热工基础及流体力学第二章作业

姓名： 作业成绩： 姓名： 班级： 评阅成绩： 班级： 学号： 学号：流体力学第二章作业1、一矩形平板闸门AB ，门的转轴位于A 端，已知闸门宽3m ，门重9.8kN ，门与水平面夹角030α=，闸门左右水位分别为11m h =，23 1.73m h h ==，若不计门轴的摩擦，在门的B 点用钢索起吊，试求闸门启动时所需的拉力F 。

2、如图示，一直角形闸门，已知闸门的宽度1m B =， 1m h =，试求关闭闸门受需的垂直作用力。

3、圆柱形锅炉直径为3m D =，右端为焊接的盖板，水深为1.5m ，锅炉内气体压力可通过U 型管水银压差计来量测。

若测得压差计两只管内水银面高差为0.6m h ∆=，试求作用在锅炉盖板上的静水总压力大小。

（注：①水银密度3313.610kg/m Hg ρ=⨯；②水面上压强不为零）4、某竖直隔板上开有矩形孔口，如图所示，高1m a =，宽3m b =。

现用一直径2m d =的圆柱筒将其堵塞。

隔板两侧充水，左侧2m h =，水位高差0.6m z =。

求作用于该圆柱筒的静水总压力。

注：（1）计算水平压力时左侧投影面积的抵消关系；（2）计算铅垂压力时的压力体（浮力定律）5、如图所示，闸门AB 宽 1.2m b =，A 点为铰链连接，闸门可以绕A 点转动。

左边容器压力表G 的读数为014.7kPa p =-，右边容器中油的密度为'3850kg/m ρ=，问在B 点作用多大的水平力F 才能使闸门AB 保持平衡。

（16分）注：液面存在气压0p 时，压力中心公式为：0sin sin xC D C C g I y y p A gy A ραρα=++6、如图示，在一蓄水容器垂直壁的下面有一1/4圆柱面部件AB ，其长度为1m l =，半径为0.4m R =，容器中水深为 1.2m h =，试求作用在部件AB 上的总压力。

（请大家作图，并在图上标注压力体）答案是按l=1.5m 做的。

西南科技大学热工基础及流体力学期末考试复习Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020热工基础及流体力学第一章气体的热力性质（名词解释）1.2.工质：实现能量传递与转换的媒介物质。

3.4.热力学系统：热力学研究时，根据研究问题的需要人为选取一定的工质或空间作为研究对象，称为热力系统，简称热力系或系统。

5.6.热力系分类：①封闭热力系（与外界有能量传递,无物质交换的系统。

系统的质量恒定不变）②开口热力系：（与外界有能量、物质交换的系统，系统的质量可变）③绝热热力系（与外界没有热量交换的系统）④孤立热力系：（与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统）7.8.热力状态：工质在某一瞬间所呈现的全部宏观物理特性，称为热力学状态，简称状态。

9.10.状态参数：描述工质热力状态的宏观的物理量叫做热力学状态参数，简称状态参数。

基本状态参数：温度（T）、压力（p）、比体积（v）导出状态参数：热力学能（U）、焓（H）、熵（S）11.12.理想气体：是指状态变化完全遵循波义耳-体模型，气体分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。

13.14.热力学能：指组成物质的微观粒子本身所具有的能量, 即所谓的热能。

包括了：①内动能:分子热运动的动能。

②内位能: 分子之间由于相互作用力而具有的位能。

第二章热力学基本定律（填空+计算（卡洛循环）+名词解释）1.2.准平衡过程：过程中热力系所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的热力过程称为准平衡过程，或准静态过程。

3.4.可逆过程：如果热力系完成某一热力过程后, 再沿原来路径逆向进行时 , 能使热力系和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。

反之,则称为不可逆过程。

(可逆过程是一个理想过程，可逆过程的条件：可逆过程= 准平衡过程＋无耗散效应）。

5.6.关系：准平衡过程概念只包括热力系内部的状态变化，而可逆过程则是分析热力系与外界所产生的总效果。

1．黏性及黏性的表示方法产生阻抗流体层间相对运动的内摩擦力的这种流体的性质。

两种表示方法：动力黏度、运动黏度2．流线与迹线流线：某瞬时流场中的一条空间曲线，该瞬时曲线上的点的速度与该曲线相切。

迹线：流体质点的运动轨迹。

3．断面平均流速与时间平均流速断面平均流速：A vdA A q V A V ⎰== 时间平均流速：⎰=Tvdt T v 014．层流与紊流层流：定向有规律的流动 紊流：非定向混杂的流动5．流体连续介质模型以流体微团这一模型来代替实际由分子组成的结构，流体微团具有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，彼此间无间隙，这就是连续介质模型。

6．定常与非定常流动流体运动的运动参数在每一时刻都不随时间发生变化，则这种流动为定常流动；流体运动的参数在每一时刻都随时间发生变化，则这种流动为非定常流动。

7. 沿程阻力、局部阻力流体沿流动路程所受的阻碍称为沿程阻力局部阻力之流体流经各种局部障碍（如阀门、弯头、变截面管等）时，由于水流变形、方向变化、速度重新分布，质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力。

8. 8. 有旋流动、无旋流动有旋流动：流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动。

无旋流动：流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。

9. 9. 流体动力黏度和运动黏度动力黏度：单位速度梯度时内摩擦力的大小 dz dv /τμ=运动黏度：动力粘度和流体密度的比值ρμυ=二．计算题1．如图，盛水容器以转速min /450r n =绕垂直轴旋转。

容器尺寸mm D 400=，mm d 200=，mm h 3502=，水面高mm h h 52021=+，活塞质量kg m 50=，不计活塞与侧壁的摩擦，求螺栓组A 、B 所受的力。

解：将坐标原点C 取在液面处，则液面方程 g r z 222ω=设液面上O 点处压强为p ，则mgrdr r p d =+⎰πρω2)2(2/0220则22204)2/(4r d mg p ππρω-=求螺栓组A 受力：在上盖半径为r 处取宽度为dr 的环形面积，该处压强为ggr h p p ρω)2(2210++=上盖所受总压力为⎰⎰≈⋅++=⋅=2/2/22102/2/137232))2((2D d D d P Nrdr g gr h p rdr p F πρωπ方向垂直向上。

热工基础及流体力学第二章作业HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】热工基础及流体力学第二章解：由题意可知⑴ 在初始平衡状态时，由力的平衡可得11b p A p A M g =+ ①重新达到平衡状态时，由力的平衡可得22b p A p A M g =+ ②由于假定活塞和汽缸壁间无摩擦，气体可以和外界充分换热，则可视为可逆及定温过程。

即满足2211pv p v = ③由式①②③可求得 332 1.5110v cm =⨯所以 215.1h cm = 则活塞上升的距离h ∆为 21 5.1h h h cm ∆=-= ⑵ 在整个热力过程中，气体的膨胀功 12ln p w RT p = ④ 在整个过程中重物的位能 所以整个过程中气体的换热量 43.5610pQ w E J =-=⨯ 解：由题意可知工质在汽轮中所做的功等于工质焓的减少又因蒸汽的流量为380t /c h =故 所产生的功率 744.1104.110s W kW P w c ⨯==⨯或（计算时要特别注意单位，尤其是功率单位：功率定义式：P=W/t （１瓦＝１焦/秒））解：由题意可知在气体由状态1沿A 变化至状态2时在气体由状态2沿B 返回状态1时，热力学能在数值上等于40KJ,方向与之相反，则 80KJ Q U W =∆+=- 放热过程同理可得，在气体由状态1沿C 返回状态1时90KJ Q UW =∆+=- 放热过程解：由题意可知⑴ 压缩过程中对每千克的空气所做的功量等于空气的内能增加量与同外界交换的热量的代数和，即⑵ 每生产1Kg 的压缩空气所产生的技术功为⑶ 由⑵的结果可得带动此压气机需要用的电动机的功率为42.7410t W P wC ==⨯ 其中C 为流量2-9．利用孤立系统的熵增原理0A B A Bq q T T += A q 放出热量，B q 吸收热量 2-13（1）1221130273.15110.61500273.15c T T T T T η-+==-=-=+ （2）1211nett q q q q ωη-==1000.6161c t q kj ωη==⨯= （3）2110.61c q q η=-=20.3910039q kj =⨯= （4）61 1.0160w p kj s t === 2-16后一种方法：供暖系数'1112net Q Q Q Q εω==- 而2121Q Q T T =12211273.150.93293.15en Q Q T Q Q T =⨯=⨯= 所以1210.07net Q Q Q ω=-=其中：en T 为室内温度2T 为室外冷空气温度前一种方法：所以'110.7510.70.07net net Q Q ωω==倍 前一种方法是后一种的倍2-18用可逆定压过程2-3和可逆定容过程3-1和该过程一起组成一个循环 令该过程为绝热则532510P P pa ==⨯所以不可以实现当2250273.15523.15T K =+=所以所以可以实现。

第二章 流体静力学2-1 密闭容器测压管液面高于容器内液面h=1.8m,液体密度为850kg/m3, 求液面压强。

解：08509.8 1.814994Pa p gh ρ==⨯⨯=2-2 密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa,压力表中心比A 点高0.4米，A 点在液面下1.5m ，液面压强。

解：0()490010009.8(0.4 1.5) 49009800 1.15880PaM B A p p g h h ρ=+-=+⨯⨯-=-⨯=-2-3 水箱形状如图，底部有4个支座。

试求底面上的总压力和四个支座的支座反力，并讨论总压力和支座反力不相等的原因。

解：底面上总压力（内力，与容器内的反作用力平衡）()10009.81333352.8KN P ghA ρ==⨯⨯+⨯⨯=支座反力支座反力（合外力）3312()10009.8(31)274.4KN G g V V ρ=+=⨯⨯+=2-4盛满水的容器顶口装有活塞A ，直径d=0.4m ，容器底直径D=1.0m ，高h=1.8m 。

如活塞上加力为2520N(包括活塞自重)。

求容器底的压强和总压力。

解：压强2252010009.8 1.837.7kPa (0.4)/4G p gh A ρπ=+=+⨯⨯= 总压力 237.71/429.6KN P p A π=⋅=⨯⋅=2-5多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。

图中高程单位为m ，试求水面的绝对压强。

解：对1-1等压面02(3.0 1.4)(2.5 1.4)p g p g ρρ+-=+-汞对3-3等压面 2(2.5 1.2)(2.3 1.2)a p g p g ρρ+-=+-汞将两式相加后整理0(2.3 1.2)(2.5 1.4)(2.5 1.2)(3.0 1.4)264.8kPap g g g g ρρρρ=-+-----=汞汞绝对压强 0.0264.8+98=362.8kPa abs a p p p =+=2-6水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ，U 形管压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。

流体⼒学__第⼆章习题解答第2章流体静⼒学2.1 ⼤⽓压计的读数为100.66kPa(755mmHg)，⽔⾯以下7.6m 深处的绝对压⼒为多少？知：a a KP P 66.100= 3/1000m kg =⽔ρ m h 6.7= 求：⽔下h 处绝对压⼒ P解：aa KP ghP P 1756.71000807.96.100=??+=+=ρ 2.2 烟囱⾼H=20m ，烟⽓温度t s =300℃，压⼒为p s ，确定引起⽕炉中烟⽓⾃动流通的压⼒差。

烟⽓的密度可按下式计算：p=（1.25-0.0027t s ）kg/m 3，空⽓ρ=1.29kg/m 3。

解：把t 300s C =?代⼊3s (1.250.0027)/s t kg m ρ=-得3s (1.250.0027)/s t kg m ρ=-33(1.250.0027300)/0.44/kg m kg m=-?=压⼒差s =-p ρρ?a （）gH ，把31.29/a k g m ρ=，30.44/s kg m ρ=，9.8/g N kg =，20H m =分别代⼊上式可得s =-20p Paρρa （）gH=(1.29-0.44)9.8166.6Pa =2.3 已知⼤⽓压⼒为98.1kN/m 2。

求以⽔柱⾼度表⽰时：（1）绝对压⼒为117.2kN/m 2时的相对压⼒；（2）绝对压⼒为68.5kN/m 2时的真空值各为多少？解：（1）相对压⼒：p a =p-p ⼤⽓=117.72-98.1=19.62KN/2m以⽔柱⾼度来表⽰：h= p a/ g ρ=19.62* 310 /（9.807* 310）=2.0m（2）真空值：2v a p =p p=98.168.5=29.6/m KN -- 以⽔柱⾼度来表⽰：h= p a/g ρ=29.6* 310 /（9.807* 310）=3.0m2.4 如图所⽰的密封容器中盛有⽔和⽔银，若A 点的绝对压⼒为300kPa ，表⾯的空⽓压⼒为180kPa ，则⽔⾼度为多少？压⼒表B 的读数是多少？解：⽔的密度1000 kg/m 3，⽔银密度13600 kg/m 3A 点的绝对压⼒为：)8.0(20g gh p p Hg o h A ρρ++=300?310=180?310+1000?9.8 h+13600?9.8?0.8 求得：h=1.36m压⼒表B 的读数p (300101)199g a p p KPa KPa =-=-=2.5 如图所⽰，在盛有油和⽔的圆柱形容器的盖上加载F=5788N 已知h 1=50cm ，h 2=30cm ，d=0.4cm ，油密度ρ油=800kg/m 3⽔银密度ρHg =13600kg/m 3，求U 型管中⽔银柱的⾼度差H 。

吴望一《流体力学》第二章部份习题参考答案一、基本概念1．连续介质假设适用条件：在研究流体的宏观运动时，如果所研究问题的空间尺度远远大于分子平均间距，例如研究河流、空气流动等；或者在研究流体与其他物体（固体）的相互作用时，物体的尺度要远远大于分子平均间距，例如水绕流桥墩、飞机在空中的飞行（空气绕流飞机）。

若不满足上述要求，连续介质假设不再适用。

如在分析空间飞行器和高层稀薄大气的相互作用时，飞行器尺度与空气分子平均自由程尺度相当。

此时单个分子运动的微观行为对宏观运动有直接的影响，分子运动论才是解决问题的正确方法。

2．（1）不可；（2）可以，因为地球直径远大于稀薄空气分子平均间距，同时与地球发生相互作用的是大量空气分子。

3．流体密度在压强和温度变化时会发生改变，这个性质被称作流体的可压缩性。

流体力学中谈到流体可压缩还是不可压缩一般要结合具体流动。

如果流动过程中，压力和温度变化较小，流体密度的变化可以忽略，就可以认为流体不可压缩。

随高度的增加而减少只能说明密度的空间分布非均匀。

判断流体是否不可压缩要看速度场的散度V ∇⋅ 。

空气上升运动属可压缩流动，小区域内的水平运动一般是不可压缩运动。

4．没有， 没有， 不是。

5 三个式子的物理意义分别是：流体加速度为零；流动是定常的；流动是均匀的。

6 欧拉观点：(),0d r t dt ρ= ，拉格朗日观点：(),,,0a b c t tρ∂=∂ 7 1）0=∇ρ，2）const =ρ，3) 0=∂∂tρ 8 不能。

要想由()t r a , 唯一确定()t r v ,还需要速度场的边界条件和初始条件。

9 物理意义分别为：初始坐标为(,)a b 的质点在任意时刻的速度；任意时刻场内任意点(,)x y 处的速度。

10 1）V s ∂∂ ，3）V V V⋅∇ 11 见讲义。

12 分别是迹线和脉线。

13 两者皆不是。

该曲线可视为从某点流出的质点在某一时刻的位置连线，即脉线。