流体力学课后作业

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流体力学课后作业

4-5为什么溢流阀在调压弹簧的预压缩量一定时，进口压力会随着流量的变化而有所波动？
解：溢流阀出口接油箱，则其进出口压差为其进口压力，由孔口流量方程可知，在面积不变，即弹簧压缩量不变时，流量增大，其进口压力会增加。
4-6减压阀的出口压力取决于什么？其出口压力为定值的条件是什么？
解：
减压阀出口压力取决于负载压力的大小：负载压力小于其调定压力时，出口压力为负载压力；负载压力大于其调定压力时，出口压力为其调定值。
解：
2图示系统为一个二级减压回路，活塞在运动时需克服摩擦阻力Ｆ=1500Ｎ，活塞面积A=15cm2，溢流阀调整压力py=45×105Pa，两个减压阀的调定压力分别为pj1=20×105Pa和pj2=35×105Pa，管道和换向阀的压力损失不计。试分析：
1）当DT吸合时活塞处于运动过程中，pB、pA、pC三点的压力各为多少？
4某液压泵的输出油压p=10MPa，转速n=1450r/min,排量V=100mL/r，容积效率ηv=0.95总效率η=0.9，求泵的输出功率与电动机驱动功率。
二、作业题
2-9某液压泵的最大工作压力p=10MPa，电机转速n=1450r/min,排量V=17.6mL/r，容积效率ηv=0.90总效率η=0.8，求电动机驱动功率
危害：容积缩小p↑高压油从一切可能泄漏的缝隙强行挤出，使轴和轴承受很大冲击载荷，泵剧烈振动，同时无功损耗增大，油液发热。
容积增大p↓形成局部真空，产生气穴，引起振动、噪声、汽蚀等
总之：由于困油现象，使泵工作性能不稳定，产生振动、噪声等，直接影响泵的工作寿命。
2液压泵的工作压力取决于什么？泵的工作压力与额定压力有何区别？
2如图所示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A1=100*10-4m2，有杆腔的面积A2=80*10-4m2，缸1的输入压力p1=0.9MPa，输入流量q=12L/min，不计损失与泄漏，求

流体力学课后习题及答案

第二章2-2解：由P gh ρ=得h 水 =Pg ρ水=3350101109.8⨯⨯⨯=5.1m 335010=3.21.6109.8Ph m gρ⨯==⨯⨯四氯化碳四氯化碳 335010=0.37513.6109.8Ph m g ρ⨯==⨯⨯水银水银2-3 解：（1）体积弹性模量 /dpEv d ρρ=+在重力场中流体的压强形式为：dpg dzρ=- d dp gdz Evρρρ∴=-=两边积分，带入边界条件：00,0,z p ρρ===0lnEvp Ev Ev ghρ∴=- 11222212.5*160N F *40000NF L L s F s ==⎛⎫=== ⎪⎝⎭题解：有杠杆原理知：F 所以： 6、如题2-6图所示，封闭容器中盛有ρ=800kg/3m的油，1300h mm =，油下面为水，2500h mm =，测压管中水银液位读数400hmm =，求封闭容器中油面上的压强p 的大小。

解：12g 0p h gh gh ρρρ++-=油水水银12g p gh h gh ρρρ=--水银油水333313.6109.840010109.8500100.8--=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=44.6110pa ⨯2-7：解：（1）、2224F gh s 10009.81001010101098Nρ--==⨯⨯⨯⨯⨯=2）m 121216G [s h h s h ]1000199109.81.95g Nρ-=⨯⨯=⨯⨯⨯=（-）+02h（3）因为在21h h -处谁对容器有向上的压力2-8，解：由同一液面压强相等可列：(0)()gh sin /6p(0)1239.21/^3p p h l kn m θθπ===∴=液2-9 解：设A 点距左U 形管测压计水银页面高度为H 则B 点距右U 型管测压计水银高度为H+hB A B h gh g H h gh gh gh m ag ρρρρρρA P -P -+P P -P =-=-⨯⨯P 水水水水则（+）=则（）=（13600-1000）9.80.3=370442.10，解：选取右侧U 形管汞柱高作为等压面，有：1132()m B P g h h gh gh gh p ρρρρ++-+=+酒汞汞水B p 42.7410pa =-⨯2-11解:左边液面压强与右边液面压强相等知，.66g .66.89g .82g .8211g ⨯+-⨯=⨯+-⨯未知水未知水）（）（ρρρρ解得333102.31m kg 103.85⨯=⋅⨯=-未知ρ3m kg -⋅2-12 解：设左支管液面到另一液体分界面的距离为1h ，右支管为2h ，则有：1112222P gh P gh gh ρρρ+=++或121122121221()()P P g h h ghP P gh gh ghρρρρρρ-=--+-=-+=-得 1221()P P h gρρ-=-2-13解：gh P gh ρρ+=水水银P=gh gh ρρ∴-水银水127400.07891.8F PS N∴==⨯=2-14解：以闸门与液面交点为O 点，沿闸门向下方向建立坐标S ，取微元ds ，在面积bds 内，液体压力对链轴取矩()()0.2sin600.2dM ghbds s g s sdsρρ=-+=-+ 所以)0sin 600.2Mgb s sds ρ=-+Q对链轴取矩)cos600.2Q M Q =由力矩平衡得 0Q M M +=化简)1.*1.9320.302Q -=得 26778Q N=()()D 33352.151y y *1132***2*4121232,8832**10*10*12*89.6*10xcC c xc cD c I y sI b a y s d y F g h s ρ=+==========题解：依题意知又即:*16、一个很长的铅垂壁面吧海水和淡水隔开，海水深7m ；试确定淡水多深时壁面所受液体作用力合力为零。

流体力学课后答案

第一章流体及其物理性质1－1 已知油的重度为7800N/m 3，求它的密度和比重。

又，0.2m 3此种油的质量和重量各为多少？已已知知：：γ＝7800N/m 3；V ＝0.2m 3。

解析：(1) 油的密度为 3kg/m 79581.97800===gγρ；油的比重为 795.01000795OH 2===ρρS (2) 0.2m 3的油的质量和重量分别为 kg 1592.0795=⨯==V M ρN 15602.07800=⨯==V G γ 1－2 已知300L(升)水银的质量为4080kg ，求其密度、重度和比容。

已已知知：：V ＝300L ，m ＝4080kg 。

解析：水银的密度为 33kg/m 13600103004080=⨯==-V m ρ 水银的重度为3N/m 13341681.913600=⨯==g ργ水银的比容为 kg /m 10353.7136001135-⨯===ρv1－3 某封闭容器内空气的压力从101325Pa 提高到607950Pa ，温度由20℃升高到78℃，空气的气体常数为287.06J/k g ·K 。

问每kg 空气的体积将比原有体积减少多少？减少的百分比又为多少？已已知知：：p 1＝101325Pa ，p 2＝607950Pa ，t 1＝20℃，t 2＝78℃，R ＝287.06J/k g ·K 。

解析：由理想气体状态方程(1－12)式，得 kg /m 83.0101325)27320(06.2873111=+⨯==p RT v kg /m 166.0607950)27378(06.2873222=+⨯==p RT v kg /m 664.0166.083.0321=-=-v v%80%10083.0166.083.0%100121=⨯-=⨯-v v v每kg 空气的体积比原有体积减少了0.664m 3；减少的百分比为80％。

1－4 图示为一水暖系统，为了防止水温升高时体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一膨胀水箱，使水有膨胀的余地。

流体力学课后习题答案

第一章习题答案选择题（单选题）1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ）（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒；（c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。

1.2 作用于流体的质量力包括：（c ）（a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。

1.3 单位质量力的国际单位是：（d ）（a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。

1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ）（a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。

1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ）（a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。

1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ）（a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ⋅。

1.7 无黏性流体的特征是：（c ）（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p=ρ。

1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ）（a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。

1.9 水的密度为10003kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？解： 10000.0022m V ρ==⨯=（kg ）29.80719.614G mg ==⨯=（N ）答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。

1.10 体积为0.53m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？解： 44109.807899.3580.5m G g V V ρ====（kg/m 3）答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。

1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ⋅，其密度为8503/kg m ，试求其运动黏度。

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得：T1 = t1 + 273 = 50 + 273 = 323K ，T2 = t2 + 273 = 78 + 273 = 351K
根据
p
=
mRT V
，有：
p1
=
mRT1 V1
，
p2
=
mRT2 V2
得： V2 V1
=
p1 p2
T2 T1
=
9.8067 104 5.8840 105
351 323
=
0.18
设管段长度 l，管段表面积： A = dl
单位长度管壁上粘滞力： = A u = dl u − 0 = 3.14 0.025 0.03
l y l
0.001
1-8 解： A = 0.8 0.2 = 0.16m2 ，u=1m/s， = 10mm ， = 1.15Pa s
T = A u = A u − 0 = 1.15 0.16 1 = 18.4N
1
=
T1 b
=
A b
u
−0 −h
=
0.7 0.06b b
15 − 0 0.04 − 0.01
=
21N
/m，方向水平向左
下表面单位宽度受到的内摩擦力：
2
=
T2 b
=
Au−0 b h−0
=
0.7 0.06b 15 − 0
b
0.01− 0
= 63N
/m，方向水平向左
平板单位宽度上受到的阻力：
= 1 + 2 = 21+ 63 = 84N ，方向水平向左。
h1 = 5.6m
2.4 解：如图 1-2 是等压面，3-4 是等压面，5-6 段充的是空气，因此 p6 = p5 ，6-7 是等压面，

流体力学作业

流体力学作业第一部分1.流体和固体的主要区别有哪些？答案：流体和固体的主要区别在于液体的易流动性，即固体具有抵抗一定量的拉力、压力和剪切力的能力；而流体可以抵抗压力，但不能承受拉力，特别是静止的流体不能抵抗剪切力，在切向力的作用下可以无限变形。

2.什么类型的力使流体变形？答案：使流体变形的主要力是剪切力，在剪切力作用下，流体可以无线变形。

3.理想流体的定义是什么？答案：理想流体是不考虑粘性、热传导、质量扩散等扩散特性的流体。

4. 完全气体的定义是什么？怎么用表达式表达？答案：符合气体状态方程：p=ρRT的气体为理想气体，其表达式就是p=ρRT 式中p——压强；ρ——密度；R——气体常数；T——温度。

5. 马赫数的定义是什么？超音速和亚音速的区别？能否多谈一些？答案：物体运动的速度与声速的比值叫做马赫数，用M表示。

当M>1时，即物体速度大于声速的时候为超声速，当M<1时，即物体的速度小于声速，此时为亚声速，马赫数为1时即为声速，马赫数大于五左右为超高声速。

在大多数情况下，对于马赫数M ≤0.3时，若密度的改变只有平均值的2%，那么气体的流动就认为是不可压缩的；一般来说，马赫数小于0.15时可以将此流动看作不可压缩流动来处理。

6. 层流和湍流的现象，能否描述一下？用什么来判断它们？答案：层流：流体只做轴向运动，而无横向运动，此时水在管中分层流动，各层之间互不干扰、互不相混。

湍流：水剧烈波动，断裂并混杂在许多小旋涡中，处于完全无规则的乱流状态。

比如自来水管中的自来水，当水龙头开的较小的时候为层流，当水龙头开的最大时的状态为湍流状态。

比如雷诺的实验中，当水速较小时染色水为一条直线，湍流时乱作一团。

判断的标准用雷诺数，根据雷诺数的大小来区分是层流还是湍流。

7. 粘度会引起流动产生什么？气体和液体中的粘度产生有什么区别吗？答案：粘度会使流体各层之间产生内摩擦力，引起能量的耗损。

液体的粘性主要是由分子内聚力决定的，即分子之间的引力；而气体的粘度主要是由分子的动量交换决定的。

流体力学课后作业

流体⼒学课后作业1.1 A pressure of 2?106N/m2 is applied to a mass of water that initially filled a 1,000cm3 volume. Estimate its volume after the pressure is applied.将2?106N/m2的压强施加于初始体积为1,000cm3的⽔上，计算加压后⽔的体积。

(999.1cm3)1.2 As shown in Fig.1-9, in a heating systemthere is a dilatation water tank. The whole volume ofthe water in the system is 8m3. The largesttemperature rise is 500C and the coefficient ofvolume expansion is αv=0.0005 1/K, what is thesmallest cubage of the water bank?如图1-10所⽰，⼀采暖系统在顶部设⼀膨胀⽔箱，系统内的⽔总体积为8m3，最⼤温升500C，膨胀系数αv=0.005 1/K，求该⽔箱的最⼩容积？(0.2m3) Fig. 1-9 Problem 1.21.3 When the increment of pressure is 50kPa, the density of a certain liquid is 0.02%. Find the bulk modulus of the liquid.当压强增量为50kPa时，某种液体的密度增加0.02%。

求该液体的体积模量。

( 2.5?108Pa)1.4 Fig.1-10 shows the cross-section of an oiltank, its dimensions are length a=0.6m, widthb=0.4m, height H=0.5m. The diameter of nozzleis d=0.05m, height h=0.08m. Oil fills to theupper edge of the tank, find:(1)If only the thermal expansioncoefficient αv=6.5?10-41/K of the oil tank isconsidered, what is the volume Fig.1-10 Problem 1.4of oil spilled from the tank when the temperature of oil increases from t1=-200C to t2=200C?(2)If the linear expansion coefficient αl=1.2?10-51/K of the oil tank is considered, what is the result in this case?图1-10为⼀油箱横截⾯，其尺⼨为长a=0.6m、宽b=0.4m、⾼H=0.5m，油嘴直径d=0.05m，⾼h=0.08m。

《流体力学》课后习题答案详解

习题【1】1-1 解：已知：120t =℃，1395p kPa '=，250t =℃ 120273293T K =+=，250273323T K =+= 据p RT ρ=，有：11p RT ρ'=，22p RT ρ'= 得：2211p T p T '='，则2211323395435293T p p kPa T ''=⋅=⨯=1-2 解：受到的质量力有两个，一个是重力，一个是惯性力。

重力方向竖直向下，大小为mg ；惯性力方向和重力加速度方向相反为竖直向上，大小为mg ，其合力为0，受到的单位质量力为01-3 解：已知：V=10m 3，50T ∆=℃，0.0005V α=℃-1根据1V V V Tα∆=⋅∆，得：30.000510VVV Tα∆=⋅⋅∆=⨯⨯1-4 解：已知：419.806710Pa p '=⨯，52 5.884010Pa p '=⨯，150t =℃，278t =℃得：1127350273323T t K=+=+=，G ＝mg自由落体：加速度a ＝g2227378273351T t K =+=+=根据mRTp V=，有：111mRT p V '=，222mRT p V '=得：421251219.8067103510.185.884010323V p T V p T '⨯=⋅=⨯='⨯，即210.18V V = 体积减小了()10.18100%82%-⨯=1-5 解：已知：40mm δ=，0.7Pa s μ=⋅，a =60mm ，u =15m/s ，h =10mm根据牛顿内摩擦力定律：uT Ayμ∆=∆ 设平板宽度为b ，则平板面积0.06A a b b =⋅=上表面单位宽度受到的内摩擦力：1100.70.06150210.040.01T A u b N b b h b μτδ-⨯-==⋅=⨯=--/m ，方向水平向左下表面单位宽度受到的内摩擦力： 2200.70.061506300.010T A u b N b b h b μτ-⨯-==⋅=⨯=--/m ，方向水平向左平板单位宽度上受到的阻力：12216384N τττ=+=+=，方向水平向左。

完整版流体力学课后习题作业答案

第四章作业答案4-3水在变直径竖管中流动，已知粗管直径d i =300mm ，流速v i =6m/s 。

两断面相距 3m,为使两断面的压力表读值相同。

试求细管直径（水头损失不计）。

解：4— 4 变直径管段 AB ，d A =0.2m,d B =0.4m ，高差△ h=1.5m ，测得 p A =30kPa ，p B =40kPa , B 点处断面平均流速 v B =1.5m/s ，试判断水在管中的流动方向。

解：Ad B 21.5 （0.4）2 6m/sH AZ A 邑2 A0臾兰 4.90md A 20.2g2g 9.8 2gH BZ B -P B240 1.525.69mB1.5 g2g9.819.6H B >H A ,水由B 流向A; 水头损失5.69-4.90=0.79m 4— 5用水银压差计测量水管中的点流速u ，如读值 △ h=60mm ，（ 1）求该点流速；（2）3若管中流体是 0.8kg /m 的油，△ h 不变，不计水头损失，则该点的流速是多少？解:(1)u <2g 12.6 h J‘19.6 12.6 0.06 3.85m/s⑵u ：2g 12.8 h v'19.6 12.8 0.06 4.34m/s4—6利用文丘里管的喉管处负压抽吸基坑中的积水，已经知道管道直径 d [ 100mm ，喉管直径d 2 50mm ，h 2m ，能量损失忽略不计。

试求管道中流量至少为多大,才能抽出基坑中的积水?p 1p 2解：由题意知，只有当（乙-）（Z 2 -） h 时，刚好才能把水吸上来，由文丘里流gg量计原理有Q k* （z _P L ）（Z 2 ~P ^），其中kv g gP i P i2V i 2g Vi 2Z 2P 2v ?d 2v 1d 12300 62—4.837m 2g235.5mmv 2 9.74m/s22V 2 2g代入数据，有Q 12.7l/s。

4-8管道流动管径为d=150mm，喷嘴出口直径d D=50mm，各点高差h1=2m,h2=4m,h3=3m，不计水头损失，求A、B、C、D各点压强。

流体力学课后习题与答案

第三、四章流体动力学基础习题及答案3-8已知流速场u x =xy 2, 313y u y =-, u z =xy, 试求：（1）点（1，2，3）的加速度；（2）是几维流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？解：（1）411633x x x x x x y z u u u u a u u u xy t x y z ∂∂∂∂=+++==∂∂∂∂25333213313233312163. 06m/s y y z x y a y u y a yu xu xy xy xy a =-===+=-====（2）二元流动（3）恒定流（4）非均匀流41xy 33-11已知平面流动速度分布为x y 2222cxu u x ycy x y =-=++，，其中c 为常数。

求流线方程并画出若干条流线。

解：2222-xdx=ydyx ydx dydx dy cy cx u u x y x y =⇒-=⇒++积分得流线方程：x 2+y 2=c方向由流场中的u x 、u y 确定——逆时针3-17下列两个流动，哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？(1)u x =－ay,u y =ax,u z =0 （2）z 2222,,0,a c x ycy cxu u u x y x y =-==++式中的、为常数。

z 2222,,0,a c x y cy cxu u u x y x y =-==++式中的、为常数。

解：（1）110 ()()22yx x y z u u a a a xy ωωω∂∂===-=+=∂∂有旋流动 xy 11()()0 22y x xy zx u u a a x y εεε∂∂=+=-==∂∂ 无角变形 (2)222222222222222222211()2()2()22()()12()2()0 0 2()y x z x y u u x y c cx x y c cy x y x y x y c x y c x y x y ωωω∂⎡⎤∂+-+-=-=+⎢⎥∂∂++⎣⎦⎡⎤+-+====⎢⎥+⎣⎦无旋流动2222xy 22222112()()()022()()y x u u c x y c x y x y x y x y ε∂⎡⎤∂---=+==-≠⎢⎥∂∂++⎣⎦ 有角变形4—7变直径管段AB ，d A =0.2m,d B =0.4m ，高差△h=1.5m ，测得p A =30kPa ，p B =40kPa ，B 点处断面平均流速v B =1.5m/s ，试判断水在管中的流动方向。

流体力学课后作业

流体力学课后作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII1.1 A pressure of 2106N/m2 is applied to a mass of water that initially filleda 1,000cm3 volume. Estimate its volume after the pressure is applied.将2106N/m2的压强施加于初始体积为1,000cm3的水上，计算加压后水的体积。

(999.1cm3)1.2 As shown in Fig.1-9, in a heating systemthere is a dilatation water tank. The whole volumeof the water in the system is 8m3. The largesttemperature rise is 500C and the coefficient ofvolume expansion is v=0.0005 1/K, what is thesmallest cubage of the water bank?如图1-10所示，一采暖系统在顶部设一膨胀水箱，系统内的水总体积为8m3，最大温升500C，膨胀系数v=0.005 1/K，求该水箱的最小容积(0.2m3) Fig. 1-9 Problem 1.21.3 When the increment of pressure is 50kPa, the density of a certain liquid is 0.02%. Find the bulk modulus of the liquid.当压强增量为50kPa时，某种液体的密度增加0.02%。

求该液体的体积模量。

( 2.5108Pa)1.4 Fig.1-10 shows the cross-section of an oiltank, its dimensions are length a=0.6m, widthb=0.4m, height H=0.5m. The diameter of nozzleis d=0.05m, height h=0.08m. Oil fills to theupper edge of the tank, find:(1)If only the thermal expansion coefficientv=6.510-41/K of the oil tank is considered,what is the volume Fig.1-10 Problem 1.4of oil spilled from the tank when the temperature of oil increases from t1=-200C to t2=200C?(2)If the linear expansion coefficient l=1.210-51/K of the oil tank is considered, what is the result in this case?(3)图1-10为一油箱横截面，其尺寸为长a=0.6m、宽b=0.4m、高H=0.5m，油嘴直径d=0.05m，高h=0.08m。

流体力学课后习题

思考题1.什么是连续介质为何要做这种假定2.流体的粘度与流体的压力有关吗3.流体的重度,比重和密度之间是怎样的关系4.什么是理想流体什么是粘性流体它们有什么区别5.流体的动力粘性系数与运动粘性系数有什么不同它们之间有什么关系6.液体和气体的粘性系数μ随温度的变化规律有何不同为什么7.牛顿流体是怎样的流体非牛顿流体有哪些它们之间有什么区别8.为什么将压力和切应力称为表面力而又将惯性力和重力称为质量力9.怎样理解静止流体或理想流体中一点处的压力是一个标量流体静压强有何特性10.气体和液体在压缩性方面有何不同习题1.海面下8km处水的压力为81.7×106N/m2,若海面水的密度ρ=1025kg/m2,压力为1.01×105N/m2,平均体积弹性模量为2.34×109N/m2,试求水下8km处的密度.2.如图1-12所示,半径为a的圆管内流体作直线单向流动,已知管道横截面上的流体速度分布为其中umax=const,求:r=0,r=和r=a处的流体切应力,并指出切应力的方向.这里流体粘性系数为μ.3.如图1-13所示的旋转粘度计,同心轴和筒中间注入牛顿型流体,轴的直径为D,筒与轴之间的间隙δ很小.筒以等角速度ω旋转,且保持流体的温度不变.假定间隙中的流体作周向流动且速度为线性分布,设L很长,故底部摩擦影响可不计.若测得轴的扭矩为M,求流体的粘性系数.4.如图1-14所示,一平板在另一平板上作水平运动,其间充满厚度为δ=2mm的油,两平板平行.假定油膜内的速度分布为线性分布,粘性系数μ=1.10×10-5N·s/cm2,求单位面积上的粘性阻力.5.有金属轴套在自重的作用下沿垂直轴下滑,轴与轴套之间充满ρ=900kg/m3, 的润滑油.轴套内经d1=102mm,高h=250mm,重100N,轴的直径d2=100mm ,试确定轴套等速下滑的速度.6.如图1-15所示,牛顿型流体从一倾斜板流下,流层厚度为t,与空气接触的上表面阻力可忽略不计.在斜面上(倾角为θ)流体流动速度恒定,若流体的密度为ρ,粘性系数为μ,求流层内的速度分布.7.活塞直径为5cm,在气缸(直径为5.01cm)内运动,当其间的润滑油温度由00C变到120°C时,试确定活塞运动所需的力减少的百分比.设在0°C时,μ1=1.7×10-2N·s/m2,在120°C时,μ2=2×10-3 N·s/m2.8.一飞轮回转半径为30cm,重500N,当其转速达到600r/min后,由于转轴与轴套之间的流体的粘性而使其转速减少1r/min.这里轴套长5cm,轴的直径为2cm,径向间隙为0.05cm,试确定流体的粘度.9.试求常温下(20°C,一个大气压)使水的体积减少0.1%所需的压力,设βp=4.8×10-8cm2/N.10.当压力增量Δp=5×104N/m2时,某种流体的密度增长0.02%,求此流体的体积弹性模量.思考题1 欧拉平衡微分方程综合式可积分的条件是什么2 何谓等压面等压面与质量力作用线之间的关系如何3 何谓连通器原理工程上有何应用4 压力p和总压力P有何不同如何计算静止流体中平板上的总压力和压力中心水箱中储有重度不同的两种流体,如图2-28所示.容器和测管都与大气相通,问测管1和2中的液面是否与o-o面平齐是高于还是低于o-o面两种流体的分界面是等压面吗静止流体(包括相对静止)中的水平面是等压面吗连通容器中的水平面是等压面吗7 如图2-29所示的密闭水箱A,顶部自由液面的压力为p0,橡皮管连接容器B,水箱接有测压管1和2问:(1)1和2两测压管的水面是否平齐若平齐,pa=pb对吗(2)若将容器B提高一些,两测压管的水面将如何变化 p0的值是增加减少还是不变(3)若将容器B下降(测压管1和2均封闭)直至B中水面正好与C点平齐,问此时C点的压力为多少8 何谓压力体它由哪几个面构成实压力体与虚压力体有何异同9 如图2-30所示各AB段壁面均为二向曲面,试画出AB段上的压力体.10 如图2-31所示水平台面上置放五个形状各异,但底面积相等的容器,若容器内的水深H均相等,试比较容器底面积上所受静水总压力的大小.11如图2-32所示形状各异,但面积相等的闸门,浸没在同一种液体中,试比较各闸门所受静水总压力的大小.12 一个任意形状的物体处于静止流体中,若该物体的表面接触的流体压力处处相等, 问其上的流体总压力为多少船舶的平衡条件是什么船舶的漂浮状态通常有哪几种情况(绘出示意图) 表征各种浮态的参数有哪几个根据静力平衡条件,列出各种浮态的平衡方程.习题1.如图2-33所示的差动式比压计中的水银柱高h=0.03m,其余液体为水,容器A,B的中心位置高差H=1m,求A,B容器中心处的压力差.2.如图2-34所示的容器底部有一圆孔,用金属球封闭,该球直径为5cm,圆孔的直径为3cm.求水作用于圆球上的总压力.3.如图2-35所示,H=3m,α=45°,闸门宽为b=1m,求扇形闸门上所受静水总压力.设水的密度为1000kg/m3.4.试确定图2-36所示的单位长圆柱体上所受静水总压力.分别按下列三种情况计算.(1)H1=d,H2=0;(2)H1=d/2,H2=0;(3)H1=d,H2=d/2.5.如图2-37所示,当闸门关闭时,求水作用于闸门上合力对0点的力矩.设γ=9802N/m3.6.如图2-38所示,重度为9100 N/m3的油液所充满的容器中的压力p由水银压力计读数h来确定,水银的重度为1.33×105 N/m3,若压力不变,而使压力计下移至a点的位置.求压力计读数的变化量Δh.7.如图2-39所示,矩形平板闸门,水压力经闸门的面板传到三条水平梁上,为使各横梁的负荷相等,试问应分别把它们置于距自由液面多深的地方已知闸门高4m,宽6 m,水深H=3m.8.如图2-40所示等腰三角形平面的一边水平(即与液面平行),浸入重度为γ的流体中,三角形高为a,水平边宽b,水平边距自由液面为a,求作用于三角形上的静水总压力及压力中心.9.求图2-41所示,d=4m的单位长圆柱体上的静水总压力.10.船沿水平方向作匀加速直线运动,其液体舱的液面倾斜45°,求船的加速度.11.某船从内河出海,吃水减少了20cm,接着在港口装了一些货物后吃水复又增加了15cm.设该船最初的排水量为100t,吃水线附近船的倾面为直壁,海水的密度为ρ=1025kg/m3.问该船在港口装了多少货物12.试证流体静止的必要条件是质量力必须满足式中为质量力.13.如图2-42所示,矩形水箱高1.2m,长2m,在与水平面成30°的倾斜面上向上运动,加速度为4m/s2.试求箱内液面与水平面之间的倾角.14.如图2-43所示,一细长直管,长L=20cm,与铅垂轴的夹角为θ.C处开口通大气,A 处封死.管内盛满密度为ρ的均质流体.若管子绕Z轴作等角速度ω旋转,求截面A 和B处流体质点的质量力的大小和方向.设流体相对管子是静止的.15.直径为4m的圆板铅垂地浸入水中,上面与水面相切时,求作用于该板上的静水总压力及压力中心..160一矩形闸门的位置与尺寸如图2-44所示,闸门上缘A处设有转轴,下缘连接铰链,以备开闭.若忽略闸门自重及轴间摩擦力,求开启闸门所需的拉力T.(Icξ=)17.如图3-45所示为一绕铰链O转动的自动开启式水闸(倾角α=60°),当水闸一侧的水深h1=2m,另一侧的水深h2=0.4m时,闸门自动开启,试求铰链至水闸下端的距离x.18.求图2-46所示封闭容器斜壁上的圆形闸门所受的静水总压力及作用点.已知闸门直径d=2m,a=1m,a=60°,容器内水面的相对压强=98.1kN/m2.(Icξ=)19.一泄水装置如图2-47所示,泄水孔道直径1m,其上斜盖一椭圆形阀门,阀门上缘有一铰链,泄水孔上缘距水面距离H=2m.若不计阀门重量及铰链的摩擦力,试求开启阀门的力T.(Icξ=)第三章思考题拉格朗日法与欧拉法有何异同欧拉法中有哪两种加速度它与速度场的定常与否及均匀与否有什么关系如何理解欧拉法求质点加速度时,其表达式中空间位置(x,y,z)是时间的函数陨星下坠时在天空中划过的白线是什么线流线有什么基本性质如何判断流线方向流线与轨迹线有何区别在同一流场中,同一时刻不同流体质点组成的曲线是否都是流线如果在运动过程中,每一流体质点的密度都保持不变,那么是否一定有和一条船在静水中作等速直线运动,观察者在什么坐标系下可以观察到定常运动船模在水池中试验,拖车拖带船模在静水中作等速直线运动.而船模在水槽中试验,则是船模固定不动(相对于地球),水槽中的水以均匀来流绕船模流动,试讨论这两种流动坐标系的选择及流动的定常或非定常性流场为有旋运动时,流体微团一定做圆周运动吗无旋运动时,流体微团一定做直线运动吗11. 流体微团的旋转角速度与刚体的旋转角速度有什么本质差别习题1. 已知流场的速度分布为,求:(1)流体的剪切变形角速度;(2)点(3,1)处流体质点的加速度.2. 给定速度场,,vz=0且令t=0时,r=a,θ=b,τ=c.求流场的加速度.3. 已知平面流速度场为vx=1+2t,vy=3+4t,求:(1)流线方程;(2)t=0时经过点(0,0),(0,1),(0,-1)的三条流线方程;(3)t=0时经过点(0,0)的流体质点的迹线方程.4. 已知平面流动的速度分布为式中Γ为常数,求流线方程.5. 给定速度场vx=-ky,vy=kx,vz=w0.式中k,w0是常数.求通过x=a,y=b,z=c的流线.6. 已知不可压缩液体平面流动的流速场为vx=xt+2yvy=xt2-yt求当t=1s时,点A(1,2)处液体质点的加速度(单位:m/s2).7.已知流体中任一点的速度分量,由欧拉变数给出为vx=x+tvy=-y+tvz=0试求t=0时,通过点(-1,1)的流线.8.已知流体的速度分布为vx=1-y,vy=t,求:t=1时过(0,0)点的流线及t=0时位于(0,0)点的质点轨迹.9.给出流速场为,求:空间点(3,0,2)在t=1时的加速度.10.已知空间不可压缩液体运动的两个流速分量为vx=10x,vy=-6y,试求:z方向上的流速分量的表达式流动是否为有旋运动11.试证明下列不可压缩均质流体运动中,哪些满足连续性方程,哪些不满足连续性方程.(1) vx=-ky vy=kx vz=0(2) vx=kx vy=-ky vz=0(3)(4) vx=ay vy=v vz=0(5) vx=4 vy=vz=0(6) vx=1 vy=2(7) vr=k/r(k是不为零的常数) vθ=0提示:在柱坐标系中,连续性微分方程为(8) vr=0 vθ=k/r(k是不为零的常数)(9) vx=4x vy=c(10) vx=4xy vy=012.给定速度场vx=ax,vy=ay,vz=-2az,式中a为常数,求:(1)线变形速率分量,剪切角速度分量,体积膨胀率;(2)该流场是否为无旋场,若无旋,写出其速度势函数.13.设有从坐标原点引出的径向线上流速分布为vr=4/r,试证明通过圆心为原点的所有圆周上的流量都相等.14.已知流场的速度分布为,该流场是否满足不可压缩流体的连续性方程15.在不可压缩流体的三元流场中,已知速度场vx=x2+y2+x+y+2和vy=y2+2yz,试求vz的表达式.16.下列各流场中哪几个满足连续性条件,它们是有旋流动还是无旋流动其中k为常数.(1)vx=k vy=0(2)vx= vy=(3)vx=x2+2xy vy=y2+2xy(4)vx=y+z vy=z+x vz=x+y17.确定下列各流场是否连续是否有旋式中k为常数(1)vr=0 vθ=kr(2)vr=-k/r vθ=0(3)vr= vθ=-2r.18.已知有旋流动的速度场为vx=x+y,vy=y+z,vz=x2+y2+z2,求过点(2,2,2)的角速度分量.19.已知速度场vx=2y+3z,vy=2z+3x,vz=2x+3y,求流体微团的角速度.20.证明平面不可压缩流场vx=2xy+x,和vy=x2-y2-y满足连续性方程,是有势流并求出速度势函数.21.在管道壁上有一面积为1m2的孔口,如图3-25所示,求孔口处出流的平均速度U,其它数据如图所示.22.已知流场中势函数φ=,试验证该函数在二维和三维流动中是否满足拉普拉斯方程.23.已知势函数φ=ln(x2+y2)1/2除原点外处处无旋,求速度场.第四章思考题1.2.拉格朗日积分和伯努利积分各自适用什么条件3.拉格朗日积分中的通用常数与柏努利方程中的流线常数有何差别4.叙述柏努利方程的几何意义和物理意义.5.说明柏努利方程反映了能量的何种关系6.为什么应用柏努利方程时,其中的位置水头可以任意选取基准面来计算7.在推导柏努利方程时,没有考虑外界对流线上的流体质点做功或输入(出)能量,若实际问题中有能量的输入(出),解柏努利方程时将如何处理8.总压力,驻点压力,静压力,动压力以及伯努利常数的含义是什么9.在不同液体或气体的界面上是否可将压力视为常数为什么10.在求解柏努利方程时,管道出口流入大气中或者流入静止流体中,出口处的压力怎样确定而静止流体流入管道时,管道进口处的压力一般是否为已知量11.如图4-20所示虹吸管,不计损失,流动定常.问:(1)管子出口处(2-2截面)的静压为多少(2)哪段管路为低压向高压的流动此时伯努利方程中的三项能头是如何变化的(3)S处的压力是高于大气压力还是低于大气压力若S处管子破裂流动将如何12.应用积分形式动量方程时,因动量是矢量,其方向如何确定在计算合外力时,为什么通常压力项只计相对压力而不计绝对压力13.积分形式动量方程是适合于控制体的,其控制体内流场是否要求流动无旋无粘习题1.如图4-21所示的管流,直径d=30cm,求管内流速v.2.如图4-22所示的水银比压计与一水平放置的流量计相连接.现读得比压计中水银面高差Δh=800mm.已知d1=250mm,d2=100mm,流动定常,不计损失,求通过的体积流量(管内流体为水).3.用图4-23所示的水银比压计测油速.已知油的比重为0.8,水银比重为13.6,h=60mm,求管内油的流动速度.设流动定常,不计粘性影响.4.如图4-24所示的喷雾器,活塞以v等速运动,喉部处空气造成低压,将液体吸入然后向大气喷雾.若空气密度为ρ,液体密度为ρ′,假定流动为不可压缩,理想定常流动,求能喷雾的吸入高度h.5.如图4-25所示的不可压缩流体在半径为R的管中流动,入口处即截面1处横断面上的流速是均匀的,其值为v,下游截面2处,流动为u=umax表示的速度分布,假定是使截面1-2之间流动减速的平均壁面剪应力.试求以umax,ρ,L,R和表示的压力降.6.如图4-26所示,设宽度为b=5cm,厚度为单位厚度的水平射流射向直立固定的平板.已知v0=20m/s,不计摩擦,流动定常,周围都是大气压力.求平板所受射流的冲击力.7.有一股射流以速度20m/s从直径为5cm的喷嘴向外喷水.设喷流方向如图4-27所示的水平面位置,流体密度为ρ=1000kg/m3.求使船保持稳定的力.8.如图4-28所示,摩托艇在河中以9m/s的速度(相对岸边)逆流而上.河中水流速度为 6.5m/s.该艇用的喷水推进装置,由船首进水.船尾排水.若射流相对艇的速度为18m/s,流量为0.15m3/s,问产生的推力为多少9.如图4-29所示为一突然扩大的管道,d1=50mm,d2=100mm,所通过的流量Q=16m3/h 的水.在截面突变处置一差压计,其中充满γ=15689N/m3的液体,读得液面高差h=173mm,试求管径突然扩大的阻力系数.10.鱼雷在水下5m深处以50km/h的速度运动,据相对性原理,可认为鱼雷不动,流体从无穷远处以流速50km/h流过鱼雷.(1)若流体流过鱼雷表面时,其最大速度为无穷远处速度的1.5倍(如图4-30所示的A点处),求鱼雷A点处的压力.(2)设水温为15℃,产生空泡的压力为2.33kN/m2,求鱼雷产生空泡时,鱼雷的速度.11.如图4-31所示的圆柱形闸门,图(a)为关闭状态,图(b)为开启状态,此时上游水位升高0.6m.计算作用在闸门上水平方向的分力,并比较两垂直分力的大小,两种情况下的合力都通过圆心吗第五章思考题1.速度环量是否一定存在于闭曲线情况下对于非闭曲线的速度环量,能否用斯托克斯定理来计算试归纳一下环量的几种计算法.2.如何理解流体涡线与流线的差别3.在涡核区(rR的范围内,求压力分布时用拉格郎日方程,而在的范围内,求压力时要用欧拉方程直接积分呢8.在求解兰金组合涡流场时,为什么须先解r>R的外部流场,再解rΓ2>0,求这两直线涡的运动轨迹.4.已知速度场为vx=-,vy,其中k为大于零的常数.求沿周线x2+y2=32的速度环量.5.流体在平面环形区域a1<ra),其中a,ω为常数,k为柱坐标系中z方向的单位矢量,设速度分布是轴对称的, 求此速度分布.15.已知流线为同心圆族,其速度分别为()(r>5)试求:沿圆周x2+y2=R2的速度环流,其中圆的半径分别为R=3,R=5和R=10.16.给定柱坐标内平面流动vr=(1-)cosθ其中,k,a均为常数,求包含r=a圆周在内的任意封闭曲线的速度环量.17.已知速度场为,求:沿圆x2+y2=1的速度环量.18.已知速度场为,求:沿椭圆4x2+9y2=36的速度环量.19.如图5-26所示,初瞬时在(1,0),(-1,0),(0,1)和(0,-1)上分别有环量Γ等于常数的点涡,求其运动轨迹.第六章1.举例说明势流理论解决流体力学问题的思路.2.速度势和流函数同时存在的条件是什么各自具有什么样的性质3.举例说明用保角变换解决势流问题的思路.4.举例说明附加质量和附加惯性力的概念.5.均质不可压缩理想流体绕物体的定常,三维流动,若物体有升力,问物体是否有阻力习题1.a)ψ=kxy, c)ψ=klnxy2b)ψ=x2-y2, d)ψ=k(1-1/r2)rsinθ式中k为常数.2.已知不可压缩流体平面流动的速度势为φ=x2-y2+x求其流动的流函数.3.给定速度场vx=x2y+y2,vy=x2-y2x,vz=0,问:(1)是否同时存在流函数和势函数(2)如存在,求出其具体形式.4.已知vx=2xy+x,vy=x2-y2-y,vz=0,问:是否存在势函数如存在,试求出其具体形式.5.已知不可压缩平面流动的势函数φ=xy,求流函数及速度分布.6.下列流函数描述的流场是否为有势流,式中C为常数.(1)ψ=2y-52y2+52x2-3x+C(2)ψ=x+x2-y27.已知速度势ψ=Ccosθr,求对应的流函数.式中C为常数.8.求流函数ψ=x+x2-y2的速度势,并求点(-2,4)和点(3,5)之间的压力差.9.一强度为Γ的平面点涡位于(a,0)点,若y轴为一物体表面,求:(1) 流场的流函数;(2) 该物体表面上的压力分布.假定无穷远处压力为零.10.假设在(-a,0)处有一平面点源,在(a,0)处有一平面点汇,它们强度均为Q.若平行直线流和这一对强度相等的源与汇叠加,试问:此流动表示什么样的物体绕流画出绕流示意图,并确定物面方程及驻点所在位置.11.流函数ψ=rπ/αsinπθα表示经流α角的流动,如图6-29所示.(1) 求流动的速度势;(2) 证明α=π是表示二平行直线流动,并画出流线图;(3) 证明α=π2时,表示为一流径α=π2角的流动,并画出流线图.12.求图6-30所示流动的复势.13.求图6-31所示流动的复势,m为偶极矩.14.在静止无界流场中,如图6-32所示分布着四个等强度的平面点源和点汇.求流场的复势.15.如图6-33所示,在速度为v∞的均匀来流中,若在原点处放置一个流量为Q的源,试求沿x轴的压力分布.16v∞的平行均匀来流中,在坐标原点放置一个流量为Q的源,从而形成一个半体头部绕流的组合流场,求:(1)驻点位置;(2)过驻点的流线;(3)沿过驻点(零流线上)的速度分布和压力分布.17.给定复势(1+i)ln(z2-1)+(2-3i)ln(z2+4)+1z,试求通过圆x2+y2=9的体积流量(单位长度)及沿该圆周的速度环量.18.已知平面流动的势函数或流函数,求相应的复势.(1)φ=tg-1yx(2)ψ=ln(x2+y2)19.在点(a,0),(-a,0)上放置等强度的点源.(1)证明圆周x2+y2=a2上的任意一点的速度都与y轴平行,且此速度大小与y成反比;(2)求y轴上速度最大的点;(3)证明y轴是一条流线.20.设复势为:W(z)=mln(z-1/z).(1)流动是由哪些基本流动组成的;(2)求流线方程;(3)求单位时间内通过z=i和z=1/2两点连线的流体体积.21W(z)=2z+8z+3ilnz,试证明x2+y2=4为零流线且为圆柱体表面,并求圆柱体的受力.22一无穷长的平坦河床上有一障碍物,其外形为一圆弧oa如图6-34所示,来流速度为U,W(z)=U(π-απααzπ/(π-α)-123在宽度为B的无穷长渠道中央放置一强度为2πΓ的点涡,方向如图6-35所示,W(z)=iΓlneπz/B-ieπz/B+i24圆柱体半径为0.5m,在静水中从速度为零加速至速度为3m/s,求所需推力作功为多少25有一半径为r0的无限长圆柱,在距圆柱中心b(b>r0)处,放置强度为2πM的偶极子.试求此圆柱体受的力.设流体密度为ρ.26在水下有一水平的圆柱体,其半径为0.1m,每米长度重力G=196.2N.如果垂直向下对每米长度圆柱体作用以F=392.4N的力,求圆柱体的运动方程.第七章思考题1.为什么波浪运动是理想流体的无旋运动2.波浪运动是定常运动吗3.波形传播速度与流体质点的绝对速度有何不同4.什么是波的群速度当水深h远大于波长L时,群速度与相速度比例如何当水深h 远小于波长L时,群速度与相速度比例如何5.水波如何按水深进行分类对于不同水深的波浪,其相速度有什么差别其群速度又有什么差别6.重力和惯性力在液体的波浪运动中各起什么作用7.二元进行波,由深水进行到浅水后,若波长保持不变,其波能传播速度是否变化习题1.在水深h=10 m的水域内有一微振幅波,波振幅a=1 m,波数k=0.21,试求:波长,波速,周期;(2)波面方程式;(3)x0=0及z0=-5m处水质点的轨迹方程.2.海洋波以10 m/s的速度移动,求这些波的波长和周期.3.在无限深液体波面上,观察到浮标一分钟内上升下降15次,试求波长和波的传播速度.4如图7-5所示,半径为a的二维圆柱绕流,已知水面为小振幅波,试建立方程及边界条件.5.已知有限深液体平面进行波的速度势为试给出自由表面的波形表达式.6.已知进行水波的速度势为求:(1)波速C;(2)波峰上流体质点的速度.7.有一全长为90m的船沿某一方向以等速V航行,今有追随在船后并与船航行方向一致的波浪以传播速度C追赶该船.它赶过一船长所需时间为16.5s,而超过一个波长的距离所需时间为6s,求波长及船速V.8.波长为3.14m的波,在某一深度处次波面的波高减小一半,试求这一深度.9.考虑一线性平面重力波,其自由面形状为η=a coskx cosσt.若水是无限深的,求:(1)流体质点的速度;(2)流体质点的运动轨迹;(3)流体中的压力分布.10. 已知表面波自由面形状为η=asin(3x-σt),如果水深h=2m,a L.求:(1)波长;(2)频率.11. 考虑线性平面重力波,水深比波长小得多,已知自由面形状为η=a sin(kx-σt),求:速度势,波长,周期和相速度.12. 已知波长λ=10m,波高为1m,求水下1m体的相对压力.第八章思考题纳维尔——斯托克斯方程应用时有无什么限制在哪些流动情况下有精确解2.两平行平板间粘性不可压缩流体作定常层流流动时,其流动是否为有旋运动此时迁移加速度是否为零压力梯度 (沿流动方向)是否为常数3.理想流体压力与粘性流体压力有何差别4.粘性流体运动的剪切应力与剪切变形角速度成什么关系这一关系是否适用于各种流体的流动5.试讨论物体在粘性流体中运动和在理想流体中运动其物面边界条件有何差别.习题1.试验证管内完全发展的层流流动,任意截面上的速度分布u满足下列方程式:式中μ为流体的粘性系数.流体为不可压缩流体.2.如图8-13所示,倾斜平板上流体作层流流动,试证明:(1)速度分布为:(2)单位宽度上的流量为3.光滑管的湍流运动核心部分的速度分布式中umax,r0为常数,试证管流平均流速为4.如图8-14所示,粘性流体沿垂直圆筒表面以稳定的层流流下,试求出该流动的速度分布.该流体的粘性系数和密度分别为μ和ρ.5.一皮带输送机装在船上,用来清除浮在海面上的油污,如图8-15所示.假设皮带以一稳定速度v运行,试利用θ,v以及油的粘性系数μ,确定单位宽度皮带所携带油的流量.6.μ=0.05N·s/m2的油在环状缝隙中流动.如图8-16所示,已知内径a=0.01m,外径b=0.02m,若外壁的剪应力为40N/m2,求:(1)每米长度上环状缝隙的压力降;(2)流体的体积流量;(3)流体作用在长度为L的内壁上的轴向力.7.证明相距为h的两无限长不动的平行平板间不可压缩粘性流体定常层流运动时,截面上通过的体积流量与单度长度平板上的压力降成正比.第九章思考题1.试分别讨论量纲,基本量纲,导出量纲的函义,在一般流体力学中,基本量纲(独立量)有几个2.试讨论量纲齐次性原理的意义.3.两个流动现象相似的充分,必要条件是什么。

流体力学课后作业答案

流体力学
yD 2

(1.8 / sin 60 ) 1 (2 / sin 60 )
2.292m
由力矩平衡
yD F1 yD1 F2 ( yD 2 (1 0.8) / sin 60 ) F

油 h1 F1 F yD2 θ
yD1 yD
2.35m
F2 水 h2
46
解：阀关时，由静力学方程
z1 p1
流体力学
g
z2
p2
g
5mH 2O
阀开时，由伯努利方程
1 1 2 2
z1
p1
g

v1
2
2g
z2
p2
g
v
2

v2
2
2g
hl
5 0 0.1
1
2g
v 8.74m/s
50
3.28 管末端喷嘴d =10cm，D =40cm，Q=0.4m3/s，12 个螺栓固定法兰，不计质量，求每个螺栓的受力。解：v1
l
hf
13.6 0.92
2
h 1.24m
又 h l v f
0.92
0.2
d 2g 设为层流 Re 64 320 2000 成立
h

vd Re

1 0.025 320
7.8 10 m /s
2
5
若反向流动，Q不变，Re不变，λ不变，hf不变，所以h不变，只是反向高差为9cm。
第一章习题解答
1-3 水的密度ρ=1000kg/m3，μ=0.599×10-3Pa· s，求运动粘度ν。解： / 0.599 103 /1000 5.99 106 m2 /s 1-7 20º C的空气在直径为2.5cm的管中流动，距管壁上1mm 处的空气速度为3cm/s。求作用于单位长度管壁上的粘性切力为多少？解：T=20º C时， μ=0.0183×10-3Pa· s 空气层厚度很小（1mm），速度可认为是线性分布

流体力学课后题

第一章绪论1-6．图示为一水平方向运动的木板，其速度为1m s，平板浮在油面上，油深 1mm δ=，油的0.09807Pa s μ=，求作用于平板单位面积上的阻力？⎡⎤⎣⎦解10.0980798.070.001du Pa dy τμ==⨯= 1-7. 温度为20℃的空气，在直径为2.5cm 管中流动，距管壁上1mm 处的空气速度为3cm/s 。

求作用于单位长度管壁上的粘滞切应力为多少？解: f=m N dyduA/103.410/1031105.2100183.053223-----⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πμ 1-8．一底面积为4045cm ⨯，高为1cm 的木板，质量为5kg ，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动，1m v s=，1mm δ=，求润滑油的动力黏度？⎡⎤⎣⎦解0T GSin α-=55255131313T GSin G g g α==⋅=⨯⨯=所以 10.400.451800.001du T A dy μμμ==⨯=但 259.8070.10513180Pa s μ⨯==⋅⨯所以5第二章流体静力学2-6．封闭容器水面的绝对压强20107.7KNp m=，当地大气压强298.07a KNp m =，试求〔1〕水深0.8h m =的A 点的绝对压强和相对压强？〔2〕假设容器水面距基准面高度5Z m =，求A 点的测压管高度和测压管水头。

并图示容器液体各点的测压管水头线；〔3〕压力表M 和酒精〔27.944KNm γ=〕测压计h 的读数值？hh 1AM p 0⎡⎤⎣⎦解〔1〕201107.79.8070.8115.55A KN p p h m γ'=+=+⨯= 2115.5598.0717.48A A a KN p p p m '=-=-=〔2〕217.481.789.807Ap h m γ=== 25 1.78 6.78n A H Z h m =+=+=〔3〕20107.798.079.63M a KNp p p m =-=-=9.631.217.944Mp h m γ=== 2-16. 水箱真空表M 的读数为0.98kPa ，水箱与油箱的液面差H =1.5m ，水银柱差m 2.02=h ，3m /kg 800=油ρ，求1h 为多少米？解：取等压面1-1，那么()()()()()12122211332800.29809800 1.50.2 5.610008009.8a a Hg Hg P P g H h h P gh gh gh P g H h h gmρρρρρρρ-+++=+++-+=-⨯+-⨯+==-⨯油油2-20.图为倾斜水管上测定压差的装置，cm 20=z ，压差计液面之差cm 12=h ，求当〔1〕31kg/m 920=ρ的油时;〔2〕1ρ为空气时;A 、B 两点的压差分别为多少？解：〔1〕取等压面1-1 PaghgZ gh P P ghgZ P gh P A B B A 92.1865)12.02.0(980012.08.992011=-⨯+⨯⨯=-+=---=-ρρρρρρ〔2〕同题〔1〕可得Pagh gZ P P gZP gh P A B B A 784)12.02.0(9800=-⨯=-=--=-ρρρρ2-36.有一圆滚门,长度10l m =,直径4D m =,上游水深14H m =,下游水深22H m =,求水作用于圆滚门上的水平和铅直分压力?⎡⎤⎣⎦解2212121()2x x x p p p l H H γ=-=- 2219.80710(42)5902KN =⨯⨯⨯-=23439.8074109204z p V Al R lKN γγγππ==•==⨯⨯⨯=2-44.一洒水车以等加速度2/98.0s m a =在平地上行驶，水车静止时，B 点位置m x 5.11=，m h 1=，求运动后该点的静水压强。

《流体力学》课后习题详细解答

克服轴承摩擦所消耗的功率为
1-8解:
或，由积分得
1-9解:法一：5atm
10atm
=0.537 x 10-9x (10-5) x98.07 x 103= 0.026%
法二： ,积分得
1-10解：水在玻璃管中上升高度
h =
水银在玻璃管中下降的高度
H= mm
第二章流体静力学
2-1解：已知液体所受质量力的x向分量为–a ,z向分量为-g。液体平衡方程为
重心C位于浮心之上，偏心距
沉箱绕长度方向的对称轴y轴倾斜时稳定性最差。浮面面积A=15m2。浮面关于y
轴的惯性矩和体积排量为
定倾半径
可见， >e,定倾中心高于重心，沉箱是稳定的。
第三章流体运动学
3-1解：质点的运动速度
质点的轨迹方程
3-Байду номын сангаас解：
由和 ,得
故
3-3解：当t=1s时，点A（1,2）处的流速
线速度u = 0r,速度环量
(2)半径r+dr的圆周封闭流线的速度环量为
得
忽略高阶项2 0dr2，得d
（3）设涡量为，它在半径r和r+dr两条圆周封闭流线之间的圆环域上的积分为d 。因为在圆环域上可看作均匀分布，得
将圆环域的面积dA=2 rdr代入该式，得
可解出 =2 + dr/r。忽略无穷小量 dr/r，最后的涡量
沉箱绕长度方向的对称轴y倾斜时稳定性最差。浮面面积A=15m2.浮面关于y轴的惯性矩和体积排量为
定倾半径
可见，，定倾中心低于重心，沉箱是不稳定的。
(2)沉箱的混凝土体积
沉箱的重量
沉箱水平截面面积
设吃水深度为h,取水的密度 =1000kg/m3.浮力F等于重量G。有

流体力学课后习题答案

1.2 作用于流体的质量力包括：（c ）（a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。

1.3 单位质量力的国际单位是：（d ）（a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。

1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ）（a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。

1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ）（a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。

1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ）（a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ⋅。

1.7 无黏性流体的特征是：（c ）（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p=ρ。

1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ）（a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。

1.9 水的密度为10003kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？解： 10000.0022m V ρ==⨯=（kg ）29.80719.614G mg ==⨯=（N ）答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。

1.10 体积为0.53m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？解： 44109.807899.3580.5m G g V V ρ====（kg/m 3）答：该油料的密度是899.358 kg/m 3。

1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ⋅，其密度为8503/kg m ，试求其运动黏度。

流体力学课后习题

思考题1.什么是连续介质为何要做这种假定2.流体的粘度与流体的压力有关吗3.流体的重度,比重和密度之间是怎样的关系4.什么是理想流体什么是粘性流体它们有什么区别5.流体的动力粘性系数与运动粘性系数有什么不同它们之间有什么关系6.液体和气体的粘性系数μ随温度的变化规律有何不同为什么7.牛顿流体是怎样的流体非牛顿流体有哪些它们之间有什么区别8.为什么将压力和切应力称为表面力而又将惯性力和重力称为质量力9.怎样理解静止流体或理想流体中一点处的压力是一个标量流体静压强有何特性10.气体和液体在压缩性方面有何不同习题1.海面下8km处水的压力为81.7×106N/m2,若海面水的密度ρ=1025kg/m2,压力为1.01×105N/m2,平均体积弹性模量为2.34×109N/m2,试求水下8km处的密度.2.如图1-12所示,半径为a的圆管内流体作直线单向流动,已知管道横截面上的流体速度分布为其中umax=const,求:r=0,r=和r=a处的流体切应力,并指出切应力的方向.这里流体粘性系数为μ.3.如图1-13所示的旋转粘度计,同心轴和筒中间注入牛顿型流体,轴的直径为D,筒与轴之间的间隙δ很小.筒以等角速度ω旋转,且保持流体的温度不变.假定间隙中的流体作周向流动且速度为线性分布,设L很长,故底部摩擦影响可不计.若测得轴的扭矩为M,求流体的粘性系数.4.如图1-14所示,一平板在另一平板上作水平运动,其间充满厚度为δ=2mm的油,两平板平行.假定油膜内的速度分布为线性分布,粘性系数μ=1.10×10-5N·s/cm2,求单位面积上的粘性阻力.5.有金属轴套在自重的作用下沿垂直轴下滑,轴与轴套之间充满ρ=900kg/m3, 的润滑油.轴套内经d1=102mm,高h=250mm,重100N,轴的直径d2=100mm ,试确定轴套等速下滑的速度.6.如图1-15所示,牛顿型流体从一倾斜板流下,流层厚度为t,与空气接触的上表面阻力可忽略不计.在斜面上(倾角为θ)流体流动速度恒定,若流体的密度为ρ,粘性系数为μ,求流层内的速度分布.7.活塞直径为5cm,在气缸(直径为5.01cm)内运动,当其间的润滑油温度由00C变到120°C时,试确定活塞运动所需的力减少的百分比.设在0°C 时,μ1=1.7×10-2N·s/m2,在120°C时,μ2=2×10-3 N·s/m2.8.一飞轮回转半径为30cm,重500N,当其转速达到600r/min后,由于转轴与轴套之间的流体的粘性而使其转速减少1r/min.这里轴套长5cm,轴的直径为2cm,径向间隙为0.05cm,试确定流体的粘度.9.试求常温下(20°C,一个大气压)使水的体积减少0.1%所需的压力,设βp=4.8×10-8cm2/N.10.当压力增量Δp=5×104N/m2时,某种流体的密度增长0.02%,求此流体的体积弹性模量.思考题1 欧拉平衡微分方程综合式可积分的条件是什么2 何谓等压面等压面与质量力作用线之间的关系如何3 何谓连通器原理工程上有何应用4 压力p和总压力P有何不同如何计算静止流体中平板上的总压力和压力中心水箱中储有重度不同的两种流体,如图2-28所示.容器和测管都与大气相通,问测管1和2中的液面是否与o-o面平齐是高于还是低于o-o面两种流体的分界面是等压面吗静止流体(包括相对静止)中的水平面是等压面吗连通容器中的水平面是等压面吗7 如图2-29所示的密闭水箱A,顶部自由液面的压力为p0,橡皮管连接容器B,水箱接有测压管1和2问:(1)1和2两测压管的水面是否平齐若平齐,pa=pb对吗(2)若将容器B提高一些,两测压管的水面将如何变化 p0的值是增加减少还是不变(3)若将容器B下降(测压管1和2均封闭)直至B中水面正好与C点平齐,问此时C点的压力为多少8 何谓压力体它由哪几个面构成实压力体与虚压力体有何异同9 如图2-30所示各AB段壁面均为二向曲面,试画出AB段上的压力体.10 如图2-31所示水平台面上置放五个形状各异,但底面积相等的容器,若容器内的水深H均相等,试比较容器底面积上所受静水总压力的大小.11如图2-32所示形状各异,但面积相等的闸门,浸没在同一种液体中,试比较各闸门所受静水总压力的大小.12 一个任意形状的物体处于静止流体中,若该物体的表面接触的流体压力处处相等, 问其上的流体总压力为多少船舶的平衡条件是什么船舶的漂浮状态通常有哪几种情况(绘出示意图) 表征各种浮态的参数有哪几个根据静力平衡条件,列出各种浮态的平衡方程.习题1.如图2-33所示的差动式比压计中的水银柱高h=0.03m,其余液体为水,容器A,B的中心位置高差H=1m,求A,B容器中心处的压力差.2.如图2-34所示的容器底部有一圆孔,用金属球封闭,该球直径为5cm,圆孔的直径为3cm.求水作用于圆球上的总压力.3.如图2-35所示,H=3m,α=45°,闸门宽为b=1m,求扇形闸门上所受静水总压力.设水的密度为1000kg/m3.4.试确定图2-36所示的单位长圆柱体上所受静水总压力.分别按下列三种情况计算.(1)H1=d,H2=0;(2)H1=d/2,H2=0;(3)H1=d,H2=d/2.5.如图2-37所示,当闸门关闭时,求水作用于闸门上合力对0点的力矩.设γ=9802N/m3.6.如图2-38所示,重度为9100 N/m3的油液所充满的容器中的压力p由水银压力计读数h来确定,水银的重度为1.33×105 N/m3,若压力不变,而使压力计下移至a点的位置.求压力计读数的变化量Δh.7.如图2-39所示,矩形平板闸门,水压力经闸门的面板传到三条水平梁上,为使各横梁的负荷相等,试问应分别把它们置于距自由液面多深的地方已知闸门高4m,宽6 m,水深H=3m.8.如图2-40所示等腰三角形平面的一边水平(即与液面平行),浸入重度为γ的流体中,三角形高为a,水平边宽b,水平边距自由液面为a,求作用于三角形上的静水总压力及压力中心.9.求图2-41所示,d=4m的单位长圆柱体上的静水总压力.10.船沿水平方向作匀加速直线运动,其液体舱的液面倾斜45°,求船的加速度.11.某船从内河出海,吃水减少了20cm,接着在港口装了一些货物后吃水复又增加了15cm.设该船最初的排水量为100t,吃水线附近船的倾面为直壁,海水的密度为ρ=1025kg/m3.问该船在港口装了多少货物12.试证流体静止的必要条件是质量力必须满足式中为质量力.13.如图2-42所示,矩形水箱高1.2m,长2m,在与水平面成30°的倾斜面上向上运动,加速度为4m/s2.试求箱内液面与水平面之间的倾角.14.如图2-43所示,一细长直管,长L=20cm,与铅垂轴的夹角为θ.C处开口通大气,A 处封死.管内盛满密度为ρ的均质流体.若管子绕Z轴作等角速度ω旋转,求截面A 和B处流体质点的质量力的大小和方向.设流体相对管子是静止的.15.直径为4m的圆板铅垂地浸入水中,上面与水面相切时,求作用于该板上的静水总压力及压力中心..160一矩形闸门的位置与尺寸如图2-44所示,闸门上缘A处设有转轴,下缘连接铰链,以备开闭.若忽略闸门自重及轴间摩擦力,求开启闸门所需的拉力T.(Icξ=)17.如图3-45所示为一绕铰链O转动的自动开启式水闸(倾角α=60°),当水闸一侧的水深h1=2m,另一侧的水深h2=0.4m时,闸门自动开启,试求铰链至水闸下端的距离x.18.求图2-46所示封闭容器斜壁上的圆形闸门所受的静水总压力及作用点.已知闸门直径d=2m,a=1m,a=60°,容器内水面的相对压强=98.1kN/m2.(Icξ=)19.一泄水装置如图2-47所示,泄水孔道直径1m,其上斜盖一椭圆形阀门,阀门上缘有一铰链,泄水孔上缘距水面距离H=2m.若不计阀门重量及铰链的摩擦力,试求开启阀门的力T.(Icξ=)第三章思考题拉格朗日法与欧拉法有何异同欧拉法中有哪两种加速度它与速度场的定常与否及均匀与否有什么关系如何理解欧拉法求质点加速度时,其表达式中空间位置(x,y,z)是时间的函数陨星下坠时在天空中划过的白线是什么线流线有什么基本性质如何判断流线方向流线与轨迹线有何区别在同一流场中,同一时刻不同流体质点组成的曲线是否都是流线如果在运动过程中,每一流体质点的密度都保持不变,那么是否一定有和一条船在静水中作等速直线运动,观察者在什么坐标系下可以观察到定常运动船模在水池中试验,拖车拖带船模在静水中作等速直线运动.而船模在水槽中试验,则是船模固定不动(相对于地球),水槽中的水以均匀来流绕船模流动,试讨论这两种流动坐标系的选择及流动的定常或非定常性流场为有旋运动时,流体微团一定做圆周运动吗无旋运动时,流体微团一定做直线运动吗11. 流体微团的旋转角速度与刚体的旋转角速度有什么本质差别习题1. 已知流场的速度分布为,求:(1)流体的剪切变形角速度;(2)点(3,1)处流体质点的加速度.2. 给定速度场,,vz=0且令t=0时,r=a,θ=b,τ=c.求流场的加速度.3. 已知平面流速度场为vx=1+2t,vy=3+4t,求:(1)流线方程;(2)t=0时经过点(0,0),(0,1),(0,-1)的三条流线方程;(3)t=0时经过点(0,0)的流体质点的迹线方程.4. 已知平面流动的速度分布为式中Γ为常数,求流线方程.5. 给定速度场vx=-ky,vy=kx,vz=w0.式中k,w0是常数.求通过x=a,y=b,z=c的流线.6. 已知不可压缩液体平面流动的流速场为vx=xt+2yvy=xt2-yt求当t=1s时,点A(1,2)处液体质点的加速度(单位:m/s2).7.已知流体中任一点的速度分量,由欧拉变数给出为vx=x+tvy=-y+tvz=0试求t=0时,通过点(-1,1)的流线.8.已知流体的速度分布为vx=1-y,vy=t,求:t=1时过(0,0)点的流线及t=0时位于(0,0)点的质点轨迹.9.给出流速场为,求:空间点(3,0,2)在t=1时的加速度.10.已知空间不可压缩液体运动的两个流速分量为vx=10x,vy=-6y,试求:z方向上的流速分量的表达式流动是否为有旋运动11.试证明下列不可压缩均质流体运动中,哪些满足连续性方程,哪些不满足连续性方程.(1) vx=-ky vy=kx vz=0(2) vx=kx vy=-ky vz=0(3)(4) vx=ay vy=v vz=0(5) vx=4 vy=vz=0(6) vx=1 vy=2(7) vr=k/r(k是不为零的常数) vθ=0提示:在柱坐标系中,连续性微分方程为(8) vr=0 vθ=k/r(k是不为零的常数)(9) vx=4x vy=c(10) vx=4xy vy=012.给定速度场vx=ax,vy=ay,vz=-2az,式中a为常数,求:(1)线变形速率分量,剪切角速度分量,体积膨胀率;(2)该流场是否为无旋场,若无旋,写出其速度势函数.13.设有从坐标原点引出的径向线上流速分布为vr=4/r,试证明通过圆心为原点的所有圆周上的流量都相等.14.已知流场的速度分布为,该流场是否满足不可压缩流体的连续性方程15.在不可压缩流体的三元流场中,已知速度场vx=x2+y2+x+y+2和vy=y2+2yz,试求vz的表达式.16.下列各流场中哪几个满足连续性条件,它们是有旋流动还是无旋流动其中k为常数.(1)vx=k vy=0(2)vx= vy=(3)vx=x2+2xy vy=y2+2xy(4)vx=y+z vy=z+x vz=x+y17.确定下列各流场是否连续是否有旋式中k为常数(1)vr=0 vθ=kr(2)vr=-k/r vθ=0(3)vr= vθ=-2r.18.已知有旋流动的速度场为vx=x+y,vy=y+z,vz=x2+y2+z2,求过点(2,2,2)的角速度分量.19.已知速度场vx=2y+3z,vy=2z+3x,vz=2x+3y,求流体微团的角速度.20.证明平面不可压缩流场vx=2xy+x,和vy=x2-y2-y满足连续性方程,是有势流并求出速度势函数.21.在管道壁上有一面积为1m2的孔口,如图3-25所示,求孔口处出流的平均速度U,其它数据如图所示.22.已知流场中势函数φ=,试验证该函数在二维和三维流动中是否满足拉普拉斯方程.23.已知势函数φ=ln(x2+y2)1/2除原点外处处无旋,求速度场.第四章思考题1.欧拉平衡微分方程与欧拉运动微分方程有何关系2.拉格朗日积分和伯努利积分各自适用什么条件3.拉格朗日积分中的通用常数与柏努利方程中的流线常数有何差别4.叙述柏努利方程的几何意义和物理意义.5.说明柏努利方程反映了能量的何种关系6.为什么应用柏努利方程时,其中的位置水头可以任意选取基准面来计算7.在推导柏努利方程时,没有考虑外界对流线上的流体质点做功或输入(出)能量,若实际问题中有能量的输入(出),解柏努利方程时将如何处理8.总压力,驻点压力,静压力,动压力以及伯努利常数的含义是什么9.在不同液体或气体的界面上是否可将压力视为常数为什么10.在求解柏努利方程时,管道出口流入大气中或者流入静止流体中,出口处的压力怎样确定而静止流体流入管道时,管道进口处的压力一般是否为已知量11.如图4-20所示虹吸管,不计损失,流动定常.问:(1)管子出口处(2-2截面)的静压为多少(2)哪段管路为低压向高压的流动此时伯努利方程中的三项能头是如何变化的(3)S处的压力是高于大气压力还是低于大气压力若S处管子破裂流动将如何12.应用积分形式动量方程时,因动量是矢量,其方向如何确定在计算合外力时,为什么通常压力项只计相对压力而不计绝对压力13.积分形式动量方程是适合于控制体的,其控制体内流场是否要求流动无旋无粘习题1.如图4-21所示的管流,直径d=30cm,求管内流速v.2.如图4-22所示的水银比压计与一水平放置的流量计相连接.现读得比压计中水银面高差Δh=800mm.已知d1=250mm,d2=100mm,流动定常,不计损失,求通过的体积流量(管内流体为水).3.用图4-23所示的水银比压计测油速.已知油的比重为0.8,水银比重为13.6,h=60mm,求管内油的流动速度.设流动定常,不计粘性影响.4.如图4-24所示的喷雾器,活塞以v等速运动,喉部处空气造成低压,将液体吸入然后向大气喷雾.若空气密度为ρ,液体密度为ρ′,假定流动为不可压缩,理想定常流动,求能喷雾的吸入高度h.5.如图4-25所示的不可压缩流体在半径为R的管中流动,入口处即截面1处横断面上的流速是均匀的,其值为v,下游截面2处,流动为u=umax表示的速度分布,假定是使截面1-2之间流动减速的平均壁面剪应力.试求以umax,ρ,L,R和表示的压力降.6.如图4-26所示,设宽度为b=5cm,厚度为单位厚度的水平射流射向直立固定的平板.已知v0=20m/s,不计摩擦,流动定常,周围都是大气压力.求平板所受射流的冲击力.7.有一股射流以速度20m/s从直径为5cm的喷嘴向外喷水.设喷流方向如图4-27所示的水平面位置,流体密度为ρ=1000kg/m3.求使船保持稳定的力.8.如图4-28所示,摩托艇在河中以9m/s的速度(相对岸边)逆流而上.河中水流速度为 6.5m/s.该艇用的喷水推进装置,由船首进水.船尾排水.若射流相对艇的速度为18m/s,流量为0.15m3/s,问产生的推力为多少9.如图4-29所示为一突然扩大的管道,d1=50mm,d2=100mm,所通过的流量Q=16m3/h 的水.在截面突变处置一差压计,其中充满γ=15689N/m3的液体,读得液面高差h=173mm,试求管径突然扩大的阻力系数.10.鱼雷在水下5m深处以50km/h的速度运动,据相对性原理,可认为鱼雷不动,流体从无穷远处以流速50km/h流过鱼雷.(1)若流体流过鱼雷表面时,其最大速度为无穷远处速度的1.5倍(如图4-30所示的A点处),求鱼雷A点处的压力.(2)设水温为15℃,产生空泡的压力为2.33kN/m2,求鱼雷产生空泡时,鱼雷的速度.11.如图4-31所示的圆柱形闸门,图(a)为关闭状态,图(b)为开启状态,此时上游水位升高0.6m.计算作用在闸门上水平方向的分力,并比较两垂直分力的大小,两种情况下的合力都通过圆心吗第五章思考题1.速度环量是否一定存在于闭曲线情况下对于非闭曲线的速度环量,能否用斯托克斯定理来计算试归纳一下环量的几种计算法.2.如何理解流体涡线与流线的差别3.在涡核区(rR的范围内,求压力分布时用拉格郎日方程,而在的范围内,求压力时要用欧拉方程直接积分呢8.在求解兰金组合涡流场时,为什么须先解r>R的外部流场,再解rΓ2>0,求这两直线涡的运动轨迹.4.已知速度场为vx=-,vy,其中k为大于零的常数.求沿周线x2+y2=32的速度环量.5.流体在平面环形区域a1<ra),其中a,ω为常数,k为柱坐标系中z方向的单位矢量,设速度分布是轴对称的, 求此速度分布.15.已知流线为同心圆族,其速度分别为()(r>5)试求:沿圆周x2+y2=R2的速度环流,其中圆的半径分别为R=3,R=5和R=10.16.给定柱坐标内平面流动vr=(1-)cosθ其中,k,a均为常数,求包含r=a圆周在内的任意封闭曲线的速度环量.17.已知速度场为,求:沿圆x2+y2=1的速度环量.18.已知速度场为,求:沿椭圆4x2+9y2=36的速度环量.19.如图5-26所示,初瞬时在(1,0),(-1,0),(0,1)和(0,-1)上分别有环量Γ等于常数的点涡,求其运动轨迹.第六章思考题1.举例说明势流理论解决流体力学问题的思路.2.速度势和流函数同时存在的条件是什么各自具有什么样的性质3.举例说明用保角变换解决势流问题的思路.4.举例说明附加质量和附加惯性力的概念.5.均质不可压缩理想流体绕物体的定常,三维流动,若物体有升力,问物体是否有阻力习题1试确定下列流函数所描述的流场是否为势流.a)ψ=kxy, c)ψ=klnxy2b)ψ=x2-y2, d)ψ=k(1-1/r2)rsinθ式中k为常数.2.已知不可压缩流体平面流动的速度势为φ=x2-y2+x求其流动的流函数.3.给定速度场vx=x2y+y2,vy=x2-y2x,vz=0,问:(1)是否同时存在流函数和势函数(2)如存在,求出其具体形式.4.已知vx=2xy+x,vy=x2-y2-y,vz=0,问:是否存在势函数如存在,试求出其具体形式.5.已知不可压缩平面流动的势函数φ=xy,求流函数及速度分布.6.下列流函数描述的流场是否为有势流,式中C为常数.(1)ψ=2y-52y2+52x2-3x+C(2)ψ=x+x2-y27.已知速度势ψ=Ccosθr,求对应的流函数.式中C为常数.8.求流函数ψ=x+x2-y2的速度势,并求点(-2,4)和点(3,5)之间的压力差.9.一强度为Γ的平面点涡位于(a,0)点,若y轴为一物体表面,求:(1) 流场的流函数;(2) 该物体表面上的压力分布.假定无穷远处压力为零.10.假设在(-a,0)处有一平面点源,在(a,0)处有一平面点汇,它们强度均为Q.若平行直线流和这一对强度相等的源与汇叠加,试问:此流动表示什么样的物体绕流画出绕流示意图,并确定物面方程及驻点所在位置.11.流函数ψ=rπ/αsinπθα表示经流α角的流动,如图6-29所示.(1) 求流动的速度势;(2) 证明α=π是表示二平行直线流动,并画出流线图;(3) 证明α=π2时,表示为一流径α=π2角的流动,并画出流线图.12.求图6-30所示流动的复势.13.求图6-31所示流动的复势,m为偶极矩.14.在静止无界流场中,如图6-32所示分布着四个等强度的平面点源和点汇.求流场的复势.15.如图6-33所示,在速度为v∞的均匀来流中,若在原点处放置一个流量为Q的源,试求沿x轴的压力分布.16在速度为v∞的平行均匀来流中,在坐标原点放置一个流量为Q的源,从而形成一个半体头部绕流的组合流场,求:(1)驻点位置;(2)过驻点的流线;(3)沿过驻点(零流线上)的速度分布和压力分布.17.给定复势(1+i)ln(z2-1)+(2-3i)ln(z2+4)+1z,试求通过圆x2+y2=9的体积流量(单位长度)及沿该圆周的速度环量.18.已知平面流动的势函数或流函数,求相应的复势.(1)φ=tg-1yx(2)ψ=ln(x2+y2)19.在点(a,0),(-a,0)上放置等强度的点源.(1)证明圆周x2+y2=a2上的任意一点的速度都与y轴平行,且此速度大小与y成反比;(2)求y轴上速度最大的点;(3)证明y轴是一条流线.20.设复势为:W(z)=mln(z-1/z).(1)流动是由哪些基本流动组成的;(2)求流线方程;(3)求单位时间内通过z=i和z=1/2两点连线的流体体积.21已知复势W(z)=2z+8z+3ilnz,试证明x2+y2=4为零流线且为圆柱体表面,并求圆柱体的受力.22一无穷长的平坦河床上有一障碍物,其外形为一圆弧oa如图6-34所示,来流速度为U,求证流动的复势为W(z)=U(π-απααzπ/(π-α)-123在宽度为B的无穷长渠道中央放置一强度为2πΓ的点涡,方向如图6-35所示,证明其复势为W(z)=iΓlneπz/B-ieπz/B+i24圆柱体半径为0.5m,在静水中从速度为零加速至速度为3m/s,求所需推力作功为多少25有一半径为r0的无限长圆柱,在距圆柱中心b(b>r0)处,放置强度为2πM的偶极子.试求此圆柱体受的力.设流体密度为ρ.26在水下有一水平的圆柱体,其半径为0.1m,每米长度重力G=196.2N.如果垂直向下对每米长度圆柱体作用以F=392.4N的力,求圆柱体的运动方程.第七章思考题1.为什么波浪运动是理想流体的无旋运动2.波浪运动是定常运动吗3.波形传播速度与流体质点的绝对速度有何不同4.什么是波的群速度当水深h远大于波长L时,群速度与相速度比例如何当水深h 远小于波长L时,群速度与相速度比例如何5.水波如何按水深进行分类对于不同水深的波浪,其相速度有什么差别其群速度又有什么差别6.重力和惯性力在液体的波浪运动中各起什么作用7.二元进行波,由深水进行到浅水后,若波长保持不变,其波能传播速度是否变化习题1.在水深h=10 m的水域内有一微振幅波,波振幅a=1 m,波数k=0.21,试求:波长,波速,周期;(2)波面方程式;(3)x0=0及z0=-5m处水质点的轨迹方程.2.海洋波以10 m/s的速度移动,求这些波的波长和周期.3.在无限深液体波面上,观察到浮标一分钟内上升下降15次,试求波长和波的传播速度.4如图7-5所示,半径为a的二维圆柱绕流,已知水面为小振幅波,试建立方程及边界条件.5.已知有限深液体平面进行波的速度势为试给出自由表面的波形表达式.6.已知进行水波的速度势为求:(1)波速C;(2)波峰上流体质点的速度.7.有一全长为90m的船沿某一方向以等速V航行,今有追随在船后并与船航行方向一致的波浪以传播速度C追赶该船.它赶过一船长所需时间为16.5s,而超过一个波长的距离所需时间为6s,求波长及船速V.8.波长为3.14m的波,在某一深度处次波面的波高减小一半,试求这一深度.9.考虑一线性平面重力波,其自由面形状为η=a coskx cosσt.若水是无限深的,求:(1)流体质点的速度;(2)流体质点的运动轨迹;(3)流体中的压力分布.10. 已知表面波自由面形状为η=asin(3x-σt),如果水深h=2m,a L.求:(1)波长;(2)频率.11. 考虑线性平面重力波,水深比波长小得多,已知自由面形状为η=a sin(kx-σt),求:速度势,波长,周期和相速度.12. 已知波长λ=10m,波高为1m,求水下1m处流体的相对压力.第八章思考题纳维尔——斯托克斯方程应用时有无什么限制在哪些流动情况下有精确解2.两平行平板间粘性不可压缩流体作定常层流流动时,其流动是否为有旋运动此时迁移加速度是否为零压力梯度 (沿流动方向)是否为常数3.理想流体压力与粘性流体压力有何差别4.粘性流体运动的剪切应力与剪切变形角速度成什么关系这一关系是否适用于各种流体的流动5.试讨论物体在粘性流体中运动和在理想流体中运动其物面边界条件有何差别.习题1.试验证管内完全发展的层流流动,任意截面上的速度分布u满足下列方程式:式中μ为流体的粘性系数.流体为不可压缩流体.2.如图8-13所示,倾斜平板上流体作层流流动,试证明:(1)速度分布为:(2)单位宽度上的流量为3.光滑管的湍流运动核心部分的速度分布式中umax,r0为常数,试证管流平均流速为4.如图8-14所示,粘性流体沿垂直圆筒表面以稳定的层流流下,试求出该流动的速度分布.该流体的粘性系数和密度分别为μ和ρ.5.一皮带输送机装在船上,用来清除浮在海面上的油污,如图8-15所示.假设皮带以一稳定速度v运行,试利用θ,v以及油的粘性系数μ,确定单位宽度皮带所携带油的流量.6.μ=0.05N·s/m2的油在环状缝隙中流动.如图8-16所示,已知内径a=0.01m,外径b=0.02m,若外壁的剪应力为40N/m2,求:(1)每米长度上环状缝隙的压力降;(2)流体的体积流量;(3)流体作用在长度为L的内壁上的轴向力.7.证明相距为h的两无限长不动的平行平板间不可压缩粘性流体定常层流运动时,截面上通过的体积流量与单度长度平板上的压力降成正比.第九章思考题1.试分别讨论量纲,基本量纲,导出量纲的函义,在一般流体力学中,基本量纲(独立量)有几个2.试讨论量纲齐次性原理的意义.3.两个流动现象相似的充分,必要条件是什么4.∏定理的基本思想和步骤如何5.物理相似包括哪几方面的相似6.分别讨论局部模化和自模化的意义.7.试分别讨论雷诺数,佛劳德数,斯特洛哈尔数,欧拉数的物理意义.8.试讨论相似理论在指导模型试验中的意义.9.相似准则数可由几种方法导出10.在对船舶进行研究时,总是将总阻力进行分类,这种分类的物理动机是什么习题1.实船长100米,在海水中的航速为20kn,需要确定它的兴波阻力和粘阻力,试根据相似理论分别讨论如何在风洞中进行船模试验.2.实船的速度为37km/h,欲在水池中测定它的兴波阻力,问船模在水中的拖曳速度为多少设船模缩尺比为1/30,如测得船模的兴波阻力为 1.04N,则实船的兴波阻力应为多少3.在水池中进行快艇模型实验,模型的大小为实船的1/20,如需测定快艇在航速为50kn时的兴波阻力,问模型的拖曳速度应为多少4.有一海船长150m,设计航速25kn,船模缩尺比为1:30,若在水池中做实验,试就下列两种情况分别确定模型试验时的船速.(1)仅研究兴波阻力时;(2)仅研究粘性阻力时.5.某船的螺旋桨在水池中做模型实验,缩尺比为1:50,若螺旋桨的转速为800转/分,所测的功率为0.002W,试换算出原型螺旋桨的转速和功率.6.已知一元层流流动中的粘性切应力τ与粘性系数μ以及角变形速度有关.试通过量纲推理决定牛顿内摩擦定律的形式.7.水翼艇以等速v0在水面上滑行,已知流场中出现空泡,水的汽化压力为pv,流体的密度ρ,水翼弦长为b,攻角为a,水翼吃水深度为h,求水翼受升力的相似准则数.8.1:40的船模试验,测得速度为0.54m/s,波阻力为1.1N,如粘性影响不计,求原型船的波阻为多少9.温度为20℃,水中有一潜体模型长为1.5m,以3m/s的速度拖曳,阻力为14kN,若原型潜体在大气中以18m/s运动,大气温度为15℃,要求流动相似,问原型潜体长为多少阻力估计为多少10.一艘潜水艇下潜0℃的海水中以5m/s的速度行驶.(1)求出缩尺比为1:20时,艇模在20℃的淡水中的速度.。

流体力学部分课后题

1.33 解：根据流体静力学的基本公式ghp p ρ+=0在本题中，p 0为大气压强，p 为水银蒸气压强ghp p ρ+=0常温下水银蒸气压强可忽略不计，故ghp ρ=0代入数据可得：()250m skg1001325.1⨯=p1.34 解：取狭长条上 p 相等 ()z H g p p -+=ρ0θsin dz LdS =水对水坝的压力为()[]⎰⎰-+==Hdzz H g pL pdS F 0sin ρθ积分可得：⎪⎭⎫ ⎝⎛+=2021sin gH H p LF ρθ代入数据：()N F9105.1⨯=1.39 解：毛细管内水柱的高度为 grgRh ρθαραcos 2/2==代入数据：表面张力系数()12100.5--⋅⨯m N ；接触角 45°；密度 ()kg 3101⨯；重力加速度()280665.9s m g =；半径()cm 4100.2-⨯可得：()cm h 6.3=图1-98 习题 1.341.41 解：根据伯努利方程，对A 点、C 点进行分析()C C C A A A h g v P gh v P -++=++ρρρρ222121考虑题中条件()C C h g v P P -++=++ρρ2002100 可得()s m gh v C C 5.32==考虑A 、B 两点 B B B A A A gh v P gh v P ρρρρ++=++222121考虑题中条件B B B gh v P P ρρ++=++202100由于定常流动，B 处流速和C 处流速相同，可得()25m skg 1085.0⨯=B p1.42 解：()s cm S Q v V 4011==根据连续性原理()s cm S S Q v v V 603232=+==()s cm S Q v V 6044==计算压强，整个管道系统处于同一个水平面内，忽略高度伯努利方程考虑1处、4处 2442112121v p v p ρρ+=+4处的压强为大气压强()()Pa v v p p 10021212401=-=-ρ2、3处压强相等，伯努利方程考虑2处、4处2442222121v p v p ρρ+=+2、4处流速相同()()Pa v v p p 021212402=-=-ρ图1-100 习题1.42用图。