流体力学作业题库~及内容答案.doc

.第一章 绪论思考题1-1 何谓流体连续介质模型？含有气泡的液体是否适用连续介质模型？答：所谓流体的连续介质模型，即把流体视为没有间隙地由流体质点充满它所占据的整个空间的一种连续介质其物理性质和物理量也是连续的。若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话，则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。习题 11-3 如题图所示，设平行板间隙为 0.5mm，中间充满液体，上板以 U0.25m/s 的速度平移，施于单位面积的力为 2Pa，试求液体的粘度为多少？解： YUdyuAF液体粘度 sPa3310425.01-4 求题图所示的轴与轴套之间的流体粘度。解： sPadLUFYAydu 0648.93.10)42(1.3.86第二章 流体静力学习题 22-5 用多管水银测压计测压， ，题图中标高的单位为 m，试求水面的压强 p0。解： PamggpagpmDCBA 500 106.29802.13469.2.2).3.(54.1.2)( 水汞 汞水汞水 .2-9 一盛水的敞口容器作加速运动，试求下列两种情况下容器内静压强的分布规律：（1）自由降落；（2）以等加速度 a 向上运动。解： hgp)sin(0（1） 0,9p相 对 压 强（2） )(,00aghpaa绝 对 压 强2-12 试求开启题图所示水闸闸门所需的单宽拉力 F。不计闸门自重及转轴摩擦力。解： NbhghbF42121105.9)3(8260sin闸 门 所 受 的 单 宽 静 压 力 mhhyFc .)(60sin32121 作 用 点 kFFc 05.98cos,i221 所 求 拉 力2-16 试定性绘出题图中各 ABC 曲面的压力体图。答：.第三章 流体运动基本原理习题 33-1 已知二元流，其流速分布为 uxx 2t，u y= -2xyt。试求 t=1，点(-2,1) 处的流线方程和迹线方程。解：.)0(4)1,2(00 2,1,21,4,)1,2( 4)1,2(,lnln ,22/ /22 22 / xyttxC xtCttdtdxytuyx CCyxyx ydtdtudx处 的 迹 线 方 程 为点综 上 ， 代 入将此 式 两 端 同 时 积 分又 同 理 可 得迹 线 方 程处 的 流 线 方 程 为点 代 入将 点化 简 此 式 两 端 同 时 积 分流 线 方 程3-3 已知流速场为 。试问（ 1）它是均匀流吗？（2）它是无uxyuz,3旋流吗？解：（1） 它 是 非 均 匀 流此 流 速 场 迁 移 加 速 度均 匀 流 需 满 足 031,0)( 4xyzuyxu（2） 它 是 有 旋 流 不 恒 为 或 相 等、对 任 一 点此 流 速 场无 旋 流 需 满 足 zyxxyz zxyyzzxu yu,)(1 ,21)(21,)(203-5 试求题 3-3 中的旋转角速度。解：根据题 3-3 所列方程，可得 )2(1kxyjizyx 3-9 已知流函数 ，试求速度势函数 。)(22解： cxycxydxyyxyx 44421.第四章 恒定总流基本方程4-5 有一管路，由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成。已知dA=200mm，d B=400mm，A 点相对压强 pA 为 6.86×104N/m2，B 点相对压强 pB 为3.92×104N/m2；B 点处的断面平均流速 vB 为 1m/s。A、B 两点的高差为z 为 1m。要求判别流动方向，并计算这两断面间的水头损失 hw。解：选取 A 点所在平面为基准面，则 zA0，z B1m，假设流向为 A 到 B。到假 设 正 确 ， 流 向 为 ， 代 入 相 应 数 值 ， 得取由 伯 努 力 方 程 ， 得 程不 可 压 缩 流 体 连 续 性 方 BA0m7.21/42 22122 21 w wwBAABABhhhgvpzgvpzsmvdv4-7 如题图所示，一盛水的密闭容器，液面恒定，其上相对压强 p0 为 4.9×104N/m2。若在容器底部接一段管路，管长为 4m，与水平面夹角 ，出口断面直径 d0.05m。管路30进口断面中心位于水下深度 H5m 处，水出流时总的水头损失为 2.3m，取 1 21，求出水流量 qv。解：以出水口中心线端点所在水平面为基准面，取断面 1-1、2-2 ，则 z10，mLz7214530sin2 断面 2-2 的相对压强为 p2p 0，断面 1-1 的相对压强为 p10 smdvqshgvzgvz w/027.45.1379.4/1 212出 水 流 量代 入 相 应 数 值 ， 得由 伯 努 力 方 程 ， 得4-8 一水平变截面管段接于输水管路中，管段进口直径 d10.1m，出口直径d20.05m.。当进口断面平均流速 v1 为 1.4m/s，相对压强 p1 为 5.88×104N/m2时，若不计两截面间的水头损失，试计算管段出口断面的相对压强 p2。解：取管道中线所在水平面为基准面，则 021z.smvdvA/6.541222 21程不 可 压 缩 流 体 连 续 性 方 24221 121 /0.mNpgvzgvz， 代 入 相 应 数 值 ， 得取由 伯 努 力 方 程 ， 得4-15 在宽为 b2.0m 的矩形断面渠中修建一宽顶堰，堰高 P1.2m，上下游水深分别为 h13.0m 和 h21.5m，流量 qv5.2m 3/s。试求水流作用于堰上的水平推力。解:（1）取控制体取堰前渐变流断面 1-1 至堰后渐变流断面 2-2 所截取的宽为 b2.0m 的水体所占空间为控制体。（2）选坐标系取直角坐标 xOy，如图所示。（3）受力分析设堰体对水流的水平作用力为 FR，则控制体所受的水平力 Fx 为/221/21 RRpx bhgF（4）列动量方程求 FR列 x 方向的总流动量方程，取 ，有21)(21/1 vqbhgRx （5）补充条件求 v1及 v2连续性方程：对宽度 b=2.0m 有 21bhv将已知条件代入，得 smbhqvsmbhq /73.125.,/867.0.3521 将 v1及 v2代入式，得 )86.03.1(2.9803980/ RF解得 FR61.6kN水流作用于堰上的水平推力与 FR大小相等、方向相反，即 FR61.6kN ，方向向右。4-18 水流通过平置变截面 弯管。若已知弯管的直径 d10.25m，d 20.2m，流量90qv0.12m 3/s。断面 1-1 的相对压强 pA 为 1.764×105N/m2，管子中心线均在同一水平面上，求固定此弯管所需的力 FRx 与 FRy。不计水头损失。解：.（1）取控制体取断面 1-1 与断面 2-2 及管壁所围成的水体为控制体。（2）选坐标系取直角坐标 xOy，如图所示。（3）受力分析RxAxFdp4212Ry（4）列动量方程列 x、y 方向的总流动量方程，取 ，有121)0(1vqFx2vy（5）补充条件求 v1、v 2及 p2由连续性方程求 v1、v 2：，代入已知条件得vqdv421sm/8.3521由伯努力方程求 p2：基准面选在管轴线所在平面上，则 z1z 20。计算断面分别选在弯管进出口断面 1-1 和 2-2，计算点取在管轴线上。取 1 21，不计水头损失，得：gvgpA221代入已知条件得 p21.721×10 5N/m2将求得的 v1、v 2及 p2等已知条件代入，联立解得FRx 8948.6N，方向向左； FRy4945.3N ，方向向上。.第五章 量纲分析和相似理论习题 55-8 用直径为 1.2m 的圆管输送煤气，为确定其三通管的水头损失（ ） ，采gvh2用 t=20，q v=0.075m3/s 的水进行实验。已知煤气=40kg/m 3,=0.0002N·s/m 2,=25m/s。试确定模型实验比尺，以及原型与模型之间的水头损失关系。解：. 429.0173.073.108.36.5.2,/5.0/6.84)2.1(.34.2532mplpv qvllqvvmpvmvpsqsd由 弗 劳 德 准 则 ， 得 得又 73.hlh为 水 柱 大 小水 头 损 失5-10 如题图所示，一桥墩长 lp=24m，墩宽 bp=4.3m，水深 hp=8.2m，桥下水流平均流速 vp=2.3m/s，两桥台间的距离 Bp=90m。取 l=50 来设计水工模型实验，试确定模型的几何尺寸和模型实验流量。解： smqbBhvAq mBmbllvpmvplv ppp lplpmlp /0914.532.1650 302.16).490(2.83)( 8.5,06.48.523.2 同 理 可 得