工程流體力學(xué)教學(xué)課件ppt作者聞建龍工程流體力學(xué)習(xí)題+答案(部分)

聞建龍主編的《工程流體力學(xué)》習(xí)題參考答案第一章緒論這類物質(zhì)稱為流體。如空氣、水等。而在同等條件下，固體則產(chǎn)生有限的變形。與此相反，固體的變形與作用的應(yīng)力成比例，經(jīng)一段時(shí)間變形后將達(dá)到平衡，而不會(huì)無(wú)限增加。1-2何謂連續(xù)介質(zhì)假設(shè)？引入連續(xù)介質(zhì)模型的目的是什么？在解決流動(dòng)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)模型的條件是解：1753年，歐拉首次采用連續(xù)介質(zhì)作為流體宏觀流動(dòng)模型，即不考慮流體分子的存在，把真實(shí)的流體看成是由無(wú)限多流體質(zhì)點(diǎn)組成的稠密而無(wú)間隙的連續(xù)介質(zhì)，甚至在流體與固體邊壁距離接近零的極限情況也認(rèn)為如此，這個(gè)假設(shè)叫流體連續(xù)介質(zhì)假設(shè)或稠密性假設(shè)。量，如密度、壓力、速度等，都可看成時(shí)間和空間位置的連續(xù)函數(shù)，使我們有可能用數(shù)學(xué)分析來(lái)討論和解決流體在一些特定情況下，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是不成立的，例如：航天器在高空稀薄氣體中飛行，超聲速氣流中激波前232333δ-2-—1341-7存放4m3液體的儲(chǔ)液罐，當(dāng)壓強(qiáng)增加0.5MPa時(shí)，液體體積減少1L，求該液體的體積模量。第二章流體靜力學(xué)2-1如圖所示為一復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)，用來(lái)測(cè)水箱中的表面壓強(qiáng)p。試求：根據(jù)圖中讀數(shù)（單位為m）計(jì)算0水箱中的表面絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)。a器中心壓強(qiáng)差pp。ABU形測(cè)壓管中水銀柱高度H。油11）試求自由液面到達(dá)頂部邊緣時(shí)的轉(zhuǎn)速n；2）試求自由液面到達(dá)底部中心時(shí)的轉(zhuǎn)速n。負(fù)2R2負(fù)2D2由旋轉(zhuǎn)拋物體體積＝相應(yīng)柱體體積的一半2D2,22.HHD2負(fù)21D2角速度負(fù)旋轉(zhuǎn)，試求：容器以多大極限轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，才不致使水從容器中溢出。解：超高2由：原體積＝旋轉(zhuǎn)后的柱體體積+拋物體體積空的旋轉(zhuǎn)后體積＝有水的旋轉(zhuǎn)拋物體體積=πR2──2-18如圖所示，一盛有液體的容器以等加速度a沿x軸向運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)的液體被帶動(dòng)也具有相同的加速度a，液體處于相對(duì)平衡狀態(tài)，坐標(biāo)系建在容器上。液體的單位質(zhì)量力為f=a，f=0，f=g求此情況下的等壓面方程和壓強(qiáng)分布規(guī)律。2）壓強(qiáng)分布規(guī)律11）下游無(wú)水時(shí)的啟門力T。對(duì)轉(zhuǎn)軸A求矩可得T：2）下游水壓力P/22對(duì)A求矩得T/該弧形閘門上的靜水總壓力。2,I求P：zx2-11繞軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)開(kāi)啟式水閘，當(dāng)水位超過(guò)H=2m時(shí)，閘門自動(dòng)開(kāi)啟。若閘門另一側(cè)的水位HH第三章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)3-1已知不可壓縮流體平面流動(dòng)的流速場(chǎng)為vxxxy)處y3-2用歐拉觀點(diǎn)寫出下列各情況下密度變化率的數(shù)學(xué)表達(dá)式：2）不可壓縮均質(zhì)流體-2-3已知平面不可壓縮流體的流速分量為1223-4如圖所示的一不可壓縮流體通過(guò)圓管的流動(dòng)，體積流量為q，流動(dòng)是定常的。1）假定截面1、2和3上的速度是均勻分布的，在三個(gè)3311q1-πA2414224324124124y解：二維、定常不可壓的連續(xù)性方程為：y—xx3-6試證下述不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)是可能存在的：2，vyzy2解：不可壓縮流體的連續(xù)性方程為： (， 3-7已知圓管層流運(yùn)動(dòng)的流速分布為22-(0f試分析流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)形式。3-8下列兩個(gè)流場(chǎng)的速度分布是：xx2+y2yx2+y2z2-2-9氣體在等截面管中作等溫流動(dòng)。試證明密度p與速度v之間有關(guān)系式x軸為管軸線方向，不計(jì)質(zhì)量力。得—2δx222對(duì)比（3）和（4）發(fā)現(xiàn)（加上（7-2)22對(duì)比（3）和（4）發(fā)現(xiàn)（加上（72p-2第四章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2=x2+y2，設(shè)無(wú)窮遠(yuǎn)處的壓強(qiáng)為p，不計(jì)質(zhì)量力。xr2yr2z試求壓強(qiáng)分布規(guī)律，并討論。對(duì)二元流動(dòng)，略去質(zhì)量力的歐拉微分方程為：y- x=- y=Φ 2(x222r22+c=22+c2積分常數(shù)2-02于是旋渦中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)為4）代入（2222V2pv22pv2222A4PaA點(diǎn)B處直徑dB4Pa，斷面平均流速v和管中A2水流方向A23/V2部水頭損失為8，水泵進(jìn)口以前的沿程水頭損失為0.2，彎管中局部水頭損失為0.3—2w1）管中流速及B點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)。列水面A，頂點(diǎn)B處的B.E2）列水面A，頂點(diǎn)B處的B.E1解：不計(jì)損失，不計(jì)抽吸后的流量增加（即抽吸開(kāi)始時(shí)）v2v2d2Ad21m/s1q111423流并由噴嘴射入大氣，忽略摩擦，試求1、2、3、4點(diǎn)的表壓強(qiáng)。22v222=213pv2pv2 2=211）垂直于平板的射流作用力。2）流量q與q之比。22pv2pv2pv2pv23/2421=一1(ΣFlyly)取β12不計(jì)阻力。求R水在葉輪入口處沿徑向流入，在出口處與徑向成300流出，已知質(zhì)量流量q=92kgs，葉輪轉(zhuǎn)速m22—3/so2）泵揚(yáng)程：由泵基本方程式第四章相似理論與量綱分析4-1相似流動(dòng)中，各物理量的比例系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，它們是否都是同一個(gè)常數(shù)？又，是否各物理量的比例系解：相似流動(dòng)中，各物理量的比例是一個(gè)常數(shù)，其中k，k，k是各自獨(dú)立的，基本比例尺確定之后，其它一切物理量的比例尺都可以確定。視經(jīng)濟(jì)條件、場(chǎng)地等條件而定。解：若決定流動(dòng)的作用力是粘性力、重力、壓力，則只要滿足粘性力、重力相似準(zhǔn)則，壓力相似準(zhǔn)則數(shù)自動(dòng)所以，根據(jù)受力情況，分別確定這一相似相似流動(dòng)的相似準(zhǔn)則數(shù)。對(duì)主要作用力為重力，則決定性相似準(zhǔn)則數(shù)為Fr相似準(zhǔn)則數(shù)，其余可不考慮，也能達(dá)到近似相似。對(duì)主要作用力為粘性力，則其決定性相似準(zhǔn)則數(shù)為Re相似準(zhǔn)則數(shù)。4-3如何安排模型流動(dòng)？如何將模型流動(dòng)中測(cè)定的數(shù)據(jù)換算到原模型流動(dòng)中去？為了使模型和原型相似，除要幾何相似外，各主要相似準(zhǔn)則應(yīng)滿足，如Fr，Re相似準(zhǔn)則。通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)情況、模型制作和量測(cè)條件，定出線性比例尺kl，再以kl縮小原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界。選定模型相似準(zhǔn)則，由選定的相似準(zhǔn)則確定流速比尺及模型的流量。在模型上測(cè)量的數(shù)據(jù)由各種比尺換算至原型中。4-4何謂量綱？何為基本量綱？何謂導(dǎo)出量綱？在不可壓縮流體流動(dòng)問(wèn)題中，基本量綱有哪幾個(gè)？量綱分析解：物理量單位的種類稱量綱。物理量的量綱分為基本量綱和導(dǎo)出量綱，在流體力學(xué)中，長(zhǎng)度、時(shí)間和質(zhì)量l的量綱[L]、[T]、[M]為基本量綱，在與溫度有關(guān)的問(wèn)題中，還要增加溫度量綱。導(dǎo)出量綱有：[v]，[a]，量綱分析法的依據(jù)是：量綱和諧性原理。π表示）組成的函數(shù)關(guān)系式。這“無(wú)量綱”實(shí)是由幾個(gè)有量綱物理量組成的綜合物理量。試寫出以下這些無(wú)量綱LPv2glDplvcLL-pv22偽DD-pv22偽ppppp1-pv2偽4-6Re數(shù)越大，意味著流動(dòng)中粘性力相對(duì)于慣性力來(lái)說(shuō)就越小。試解釋為什么當(dāng)管流中Re數(shù)值很大時(shí)（相），解：當(dāng)雷諾數(shù)超過(guò)某一數(shù)值后，由流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)可知，阻力系數(shù)不隨Re而變化，此時(shí)流動(dòng)阻力的大小與Re無(wú)關(guān)，這個(gè)流動(dòng)范圍稱為自動(dòng)模型區(qū)。若原型與模型流動(dòng)都處于自動(dòng)模型區(qū)，只需幾何相似，不需Re相等，就自動(dòng)實(shí)現(xiàn)阻力相似。工程中許多明渠水流處于自模區(qū)。按弗勞德準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)的模型只要進(jìn)入自模區(qū)，便同時(shí)滿足阻力相似。的流量q應(yīng)取多大？又，若測(cè)得模型流動(dòng)的壩頂水頭H=0.5m，問(wèn)：真實(shí)流動(dòng)中的壩頂水頭H有多大？lHlHl1 m=m=-Hl4pppm4-8有一水庫(kù)模型和實(shí)際水庫(kù)的尺度比例是1/225，模型水庫(kù)開(kāi)閘放水4min可泄空庫(kù)水，問(wèn)：真實(shí)水庫(kù)將ptlppmml3-9L2App3，pppmmp mm=ppDD m=p24-11Re數(shù)是流速v，物體特征長(zhǎng)度l，流體密度p，以及流體動(dòng)力粘度μ這四個(gè)物理量的綜合表達(dá)，試用f(l,p,v,μ)ClβvY--D4-12機(jī)翼的升力F和阻力F與機(jī)翼的平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)l，機(jī)翼面積A，飛行速度v，沖角C，空氣密度p，LD動(dòng)力粘度μ,以及c等因素有關(guān)。試用量綱分析法求出與諸因素的函數(shù)關(guān)系式。1Aμμ3C第六章流動(dòng)阻力與水頭損失3-1試判別以下兩種情況下的流態(tài)：/4/s/sD=DcD02ABd的大小。42第七章有壓管路、孔口、管嘴的水力計(jì)算7-1如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用來(lái)測(cè)定管路的沿程阻力系數(shù)λ和當(dāng)量粗糙度Δ,已知：管徑d=200mm，管31）沿程阻力系數(shù)λ。2）管壁的當(dāng)量粗糙度Δ。hflv2lv222）尼古拉茲阻力平方區(qū)公式0C，試求管中流量q。λ：由Δ/d查阻力平方區(qū)λ:dd解：列上下水池水面的B.E7-4如圖所示，水由具有固定水位的貯水池)v2（1）列水池水面－B處的B.E3/s閥2）若在距進(jìn)口l2處斷面A上的極限真空的壓強(qiáng)水頭為5.4m，輸油管在上面貯油池中油面以上的最大允許lv2v=—1-πd2444-1）管路起始斷面A的壓強(qiáng)與箱內(nèi)所維持的水位h之間的關(guān)系式，并求當(dāng)h為若干時(shí)，此斷面絕對(duì)壓強(qiáng)等于2）流量和管長(zhǎng)l的關(guān)系，并指出在怎樣的水位h時(shí)流量將不隨l而變化。───+A+—,則為-ld6AAAld114d解：列上、下水池水面的B、E1F33AAA