工程流體力學(xué)禹華謙習(xí)題答案第1章

1、.第一章1.1 試談牛頓內(nèi)摩擦定律？產(chǎn)生摩擦力的根本原因是什么？（參考分?jǐn)?shù)：8分）答：流體內(nèi)只要存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來(lái)抵抗此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，牛頓經(jīng)過(guò)大量牛頓平板試驗(yàn)得出單位面積上的內(nèi)摩擦力：=f/a=du/dy即為牛頓內(nèi)摩擦定律。產(chǎn)生摩擦力的根本原因是流體內(nèi)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)。1.2 液體和氣體的粘性隨溫度的升高或降低發(fā)生變化，變化趨勢(shì)是否相同？為什么？（參考分?jǐn)?shù)：8分）答：不相同，液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的粘度卻隨溫度升高而增大。其原因是，液體分子間距小，內(nèi)聚力強(qiáng)，粘性作用主要來(lái)源于分子內(nèi)聚力，當(dāng)液體溫度升高時(shí)，其分子間距加大，內(nèi)聚力減小，粘度隨溫度上升而減小；而氣體的內(nèi)聚力極

2、小，可以忽略，其粘性作用可以說(shuō)完全是分子熱運(yùn)動(dòng)中動(dòng)量交換的結(jié)果，當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇，其粘度隨溫度升高而增加。1.3 何謂流體的連續(xù)介質(zhì)模型？為了研究流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，說(shuō)明引入連續(xù)介質(zhì)模型的必要性。答：流體的連續(xù)介質(zhì)模型：假定流體是由連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)所組成，即認(rèn)為流體所占據(jù)的空間完全由沒(méi)有任何空隙的流體質(zhì)點(diǎn)所充滿，流體質(zhì)點(diǎn)在時(shí)間過(guò)程中作連續(xù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，表征流體性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)特性的物理量和力學(xué)量一般為空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)，這樣就可以用數(shù)學(xué)分析方法來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)，解決流體力學(xué)問(wèn)題。1.4 什么是表面張力？試對(duì)表面張力現(xiàn)象作物理解釋。答：液體的表面張力是液體自由表面上

3、相鄰部分之間的拉力，其方向與液面相切，并與兩相鄰部分的分界線垂直。表面張力是分子引力在液體表面上的一種宏觀表現(xiàn)。例如，在液體和氣體相接觸的自由表面上，液面上的分子受到液體內(nèi)部分子的吸引力與其上部氣體分子的吸引力不平衡，其合力的方向與液面垂直并指向液體內(nèi)部。在合力的作用下，表層中的液體分子都力圖向液體內(nèi)部收縮，使液體具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，這樣沿液體的表面便產(chǎn)生了拉力，即表面張力。1.5 動(dòng)力粘度0.172pas的潤(rùn)滑油充滿在兩個(gè)同軸圓柱體的間隙中，外筒固定，內(nèi)徑d12cm，間隙h0.02cm，試求：（1）當(dāng)內(nèi)筒以速度u1m/s沿軸線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)筒表面的切應(yīng)力1，如圖1-3（a）；（2）當(dāng)內(nèi)

4、筒以轉(zhuǎn)速n180r/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)筒表面的切應(yīng)力2，如圖1-3（b）。精品.解：內(nèi)筒外徑 （1）當(dāng)內(nèi)筒以速度u1m/s沿軸線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)筒表面的切應(yīng)力 （2）當(dāng)內(nèi)筒以轉(zhuǎn)速n180r/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)角速度，內(nèi)筒表面的切應(yīng)力1.6 如圖，在相距40mm的兩平行平板間充滿動(dòng)力粘度0.7pas的液體，液體中有一長(zhǎng)為a60mm的薄平板以u(píng)15m/s的速度水平向右移動(dòng)。假定平板運(yùn)動(dòng)引起液體流動(dòng)的速度分布是線性分布。求：當(dāng)h10mm時(shí)，薄平板單位寬度上受到的阻力t。 解： 1.7 如圖，有一0.8m0.2m的平板在油面上作水平運(yùn)動(dòng)，已知運(yùn)動(dòng)速度u1m/s，平板與固定邊界的距離1mm，油的動(dòng)力粘度1.15pas，由平板所帶動(dòng)的油的速度成直線分布，試求平板所受的阻力。解： 1.8 為防止水溫升高時(shí)，體積膨脹將水管脹裂，通常在水暖系統(tǒng)頂部設(shè)有膨脹水箱，若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積為10m3，加溫前后溫差為50，在其溫度范圍內(nèi)水的體積膨脹系數(shù)v0.0005/。求膨脹水箱的最小容積vmin。精品.解：由，得出所以 vmin0.25m31.9 相距a2mm的兩塊平板插入水中，水的表面張力系數(shù)0.0725n/m，接觸角8，求兩板間的毛細(xì)水柱高h(yuǎn)。解： 1.1