
?htan?2?htan??tan3?3dM=?dA?r=?dh?htan?=2??hdh
?cos??cos?因此，圆锥旋转所需的总力矩为：
?tan3?H3?tan3?H4 M=?dM=2??hdh=2????cos?0?cos?4
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：?=n?D 60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?则轴与轴承之间的总切应力为：T=?A=???Db ??2?Db 克服轴承摩擦所消耗的功率为：P=T?=??因此，轴的转速可以计算得到：
60?60P?6050.7?103?0.8?10-3n====2832.16?D?D??Db3.14?0.20.245?3.14?0.2?0.3r/min
11．解：
根据转速n可以求得圆盘的旋转角速度：?=2?n2??90==3? 6060如图所示，圆盘上半径为r处的速度：?=?r，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?则微元宽度dr上的微元力矩：
dM=?dA?r=??r3?3?2?rdr?r=2??rdr=6?2r3dr ???D2因此，转动圆盘所需力矩为：
4?30.40.2342?(D2)2 M=?dM=6?rdr=6?=6?3.14??=71.98-3???40.23?10402N?m
12. 解：
摩擦应力即为单位面积上的牛顿摩擦力。由牛顿摩擦力公式可得：
?=?d??4=??=885?0.00159?=2814.3dy?2?10-3Pa
13. 解：
活塞与缸壁之间的间隙很小，间隙中润滑油的速度分布可以看作线性分布。 间隙宽度：?=D-d152.6-152.4=?10-3=0.1?10-3m 22因此，活塞运动时克服摩擦力所消耗的功率为：
??2P=T?=?A?=??dL?=???dL??=920?0.9144?10-4?3.14?152.4?10-3?30.48?10-2?6=4.42-30.1?102 14. 解：
kWd? dt对于飞轮，存在以下关系式：力矩M=转动惯量J*角加速度?，即M=J圆盘的旋转角速度：?=2?n2??600==20? 60602圆盘的转动惯量：J=mR=G2R 式中，m为圆盘的质量，R为圆盘的回转半径，G为圆盘的重量。 g2角加速度已知：?=0.02rad/s
d3dd2?dL2粘性力力矩：M=Tr=?A=? ，式中，T为粘性摩擦力，d为轴的直径，L?dL=20?2?24??为轴套长度，? 为间隙宽度。
因此，润滑油的动力粘度为：
J?GR2??500?(30?10-2)2?0.02?0.05?10-3?====0.2325 Pa?s 3232-23-2dL5g?dL5?9.8?3.14?(2?10)?5?1020?24?15. 解：
查表可知，水在20摄氏度时的密度：?=998kg/m ，表面力：则由式h=?=0.0728N/m ，得，
34?cos? 可
?gd4?cos?4?0.0728?cos10oh===3.665?10-3m -3?gd998?9.8?8?1016. 解：
查表可知，水银在20摄氏度时的密度：?=13550kg/m ，表面力：则由式h=?=0.465N/m ，可得，
34?cos?
?gd4?cos?4?0.465?cos140o-3h===?1.34?10m -3?gd13550?9.8?8?10负号表示液面下降。
第二章 习题
1. 解：
44因为，压强表测压读数均为表压强，即pA=2.7?10Pa ，pB=?2.9?10Pa
因此，选取图中1-1截面为等压面，则有：pA=pB+?Hggh， 查表可知水银在标准大气压，20摄氏度时的密度为13.55?10kg/m
33pA-pB(2.7+2.9)?104因此，可以计算h得到：h===0.422m
?Hgg13.55?103?9.82. 解：
由于煤气的密度相对于水可以忽略不计，因此，可以得到如下关系式：
p2=pa2+?水gh2 （1） p1=pa1+?水gh1 （2）
由于不同高度空气产生的压强不可以忽略，即1,2两个高度上的由空气产生的大气压强分别为pa1和pa2，并且存在如下关系：pa1-pa2=?agH（3）
而煤气管道中1和2处的压强存在如下关系：p1=p2+?煤气gH （4）
）+?agH=?煤气gH 联立以上四个关系式可以得到：?水g（h1?h2即：?煤气=?a+?水（h1?h2）H1000?(100-115)?10-3=1.28+=0.53kg/m3
203. 解：
如图所示，选取1-1截面为等压面，则可列等压面方程如下：
pA+?水gh1=pa+?Hggh2
因此，可以得到：
pA=pa+?Hggh2-?水gh1=101325+13550?9.8?900?10-3-1000?9.8?800?10-3=212.996kPa
4. 解：
设容器中气体的真空压强为pe ，绝对压强为pab
如图所示，选取1-1截面为等压面，则列等压面方程：pab+?g?h=pa 因此，可以计算得到：
工程流体力学课后习题答案(杜广生)
