流体力学题解(3)

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流体力学形成性考核册(答案3)

作业3 答案 (第5章、第6章)第5章一、选择题1. 管道中液体的雷诺数与（ D ）无关。

A. 温度B. 管径C. 流速D. 管长2. 某圆管直径d=30mm ，其中液体平均流速为20cm/s 。

液体粘滞系数为0.0114cm 3/s ，则此管中液体流态为（ B ）。

A. 层流B. 层流向紊流过渡C.紊流3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（ D ）A 呈抛物线分布 B. 呈对数线分布C.呈椭圆曲线分布D. 呈双曲线分布4.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（ C ）A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍5.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（ B ）成正比.A. 一次方B. 二次方C. 三次方D. 四次方6.圆管的水力半径是 ( A )A. d/2B. d/3C. d/4D. d/5.7、谢才公式中谢才系数的单位是（ C ）A. 无量纲B.s m 21C. s m 23D. m 28. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（ C ）A.上临界雷诺数B.下临界雷诺数C.上下临界雷诺数代数平均D.上下临界雷诺数几何平均二、判断题1. 层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。

( 正确 )2. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。

( 错误 )3. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。

( 正确 )4. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍（正确） 5．流体内切应力方向与流体运动方向相同。

（错误）6．阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。

（正确）三、简答题1. 圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图)2. 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。

答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述.层流:(Re)f =λ;水力光滑区: (Re)f =λ;过渡粗糙区: )(Re,d K f =λ 粗糙区(阻力平方区) : )(dK f =λ . 3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？答: 管流:νvd=Re 2000Re <(层流) 2000Re > (紊流)明渠水流: νvR=Re 500Re <(层流) 500Re > (紊流)4.雷诺数Re 的物理意义？它为什么能用来判别流态？答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。

工程流体力学(第二版)习题与解答

1-6 图 1-15 所示为两平行圆盘，直径为 D，间隙中液膜厚度为 δ ，液体动力粘性系数为 µ ，若下盘固定，上盘以角速度 ω 旋转，求所需力矩 M 的表达式。
1—3
解：固定圆盘表面液体速度为零，转动圆盘表面半径 r 处液体周向线速度速度 vθ s = rω ；设液膜速度沿厚度方向线性分布，则切应力分布为
图 1-14 习题 1-5 附图
r
z
u
R
r R2 由上式可知，壁面切应力为 τ 0 = −4 m um / R ，负号表示 τ 0 方向与 z 相反；
τ = mm = −4 um
du dr
（2）由流体水平方向力平衡有： p R 2 Dp + τ 0p DL= 0 ，将 τ 0 表达式代入得
8m u L ∆p = 2m R
图 1-16 习题 1-7 附图
1-7 如图 1-16 所示，流体沿 x 轴方向作层状流动，在 y 轴方向有速度梯度。在 t=0 时，任取高度为 dy 的矩形流体面考察，该矩形流体面底边坐标为 y，对应的流体速度为 u ( y ) ；经过 dt 时间段后，矩形流体面变成如图所示的平行四边形，原来的 α 角变为 α − dα ，其剪。试推导表明：流体的切变形速率定义为 dα /dt （单位时间内因剪切变形产生的角度变化）剪切变形速率就等于流体的速度梯度，即 dα du = dt dy 解：因为 a 点速度为 u，所以 b 点速度为 u +
V2 pT 1 × 78 =1 − 1 2 =1 − =80.03% V1 p2T1 6 × 20
压缩终温为 78℃时，利用理想气体状态方程可得
∆V = 1 −
1-2 图 1-12 所示为压力表校验器，器内充满体积压缩系数= β p 4.75 × 10−10 m2/N 的油，用手轮旋进活塞达到设定压力。已知活塞直径 D=10mm，活塞杆螺距 t=2mm，在 1 标准大气压时的充油体积为 V0=200cm3。设活塞周边密封良好，问手轮转动多少转，才能达到 200 标准大气压的油压（1 标准大气压=101330Pa）。解：根据体积压缩系数定义积分可得：

《流体力学》徐正坦主编课后答案第三章解析

第三章习题简答3-1 已知流体流动的速度分布为22y x u x -= ，xy u y 2-=，求通过1,1==y x 的一条流线。

解：由流线微分方程yx u dyu dx =得dy u dx u x y =则有 dy y x xydx )(222-=-两边积分可得C y y x yx +-=-3322即0623=+-C y x y将x=1,y=1代入上式，可得C=5，则流线方程为05623=+-y x y3-3 已知流体的速度分布为⎭⎬⎫==-=-=tx x u ty y u y x 00εωεω（ω>0，0ε>0）试求流线方程，并画流线图。

解：由流线微分方程yx u dyu dx =得dy u dx u x y =则有 tydy txdx 00εε-=两边积分可得C y x +-=22流线方程为C y x =+223-5 以平均速度s m v /5.1=流入直径为D=2cm 的排孔管中的液体，全部经8个直径d=1mm 的排孔流出，假定每孔出流速度依次降低2%，试求第一孔与第八孔的出流速度各为多少？题3-5图解：由题意得：v 2=v 1(1-2%)，v 3=v 1(1-2%)2，…，v 8=v 1(1-2%)7 根据质量守恒定律可得282322212832144444dv d v d v d v D v Q Q Q Q Q πππππ⋅+⋅⋅⋅+⋅+⋅+⋅=⋅+⋅⋅⋅+++=sm d vD v v d v v v v d D v /4.80)98.01(001.002.002.05.1)98.01()98.01(98.01)98.01(4)(448228221812832122=-⨯⨯⨯=--⋅=∴--⋅=+⋅⋅⋅+++⋅=⋅πππ则 v 8=v 1(1-2%)7=80.4×(1-2%)7=69.8m/s3-6 油从铅直圆管向下流出。

管直径cm d 101=，管口处的速度为s m v /4.11=，试求管口处下方H=1.5m 处的速度和油柱直径。

流体力学计算题及问题详解

第二章例1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如下列图。

：水面高程z 0=3m,压差计各水银面的高程分别为z 1=, z 2=, z 3=m, z 4=m, 水银密度 3/13600m kg ρ='，水的密度3/1000m kg ρ= 。

试求水面的相对压强p 0。

解：ap z z γz z γz z γp =-----+)(')(')(3412100)()('1034120z z γz z z z γp ---+-=∴例2：用如下列图的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。

该微压计是一个水平倾角为θ的Π形管。

测压计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ，倾角θ=30∘，试求压强差p 1 – p 2 。

解： 224131)()(p z z γz z γp =-+-- θL γz z γp p sin )(4321=-=-∴例3：用复式压差计测量两条气体管道的压差〔如下列图〕。

两个U 形管的工作液体为水银，密度为ρ2 ，其连接收充以酒精，密度为ρ1 。

如果水银面的高度读数为z 1 、 z 2 、 z 3、z 4 ，试求压强差p A – p B 。

解：点1 的压强：p A )(21222z z γp p A --=的压强：点)()(33211223z z γz z γp p A -+--=的压强：点 B A p z z γz z γz z γp p =---+--=)()()(3423211224 )()(32134122z z γz z z z γp p B A ---+-=-∴例4：用离心铸造机铸造车轮。

求A-A 面上的液体总压力。

解： C gz r p +⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2221ωρ a p gz r p +⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∴2221ωρ在界面A-A 上：Z = - ha p gh r p +⎪⎭⎫⎝⎛+=∴2221ωρ⎪⎭⎫⎝⎛+=-=∴⎰2420218122)(ghR R rdr p p F a Rωπρπ例5：在一直径d= 300mm ，而高度H=500mm 的园柱形容器中注水至高度h 1 = 300mm ，使容器绕垂直轴作等角速度旋转。

流体力学习题及解答

《流体力学》1-4章作业讲评
1-6•当空气温度从0°C增加至200C时，、值增加15%，容重减少10%，问此时「值增
加多少？
油的」=0.09807Pa*，求作用于平板单位面积上的阻力?
解二」虫=0.09807-98.07 Pa
」Jdy0.001
1-9•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
Z=5m，求a点的测压管高度和测压管水头。并图示容器内液体各点的测压管水头线；
（3）压力表M和酒精（『=7.944 K》/2）测压计h的读数值？
L
P0
h1
a
p；=Po+丫入=107.7 +9.807x0.8=115.55«%2
Pa= P；-Pa=115.55 -98.07 =17.48 K%?
= 0.0005，求膨胀水箱的最小容
积？
dV
解因为〉二-
所以dV「Vdt=0.00058ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ50=0.2m3
散热片
2-2•在封闭管端完全真空的情况下，水银柱差Z2=50mm，求盛水容器液面绝对压强Pi
及测压管中水面高度乙？
解pi=0Z2=13.61039.8 0.05=6664pa
求（1）水深h =0.8m的A点的绝对压强和相对压强？（2）若容器水面距基准面高度
..H
2-tg3» ih3dh
cos^0
4
兀汉0.1 X16X0.5汇0.6
4cos-
10" 0.8572
1-14•图示为一采暖系统图，由于水温升高引起水的体积膨胀, 裂，特在顶部设置一膨胀水箱，使水的体积有自由膨胀的余地,
为了防止管道及暖气片胀若系统内水的总体积

流体力学习题三答案

《流体力学》习题三一选择题（本大题共25小题，每小题2分，共50分）1．温度升高，空气的黏度系数：( B )A．减小 B．变大 C．不变2．流体黏度系数的国际单位：( D )A．m2/s B．N/m2 C．kg/m D．N•s/m23．通过一个曲面上的体积流量与( B )有关。

A．切向速度 B．法向速度C．密度分布 D．压强4．恒定流是：( B )A．流动随时间按一定规律变化 B．各空间点上的要素不随时间变化C．各过流断面的速度分布相同 D．迁移加速度为零5．一维流动限于：( C )A．运动参数不随时间变化的流动 B．速度分布按直线分布C．运动参数可视为一维空间坐标和时间坐标的函数 D．流线是直线6．一维流动的连续性方程VA=C成立的必要条件：( D )A．理想流体 B．黏性流体C．可压缩流体 D．不可压缩流体7．均匀流是：( B )A．当地加速度为零 B．迁移加速度为零C．向心加速度为零 D．合加速度为零8．平面流动具有流函数的条件是：( D )A．理想流体 B．无旋流动C．具有速度势 D．满足连续性方程9．在( C )流动中，流线和迹线是重合的。

A．无旋流动 B．有旋流动C．恒定流动 D．非恒定流动10．流体微团的运动和刚体运动相比，多了一项( C )运动。

A．平移 B．旋转C．变形 D．加速11．变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速V1=s。

则V2为：( C )A．3m/s B．4m/sC．6m/s D．9m/s12．流线与流线在通常情况下：( C )A．能相交，也能相切 B．仅能相交，但不能相切C．仅能相切，但不能相交 D．既不能相交也不能相切13．欧拉法( B )描述流体质点的运动。

A．直接 B．间接C．不能 D．只在恒定时能14．非恒定流动中，流线与迹线：( C )A．一定重合 B．一定不重合C．特殊情况下可能重合 D．一定正交15．一维流动中“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的必要条件：( D ) A．理想流体 B．黏性流体C．可压缩流体 D．不可压缩流体16．速度势函数存在于( B )流动中。

流体力学第三章习题

第三章流体动力学基础3－1 已知速度场为k z x j y x i y x u)()()(2-+-++= (m/s)，求(2，3，1)点的速度和加速度。

已已知知：：z x u y x u y x u -=-=+=z y x )(2，，解析：(1) (2，3，1)点的速度为m/s 1m/s 1m/s 10)(2z y x =-=-=-==+=z x u y x u y x u ，， s /m 10.101)1(102222z 2y 2x =+-+=++=u u u u (2) (2，3，1)点的加速度为2x z x y x x x x m/s 1832262602)(2)(20=⨯+⨯=+=+⨯-+⨯++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=y x y x y x zuu y u u x u u u a τ2y zy yy xy y m/s 1133230)1()(1)(20=⨯+=+=+-⨯-+⨯++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=y x y x y x zu u yu u xu u u a τ2z z z y z x z z m/s 913222)1()(01)(20=+⨯+=++=-⨯-++⨯++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=z y x z x y x zu u y u u x u u u a τ22222z 2y 2x s /m 93.2291118=++=++=a a a a3－2 已知速度场为k z y j y i x u )34()(2)3(2-+-++=ττ (m/s)，求τ＝2秒时，位于(2，2，1)点的速度和加速度。

已已知知：：z y u y u x u )34()(23z 2y x -=-=+=，，ττ解析：(1) τ=2秒、位于(2，2，1)点的速度为m/s 5)34(m/s 4)(2m/s 83z 2y x =-=-=-==+=z y u y u x u ，，ττ s /m 25.105)4(82222z 2y 2x =+-+=++=u u u u (2) τ=2秒、位于(2，2，1)点的加速度为2x z x y x x x x m/s 251)223(31)3(3003)3(1=++⨯⨯=++=++⨯++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=τττx x zuu y u u x u u u a2222y zy yy xy y m/s 342)22(282)(80)4()(202=+-⨯⨯=+-=+-⨯-++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=τττy y y y zu u yu u xu u u a2222222z z z y z x z z m/s 91)324()22(18)34()(8)34(4)(200=⨯-⨯+-⨯⨯=-+-=-+⨯-++=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂=z y y z zy z y zuu y u u x u u u a τττ22222z 2y 2x s /m 15.4393425=++=++=a a a a3－3 已知二维流场的速度分布为j x y i x y uττ)96()64(-+-= (m/s)。

流体力学习题解答3

习题三1．平面流动的速度为u=x 2y ，v=xy 2，求证任一点的速度和加速度方向相同。

2．试证明，变截面管道中的连续性方程为：t ∂∂ρ+xA uA ∂∂)(ρ=0 3．流进入一段管道，入口处速度均匀分布，V 0=0.5m/s ，出口处速度分布为u(r)=u m [1-(Rr )2], R 为管半径，r 是点到管轴线的距离，u m 为轴线（r=0）处的流速度，求u m 的值。

4．如图，用水银压差计测量油管中的点速度，油的密度ρ=800kg/m 3，当读数h ∇=60mm时，油的速度u 为多少？ 10题图5．文丘里管测流量。

已知D=25mm ，d=14mm ，喉部与其上游的压差为883Pa ，流量系数μ=0.96，求管中水的流量Q 。

6．为了测量矿山排风管道的气体流量Q ，在其出口处装有一个收缩，扩张的管嘴，在喉部处安装一个细管，下端插如水中，如图。

已知ρ=1.25kg/m 3， ρˊ=1000 kg/m 3,h=45mm ，d 1=400mm ，d 2=600mm ，求Q 。

7．池的水位高h=4m ，池壁有一小孔，孔口到水面高差为y ，如图。

如果从孔口射出的水流到达地面的水平距离x=2m ，求y 的值。

16题图8．旋转洒水器两臂长度不等，,5.1,2.121m l m l ==若喷口直径d=25mm ，每个喷口的水流量为Q s m /10333-⨯=，不计摩擦力矩，求转速。

3-18 管流的速度分布为：u=u nm Rr )1(-式中，R 为管道半径，r 是点到轴线距离，u m 是轴线上的速度，n 为常数。

试计算动能修正系数和动量修正系数α和β。

如果n=1/6和1/7，α和β的值为多少？ 10．在开口水箱液面下h=2m 处的壁面开孔并接一条长l=0.5m 的水平水管，当管出口阀门打开时，小管的出流速度随时间变化，求出流速从零到0.95gh 2所经历的时间是多少？11．水流从水库的一条长l=1000m ，管径d=1.2m 的水平管道引至水轮发电机，水位h=50m 。

吴望一《流体力学》第三章习题参考答案

吴望一《流体力学》第三章习题参考答案1．解：CV CS d V s dt tτϕϕδτδτϕδ∂=+⋅∂⎰⎰⎰ 由于t 时刻该物质系统为流管，因而侧面上ϕ的通量＝0，于是（1）定常流动0t ϕ∂=∂，222111dV d V d dt τϕδτϕσϕσ=-⎰，设流速正方向从1端指向2端。

（2）非定常流动222111CV d V d V d dt t τϕϕδτδτϕσϕσ∂=+-∂⎰⎰2．解：取一流体微团，设其运动方程为(,,,)(,,,)(,,,)x x a b c t y y a b c t z z a b c t =⎧⎪=⎨⎪=⎩，由质量守恒得，在0t =和t 时刻()(),,,0,,,a b c dadbdc a b c t dxdydz ρρ=利用积分变换可知()(),,,,x y z dxdydzJ dadbdc a b c ∂==∂（雅可比行列式），于是 ()(),,(,,,0)(,,,),,x y z a b c dadbdc a b c t dadbdc a b c ρρ∂=∂()()()(),,,,,0,,,,,x y z a b c a b c t a b c ρρ∂=∂3．（控制体内流体质量的增加率）＝－（其表面上的质量通量）（2）球坐标系下选取空间体元（控制体）2sin r r δτθδδθδϕ=。

单位时间内该空间内流体质量的增量为2sin r r t tρρδτθδδθδϕ∂∂=∂∂ 该控制体表面上的质量通量：以r e 和－r e 为法向的两个面元上的质量通量为()2sin |sin |sin r r r r r r v r v r r v r r r rδρρδθθδϕρδθθδϕδδθδϕθ+∂-+=∂以e θ和－e θ为法向的两个面元上的质量通量为()sin sin |sin |v v rr v rr r r θθθθθδθρθρδθδϕρδθδϕδδθδϕθ+∂-+=∂以e ϕ和－e ϕ为法向的两个面元上的质量通量为()||v v r r v r r r r ϕϕϕϕϕδϕρρδθδρδθδδδθδϕϕ+∂-+=∂ 所以()()()22sin sin sin 0r v r v vr r r t rϕθρρρθρθθθϕ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂即()()()22sin 110sin sin r v r v v t r r r rϕθρρρθρθθθϕ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ （3）柱坐标系下选取空间体元（控制体）r r z δτδθδδ= 单位时间内该空间内流体质量的增量为 ()r r z r r z t tρδδθδρδδθδ∂∂=∂∂该控制体表面上的质量通量为()()()r z rv v v r z r z r r z r zθρρρδδθδδδθδδδθδθ∂∂∂++∂∂∂ 所以()()()0r z rv v v r r t r zθρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 即()()()0r z v r v v t r r r zθρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ （4）极坐标系下选取面元（控制体）s r r δδθδ=，可认为该面元对应以该面元为底面的单位高度的柱体。

流体力学习题及答案-第三章

第三章流体运动学3-1粘性流体平面定常流动中是否存在流函数？答：对于粘性流体定常平面流动，连续方程为：()()0=∂∂+∂∂yv x u ρρ；存在函数：v t y x P ρ-=),,(和()u t y x Q ρ=,,，并且满足条件：()()yP x Q ∂∂=∂∂。

因此，存在流函数，且为：()()()dy u dx v Qdy Pdx t y x ρρψ+-=+=⎰⎰,,。

3-2轴对称流动中流函数是否满足拉普拉斯方程?答：如果流体为不可压缩流体，流动为无旋流动，那么流函数为调和函数，满足拉普拉斯方程。

3-3 就下面两种平面不可压缩流场的速度分布分别求加速度。

（1）22222 ,2yx ym v y x x m u +⋅=+⋅=ππ （2）()()()222222222 ,yxKtxyv yxx y Kt u +-=+-=，其中m ，K 为常数。

答：（1）流场的加速度表达式为：yv v x v u t v a y u v x u u t u a x ∂∂+∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂=y ,。

由速度分布，可以计算得到：0 ,0=∂∂=∂∂tvt u ，因此： ()222222y x x y m x u +-⋅=∂∂π，()22222y x xy m y u +-⋅=∂∂π；()22222y x xy m x v +-⋅=∂∂π，()222222y x y x m y v +-⋅=∂∂π。

代入到加速度表达式中：()()()22222222222222222222220y x x m y x xym y x y m y x x y m y x x m a x +⋅⎪⎭⎫⎝⎛-=+-⋅⋅+⋅++-⋅⋅+⋅+=πππππ()()()22222222222222222222220y x y m y x y x m y x y m y x xym y x x m a y +⋅⎪⎭⎫⎝⎛-=+-⋅⋅+⋅++-⋅⋅+⋅+=πππππ（2）由速度分布函数可以得到：()()()322222222 ,y x Kxyt v y x x y K t u +-=∂∂+-=∂∂ ()()3222232y x y x Ktx x u +-⋅=∂∂，()()3222232y x y x Kty y u +-⋅=∂∂； ()()3222232y x x y Kty x v +-⋅-=∂∂，()()3222232yx y x Ktx y v +-⋅-=∂∂。

流体力学习题-3

习题三3-1已知绕过圆柱体的平面流动的速度分布规律为ν=ν∞[1-(rº/r)²]-求：（1）驻点位置；（2）柱面上（）的最大速度位置；（3）画出直线时的速度分布图。

注：和为极坐标系上的两个坐标单位矢量.θ从右侧水平线计起逆时针方向为正，为常数【】3-2 已知平面流动的速度分布规律为式中为常数。

求流线方程并画出若干条流线。

【】3-3 已知两平行平板间的平面流动的速度场为式中为常数。

为两平板之间的距离。

试给出速度分布图。

【】3-4 已知流场的速度分布为（1）问属几维流动？（2）求（）=（）点的加速度。

[二维流动；]【】3-5 已知流场的速度分布为（1）问属几维流动？（2）求（）=（）点的加速度。

【】3-6 已知流场的速度分布为（1）问属几维流动？（2）求（）=（）点的加速度。

【】3-7 有一输油管道，在内径为20cm的截面上的流速是2m/s，求另一内径为5cm的截面上的流速以及管道内的质量流量。

已知油的相对密度为0.85。

【32 m/s;53.4㎏/s】3-8 在一内径为5cm的管道中，流动空气的质量流量为0.5㎏/s，在某一截面上压强为5×10Pa，温度为100℃。

求在该截面上的气流平均速度。

【54.5 m/s】3-9 一3cm长的锥形喷嘴，其两端内径分别是8cm和2cm，流量为0.01m³/s，流体无粘性且不可压缩。

试导出沿喷嘴轴向的速度表达式，x距离从大内径一端的端面计起。

【】3-10 已知流场的速度分布为求证通过任意一个以原点为圆心的同心圆的流量都是相等的（z方向取单位长度）提示：流场速度用极坐标表示。

【】3-11 由空气预热器经两条管道送往锅炉喷燃器的空气的质量流量qm=8000㎏/h，气温400℃，管道截面尺寸均为400×600mm。

已知标准状态（0℃,101325Pa）下空气的密度ρº=1.29㎏/m³，求输气管道中空气的平均流速。

流体力学例题及思考题-第三章

第三章流体运动学与动力学基础主要内容基本概念欧拉运动微分方程连续性方程——质量守恒*伯努利方程——能量守恒** 重点动量方程——动量守恒** 难点方程的应用第一节研究流体运动的两种方法流体质点：物理点。

是构成连续介质的流体的基本单位，宏观上无穷小（体积非常微小，其几何尺寸可忽略），微观上无穷大（包含许许多多的流体分子，体现了许多流体分子的统计学特性）。

空间点：几何点，表示空间位置。

流体质点是流体的组成部分，在运动时，一个质点在某一瞬时占据一定的空间点（x，y，z）上，具有一定的速度、压力、密度、温度等标志其状态的运动参数。

拉格朗日法以流体质点为研究对象，而欧拉法以空间点为研究对象。

一、拉格朗日法（跟踪法、质点法）Lagrangian method1、定义：以运动着的流体质点为研究对象，跟踪观察个别流体质点在不同时间其位置、流速和压力的变化规律，然后把足够的流体质点综合起来获得整个流场的运动规律。

2、拉格朗日变数：取t=t0时，以每个质点的空间坐标位置为（a，b，c）作为区别该质点的标识，称为拉格朗日变数。

3、方程：设任意时刻t，质点坐标为(x，y，z) ，则：x = x(a,b,c,t)y = y(a,b,c,t) z = z(a,b,c,t) 4、适用情况：流体的振动和波动问题。

5、优点：可以描述各个质点在不同时间参量变化，研究流体运动轨迹上各流动参量的变化。

缺点：不便于研究整个流场的特性。

二、欧拉法（站岗法、流场法）Eulerian method1、定义：以流场内的空间点为研究对象，研究质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。

2、欧拉变数：空间坐标（x ，y ，z ）称为欧拉变数。

3、方程：因为欧拉法是描写流场内不同位置的质点的流动参量随时间的变化，则流动参量应是空间坐标和时间的函数。

位置： x = x(x,y,z,t)y = y(x,y,z,t) z = z(x,y,z,t)速度： u x =u x （x,y,z,t ）u y =u y （x,y,z,t ） u z =u z （x,y,z,t ）同理： p =p （x,y,z,t ），ρ=ρ(x,y,z,t) 说明： x 、y 、z 也是时间t 的函数。

李玉柱流体力学课后题答案第三章

李玉柱流体力学课后题答案第三章第三章流体运动学3-1 已知某流体质点做匀速直线运动，开始时刻位于点A(3，2，1)，经过10秒钟后运动到点B(4，4，4)。

试求该流体质点的轨迹方程。

tt3t解:3-2 已知流体质点的轨迹方程为试求点A(10，11，3)处的加速度α值。

解:由10，解得15.2把代入上式得-3 已知不可压缩流体平面流动的流速场为，其中，流速、位置坐标和时间单位分别为m/s、m和s。

求当t,l s时点A(1，2)处液体质点的加速度。

解:根据加速度的定义可知:当t,l s时点A(1，2) 处液体质点的加速度为:于是，加速度a加速度a与水平方向(即x方向)的夹角: 的大小:-4 已知不可压缩流体平面流动的流速分量为。

求(1) t,0时，过(0，0)点的迹线方程;(2) t,1时，过(0，0)点的流线方程。

解:(1) 将带入迹线微分方程dt得 uvt2解这个微分方程得迹线的参数方程:将时刻，点(0,0)代入可得积分常数:。

将代入得:t3所以:，将时刻，点(0,0)代入可得积分常数:。

6 联立方程，消去得迹线方程为:(2) 将带入流线微分方程dxdy得y2t被看成常数，则积分上式得，c=0 2y2时过(0,0)点的流线为3-5 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(连续性方程的极坐标形式可参考题3—7)。

解:对于不可压缩均质流体，不可压缩流体的连续方程为。

直角坐标系中不可压缩流体的连续性方程为:。

，因，满足，因，满足，因，满足，满足，因，满足，因，满足，因在圆柱坐标系中不可压缩流体的连续性方程为:。

，满足，因，满足，因，不满足，因，仅在y=0处满足，因其中，k、α和C均为常数，式(7)和(8)中3-6 已知圆管过流断面上的流速分布为，umax为管轴处最大流速，r0为圆管半径，r为某点到管轴的距离。

试求断面平均流速V与umax之间的关系。

2解:断面平均速度Ar0Ar02r04r3r024r0umax3-7 利用图中所示微元体证明不可压缩流体平面流动的连续性微分方程的极坐标形式为解:取扇形微元六面体，体积，中心点M密度为，速度为，r向的净出质量dmr 为类似有若流出质量，控制体内的质量减少量dmV可表示为。

工程流体力学第3章习题答案

由连续性方程知： vA AA = vB AB 得： vA = 4m / s 由能量方程知：
0+
pA ρg
+
v
2 A
2g
=
pB ρg
+
v
2 B
2g
+ Z2
+ h12
得：
h 12
=
2.824m
>
0
∴水流方向 A → B
3-8 参看题 3-8 图，10℃的水沿 AB 管向上流动(AB 长 5m，直径为 40mm )，然后沿 BC 流动 (长 3m，直径为 30mm）。在 A 处测得压强为 275kPa。（a）假设流量为 2.0L/s，试求 C 处的压强，不计管道摩擦及能量损失。(b)将流动方向倒转，重作(a)题。
求 A 点酒精（ ρ酒 = 806kg / m3 ）液面应有的高度（空气密度为 1.2 kg/m3）
解：列 A → C 断面方程
pA
+
ρ
v12 2g
+（ρ空气
−
ρ）g（Z 2
−
Z1）=
pc
+
ρ
vc2 2
+ 3ρ
v12 2
+ 4ρ
v22 2
即：
hρ酒 g
+ 0.6 v12 2
+（1.2
−
0.6）g（60
3. 水在一条河中流动。上午 9 时，通过桥 1 的流量为 37. 2m3/s，同一瞬间通过
桥 2 的流量为 26.9m3/s。问此瞬时，水以多大的速率贮存在这两座桥之间?假设
没有渗漏，蒸发量也可以不计。解：(1)质量守恒可以得到，37.2-26.9=10.3m3/s。

工程流体力学答案杜广生习题解答

za
+
p0 g
+
a2 2g
=z4
+
p4 g
+
42 2g
（1）
式中， za =H ，a =0 （面积远大于管子截面积）， z4 =0 ， p4 =0 （出口为大气压，故而表压为 0）
代入式（1）可得：4 =
2
g
za
+
p0 g
=
2
9.8
5+
147150 1000 9.8
=19.81m/s
因此，流量
ax
x t
x
x x
y
x y
(4x3
2 y xy)(12x2
y) (3x
y3
z)(2 x)
ay
y t
x
y x
y
y y
3(4x3
2 y xy) 3y2 (3x
y3
z)
将质点坐标（2,2, 3）代入上式，可得： ax 2004 , ay 108
4．解：
（1）根据已知条件，x yz+t ，y xz t ，z xy ，流体流动速度与时间 t 有关，因此，该流动属
因此，加速度：
ax
x
dx dx
=
qV A( x)
d
qV A( x)
dx
=
qV2 A( x)
1 A2 (x)
dA( x) dx
=
qV2 A3 ( x)
dA( x) dx
6. 解：
根据已知条件，有：
x
y 2 (x
y)
，y
x 2 (x
y)
，代入流线微分方程： dx x

流体力学习题解答

第一章习题答案选择题〔单项选择题〕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 〕外表张力。

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2kg ，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899.358kg/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。

工程流体力学答案第三章(杜广生)习题解答

（7）
p1 p +z1 2 +z2 = w 1 H g g
由式（3）、（7）得：
2 2 w 1 H = 2g
12
2g
（8）
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《工程流体力学（杜广生）》习题答案
q d V 2 2 d q dA( x) 1 dA( x) qV A( x) = qV = ax x x = V 2 3 dx A( x) dx A( x) A ( x) dx A ( x) dx
6. 解：
根据已知条件，有：
x
dx dy y x ， y ，代入流线微分方程： = 可得： x y 2 (x y ) 2 (x y )
y t x y x y y y z y z 0 0 9y 0 9y
ay
az
z x z y z z z 0 0 0 8z3 8z3 t x y z
3 2 3
根据不可压缩管流连续性方程： 1 A1 =2 A2 ，代入已知参数，可以得到：
1 1 0.3 0.52 =2 0.0382 ，求解方程，可得： 2 =51.94m /s 4 4
14. 解：
列 1-1,2-2 缓变流截面的伯努利方程：
1a21
2 p1 2a p 2 z1 z2 2 +hw （1） 2g 2g g g
ax
x x x y x z x 1 0+(xz t )z xy 2 1 (xz t )z xy 2 t x y z
y t x y x y y y z y z 1 (yz t )z 0 x 2 y 1 (yz t )z x 2 y

《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。