工程流體力學(xué)簡答題及工程流體力學(xué)答案(第三版)

1.什么是黏性?當(dāng)溫度變化時,黏性如何變化?為什么？當(dāng)流體內(nèi)部存在相對運動時，流體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力阻礙相對運動的屬性。氣體的粘性隨溫度的升高而升高；液體的粘性隨溫度的升高而降低。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因。溫度的升高，分子間距離增大，引力減小。分子作混亂運動時不同流層間動量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高，混亂運動強烈，動量交換頻繁，氣體粘度越大2.解釋：牛頓流體、理想流體牛頓流體：切應(yīng)力與速度梯度成正比的流體理想流體：沒有粘性的流體3.流體靜壓強的兩的特性是什么？流體靜壓強的方向是作用面內(nèi)法線方向，即垂直指向作用面。流體靜壓強的大小與作用面方位無關(guān)，是點坐標(biāo)的函數(shù)4、畫出下列曲面對應(yīng)的壓力體。（4分）★5.分別畫出下圖中曲面A、B、C對應(yīng)的壓力體（6分）6.寫出不可壓縮粘性流體總流的能量方程式，并說明各項的物理意義和應(yīng)用條件。單位重量流體的動能單位重量流體的壓能 單位重量流體的位能單位重量流體的兩斷面間流動損失不可壓縮粘性流體在重力場中定常流動，沿流向任兩緩變流過流斷面7.什么是流線？它有那些基本特性？流場中某一瞬時一系列流體質(zhì)點的流動方向線。一般流線是一條光滑曲線、不能相交和轉(zhuǎn)折定常流動中，流線與跡線重合。8.解釋：定常流動、層流流動、二元流動。定常流動：運動要素不隨時間改變層流流動：流體分層流動，層與層之間互不混合。二元流動：運動要素是兩個坐標(biāo)的函數(shù)。9.解釋：流線、跡線流線：流場中某一瞬時，一系列流體質(zhì)點的平均流動方向線。曲線上任意一點的切線方向與該點速度方向一致。跡線：流場中一時間段內(nèi)某流體質(zhì)點的運動軌跡。10.描述流動運動有哪兩種方法，它們的區(qū)別是什么？歐拉法，以流體空間點為研究對象拉格朗日法：以流體質(zhì)點為研究對象11.什么是量綱？流體力學(xué)中的基本量綱有哪些？寫出壓強、加速度的量綱。物理量單位的種類，長度、時間、質(zhì)量、壓強ML-1T-2，加速度LT-212.在量綱分析中，定理的內(nèi)容是什么？如果一物理過程涉及n個物理量，包含m個基本量綱，則該過程一定可以用n個物理量組成的n-m個無量綱來描述。，14.對于給定的管道，水力光滑管是否可以變?yōu)樗Υ植诠?？為什么？可以。粘性底層的厚度大于絕對粗糙度，水力光滑。粘性底層的厚度小于絕對粗糙度，水力粗糙。對給定管道，粘性底層的厚度隨雷諾數(shù)變化。速度增大，Re增大，粘性底層的厚度變小，水力光滑變?yōu)樗Υ植凇?5.解釋管道水力計算中的兩個概念：水力光滑管、短管水力光滑管：粘性底層的厚度大于管壁的絕對粗糙度，凹凸不平淹沒在粘性底層中，流體主流感受不到管壁粗糙的影響，就像在光滑的管中流動。短管：水力計算中，局部損失占有相當(dāng)比例，不能忽略的管道系統(tǒng)。16.流體在管內(nèi)流動的流動損失有哪兩種？是如何產(chǎn)生的？計算公式如何？沿程損失；發(fā)生在緩變流動中，由于流體的粘性摩擦；局部損失；發(fā)生在急變流動中，由于流體的碰撞、速度調(diào)整、產(chǎn)生漩渦；17.寫出當(dāng)量直徑與當(dāng)量管長的定義公式。18.什么是紊流？圓管中的紊流流動由哪幾部分構(gòu)成？流體質(zhì)點作復(fù)雜不規(guī)則運動，相互干擾和摻混。粘性底層、紊流核心區(qū)和過渡區(qū)19.尼古拉茲試驗曲線中，流體的流動可以分為幾個區(qū)域？各區(qū)的沿程損失系數(shù)有何特點？五個層流區(qū)λ=f(Re)過渡區(qū)不穩(wěn)定，實驗點分散λ=f(Re)紊流光滑管區(qū)λ=f(Re)紊流粗糙管過渡區(qū)λ=f(Re，ε/d)紊流粗糙管平方阻力區(qū)λ=f(ε/d)20.什么是水擊？如何減小水擊作用力？管內(nèi)有壓流動，由于外界某種原因，引起流速突然變化，從而局部壓強突然變化，壓力波在管內(nèi)往復(fù)波動，引起管道振動的現(xiàn)象。延長操作時間；降低管長、減小管壁厚度、增大管徑、減小管壁彈性模量、保護(hù)措施21.證明：層流時沿程能量損失hf與管內(nèi)流體的平均流速v的一次方成正比。22.流體在圓管內(nèi)層流流動，速度分布、切應(yīng)力分布有何特點？（畫圖并說明）切應(yīng)力線性分布，管道中心最小，為零。速度拋物線分布，管道中心最大，平均流速是最大流速的一半23.當(dāng)流動處于紊流粗糙管區(qū)時，雷諾數(shù)增大，沿程阻力系數(shù)是否增大，沿程阻力損失是否增大？為什么？雷諾數(shù)增大，沿程阻力系數(shù)不增大，只與相對粗糙度有關(guān)。沿程阻力損失增大。雷諾數(shù)增大，速度增大。24.什么是紊流？紊流速度如何表示？式中各符號的含義如何？寫出紊流時均速度的定義式。

紊流：流體質(zhì)點作復(fù)雜不規(guī)則運動，流體質(zhì)點相互干擾、摻混。瞬時值、時均值、脈動值25.理想不可壓縮流體繞流葉型時為什么會產(chǎn)生升力？下表面流體繞過后緣點時速度高、壓強低，流向上表面的后駐點時，氣流發(fā)生分離，產(chǎn)生逆時針的漩渦，葉型上必然同時產(chǎn)生一強度相等、方向相反的順時針漩渦。由于漩渦產(chǎn)生，后駐點向后緣點移動，形成下游的啟動渦和葉型上的附著渦。順時針漩渦使上層速度加快、壓強降低；下層速度減小，壓強增高。上下表面的壓強差對葉型產(chǎn)生了升力。26．粘性流體繞流物體的阻力可分為哪兩種？如何減??？摩擦阻力、壓差阻力（形狀阻力）為減小摩擦阻力，使該物體的層流邊界層盡可能延長，或使層流邊界層轉(zhuǎn)變紊流邊界層的轉(zhuǎn)變點盡可能往后推移。為減小壓差阻力，使邊界層分離點盡量后移。27.試解釋：對于圓球，在Re3時，繞流阻力系數(shù)急劇下降的原因。邊界層由處于紊流，分離點后移，漩渦區(qū)顯著減小，壓差阻力大大降低，雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大幅降低。28.邊界層有何特點？發(fā)生邊界層分離的必要條件是什么？很??；沿流動方向逐漸增厚；速度梯度大；層流、紊流兩種流態(tài)；粘性力不可忽略；壓強等于外邊界上的壓強。減速增壓粘性流體29.理想的不可壓縮流體繞流翼型，產(chǎn)生升力的原因是什么？下表面流體繞過后緣點時速度高、壓強低，流向上表面的后駐點時，氣流發(fā)生分離，產(chǎn)生逆時針的漩渦，葉型上必然同時產(chǎn)生一強度相等、方向相反的順時針漩渦。由于漩渦產(chǎn)生，后駐點向后緣點移動，形成下游的啟動渦和葉型上的附著渦。順時針漩渦使上層速度加快、壓強降低；下層速度減小，壓強增高。上下表面的壓強差對葉型產(chǎn)生了升力。30．若要將亞聲速氣流加速為超聲速氣流，管道截面積應(yīng)如何變化？先收縮后擴(kuò)大亞音速：Ma＜1，dv＞0，dA＜0超音速：Ma＞1，dv＞0，dA＞031.討論超音速氣流經(jīng)過膨脹波與壓縮波后氣流的速度、壓強及溫度的變化規(guī)律。超音速氣流經(jīng)過膨脹波：速度增加、壓強降低、溫度降低超音速氣流經(jīng)過壓縮波：速度減低、壓強、溫度升高32.氣體等熵流動中，什么是滯止?fàn)顟B(tài)？什么是極限狀態(tài)？什么是臨界狀態(tài)？滯止?fàn)顟B(tài)：等熵流動變化到速度為零極限狀態(tài)：等熵流動變化到速度最大臨界狀態(tài)：等熵流動變化到速度等于當(dāng)?shù)芈曀?3.亞聲速氣流通過漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么？亞音速：Ma＜1，漸縮dA＜0成立，dv＞0，加速至音速，馬赫數(shù)最大為134.簡要說明微弱擾動波在靜止、亞聲速、聲速、超聲速氣流中傳播的特點。微弱擾動波在靜止氣流中傳播無界微弱擾動波在亞聲速氣流中傳播無界微弱擾動波在聲速氣流中傳播有界，半個空間微弱擾動波在超聲速氣流中傳播有界，馬赫錐35.若想將氣流加速，通道的截面積應(yīng)如何變化？亞音速：Ma＜1，dv＞0，dA＜0收縮超音速：Ma＞1，，dv＞0，dA＞0擴(kuò)大36、請說出：牛頓流體、重力流體、不可壓縮流體、理想流體、正壓性流體這樣五個概念的定義。牛頓流體：切應(yīng)力與速度梯度成正比的流體。重力流體：質(zhì)量力只有重力的流體。不可壓流體：密度保持不變的流體。理想流體：沒有粘性的流體正壓性流體：密度只隨壓強變化的流體37、什么是虹吸現(xiàn)象？虹吸流動的動力是什么？虹吸現(xiàn)象：流體自動地從高位液面，經(jīng)過高于液面的管道流向低位液面的現(xiàn)象。動力為高低液面的高度差。38、現(xiàn)象一：1940年美國華盛頓州，一座懸索橋在19m/s的風(fēng)中倒塌?，F(xiàn)象二：火車開過時，必須遠(yuǎn)離，否則有被卷入的危險。試用所學(xué)的流體力學(xué)知識解釋這兩個現(xiàn)象?，F(xiàn)象一：卡門渦街。流體繞過圓柱或鈍形物體，當(dāng)雷諾數(shù)到達(dá)某一值時，物體尾部出現(xiàn)對稱交錯排列的漩渦組合?？ㄩT渦街的振動頻率與物體的頻率合拍，共振，造成破壞?，F(xiàn)象二。伯努利方程（能量方程）。動能增加，壓能降低，負(fù)壓（真空），卷入。39、流體在圓管內(nèi)紊流流動，在截面上，1、2、3分別表示什么區(qū)域？水力光滑管是如何定義的？水力光滑管的沿程損失系數(shù)有何特點？粘性底層，過渡區(qū)，紊流核心區(qū)。粘性底層的厚度大于管壁的絕對粗糙度，凹凸不平淹沒在粘性底層中，流體就像在光滑的管仲流動一樣，這樣的管道稱水力光滑管，沿程損失系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)。40、畫出下列曲面所對應(yīng)的壓力體，并標(biāo)曲面所受垂直分力的方向。1、41、液體在一粗細(xì)不勻的水平管中穩(wěn)定流動，壓強計中水銀液面能否出現(xiàn)如圖高度差？若能，其流動方向如何，為什么？若不能，其原因又何在？

能，從右往左流動根據(jù)壓力計，右側(cè)壓強大；根據(jù)連續(xù)性方程，右側(cè)速度大。右側(cè)能量高于左側(cè)，從右往左流動。42、在風(fēng)洞中做流體繞流圓球試驗，當(dāng)時，繞流阻力系數(shù)。若在圓球前部加一細(xì)絲，同一雷諾數(shù)下，測得阻力系數(shù)為。試問阻力系數(shù)迅速減小的原因。）球，高雷諾數(shù)下，壓差阻力為主。若在圓球前部加一細(xì)絲，流動紊流，紊流摻混作用，邊界層分離點后移，壓差阻力變小。雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大大變小。、

43、名詞解釋：當(dāng)量直徑；當(dāng)量長度；激波當(dāng)量直徑：4倍的有效截面積與濕周的比當(dāng)量長度：局部損失等值折合成某一長度上的沿程損失，該長度稱當(dāng)量長度。激波：強壓縮波44、從力學(xué)角度，流體的定義是什么？流體的基本物理屬性有哪些？在任何微小剪切力作用下，都能連續(xù)變形的物體流動性，粘性，壓縮性、膨脹性、慣性45.什么是流線？流線是否可以相交或轉(zhuǎn)折？不可壓理想流體平面流動，沿彎曲流線切線方向與主法線方向，如速度變大，壓強分別如何變化？流場中一系列流體質(zhì)點的流動平均方向線，曲線上任意一點的切線方向與該點速度方向一致。一般不能相交轉(zhuǎn)折，速度為零的點和無窮大的點除外。如：繞流和點源流動等沿流線切線、法線方向，速度增大，壓強變小。46、什么是邊界層，邊界層分離的必要條件是什么？從邊界層控制角度，談?wù)勅绾螠p小繞流的阻力。大雷諾數(shù)下，粘性流體繞過物體，緊靠物體表面上的速度從零迅速增大到來流速度的速度梯度較大的薄層。減速增壓。減小摩擦阻力，邊界層層流，或?qū)恿魑闪鞯霓D(zhuǎn)變點后移。減小壓差阻力，邊界層紊流，或邊界層分離點前移

47、在管內(nèi)流動中，什么是局部損失？常見的發(fā)生局部損失的部位有哪些？如何減小局部損失？發(fā)生在急變流中的，由于流體碰撞，旋渦速度調(diào)整造成的損失。管道進(jìn)出口，彎管，管道突然擴(kuò)大突然縮小處，分流合流處；閥門、表計等局部部件處。改善進(jìn)口條件，流線型入口；漸縮漸擴(kuò)；導(dǎo)流板；減小分流合流角；合理布置管道附件。48.試述流體粘性產(chǎn)生的物理原因。分子間的引力和不同流層間動量交換是粘性產(chǎn)生的原因。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因。溫度的升高，引力減小。分子作混亂運動時不同流層間動量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高，混亂運動強烈，動量交換頻繁，氣體粘度越大49、削弱水擊的方法有哪些?(1)、增大管徑減小流速，可以部分地減小水擊壓強。(2)、縮短管道長度。(3)、設(shè)置調(diào)壓室。(4)、延長閥門關(guān)閉時間。(5)、采取合理的閥門關(guān)閉規(guī)律，控制水擊壓強的上升速度，使其值最小。(6)、安裝減壓閥。50、什么是邊界層分離現(xiàn)象?其產(chǎn)生的條件是什么?是指原來緊貼壁面流動的邊界層脫離壁面的現(xiàn)象。邊界層分離的根本原因是粘性的存在（無粘性沒有分離現(xiàn)象），分離的條件是逆壓梯度的存在，分離的實際發(fā)生則是由流體元的滯止和倒流引起的。51、亞聲速氣流通過漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么？

最大為1.漸縮噴管dA<0，dv＞0，加速至聲速，Ma＝1.１、“截面積大處速度小，截面積小處速度大”對嗎？為什么？一維流動的連續(xù)方程成立的條件是不可壓縮流體，倘若是可壓縮流體，則連續(xù)方程為52、兩恒定流流動相似應(yīng)滿足哪些條件？答：應(yīng)滿足幾何相似，動力相似，運動相似及初始條件、邊界條件相似。３、同一管道中的流體流動，是否既可以處于水力光滑管，也可以處于水力粗糙管狀態(tài)？為什么？是，在同一管道中若水流速度在某兩處不，對應(yīng)的Re數(shù)不同，則這兩處的粘性底層會有所不同，可能出現(xiàn)的情況。53、試述庫塔條件及庫塔－儒可夫斯基升力公式的內(nèi)容？并簡要說明升力如何產(chǎn)生？FL=Fy=-ρv∞Г。理想流體均勻等速繞流圓柱體有環(huán)流的流動中，在垂直來流的方向上，流體作用在單位圓柱長度上的升力大小等于來流密度、來流速度和速度環(huán)量三者的乘積，升力的方向為來流速度矢量沿反速度環(huán)流的方向旋轉(zhuǎn)90°。機翼一般是不對稱的，上表面比較凸，而下表面比較平，流過機翼上表面的氣流流速較快，而流過機翼下表面的氣流正好相反，流速較上表面的氣流慢。流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小，這樣機翼下表面的壓強就比上表面的壓強高，換一句話說，就是大氣施加與機翼下表面的壓力方向向上比施加于機翼上表面的壓力大，二者的壓力差便形成了飛機的升力。54、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型？它在流體力學(xué)中有何作用？.把流體當(dāng)做是由密集質(zhì)點構(gòu)成的，內(nèi)部無間隙的連續(xù)體來研究，就是連續(xù)介質(zhì)模型，可以用連續(xù)函數(shù)的解析方法來研究流體的平衡和運動規(guī)律，為流體力學(xué)的研究提供了很大的方便。55、分析局部水頭損失產(chǎn)生的原因？(a)任何斷面形狀的改變，都必將引起流速的重新分布，因而附加了流體間的相對運動和流體質(zhì)點的急劇變形，結(jié)果導(dǎo)致質(zhì)點間附加摩擦和相互撞擊，使流體能量受到損失，液流中流速重新分布。(b)流速的重新分布，總是伴隨有流動分離和旋渦的形成，在旋渦區(qū)由于粘性的存在，便有摩擦的能量損失，在旋渦中粘性力作功。(c)在旋渦區(qū)中，又有質(zhì)點被主流所帶走，即有動量交換，因而消耗運動流體的能量，流體質(zhì)點的混摻引起的動量變化。56、什么是壓差阻力？產(chǎn)生壓差阻力的主要原因是什么？壓差阻力是作用在物面上的壓力在來流方向投影的總和。產(chǎn)生壓差阻力的根本原因也是空氣粘性。如果空氣沒有粘性，它流過物體時就不會產(chǎn)生摩擦，也就不會損失它的能量而停止流動，并產(chǎn)生氣流的分離。氣流的分離雖然不是壓差阻力的根源，但它直接引起了壓力差的產(chǎn)生57、馬赫波與激波的形成有何不同？氣流穿過馬赫波和激波的總參數(shù)及熵的變化有何特點？答：馬赫波是微弱擾動在超音速氣流中的傳播形成的。激波是超音速氣流中n道微弱壓縮波疊加在一起形成的。氣流穿過馬赫波后總溫、總壓不變，是等熵過程。氣流穿過激波后總溫不變，總壓下降，是熵增過程。第一章1-1kg/m31-2kg/m31-3m3/h1-41/Pa1-5Pa·s1-6m2/s1-7(1)m/s1/s(2)Pa·s(3)Pa1-8(1)(2)1-9(1)(2)當(dāng)時，(3)當(dāng)時，所以1-10NPa·sPa·s1-111-12m/sm2NkW1-13Pa·sm2NkW1-141-15m2N1-16m2m/sr/min1-17Pa·sN1-18由1-14的結(jié)果得N·m1-191-20mm1-21mm1-22由得其中則1-23根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律由于流速隨半徑的增加而減小，即是負(fù)值，為了使為正值，上式在等號右端取負(fù)號根據(jù)已知條件在管壁處則當(dāng)時管壁處的阻力1-24其中（kg）則N由其中m21/s則Pa·s第二章2-1kPa2-2PaPa2-3且m(a)PaPa(b)PaPa(c)PaPa2-4設(shè)A點到下水銀面的距離為h1，B點到上水銀面的距離為h2即m2-5kg/m3Pa2-6Pa2-7(1)kPa(2)PakPa2-8設(shè)cmmmkPa2-9(1)Pa(2)cm2-10Pam2-11整理得m2-12Pa2-13cm2-142-15整理：kPa2-16設(shè)差壓計中的工作液體密度為Pa m2-17Pa2-18kPa2-19(1)N(2)N2-20證明：如書中證明過程。2-21設(shè)油的密度為NNN對A點取矩m（距A點）2-22設(shè)梯形壩矩形部分重量為，三角形部分重量為（1）(kN)(kN)m（2）kN·m<kN·m穩(wěn)固2-23總壓力F的作用點到A點的距離由整理得（提示）解得：m2-24圖示法：整理得又所以于是mm2-25Nm(距液面)2-26Nm(距液面)或m(距C點)2-27第一種計算方法：設(shè)水面高為m，油面高為m；水的密度為，油的密度為左側(cè)閘門以下水的壓力：N右側(cè)油的壓力：N左側(cè)閘門上方折算液面相對壓強：(Pa)則：N由力矩平衡方程(對A點取矩)：解得：（N）第二種計算方法是將左側(cè)液面上氣體的計示壓強折算成液柱高（水柱高），加到水的高度中去，然后用新的水位高來進(jìn)行計算，步驟都按液面為大氣壓強時計算。m閘門左側(cè)所受壓力：N作用點：m閘門右側(cè)所受壓力：N作用點：m由力矩平衡方程：(對A點取矩)解得：N2-28NN2-29C點的測壓管水面的距離mkN2-30A點：NB點：N2-31NN2-32Nm3NN2-33(1)(2)(3)2-34(1)kN(2)2-35(1)m(2)設(shè)在外載荷的作用下，室內(nèi)的水面又升高了解得m2-36設(shè)水的密度為，煤油的密度為kPa又則mm2-37設(shè)7.5m高處的水平面為基準(zhǔn)面，則閘門上部自由液面距基準(zhǔn)面的高度為H則有m閘門形心的淹深（閘門形心距自由液面的距離）m閘門所受的總壓力kNm(距自由液面)2-38水平方向的壓力：左側(cè)N右側(cè)NN方向：水平由左指向右豎直方向的壓力：N方向：垂直自下向上總壓力N方向：，第三章3-1（1）二維流動（2）定常流動（3），，3-2（1）三維流動（2）非定常流動（3），，當(dāng)時，3-33-4即積分得即時，過P(-1，-1)點，，流線方程為3-5即積分得流線簇是以坐標(biāo)原點為圓心的同心圓，逆時針流動。3-6即積分得3-7x則y又則當(dāng)時，3-8（1）連續(xù)（2）連續(xù)（3）不連續(xù)（4）連續(xù)3-9(1)(2)(3)(4)3-10得積分：時則3-11積分得3-12其中：；則m/s3-13其中：m/s；m/s；m；m代入上式得m3-14其中：m；；m/s；代入數(shù)據(jù)解得m/sm3-15其中：m；；m/s代入數(shù)據(jù)解得m/sm3-16其中：；Pa；Pa；m/s代入數(shù)據(jù)解得m/s，則m23-17設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2得m/s(1)其中：m；m/s；代入數(shù)據(jù)解得Pa(2)其中：m；；代入數(shù)據(jù)解得Pa3-18設(shè)水箱液面為0-0，管道入口截面為1-1，管道最高處截面為2-2，管道出口截面為3-3解得m/sm3/s，Pa，，Pa，m/s代入數(shù)據(jù)得m，Pa，，Pa，代入數(shù)據(jù)得mm3-19設(shè)水箱液面為1-1，管道收縮截面為2-2，管道出口截面為3-3其中m，kPa，kPa，代入上式得m/s，m/s其中m，kPa，，m/s代入上式得kPa，則kPa3-20設(shè)U型管入口駐點為1點則：其中：；則：m/s3-21設(shè)U型管入口截面為1-1，噴嘴出口截面為2-2其中，，，m，Pa代入上式得m/sm3/s3-22，，，設(shè)水銀差壓計左端入口壓強為，則Pa由得m/s代入數(shù)據(jù)解得Pa3-23m/sm3/s3-24m，，整理得mm，Pa，Pa，代入數(shù)據(jù)解得mm，Pa，Pa，代入數(shù)據(jù)解得m比較，所以不發(fā)生汽化的最大直徑為mmm(應(yīng)用小的)3-25設(shè)集流器入口截面為1-1，玻璃管對應(yīng)截面為2-2其中，，，代入上式得m/sm3/s3-26m/sm/s其中則kPa在水平面內(nèi)建立平面坐標(biāo)系xoy，并取緩變流截面1-1，2-2及管道邊界為控制面。作用在控制面內(nèi)液體的外力有：彎管對水流的作用力F，作用在1-1和2-2截面的動水壓力和，控制面內(nèi)水體的重力。由于重力鉛直向下，在水平面的x軸和y軸方向分量為零；不計水流阻力時，動量修正系數(shù)。所以沿x軸和y軸方向建立動量方程得：yFFy0xFxx軸：代入數(shù)據(jù)：解得Ny軸：代入數(shù)據(jù)：解得NN合力與x方向的夾角為：3-27設(shè)平板對水的作用力F水平向左代入數(shù)據(jù)：解得：m3/s3-28取0-0、1-1、2-2過水?dāng)嗝婕八砻婧推桨暹吔鐬榭刂泼?，不考慮摩擦，動量修正系數(shù)。沿x軸建立動量方程得：即：由于：則——————（1）又：；則——————（2）將（1）式和（2）式聯(lián)立整理得：沿y軸建立動量方程得：其中代入整理得3-29設(shè)水深為2m處過流斷面為1-1，水深1.5m處過流斷面為2-2，取1-1、2-2及水面和固體邊界為控制面?？刂泼鎯?nèi)的水體沿水平方向受到的外力有：底坎對水流的反作用力；水流作用在斷面1-1和2-2上的壓力；動量修正系數(shù)。則沿流向建立動量方程得：所以：——————（a）1-1和2-2均為緩變流過水?dāng)嗝?，故NN在1-1和2-2列伯努利方程：——————（b）又由連續(xù)性方程：得代入（b）式解得：m/s所以，m/sm3/s將已知數(shù)代入（a）式得：N是的反作用力，故的大小為22406.86N，方向水平向右。3-30設(shè)液面為1-1，管子出口截面為2-2其中：m；；代入上式得：m/sm3/s3-31在1-1截面和2-2截面列伯努利方程其中：；代入上式：理論流量：實際流量：第四章4-1（1）無旋（2）有旋（3）無旋（4）有旋4-2（1）不存在流函數(shù)不存在勢函數(shù)（2）改為存在勢函數(shù)存在流函數(shù)求勢函數(shù)積分：——————（a）則代入（a）式得求流函數(shù)積分：——————（b）則代入（b）式得4-3（1）積分：——————（a）即則代入（a）式得（2）積分：——————（b）即則代入（b）式得（3）積分：——————（b）即則代入（b）式得（4）積分：——————（b）比較可知則代入（b）式得4-4無旋4-54-6（1）積分：——————（a）即則代入（a）式得（2）4-7積分：——————（a）即則代入（a）式得由得4-8由流函數(shù)性質(zhì)可知m3/s4-9積分：——————（a）則代入（a）式得由伯努利方程其中Pa4-10合成速度m/syvr2vr1θ2（3，2）θ1r1r2（-2，0）0（2，0）x4-11點源：點匯：疊加后的流函數(shù)：4-12復(fù)合流動的速度勢函數(shù)與流函數(shù)分別為——————（1）——————（2）流線方程為——————（3）據(jù)此畫出的流線如圖所示。勢流的速度場為——————（4）對于繞物體的流動，物體的型線（外輪廓線）必是一條流線，流動沿物體表面分流時，分流線只能在速度為零的滯止點與物體型線相交，因此表示物體型線的流線特征是其上存在滯止點?，F(xiàn)確定滯止點的位置。令（4）式表示的速度為零，得由此式得——————（5）滯止點在圖中以S表示。將滯止點坐標(biāo)代入（2）式，得出過滯止點流線的流函數(shù)值——————（6）故表示物體型線的流線方程為整理得4-13求勢函數(shù)積分：——————（a）則代入（a）式得求流函數(shù)積分：——————（b）則代入（b）式得4-14；是有勢流動滿足拉普拉斯方程第五章5-1層流m5-2由于是平板邊界層，所以動量積分關(guān)系式可以化簡為————（1）由已知條件則將以上結(jié)果代入（1）式中得整理：積分：當(dāng)時，則5-3由于是平板邊界層，所以動量積分關(guān)系式可以化簡為————（1）由已知條件則將以上結(jié)果代入（1）式中得整理：積分：當(dāng)時，則5-4普朗特曾經(jīng)作過這樣的假設(shè)：沿平板邊界層內(nèi)的紊流流動與管內(nèi)紊流流動相同。這時，圓管中心線上的最大流速相當(dāng)于平板的來流速度，圓管的半徑相當(dāng)于邊界層的厚度，并且假定平板邊界層從前緣開始就是紊流。由代入將代入上式得現(xiàn)在將圓管中心線上的和用邊界層外邊界上的和代替，則得又由已知條件則有代入動量積分關(guān)系式得整理：積分：整理：當(dāng)時，則5-5由得m/sm3/s5-6由得m/s5-7層流邊界層最大厚度發(fā)生在平板尾緣處：m平板所受阻力（兩個壁面）：N5-8紊流平板所受阻力（兩個壁面）：N5-9離平板前緣1m處：紊流m平板尾緣處：紊流m5-10m/sm可見層流邊界層很短，主要是紊流邊界層NW5-11取N彎矩N·m5-12則有m5-13NkW5-14NkW5-15因為層流所以mN5-16第六章6-1層流m/sPa則m/s（紊流光滑管）kPa6-2(1)紊流（2）層流6-3其中則：Pa·s6-46-5m/s層流m油柱6-6m/s紊流查莫迪圖：mH2O6-7m保持層流m/sL/s6-8m/sm3/s6-9設(shè)水箱A的液面為1-1，水箱B液面為2-2————（1）式其中：m，Pa，，設(shè)入口局部阻力系數(shù)為，彎頭為，突擴(kuò)為（對應(yīng)于前面的速度），突縮為（對應(yīng)于后面的速度），閥門為，出口為代入（1）式，解得m/sL/s6-10mm/s紊流查莫迪圖m空氣柱kg/m3Pa6-11————（1）式其中，m/s，，mH2O代入（1）式，解得m6-12設(shè)水箱液面為1-1，管道入口截面為A-A，管道出口截面為2-2————（1）式————（2）式（1）和（2）式聯(lián)立，解得當(dāng)m時，由（1）式：當(dāng)m時，與無關(guān)6-13其中6-14（1）m/s(2)m原油柱(3)6-15設(shè)圓管直徑為，損失為；正方形邊長為，損失為由于斷面面積相等，即（1）層流，所以（2）在紊流粗糙區(qū)，只與有關(guān)，所以6-16設(shè)水箱液面為0-0，噴嘴出口截面為3-3入+門+擴(kuò)+嘴入+門+擴(kuò)+嘴)解得：m3/s6-17設(shè)封閉油箱液面為1-1，開口油箱液面為2-2層流（入+彎+出）+入+彎+出）m6-18設(shè)水箱液面為1-1，管子出口為2-2，彎頭局部阻力系數(shù)為，閥門為m/sm3/sPa6-19設(shè)上游水箱液面為1-1，下游水箱液面為2-2m/s紊流查莫迪圖：m/s紊流查莫迪圖：入+擴(kuò)+門+出入+擴(kuò)+門+出)m6-20設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2mH2O6-21設(shè)水箱液面為1-1，泵入口前截面為2-2m/s層流（入+彎+閥）入+彎+閥）Pa6-22設(shè)煙囪底部截面為1-1，煙囪頂部截面為2-2，，Pa，，整理得m6-23設(shè)煙囪底部截面為1-1，煙囪頂部截面為2-2，，Pa，，整理得m/sm3/s6-24，，，，m/s整理得理論值或，m/s理論值6-25設(shè)上游水箱液面為0-0，下游水箱液面為3-3m，，入出其中，m/s，將數(shù)據(jù)代入伯努利方程得解得mm6-26其中m，整理得假設(shè)則m/s，由于流動處于紊流光滑管區(qū)，又所以代入公式解得，假設(shè)成立。m3/s6-27設(shè)水箱液面為1-1，管道出口截面為2-2m，，，kg/m3m/s，入）紊流查莫迪圖：整理得入)Pa6-28將代入整理得——————（1）將代入的公式得——————（2）假設(shè)，則m，，，查得由于，所以假設(shè)成立，mmm6-29由伯努利方程得，即設(shè)，則若，則6-30設(shè)自由液面為1-1，高于自由液面3米處管道截面為2-2向上流動：入）則入）Pa向下流動：出）則出）Pa6-31設(shè)水箱液面為0-0，管道出口截面為3-3，，，m/sm/sm/s整理得入+縮+閥+嘴m6-32即又則m3/sm3/smH2O6-33mm/s查莫迪圖：Pa6-34m/sm/sL/s6-35m/skPa6-36設(shè)A容器內(nèi)液面為1-1，裝置B內(nèi)液面為2-2m；；kPa管道中的流速：m/s，紊流查得m代入伯努利方程解得：kPa6-37mH2Om/s，m/s，mH2O第七章7-1m/s7-2則整理得K7-3kg/m3kPakg/m3K7-4m/s（1）（2）（3）7-5kg/m3又由于是等熵過程則代入上式整理得kPa由即整理得K7-6設(shè)空氣是不可壓縮流體由——————————(1)——————————(2)———————————(3)其中PaPa，K，J/(kg·K)，J/(kg·K)代入（1）（2）（3）式，得kg/m3，K，m/s設(shè)空氣是可壓縮流體由代入數(shù)據(jù)化簡得解得m/s7-7kg/m3m3/s又經(jīng)計算得Pa7-8m/s激波后的壓強為Pa激波后的溫度為K激波后相對激波的風(fēng)速為m/s7-9m/sm/s7-10設(shè)飛機飛過地面觀察者的水平距離為時，才能聽到聲音m/s則km則時間為s7-11(1)11km以下為對流層，溫度梯度為-6.5K/km則解得K又標(biāo)準(zhǔn)大氣：地面溫度為15℃，大氣壓為1.01325×105Km/sm/s(2)解得KKm/sm/s7-12則m/s7-13匯總第一章1-1kg/m3；1-2kg/m31-3m3/h1-41/Pa1-5Pa·s1-6m2/s1-7(1)1/s；(2)Pa·s；(3)Pa1-8(1)；(2)1-9(1)；(2)；(3)1-10Pa·s；Pa·s