工程流體力學(xué)第二版習(xí)題答案-(杜廣生)

未知驅(qū)動(dòng)探索，專(zhuān)注成就專(zhuān)業(yè)工程流體力學(xué)第二版習(xí)題答案-(杜廣生)第一章介質(zhì)宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)1.1問(wèn)答題1.1.1介質(zhì)的宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)有何區(qū)別？介質(zhì)的宏觀性質(zhì)是指在宏觀尺度上觀察和測(cè)量的介質(zhì)性質(zhì)，如密度、壓力、溫度等。而介質(zhì)的微觀性質(zhì)是指在微觀尺度上觀察和測(cè)量的介質(zhì)性質(zhì)，如分子間的相互作用力、分子運(yùn)動(dòng)等。1.1.2介質(zhì)的宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)之間有何聯(lián)系？介質(zhì)的宏觀性質(zhì)是由其微觀性質(zhì)所決定的。介質(zhì)的宏觀性質(zhì)是大量微觀粒子的集合體現(xiàn)，因此宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)之間存在著密切的聯(lián)系。例如，介質(zhì)的宏觀壓強(qiáng)和溫度可以由微觀粒子的碰撞和運(yùn)動(dòng)引起。1.1.3如何描述介質(zhì)的宏觀性質(zhì)？介質(zhì)的宏觀性質(zhì)可以用物理量來(lái)描述，如壓力、溫度、密度等。這些物理量通常是由測(cè)量?jī)x器和設(shè)備測(cè)量得到的，可以直接觀測(cè)和測(cè)量。1.1.4如何描述介質(zhì)的微觀性質(zhì)？介質(zhì)的微觀性質(zhì)需要通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)或統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法來(lái)描述。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)可以研究介質(zhì)的微觀粒子（如分子、原子等）的運(yùn)動(dòng)和相互作用規(guī)律，從而得到介質(zhì)的微觀性質(zhì)。1.1.5介質(zhì)的宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)之間如何轉(zhuǎn)化？介質(zhì)的宏觀性質(zhì)和微觀性質(zhì)之間存在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的關(guān)系，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。例如，根據(jù)分子動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的理論，可以從介質(zhì)的微觀性質(zhì)得到宏觀性質(zhì)，或者從宏觀性質(zhì)推導(dǎo)出微觀性質(zhì)。1.2計(jì)算題1.2.1一個(gè)密度為ρ、壓強(qiáng)為P的流體中心進(jìn)行的麥克斯韋實(shí)驗(yàn)測(cè)得其壓強(qiáng)為0.4P，溫度為T(mén)，請(qǐng)計(jì)算這個(gè)流體的溫標(biāo)溫度。根據(jù)麥克斯韋方程，有P=nkT其中，n為單位體積內(nèi)分子的數(shù)目，k為玻爾茲曼常數(shù)。則根據(jù)題目給出的條件，有0.4P=nkT將上述兩式聯(lián)立，可解得T=（0.4P）/（n_1k）其中，n_1為流體中心的分子數(shù)。進(jìn)一步利用理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT將上式化簡(jiǎn)得n=PV/RT將n帶入之前的方程，可得溫度T=（0.4P）/（n_1k）=（0.4P）/（（PV/RT）k）=R/（0.4K）因此，這個(gè)流體的溫度為R/（0.4K）。1.2.2一個(gè)容器中充滿(mǎn)了水，容器上方為真空。水的壓強(qiáng)和溫度分別為P和T，請(qǐng)計(jì)算水分子的平均動(dòng)能。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可得n=PV/RT其中，n為水分子的數(shù)目。假設(shè)水分子的平均動(dòng)能為E，則根據(jù)麥克斯韋分布定律，有E=(3/2)kT將n帶入上述方程，可得E=(3/2)kT*PV/RT=3/2*PV/VT*k=3/2*P/k因此，水分子的平均動(dòng)能為3/2*P/k。第二章流體的靜力學(xué)性質(zhì)2.1問(wèn)答題2.1.1什么是流體的靜力學(xué)？流體的靜力學(xué)是研究流體靜止情況下的力學(xué)性質(zhì)，包括流體的壓力、壓力分布、壓強(qiáng)等。2.1.2什么是流體的壓強(qiáng)？流體的壓強(qiáng)是指單位面積上受到的作用力。2.1.3流體的壓強(qiáng)和壓力有何區(qū)別？流體的壓強(qiáng)是指單位面積上受到的作用力，而壓力是指作用在流體上的力。2.1.4什么是流體的壓力分布？流體的壓力分布是指流體中各點(diǎn)的壓力值隨空間位置的變化規(guī)律。2.1.5為什么流體的壓力沿著垂直方向是增加的？流體的壓力沿著垂直方向是增加的，是因?yàn)樵诖怪狈较蚴艿降闹亓Φ淖饔孟拢戏降牧黧w會(huì)對(duì)下方的流體施加壓力，導(dǎo)致壓力增加。2.2計(jì)算題2.2.1一個(gè)長(zhǎng)方體容器的長(zhǎng)、寬、高分別為L(zhǎng)、W、H，內(nèi)部充滿(mǎn)了水。設(shè)重力加速度為g，求容器底面上的壓強(qiáng)。容器底面上的壓強(qiáng)可以通過(guò)計(jì)算底面上受到的重力與底面面積的比值得到。容器底面上受到的重力為底面上水的質(zhì)量乘以重力加速度。水的質(zhì)量為容器的體積乘以水的密度。因此，容器底面上的壓強(qiáng)為P=(mg)/(A)=(ρVg)/(A)=(ρLWHg)/(LW)=ρHg其中，ρ為水的密度，V為容器的體積，A為容器底面的面積。因此，容器底面上的壓強(qiáng)為ρHg。2.2.2一個(gè)圓柱形容器，底面半徑為R，高度為H，內(nèi)部充滿(mǎn)了液體。求容器底面上的壓強(qiáng)。容器底面上的壓強(qiáng)可以通過(guò)計(jì)算底面上受到的液體的重力與底面面積的比值得到。液體受到的重力為液體的質(zhì)量乘以重力加速度。液體的質(zhì)量為容器的體積乘以液體的密度。因此，容器底面上的壓強(qiáng)為P=(mg)/(A)=(ρVg)/(A)=(ρπR^2Hg)/(πR^2)=ρHg其中，ρ為液體的密度，V為容器的體積，A為容器底面的面積，R為底面半徑。因此，容器底面上的壓強(qiáng)為ρHg。第三章流體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)3.1問(wèn)答題3.1.1流體流動(dòng)中的速度分布是什么意思？流體流動(dòng)中的速度分布是指流體中各點(diǎn)的速度值隨空間位置的變化規(guī)律。3.1.2什么是流線？流線是指流體流動(dòng)過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)的連續(xù)軌跡線。3.1.3什么是流體的線流量？流體的線流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一線段的流體質(zhì)量。3.1.4什么是流體的體積流量？流體的體積流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的流體體積。3.1.5流體的連續(xù)性方程是什么？其含義是什么？流體的連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的體現(xiàn)。它描述了流體在流動(dòng)過(guò)程中的質(zhì)量守恒關(guān)系，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的流體體積和流體質(zhì)量之間的關(guān)系。根據(jù)連續(xù)性方程，流體的線流量和體積流量相等。這意味著在流動(dòng)中，流體的質(zhì)量保持不變。3.2計(jì)算題3.2.1一個(gè)封閉的圓管中流動(dòng)的液體，管道內(nèi)的流速分布為v=2r-1,v的單位是m/s，r的單位是m。計(jì)算管道截面上的線流量。線流量表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一線段的流體質(zhì)量。根據(jù)題目給出的流速分布，可以得到流體的速度與管道截面半徑的關(guān)系為v=2r-1。假設(shè)管道截面的半徑為R，那么流經(jīng)管道截面的流體質(zhì)量可以通過(guò)對(duì)速度v進(jìn)行積分得到。m=∫vdA其中，dA表示微元面積。對(duì)于一個(gè)圓形截面來(lái)說(shuō)，微元面積dA可以表示為dA=2πrdr，其中r表示截面上的半徑。將上述表達(dá)式代入流體質(zhì)量的積分式中，得到m=∫(