发布时间 : 星期一 文章工程流体力学习题解析_(夏泰淳_着)_上海交通大学出版社更新完毕开始阅读8f389100360cba1aa911da1a
设容器内自由液面处的压强为p（实质上为负压），则
柱塞下端的压强p1为
p1?p??h
由于容器上顶被柱塞贯穿，容器周围是大气压，故容器上
顶和下底的压力差为
p1?4D12（方向↑，实际上为吸力）
要求容器不致下落，因此以上吸力必须与容器的自重及水
的重量相平衡
即
p1?D12?G??(D2a?D12h)444 (p??h)???4 或者
D12?G???4(D2a?D12h)
G??p?
即
?4D2a?490?9 810??4?0.42?0.3?27 377Pa
?4D12?4?0.22Pa ?27.38k（真空压强）
（2）从以上计算中可知，若能保持a不变，则柱塞浸没
深度h对计算结果无影响。若随着h的增大，导致a的增大，则从公 式可知容器内的真空压强p也将增大。
【2.24】如图所示一储水容器，容器壁上装有3个直径为d=0.5m的半球形盖，设
h=2.0m，H=2.5m，试求作用在每个球盖上的静水压力。
VpaVpccFzcFxcVpbaFzahFzb H
bV解：对于a盖，其压力体体积pa为 2
图
h?11Vpa?(H?)d2???d32426 ?(2.5?1.0?)?4
?2
10.?5?12?30.?530.262m
Fza??Vpa?9 810?0.262?2.57kN（方向↑）
对于b盖，其压力体体积为
Vpb
h?1Vpb?(H?)d2??d32412
?(2.5?1.0?)?4
?210.?5?12?30.?530.720m
Fzb??Vpb?9 810?0.720?7.063kN（方向↓）
对于c盖，静水压力可分解成水平及铅重两个分力，其中
水平方向分力
Fxc??H?4d2?9 810?2.5??4?0.52?4.813kN（方向←）
铅重方向分力
Fzc??Vpc?9 810??12?0.53?0.321kN（方向↓）
【2.25】在图示铸框中铸造半径R=50cm，长L=120cm及厚b=2cm的半圆柱形铸
件。设铸模浇口中的铁水（γFe=70 630N/m3）面高H=90cm，浇口尺寸为d1=10cm，d2=3cm，h=8cm，铸框连同砂土的重量G0=4.0t，试问为克服铁水液压力的作用铸框上还需加多大重量G。
解：在铸框上所需加压铁的重量和铸框连同砂土的重量之和
应等于铁水对铸模铅垂方向的压力。
铁水对铸模的作用力（铅垂方向）为Fz??V其中V为
V?2(R?b)LH??2(R?b)2L??42d2(H?h?R?b)??4d12h
?????2?(0.5?0.02)?0.9??0.522??1.2?2??
?4?0.32?(0.9?0.08?0.52)??4?0.12?0.08
?0.593m3
Fz??V?70 630?0.593?41.88kN（方向↑）
需加压铁重量 G?Fz?G0?41.88?4?9.81?2.64kN
d1GFzHR
hVd2bGVF2F1HrrFG 2图习题2.26图
【2.26】容器底部圆孔用一锥形塞子塞住，如图H=4r，h=3r，若将重度为γ1的锥
形塞提起需力多大（容器内液体的重度为γ）。
解：塞子上顶所受静水压力F1
hF1?(H?)??r2?(4r?1.5r)??r2?2.5??r32（方向↓）
塞子侧面所受铅垂方向压力F2
F2??V
其中
12h?h2r211hV?(?r??r)(H?)?(r??rr)??r242324242
2?5r3 ?2.37F2?2.375??r3（方向↑）
3塞子自重 （方向↓）
故若要提起塞子，所需的力F为
G??r2h?1??r3?1333F?F?G?F?2.5??r??r??2.375??r121
3 ??r(0.125???1)
3 注. 圆台体积，
其中h一圆台高，r, R—上下底半径。
【2.27】如图所示，一个漏斗倒扣在桌面上，已知h=120mm，d=140mm，自重
G=20N。试求充水高度H为多少时，水压力将把漏斗举起而引起水从漏
斗口与桌面的间隙泄出。
解：当漏斗受到水压力和重力相等时，此时为临
Vp界状态。
V??h(R2?r2?Rr)
【2.28】一长为20m，宽10m，深5m的平底船，当它浮在淡水上时的吃水为3m，
又其重心在对称轴上距船底0.2m的高度处。试求该船的初稳心高及横倾 8o时的复原力矩。
1FH??(H?h)43 水压F力（向上）hG?d21G?F??(H?h)43 故 d3.14?0.142120?9 810?(H??0.12)43 代入数据
2图H?0.172 5m 解得
?d2
习题2.28图解：设船之长，宽，吃水分别为L,B,T
1LB312 则水线面惯性矩（取小值）
排水体积 V?LBT
13GC?T?0.2??0.2?1.3m22
I?由公式初稳心高
复原力矩
1LB32IBGM?MC?GC??GC?12?GC??1.3VLBT12T
102??1.3?4.078m12?3 （浮心在重心之上）
M???LBT?GMsin??9 810?20?10?3?4.078?sin8?
?kN ?3 340.587
【2.29】密度为ρ1的圆锥体，其轴线铅垂方向，顶点向下，试研究它浮在液面上
时的稳定性（设圆锥体中心角为2θ）。
解：圆锥体重量
流体浮力
W??1g?3(h0tan?)2h0
??33?1gh0tan2?Fb??2g?3(?)
h3tg2?(?) 当圆锥正浮时 W?Fb 即
3?1h0??2h3
（a）
圆锥体重心为G，则
OG?3h04
OC?3h4
WrC2GMFb 浮心为C，则 稳心为M
1?I??r4?h4tan4?h44 0 圆锥水线面惯性矩
h2O2图