(完整版)流體力學(xué)作業(yè)試題庫及答案

1、第一章緒論思考題1- 1何謂流體連續(xù)介質(zhì)模型？含有氣泡的液體是否適用連續(xù)介質(zhì)模型？答：所謂流體的連續(xù)介質(zhì)模型，即把流體視為沒有間隙地由流體質(zhì)點充滿它所占據(jù)的整個空 間的一種連續(xù)介質(zhì)其物理性質(zhì)和物理量也是連續(xù)的。若氣泡相對于液體而言可以看作孤立的點的話，則含有氣泡的液體可以適用連續(xù)介質(zhì)模型。習題11-3如題圖所示，設(shè)平行板間隙為0.5mm，中間充滿液體，上板以 U = 0.25m/s的速度平移，施于單位面積的力為 2Pa,試求液體的粘度為多少？解：FAdu U dy Y液體粘度FY 2 0.5 10 33門4 10 Pa s AU0.251-4求題圖所示的軸與軸套之間的流體粘度。解:FduUAd

2、yYFYdLU8.34 0.2 100.0648 Pa sA dL63.14 (120 140) 100.493第二章流體靜力學(xué)習題22- 5用多管水銀測壓計測壓，題圖中標高的單位為 m,試求水面的壓強 p。解：PaP0水 g(3.0m1.4m)PaPb汞 g(2.5m1.4m)PbPc水 g(2.5m1.2 m)PcPd汞 g(2.3m1.2m)Pd0paP0汞g2.2m水 g2.9m 133416 2.2 9800 2.9 2.65 1 05Pa(2)以等加速度a向上運動。2-9 一盛水的敞口容器作加速運動，試求下列兩種情況下容器內(nèi)靜壓強的分布規(guī)律: (1)自由降落;解：(1)(2)Po(

3、g asin )h90 ,相對壓強po 0090 ,絕對壓強Po PaPah(g a)2-12試求開啟題圖所示水閘閘門所需的單寬拉力F。不計閘門自重及轉(zhuǎn)軸摩擦力。解：閘門所受的單寬靜壓力F, bh22si n60ghi(hih2) b(3 2) 19800 32 二249.05 10 NR作用點 y 匹h1 2(h1 h2)1.25m3si n60h (h1 h2)F1 yc F2 理，F(xiàn)2 F cos60所求拉力 F 98.05kNsin602-16試定性繪出題圖中各 ABC曲面的壓力體圖。答：Csz第三章流體運動基本原理習題3點(-2,1)處的流線方程23- 1已知二元流，其流速分布為ux

4、= x t, uy= -2xyt。試求t=1和跡線方程。解：流線方程空UxIn x 11n y2dy dxUyx2tInC,化簡點（2,1）處的流線方程為y跡線方程dxUxdtC=0綜上,dy dx岐，此式兩端同時積分2y2xyt xC/,將點（2,1)代入C/= 4= dt,同理可得Uytdt，此式兩端同時積分x右0-t2 c，將t 1,2x2代入1點（2,1）處的跡線方程為y2 (xx0)23-3已知流速場為ux xy , uyxy。試問（1）它是均勻流嗎？（2）它是無旋流嗎？解:均勻流需滿足（u)u 0,(1)此流速場遷移加速度uyUzUzz1 43xy(2)它是非均勻流無旋流需滿足此流

5、速場1 Uyz 2（二它是有旋流0,Uz巴)z1x,2Uxz生)xxy,對任一點X、z不恒為或相等3-5試求題3-3中的旋轉(zhuǎn)角速度。解:z £(xi根據(jù)題3-3所列方程，可得xyyj 2xyk)3-9已知流函數(shù)2 2、2(x y )，試求速度勢函數(shù)。解:x yx y4y4ydx4xyC14x4xdy4xyC2yxyx4xy c第四章恒定總流基本方程4- 5有一管路，由兩根不同直徑的管子與一漸變連接管組成。已知dA=200mm ,dB=400mm , A點相對壓強 pA為6.86 X10 N/m , B點相對壓強 pB為3.92 X10 N/m ; B點處 的斷面平均流速 vb為1m/

6、s。A、B兩點的高差為 z為1m。要求判別流動方向，并計算這 兩斷面間的水頭損失 hw。解：選取A點所在平面為基準面，則ZA= 0, ZB = 1m，假設(shè)流向為 A到B。不可壓縮流體連續(xù)性方 程Aw Av?d2Ad2BVaVb44vA 4vB 4m/s2 2由伯努力方程，得Za邑Zb里hwg 2gg 2g取 訐2=1,代入相應(yīng)數(shù)值，得hw=2.77mhw 0假設(shè)正確，流向為A到B。4-7如題圖所示，一盛水的密閉容器， 液面恒定，其上相對壓強po為4.9x104N/m2。若 在容器底部接一段管路， 管長為4m，與水平面夾角30，出口斷面直徑d = 0.05m。管路進 口斷面中心位于水下深度 H

7、= 5m處，水出流時總的水頭損失為 2.3m，取ai=a2= 1，求出水 流量qv。解：以出水口中心線端點所在水平面為基準面，取斷面 1-1、2-2，貝U Z1 = 0，1 z2 H Lsin305 4 7m2斷面2-2的相對壓強為p2= p0，斷面1-1的相對壓強為p1= 02由伯努力方程，得Z2旦 比Z1衛(wèi)1g 2gg代入相應(yīng)數(shù)值，得V113.79m/s1V 12ghw出水流量qvd4V1_413.793.14 0.05440.027m2/s4-8 一水平變截面管段接于輸水管路中， 當進口斷面平均流速 V1為1.4m/s，相對壓強 損失，試計算管段出口斷面的相對壓強P2。解：管段進口直徑d

8、1 = 0.1m，出口直徑d2= 0.05m.。42,p1為5.88 X10 N/m 時，若不計兩截面間的水頭取管道中線所在水平面為基準面，則z1 z2 0不可壓縮流體連續(xù)性方程A1v1 A2v2d2id22Viv244V 4vi 5.6m/s由伯努力方程，得取1= 22iV 12g"P2g=1,代入相應(yīng)數(shù)值，得p2=4.41 104N/Pi Z1 gZ22g2m4-15在寬為b = 2.0m的矩形斷面渠中修建一寬頂堰，堰高P= 1.2m，上下游水深分別3為h1 = 3.0m和h2= 1.5m，流量qv= 5.2m /s。試求水流作用于堰上的水平推力。解：(1) 取控制體取堰前漸變流

9、斷面1-1至堰后漸變流斷面 2-2所截取的寬為b = 2.0m的水體所占空間為控制體。(2) 選坐標系 取直角坐標xOy，如圖所示。(3) 受力分析設(shè)堰體對水流的水平作用力為/ g 2Fx Fp1 Fp2 Fr號 h1b(4) 列動量方程求 Fr'Fr',貝U控制體所受的水平力g 2/h2 b FR2Fx為列x方向的總流動量方程，取21，有Fx詐b加FR(5)補充條件求 V1及V2qv(V2 V1)連續(xù)性方程：對寬度 b=2.0m有qv h1bv1 h2bv2將已知條件代入，得qvv1 h1b5 20.867m/s,v23.0 2qvh2b5.21.5 21.733m/s將V1

10、及V2代入式，得9800 ¥ c 980032 -2 2解得 Fr'= 61.6kN 水流作用于堰上的水平推力與1.52Fr/ 1000 5.2 (1.733 0.867)Fr'大小相等、方向相反，即Fr= 61.6kN，方向向右。4-18水流通過平置變截面 90彎管。若已知彎管的直徑d1 = 0.25m , d2= 0.2m，流量352qv= 0.12m /s。斷面1-1的相對壓強pA為1.764 X10 N/m，管子中心線均在同一水平面上， 求固定此彎管所需的力Frx與FRy。不計水頭損失。解：(1) 取控制體取斷面1-1與斷面2-2及管壁所圍成的水體為控制體。(

11、2) 選坐標系取直角坐標xOy，如圖所示。(3) 受力分析Padi2F RxFyF RyP2(4)列動量方程列x、y方向的總流動量方程，取i 2 1，有Fxqv(0 V1)Fyqv(V20)(5)補充條件求 V1、V2及p2由連續(xù)性方程求 V1、V2 :V1d12d22qV，代入已知條件得V 2.45m/sV23.82m/s=z2= 0。計算斷面分別選在1,不計水頭損失，得：由伯努力方程求 p2 :基準面選在管軸線所在平面上，則 彎管進出口斷面1-1和2-2，計算點取在管軸線上。取a 1 =a22 2直 V_ 色也g 2g g 2g52代入已知條件得 p2 = 1.721 X10 N/m將求得

12、的V1、V2及p2等已知條件代入，聯(lián)立解得 Frx= 8948.6N，方向向左；FRy= 4945.3N，方向向上。3-18.團示嵌入支座內(nèi)的一段輸水管，其直徑從妒L50tam變化到行l(wèi)OODrme若管道通 過流量缶日加時，支座前截面形心處的相對壓強為觀kP毎試求漸變段支座所受的軸 問力F。不計才、咲損失。解由連續(xù)個內(nèi)呂4x1.8r 1 一02 JW St3.14x1.54.4x1.8W 亍 14xl_Q2.29 m i咱努剝方稈：4Jp,V,'p, V,0 + L ! 0 ±+ PS 2 區(qū)ps 2g>/ -v?Jr02 ： - 2 .29*n 戸：=巧 + p =

13、352 x 10 +1000 x= 3S9 .S9SkPa動量方程:a P F =p（v：-v）44|=> 392 x 10s x * " * F*- 38& ,88 x 10' x '-時“山=1000 x l.Sx （229 -1.0244FH- 692721 IS-306225 .17 - 2286a FJ82 .21JLV第五章量綱分析和相似理論習題525- 8用直徑為1.2m的圓管輸送煤氣，為確定其三通管的水頭損失（h ）,2g332用 t=20 C, qv=0.075m /s 的水進行實驗。已知煤氣 p =40kg/m，尸0.0002N s/m，尸25m/s試確定模型實驗比尺，以及原型與模型之間的水頭損失關(guān)系。解：qvpd2v43.14 (1.2)22528.26m3/s又qvm0.075m3/s,得qvpqv由弗勞德準則,qv_qvm5l210.73401000水頭損失 h為水柱大小5-10如題圖所示，一橋墩長速vp=2.3m/s，兩橋臺間的距離 Bp=90m。 尺寸和模型實驗流量。解：lp=24ml lmlmlp同理可得bmlbp240.48m504 3而0."qvpqvVpA5l2Vphp(Bp bp)2.3 8.2502.5qvqvmqvpqvmqvpqv空器 0.0914m3