流體力學(xué)第二版課后習(xí)題答案

第一章習(xí)題答案選擇題（單選題）11按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指（D）（A）流體的分子；（B）流體內(nèi)的固體顆粒；（C）幾何的點(diǎn)；（D）幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。12作用于流體的質(zhì)量力包括（C）（A）壓力；（B）摩擦阻力；（C）重力；（D）表面張力。13單位質(zhì)量力的國(guó)際單位是（D）（A）N；（B）PA；（C）KGN/；（D）2/SM。14與牛頓內(nèi)摩擦定律直接有關(guān)的因素是（B）（A）剪應(yīng)力和壓強(qiáng)；（B）剪應(yīng)力和剪應(yīng)變率；（C）剪應(yīng)力和剪應(yīng)變；（D）剪應(yīng)力和流速。15水的動(dòng)力黏度隨溫度的升高（B）（A）增大；（B）減??；（C）不變；（D）不定。16流體運(yùn)動(dòng)黏度的國(guó)際單位是（A）（A）2/SM；（B）2/MN；（C）MKG/；（D）2/MSN。17無(wú)黏性流體的特征是（C）（A）黏度是常數(shù)；（B）不可壓縮；（C）無(wú)黏性；（D）符合RTP。18當(dāng)水的壓強(qiáng)增加1個(gè)大氣壓時(shí)，水的密度增大約為（A）（A）1/20000；（B）1/10000；（C）1/4000；（D）1/2000。19水的密度為10003KG/M，2L水的質(zhì)量和重量是多少解100000022MV（KG）2980719614GMG（N）答2L水的質(zhì)量是2KG，重量是19614N。110體積為053M的油料，重量為4410N，試求該油料的密度是多少解4410980789935805MGGVV（KG/M3）答該油料的密度是899358KG/M3。111某液體的動(dòng)力黏度為0005PAS，其密度為8503/KGM，試求其運(yùn)動(dòng)黏度。解60005588210850（M2/S）答其運(yùn)動(dòng)黏度為6588210M2/S。112有一底面積為60CM40CM的平板，質(zhì)量為5KG，沿一與水平面成20角的斜面下滑，平面與斜面之間的油層厚度為06MM，若下滑速度084/MS，求油的動(dòng)力黏度。UGGTFS06MM20解平板受力如圖。GTNUS沿S軸投影，有SIN200GTSIN20UTAG32SIN2059807SIN20061050100604084GUA（KGMS）答油的動(dòng)力黏度25010KGMS。113為了進(jìn)行絕緣處理，將導(dǎo)線(xiàn)從充滿(mǎn)絕緣涂料的模具中間拉過(guò)。已知導(dǎo)線(xiàn)直徑為08MM；涂料的黏度002PAS，模具的直徑為09MM，長(zhǎng)度為20MM，導(dǎo)線(xiàn)的牽拉速度為50/MS，試求所需牽拉力。20MMUU005MM解5010000022009082U（KN/M2）330810201020101TDL（N）答所需牽拉力為101N。114一圓錐體繞其中心軸作等角速度旋轉(zhuǎn)16/RADS，錐體與固定壁面間的距離1MM，用01PAS的潤(rùn)滑油充滿(mǎn)間隙，錐底半徑R03M，高H05M。求作用于圓錐體的阻力矩。HR解選擇坐標(biāo)如圖，在Z處半徑為R的微元力矩為DM。ZXYO32222COSRRDZRHRDMDARDZRH其中RZRH2233302HHRRMZDZHH3222RHR32230116030503211039568（NM）答作用于圓錐體的阻力矩為39568NM。115活塞加壓，缸體內(nèi)液體的壓強(qiáng)為01MPA時(shí)，體積為10003CM，壓強(qiáng)為10MPA時(shí)，體積為9953CM，試求液體的體積彈性模量。解610011099P（MPA）66995100010510V（M3）6966991019810510100010PKVV（PA）答液體的體積彈性模量919810KPA。116圖示為壓力表校正器，器內(nèi)充滿(mǎn)壓縮系數(shù)為K4751010NM/2的液壓油，由手輪絲杠推進(jìn)活塞加壓，已知活塞直徑為1CM，絲杠螺距為2MM，加壓前油的體積為200ML，為使油壓達(dá)到20MPA，手輪要搖多少轉(zhuǎn)D解VVKP10666475102001020101910VKVP（M3）設(shè)手輪搖動(dòng)圈數(shù)為N，則有24NDLV622234191041210110210VNDL圈即要搖動(dòng)12圈以上。答手輪要搖12轉(zhuǎn)以上。117圖示為一水暖系統(tǒng)，為了防止水溫升高時(shí)，體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設(shè)一膨脹水箱。若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積為83M，加溫前后溫差為50，在其溫度范圍內(nèi)水的膨脹系數(shù)V000051/。求膨脹水箱的最小容積。散熱器鍋爐解VVVT0000518500204VVVT（M3）答膨脹水箱的最小容積0204M3。118鋼貯罐內(nèi)裝滿(mǎn)10的水，密封加熱到75，在加熱增壓的溫度和壓強(qiáng)范圍內(nèi)，水的熱膨脹系數(shù)V41104/，體積彈性模量K21092/MN，罐體堅(jiān)固，假設(shè)容積不變，試估算加熱后罐壁承受的壓強(qiáng)。解VVVT自由膨脹下有VVTV又PKVV4941102107510533VVPKKTV（MPA）加熱后，鋼罐內(nèi)的壓強(qiáng)為0533PPPMPA。設(shè)00P（表壓強(qiáng)）。答加熱后罐壁承受的壓強(qiáng)是533MPA。119汽車(chē)上路時(shí)，輪胎內(nèi)空氣的溫度為20，絕對(duì)壓強(qiáng)為395KPA，行駛后輪胎內(nèi)空氣的的溫度上升到50，試求這時(shí)的壓強(qiáng)。解設(shè)滿(mǎn)足理想氣體方程，則有1223952732027350VPVPVRT假設(shè)12VV，可解得23233954354293PP（KPA）答這時(shí)的壓強(qiáng)為4354KPA。第二章習(xí)題答案選擇題（單選題）21靜止流體中存在（A）（A）壓應(yīng)力；（B）壓應(yīng)力和拉應(yīng)力；（C）壓應(yīng)力和剪應(yīng)力；（D）壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。22相對(duì)壓強(qiáng)的起算基準(zhǔn)是（C）（A）絕對(duì)真空；（B）1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；（C）當(dāng)?shù)卮髿鈮?；（D）液面壓強(qiáng)。23金屬壓力表的讀值是（B）（A）絕對(duì)壓強(qiáng)；（B）相對(duì)壓強(qiáng)；（C）絕對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?；（D）相對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?4某點(diǎn)的真空度為65000PA，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?1MPA,該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為（D）（A）65000PA；（B）55000PA；（C）35000PA；（D）165000PA。25絕對(duì)壓強(qiáng)ABSP與相對(duì)壓強(qiáng)P、真空度VP、當(dāng)?shù)卮髿鈮篈P之間的關(guān)系是（C）（A）ABSPPVP；（B）PABSPAP；（C）VPAPABSP；（D）PVPVP。26在密閉容器上裝有U形水銀測(cè)壓計(jì)，其中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為（C）321水汞（A）1P2P3P；（B）1P2P3P；（C）1P0）的流線(xiàn)。解XYDXDYUU0BDXADYBXAYC或BYXCA為線(xiàn)性方程答流線(xiàn)方程為BXAYC。311已知平面流動(dòng)的速度場(chǎng)為XU22YXCY，YU22YXCX，其中C為常數(shù)。試求流線(xiàn)方程并畫(huà)出若干條流線(xiàn)。解XYDXDYUU0CXDXCYDY222XYC為圓心在0,0的圓族。答流線(xiàn)方程為222XYC，為圓心在0,0的圓族。312已知平面流動(dòng)的速度場(chǎng)為UJTXYITXY9664。求T1時(shí)的流線(xiàn)方程，并畫(huà)出1X4區(qū)間穿過(guò)X軸的4條流線(xiàn)圖形。解4669DXDYYXTYXT當(dāng)1T秒時(shí)，6946YXDXYXY3232230YXDXYXY320DXDY32XYC過(guò)1,0的流線(xiàn)為323XY過(guò)2,0的流線(xiàn)為326XY過(guò)3,0的流線(xiàn)為329XY過(guò)4,0的流線(xiàn)為3212XY答T1時(shí)的流線(xiàn)方程為32XYC。313不可壓縮流體，下面的運(yùn)動(dòng)能否出現(xiàn)（是否滿(mǎn)足連續(xù)性條件）（1）XU222YX；YU223YYXX（2）XUYXT2；YUYTXT2（3）XUXZY22；YUYZXYZ22；ZU432221YXZX解（1）4220YXUUXXYXY不能出現(xiàn)。（2）0YXUUTTXY能出現(xiàn)。（3）22220YXZUUUZZXZXZXYZ不能出現(xiàn)。314已知不可壓縮流體平面流動(dòng)，在Y方向的速度分量為YU2Y2X2Y。試求速度在X方向的分量XU。解0YXUUXY22XUYX2222XUYXCYXXYCY答速度在X方向的分量22XUXXYCY。315在送風(fēng)道的壁上有一面積為042M的風(fēng)口，試求風(fēng)口出流的平均速度V。4M3/S25M3/S孔口30V解123QQQ其中14QM3/S，225QM3/S342515Q（M3/S）31SIN30042QAVV157502V（M/S）答風(fēng)口出流的平均速度75VM/S。316求兩平行平板間，流體的單寬流量，已知速度分布為U12MAXBYU。式中Y0為中心線(xiàn)，YB為平板所在位置，MAXU為常數(shù)。解單寬流量為10BBQUDY2MAX021BYUDYBMAX123UBBMAX43BU答兩平行平板間，流體的單寬流量為MAX43BU。317下列兩個(gè)流動(dòng)，哪個(gè)有旋哪個(gè)無(wú)旋哪個(gè)有角變形哪個(gè)無(wú)角變形（1）XUAY，YUAX；ZU0（2）XU22YXCY，YU22YXCX，ZU0式中A、C是常數(shù)。解（1）1122YXTUUAAAXY有旋。11022YXYXXYUUAAXY無(wú)角變形。（2）12YXTUUXY2222222222222212CXYCXCXYCYXYXY22222222212CXYCXYXY0無(wú)旋（不包括奇點(diǎn)0,0）。2222222222211022YXYXXYCYXCYXUUXYXYXY存在角變形運(yùn)動(dòng)。318已知有旋流動(dòng)的速度場(chǎng)XU2Y3Z，YU2Z3X，ZU2X3Y。試求旋轉(zhuǎn)角速度和角變形速度。解11132222YZXUUYZ11132222XZYUUZX11132222YXZUUXY22232XYZ1522YXYXXYUUXY1522XZZXXZUUXZ1522YZZYYZUUYZ答旋轉(zhuǎn)角速度12XYZ，角變形速度52YXZXYZ。第四章習(xí)題答案選擇題（單選題）41等直徑水管，AA為過(guò)流斷面，BB為水平面，1、2、3、4為面上各點(diǎn)，各點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)有以下關(guān)系（C）AABB1324（A）1P2P；（B）3P4P；（C）1Z1PG2Z2PG；（D）3Z3PG4Z4PG。42伯努利方程中ZPG22VG表示（A）（A）單位重量流體具有的機(jī)械能；（B）單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；（C）單位體積流體具有的機(jī)械能；（D）通過(guò)過(guò)流斷面流體的總機(jī)械能。43水平放置的漸擴(kuò)管，如忽略水頭損失，斷面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)，有以下關(guān)系（C）11P122P2（A）1P2P；（B）1P2P；（C）1P2P；（D）不定。44黏性流體總水頭線(xiàn)沿程的變化是（A）（A）沿程下降；（B）沿程上升；（C）保持水平；（D）前三種情況都有可能。45黏性流體測(cè)壓管水頭線(xiàn)的沿程變化是（D）（A）沿程下降；（B）沿程上升；（C）保持水平；（D）前三種情況都有可能。46平面流動(dòng)具有流函數(shù)的條件是（D）無(wú)黏性流體；（B）無(wú)旋流動(dòng)；（C）具有速度勢(shì)；（D）滿(mǎn)足連續(xù)性。47一變直徑的管段AB，直徑AD02M，BD04M，高差H15M，今測(cè)得AP302/MKN，BP402/MKN，B處斷面平均流速BV15SM/。試判斷水在管中的流動(dòng)方向。ABH解以過(guò)A的水平面為基準(zhǔn)面，則A、B點(diǎn)單位重量斷面平均總機(jī)械能為4232301010150404892100098072980702AAAAAPVHZGG（M）232401010151556921000980729807BBBBBPVHZGG（M）水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。答水流從B點(diǎn)向A點(diǎn)流動(dòng)。48利用皮托管原理，測(cè)量水管中的點(diǎn)速度V。如讀值H60MM，求該點(diǎn)流速。水H汞U解322298071266010385HGGHPU（M/S）答該點(diǎn)流速385UM/S。49水管直徑50MM，末端閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，壓力表讀值為212/MKN。閥門(mén)打開(kāi)后讀值降至552/MKN，如不計(jì)水頭損失，求通過(guò)的流量。解（1）水箱水位32110021410009807PHZG（M）（2）閥門(mén)開(kāi)啟后，從水箱液面到儀表處列伯努利方程，可得22PVHGG3551022980721455710009807PVGHG（M/S）200555700114QVA（M3/S）答通過(guò)的流量0011QM3/S。410水在變直徑豎管中流動(dòng)，已知粗管直徑1D300MM，流速1V6SM/。為使兩斷面的壓力表讀值相同，試求細(xì)管直徑（水頭損失不計(jì)）。D2D13M解以過(guò)下壓力表處的水平面為基準(zhǔn)面，列伯努利方程如下22111222121222WPVPVZZHGGGG120WH，13ZM，20Z取12，當(dāng)12PP時(shí)，有2222112298073694842VGZV2974V（M/S）由連續(xù)性方程2211VAVA121263002355974VDDV（MM）答細(xì)管直徑為2355MM。411為了測(cè)量石油管道的流量，安裝文丘里流量計(jì)，管道直徑1D200MM，流量計(jì)喉管直徑2D100MM，石油密度8503/MKG，流量計(jì)流量系數(shù)095?，F(xiàn)測(cè)得水銀壓差計(jì)讀書(shū)PH150MM，問(wèn)此時(shí)管中流量Q是多少。D1D2HP解1HGPQKH油其中095；2214412022298074400359021101DGKDD015PH（M）11HGHGPPQKHKH水油水油100009500359136101585000511575（M3/S）512（L/S）答此時(shí)管中流量Q512L/S。412水箱中的水從一擴(kuò)散短管流到大氣中，直徑1D100MM，該處絕對(duì)壓強(qiáng)1P05大氣壓，直徑2D150MM，試求水頭H，水頭損失忽略不計(jì)。HD1D2解（1）以出水管軸線(xiàn)為基準(zhǔn)面，列管徑1D與2D處的伯努利方程，可得2211122222PVPVGGGG取1210，20P，10510132550663PKPA221122PVV432221250663101101325DVD12241013254994015101V（M/S）（2）從液面到短管出口列能量（伯努利）方程。2224994127229807VHG（M）答水頭H127M。413離心式通風(fēng)機(jī)用集流器A從大氣中吸入空氣，直徑D200MM處接一根細(xì)玻璃管，已知管中的水上升H150MM，求進(jìn)氣流量（空氣的密度1293/MKG）。HAD解以集流器軸線(xiàn)的水平面為基準(zhǔn)面，從距進(jìn)口一定距離的水平處列到測(cè)管處的伯努利方程，可得22AHPPVGGG不計(jì)損失，取102AHPPV其中0AP，則HPHG水21000201598074776129HGV水（M/S）2477602154QVA（M3/S）答進(jìn)氣流量15QM3/S。414一吹風(fēng)裝置，進(jìn)排風(fēng)口都直通大氣，風(fēng)扇前、后斷面直徑1D2D1M，排風(fēng)口直徑3D05M，已知排風(fēng)口風(fēng)速3V40SM/，空氣的密度1293/MKG，不計(jì)壓強(qiáng)損失，試求風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)1P和2P。D1D2D3解以過(guò)軸線(xiàn)的水平面為基準(zhǔn)面，以2D及3D截面列伯努利方程2233322222PVPVGGGG其中30P，340V（M/S），2310，232322DVVD442222332322129051401967522210VDPVVD（PA）從大氣到1D斷面，列伯努利方程2111002APPVGGG其中110，0AP（相對(duì)壓強(qiáng)），2312322DVVVD4221112905406452210PV（PA）答風(fēng)扇前、后斷面的壓強(qiáng)1645PPA，2P9675PA。415兩端開(kāi)口的等直徑U形管，管內(nèi)液柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)，使液面離開(kāi)平衡位置而造成液柱振蕩，水頭損失忽略不計(jì)，求液柱的振蕩方程ZTF。220011ZZ解取00斷面為基準(zhǔn)面，由非恒定流的伯努利方程221122120122LPUPUUZZDLGGGGGT1ZZ，2ZZ，120PP，12UU012LULUZDLGTGT2UGZTL,UZTUTDZUTDT222DZGZDTL令COSZCT，則2GL0022COSSIN2GGZZTZTLL答液柱的振蕩方程0022COSSIN2GGZZTZTLL。416水力采煤用水槍在高壓下噴射強(qiáng)力水柱沖擊煤層，噴嘴出口直徑D30MM，出口水流速度V54SM/，求水流對(duì)煤層的沖擊力。解取控制體如圖，受力如圖。VPAV2V1PAF2QVVF2222003100054206144DFQVV（KN）水流對(duì)煤層的作用力與F構(gòu)成作用力與反作用力，大小為2061KN，方向向右。答水流對(duì)煤層的沖擊力2061FKN，方向向右。417水由噴嘴射出，已知流量Q04SM/3，主管直徑D04SM/，噴口直徑D01M，水頭損失不計(jì)，求水流作用在噴嘴上的力。DD解（1）取過(guò)軸線(xiàn)的水平面為基準(zhǔn)面，列螺栓斷面與出口斷面的伯努利方程2211122022PVVGGG4222211212122VDPVVD221000509331812918542（KPA）12104431804QVA（M/S）222044509301QVA（M/S）（2）取控制體如圖所示，列動(dòng)量方程。P1V1FP2V22111QVVPAF1121FPAQVV204129185410450933181432394（KN）答水流作用在噴嘴上的力為143239KN。418閘下出流，平板閘門(mén)寬B2M，閘前水深1H4M，閘后水深2H05M，出流量Q8SM/3，不計(jì)摩擦阻力，試求水流對(duì)閘門(mén)的作用力，并與按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的結(jié)果相比較。H1H2解（1）由連續(xù)方程1122QHBVHBV118124QVHB（M/S）2288205QVHB（M/S）（2）由動(dòng)量方程，取控制體如圖。P1V1P2V2F211122QVVPAPAF12122122HHFGHBGHBQVV22122122HHGBQVV224051000980721000881229846（KN）2211405100098073521201422FGB靜（KN）答水流對(duì)閘門(mén)的作用力9846FKN，按靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律計(jì)算的結(jié)果12014F靜KN。419矩形斷面的平底渠道，其寬度B為27M，渠底在某斷面處抬高05M，該斷面上游的水深為2M，下游水面降低015M，如忽略邊壁和渠底阻力，試求（1）渠道的流量；（2）水流對(duì)底坎的沖力。20M05M015M解（1）以上游渠底為基準(zhǔn)面，列上、下游過(guò)水?dāng)嗝娴哪芰Ψ匠?21112221222PVPVZZGGGG其中120APPP，120ZM，220015185ZM111QQVABH，222QQVABH120HM，22001505135HM2222112222221112VVQZZGBHBH11221212222222212122111GZZGZZQBHHHBHBH122298070152713513512847（M3/S）111847157272QQVABH（M/S）22284723227135QQVABH（M/S）（2）取控制體如圖，列動(dòng)量方程P2V2FP1V1211122QVVPAPAF112221FPAPAQVV22122122HHGBGBQVV2212212HHGBQVV2221351000980727100084723215722248（KN）答（1）渠道的流量847QM3/S；（2）水流對(duì)底坎的沖力2248FKN。420下列不可壓縮流體、平面流動(dòng)的速度場(chǎng)分別為（1）XUY；YUX（2）XUXY；YUXY（3）XU22XYX；YU2XYY試判斷是否滿(mǎn)足流函數(shù)和流速勢(shì)的存在條件，并求、。解（1）0YXUUXY，滿(mǎn)足連續(xù)方程，流速數(shù)存在。又1111122YXZUUXY，有旋，故不存在。XUYY，YUXXDDXDYXDXYDYXY流速數(shù)2212XYC（2）1120YXUUXY，流動(dòng)不存在。（3）21210YXUUXXXY，故流速數(shù)存在。又1122022YXZUUYYXY，有旋，故存在勢(shì)函數(shù)。流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)滿(mǎn)足222XYUXYXXYUXYYYX解得32211,32XYXXYXCY22DCXYXYYYDY2012CYYC22320132XYXXYC又可解得2313XYYXYCX22YDCUXYYXYYXDX0DCDX，1CC23113XYYXYC421已知平面流動(dòng)的速度為直線(xiàn)分布，若0Y4M，0U80/MS，試求（1）流函數(shù)；（2）流動(dòng)是否為有勢(shì)流動(dòng)。YXU0Y0O解已知XUCY，當(dāng)0