热工基础及流体力学第二章作业完整版

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。

（完整版）热⼯基础课后题答案⼆零⼀七年，秋第⼀章热⼒学第⼀定律1-1⽤⽔银压⼒计测量容器中的压⼒，在⽔银柱上加⼀段⽔，若⽔柱⾼1020mm ，⽔银柱⾼900mm ，当时⼤⽓压⼒计上的度数为b 755mmHg p =。

求容器中⽓体的压⼒。

解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知2H O Hg b1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPap p p p =++=?+?+?=≈容器即容器中⽓体的压⼒为0.231MPa 。

1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，⽓压计上的⾼度是b 755mmHg p =，求容器中⽓体的绝对压⼒（⽤Pa 表⽰）。

如果容器中的绝对压⼒不变，⽽⽓压计上⾼度为b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表⽰）.解：因为600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =?容器中⽓体的绝对压⼒为b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=若以mmHg 表⽰真空度，则2066520665Pa=mmHg 155mmHg 133.3224p ==则当⽓压计⾼度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为770mmHg 155mmHg 615mmHg vb p p p '=-=-=1-3⽤斜管压⼒计测量锅炉烟道⽓的真空度，管⼦倾斜⾓30α=?，压⼒计使⽤密度30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地⼤⽓压⼒b 745mmHg p =。

求烟⽓的真空度（mmHg ）及绝对压⼒。

解：压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒为33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==当地⼤⽓压为b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =?则烟⽓的绝对压⼒为b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=若压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒⽤mmH 2O 表⽰，则烟⽓的真空度为22784=784Pa=mmH O=79.95mmH O 9.80665j p1-6⽓体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求⽓体膨胀所做的功。

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 kg 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 Paρρ∆⨯⨯a （）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。

第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。

不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。

而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。

习题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==- 1-2图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。

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Q 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 U W =∆+=- 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42.7410tW 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==⨯=g （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。

第一章热力学基础知识一、填空题1．实现能和能相互转化的工作物质就叫做。

2．热能动力装置的工作过程，概括起来就是工质从吸取热能，将其中一部分转化为，并把余下的一部分传给的过程。

3．热力系统与外界间的相互作用一般说有三种，即系统与外界间的交换、交换和交换。

4．按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为和两类。

5．状态参数的变化量等于两状态下，该物理量的差值，而与无关。

6．决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需个。

7．1mmHg= Pa；1mmH2O= Pa。

8．气压计读数为750mmHg，绝对压力为2.5×105Pa的表压力为MPa。

9．用U形管差压计测量凝汽器的压力，采用水银作测量液体，测得水银柱高为720.6mm。

已知当时当地大气压力Pb=750mmHg，则凝汽器内蒸汽的绝对压力为MPa。

10．一个可逆过程必须是过程，而且在过程中没有。

11．只有状态才能用参数坐标图上的点表示，只有过程才能用参数坐标图上的连续实线表示。

12．热量和功都是系统与外界的度量，它们不是而是量。

13．工质作膨胀功时w 0，工质受到压缩时w 0，功的大小决定于。

二、名词解释1．标准状态——2．平衡状态——3．准平衡过程——4．可逆过程——5．热机——6．热源——7．热力系统——8．体积变化功——9．热力学温标——10．孤立系——三、判断题1．物质的温度越高，则所具有的热量愈多。

2．气体的压力越大，则所具有的功量愈大。

3．比体积和密度不是两个相互独立的状态参数。

4．绝对压力、表压力和真空都可以作为状态参数。

6．孤立系内工质的状态不会发生变化。

7．可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程。

8．凝汽器的真空下降时，则其内蒸汽的绝对压力增大。

9．若容器中气体的压力没有改变，则压力表上的读数就一定不会改变。

四、选择题1．下列各量可作为工质状态参数的是：（1）表压力；（2）真空；（3）绝对压力。

2．水的三相点温度比冰点温度应：（1）相等；（2）略高些；（3）略低些。