第1章 绪论【1-1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。

【解】液体的密度3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯相对密度 330.906100.9061.010w ρδρ⨯===⨯【1-2】体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到4.9×105Pa 时，体积减少1L 。

求水的压缩系数和弹性系数。

【解】由压缩系数公式10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE β-===⨯⨯ 【1-3】温度为20℃，流量为60m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？【解】根据膨胀系数1t dVV dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht Q Q dt Q β=+=⨯⨯-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。

罐装时液面上压强为98000Pa 。

封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。

若汽油的膨胀系数为0.0006K -1，弹性系数为13.72×106Pa ，（1）试计算由于压力温度变化所增加的体积，（2）问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少？【解】（1）由1β=-=P p dV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆tp V V ，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则由 200L β+=t V V dT 得 1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa ·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。

【解】根据牛顿内摩擦定律=du dy τμ 则 21=0.980798.07N/m 0.01uτμδ=⨯=【1-6】已知半径为R 圆管中的流速分布为22=(1)r u c R -式中c 为常数。

试求管中的切应力τ与r 的关系。

【解】根据牛顿内摩擦定律du drτμ=- 则 2222[(1)]d r rc c dr R Rτμμ=--=习题1-6图习题1-5图第2章 流体静力学【2-1】容器中装有水和空气，求A 、B 、C 和D 各点的表压力？【解】空气各点压力相同，与空气接触的液面压力即为空气的压力，另外相互连通的同种液体同一高度压力相同，即等压面34342223232()()()(2)MA MB MA MC MB MD MC p g h h p p g h h h gh p p gh p p g h h g h h ρρρρρρ=+=-++=-==-=-+=-+【2-2】如图所示的U 形管中装有水银与水，试求： （1）A 、C 两点的绝对压力及表压力各为多少？ （2）求A 、B 两点的高度差h ？【解】由51.0132510Pa a p =⨯，33110Kg/m ρ=⨯w ，3313.610Kg/m ρ=⨯H 得（1） ()0.310132510009.80.3104265Pa ρ=+⨯=⨯⨯=ab A a w p p g ＋ 0.310009.80.32940Paρ=⨯=⨯⨯=MA w p g ()0.30.110132598000.3136009.80.1117593Paρρ=+⨯+⨯=+⨯+⨯⨯=ab C a w H p p g g 0.30.198000.3136009.80.116268Paρρ=⨯+⨯=⨯+⨯⨯=MC w H p g g （2）选取U 形管中水银的最低液面为等压面，则0.3w H g gh ρρ⨯= 得 0.310.32.2 cm 13.6ρρ⨯⨯===wH h 【2-3】在一密闭容器内装有水及油，密度分别为ρw及ρo ，油层高度为h 1，容器底部装有水银液柱压力计，读数为R ，水银面与液面的高度差为h 2，试导出容器上方空间的压力p 与读数R 的关系式。

【解】选取压力计中水银最低液面为等压面，则题2-2图题2-3图121()o w H p gh g h R h gR ρρρ+++-=得 121()H o w p gR gh g h R h ρρρ=--+-【2-4】油罐内装有相对密度为0.7的汽油，为测定油面高度，利用连通器原理，把U 形管内装上相对密度为1.26的甘油，一端接通油罐顶部空间，一端接压气管。

同时，压力管的另一支引入油罐底以上的0.4m 处，压气后，当液面有气逸出时，根据U 形管内油面高度差△h =0.7m 来计算油罐内的油深H = ?【解】选取U 形管中甘油最低液面为等压面，由气体各点压力相等，可知油罐底以上0.4m 处的油压即为压力管中气体压力，即00(0.4)go o p g h p g H ρρ+∆=+- 得 1.260.70.40.4 1.66 m 0.7go o h H ρρ∆⨯=+=+= 【2-5】图示两水管以U 形压力计相连，A 、B两点高差1m ，U 形管内装有水银，若读数△h =0.5m ，求A 、B 两点的压力差为多少？【解】选取U 形管内水银最低液面为等压面，设B 点到水银最高液面的垂直高度为x ，则(1)()A w H B w p g x g h p g x h ρρρ+++∆=++∆得 ()B A w H w p p g g h ρρρ-=+-∆410009.8(136001000)9.80.57.15410 Pa=⨯+-⨯⨯=⨯【2-6】图示油罐发油装置，将直径为d 的圆管伸进罐内，端部切成45°角，用盖板盖住，盖板可绕管端上面的铰链旋转，借助绳系上来开启。

已知油深H =5m ，圆管直径d =600mm ，油品相对密度0.85，不计盖板重力及铰链的摩擦力，求提升此盖板所需的力的大小？（提示：盖板为椭圆形，要先算出长轴2b 和短轴2a ，就可算题2-4图题2-5图出盖板面积A =πab ）。

【解】分析如图，2=da，2=b以盖板上的铰链为支点，根据力矩平衡，即拉力和液体总压力对铰链的力矩平衡，以及切角成45°可知T d P L ⨯=⨯其中30.60.85109.85(3.14216643.2 Nρρπ=⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=o o P gH A gH abC D C C J L y y y A =-+=+3π=+ab 0.431 m =可得 16643.20.43111955.4 N 0.6P L T d ⨯⨯=== 【2-7】图示一个安全闸门，宽为0.6m ，高为1.0m 。

距底边0.4m 处装有闸门转轴，使之仅可以绕转轴顺时针方向旋转。

不计各处的摩擦力，问门前水深h 为多深时，闸门即可自行打开？【解】分析如图所示，由公式CD C C Jy y y A -=可知，水深h 越大，则形心和总压力的作用点间距离越小，即D 点上移。

当D 点刚好位于转轴时，闸门刚好平衡，即0.1m -=D C y y 。

则由 B =0.6m ，H =1m ，可知31120.1m (0.5)12(0.5)-====-⨯-C D C C BH J y y y A h BH h题2-7图得 1.33m h =【2-8】有一压力贮油箱（见图），其宽度（垂直于纸面方向）b =2m ，箱内油层厚h 1=1.9m ，密度ρ0=800kg/m 3，油层下有积水，厚度h 2=0.4m ，箱底有一U 型水银压差计，所测之值如图所示，试求作用在半径R =1m 的圆柱面AB 上的总压力（大小和方向）。

【解】分析如图所示，先需确定自由液面，选取水银压差计最低液面为等压面，则0.5 1.9 1.0H B o w g p g g ρρρ⨯=+⨯+⨯0.5- 1.9 1.0136009.80.5-8009.8 1.9-10009.841944(Pa)ρρρ=⨯⨯+⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=B H o w p g g g 由p B 不为零可知等效自由液面的高度*41944 5.35 m 8009.8ρ===⨯B o p h g曲面水平受力*()218009.8(5.35)2291728Nρρ==+=⨯⨯+⨯=x o C x o P gh A Rg h Rb 曲面垂直受力2*1()418009.8( 3.14 5.35)2496196.8Nρρπ==+=⨯⨯⨯+⨯=Z o o P gVg R Rh b则132.92kN =P91728arctan()arctan()43.796196.8θ===x Z PP 【2-9】一个直径2m ，长5m 的圆柱体放置在图示的斜坡上。

求圆柱体所受的汞等效自由液面水平力和浮力。

【解】分析如图所示，因为斜坡的倾斜角为60°，故经D 点过圆心的直径与自由液面交于F 点。

BC 段和CD 段水平方向的投影面积相同，力方向相反，相互抵消，故圆柱体所受的水平力()3 1.0109.80.515 24.5kNx C F B xP gh A ρ-==⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 圆柱体所受的浮力分别画出F -A 段和A -D 段曲面的压力体，虚实抵消，则123()()111.0109.8(1 3.141)522119.364kNρρ∆=+=+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Z FAD FBD P g V V g S S L 半圆【2-10】图示一个直径D =2m ，长L =1m 的圆柱体，其左半边为油和水，油和水的深度均为1m 。

已知油的密度为ρ=800kg/m 3，求圆柱体所受水平力和浮力。

【解】因为左半边为不同液体，故分别来分析AB 段和BC 段曲面的受力情况。

（1）AB 曲面受力11128009.80.511 3.92kNρρ==⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=x o C x o RP gh A g RL2211()418009.8(11 3.141)141.686kNρπ=-⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=Z o P g R R L（2）BC 曲面受力首先确定自由液面，由油水界面的压力oB o p gR ρ=可确定等效自由液面高度题2-9图水的等效自由液面 题2-10图*10.8 1.8m oBw p H R h R gρ=+=+=+= 则222*3()21109.8(0.80.5)1 12.74kNx w C x w RP gh A g h RL ρρ==⨯+⨯=⨯⨯⨯+⨯= 2212*31()()411109.8(10.8 3.141)1415.533kNρρπ=+=⨯+⨯=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=Z w w P g V V g R h R L则，圆柱体受力12 3.9212.7416.66kN =+=+=x x x P P P2115.533 1.68613.847kN =-=-=Z Z Z P P P （方向向上） 【2-11】图示一个直径为1.2m 的钢球安装在一直径为1m 的阀座上，管内外水面的高度如图所示。