流体力学习题及答案-第四章
李玉柱流体力学课后题标准答案第四章
第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭，0y ≥总流的动能修正系数为何值?解：172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A A B y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度00.03m δ=，平均流速V 0＝8m/s ，假设此射流受重力作用而向下弯曲，但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=o 处的平均流速V ；(2)该处的水股厚度δ。
解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得：V=︒45sin 8=11.31m/s （2）水股厚度由流量守恒可得：VD D V δδ=000，由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度V 2=20m/s ，管径d 1＝0.1m ，管嘴出口直径d 2＝0.05m ，压力表断面至出口断面高差H ＝5m ，两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解：取压力表处截面为截面1-1，收缩管嘴处截面为截面2-2，选择两截面包围的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++， 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ，由上述两个方程可得压力表的读数（相对压强）：222112212wV V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭， 上式计算结果为：2.48at 。
李玉柱流体力学课后题答案-第四章
李玉柱流体力学课后题答案-第四章第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭，0y ≥总流的动能修正系数为何值?解：172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰u u v∆=-所以172233821.0 1.01 1.0572BB A A B y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度00.03m δ=，平均流速V 0＝8m/s ，假设此射流受重力作用而向下弯曲，但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=处的平均流速V ；(2)该处的水股厚度δ。
解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得：V=︒45sin 8=11.31m/s （2）水股厚度由流量守恒可得：VD D V δδ=000，由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度V 2=20m/s ，管径d 1＝0.1m ，管嘴出口直径d 2＝0.05m ，压力表断面至出口断面高差H ＝5m ，两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解：取压力表处截面为截面1-1，收缩管嘴处截面为截面2-2，选择两截面包围的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++， 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ，由上述两个方程可得压力表的读数（相对压强）：222112212wV V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭， 上式计算结果为：2.48at 。
流体力学第四章习题答案
第四章习题答案选择题（单选题）4.1等直径水管，A-A 为过流断面，B-B 为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系：（c ）（a ）1p =2p ；（b ）3p =4p ；（c ）1z +1p g ρ=2z +2p g ρ；（d ）3z +3p g ρ=4z +4pgρ。
4.2伯努利方程中z +p g ρ+22v gα表示：（a ）（a ）单位重量流体具有的机械能；（b ）单位质量流体具有的机械能；（c ）单位体积流体具有的机械能；（d ）通过过流断面流体的总机械能。
4.3水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系：（c ）p p 2（a ）1p >2p ；（b ）1p =2p ；（c ）1p <2p ；（d ）不定。
4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：（a ） （a ）沿程下降；（b ）沿程上升；（c ）保持水平；（d ）前三种情况都有可能。
4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：（d ） （a ）沿程下降；（b ）沿程上升；（c ）保持水平；（d ）前三种情况都有可能。
4.6平面流动具有流函数的条件是：（d ）无黏性流体；（b ）无旋流动；（c ）具有速度势；（d ）满足连续性。
4.7一变直径的管段AB ，直径A d =0.2m ，B d =0.4m ，高差h ∆=1.5m ，今测得A p =302/m kN ，B p =402/m kN ， B 处断面平均流速B v =1.5s m /.。
试判断水在管中的流动方向。
解： 以过A 的水平面为基准面，则A 、B 点单位重量断面平均总机械能为：42323010 1.0 1.50.40 4.89210009.80729.8070.2A A A A A p v H z g g αρ⨯⨯⎛⎫=++=++⨯= ⎪⨯⨯⎝⎭（m ）2324010 1.0 1.51.5 5.69210009.80729.807B B B B B p v H z g g αρ⨯⨯=++=++=⨯⨯（m ）∴水流从B 点向A 点流动。
李玉柱流体力学课后题答案-第四章
第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭，0y ≥总流的动能修正系数为何值?解：172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A A B y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度00.03m δ=，平均流速V 0＝8m/s ，假设此射流受重力作用而向下弯曲，但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=o 处的平均流速V ；(2)该处的水股厚度δ。
解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得：V=︒45sin 8=11.31m/s （2）水股厚度由流量守恒可得：VD D V δδ=000，由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度V 2=20m/s ，管径d 1＝0.1m ，管嘴出口直径d 2＝0.05m ，压力表断面至出口断面高差H ＝5m ，两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解：取压力表处截面为截面1-1，收缩管嘴处截面为截面2-2，选择两截面包围的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++， 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ，由上述两个方程可得压力表的读数（相对压强）：222112212w V V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭，上式计算结果为：2.48at 。
流体力学第四章习题答案
第四章习题答案选择题(单选题)4、1等直径水管,A-A 为过流断面,B-B 为水平面,1、2、3、4为面上各点,各点的流动参数有以下关系:(c)(a)1p =2p ;(b)3p =4p ;(c)1z +1p g ρ=2z +2p g ρ;(d)3z +3p g ρ=4z +4pgρ。
4、2伯努利方程中z +p g ρ+22v gα表示:(a)(a)单位重量流体具有的机械能;(b)单位质量流体具有的机械能;(c)单位体积流体具有的机械能;(d)通过过流断面流体的总机械能。
4、3水平放置的渐扩管,如忽略水头损失,断面形心点的压强,有以下关系:(c)p p 2(a)1p >2p ;(b)1p =2p ;(c)1p <2p ;(d)不定。
4、4黏性流体总水头线沿程的变化就是:(a)(a)沿程下降;(b)沿程上升;(c)保持水平;(d)前三种情况都有可能。
4、5黏性流体测压管水头线的沿程变化就是:(d)(a)沿程下降;(b)沿程上升;(c)保持水平;(d)前三种情况都有可能。
4、6平面流动具有流函数的条件就是:(d)无黏性流体;(b)无旋流动;(c)具有速度势;(d)满足连续性。
4、7一变直径的管段AB ,直径A d =0、2m,B d =0、4m,高差h ∆=1、5m,今测得A p =302/m kN ,B p =402/m kN , B 处断面平均流速B v =1、5s m /、。
试判断水在管中的流动方向。
解: 以过A 的水平面为基准面,则A 、B 点单位重量断面平均总机械能为:42323010 1.0 1.50.40 4.89210009.80729.8070.2A A A A A p v H z g g αρ⨯⨯⎛⎫=++=++⨯= ⎪⨯⨯⎝⎭(m)2324010 1.0 1.51.5 5.69210009.80729.807B B B B B p v H z g g αρ⨯⨯=++=++=⨯⨯(m)∴水流从B 点向A 点流动。
流体力学习题及答案-第四章复习课程
流体力学习题及答案-第四章第四章 流体动力学基本定理及其应用4-1 欧拉运动微分方程和伯努利方程的前提条件是什么，其中每一项代表什么意义？答：（1）欧拉运动微分方程是牛顿第二定律在理想流体中的具体应用，其矢量表达式为：()p f v v t v ∇-=∇⋅+∂∂ρ1ρρρρ 其物理意义为：从左至右，方程每一项分别表示单位质量理想流体的局部惯性力、迁移惯性力、质量力和压力表面力。
（2）伯努利方程的应用前提条件是：理想流体的定常运动，质量力有势，正压流体，沿流线积分。
单位质量理想流体的伯努利方程的表达式为：C gz p =++ρ2V 2，从左至右方程每项分别表示单位质量理想流体的动能、压力能和位能，方程右端常数称流线常数，因此方程表示沿流线流体质点的机械能守恒。
4-2 设进入汽化器的空气体积流量为s m /15.0Q 3=，进气管最狭窄断面直径D=40mm ，喷油嘴直径d=10mm 。
试确定汽化器的真空度。
又若喷油嘴内径d=6mm ，汽油液面距喷油嘴高度为50cm ，试计算喷油量。
汽油的重度3/7355m N =γ。
答：（1）求A 点处空气的速度：设进气管最狭窄处的空气速度为1v ，压力为1p ，则根据流管的连续方程可以得到：()Q v d D =-12241π，因此：()2214d D Q v -=π。
（2）求真空度v p选一条流线，流线上一点在无穷远处F ，一点为A 点；并且：在F 点：0F p p =，0F =v ；在A 点：?1A ==p p ，1A v v =。
将以上述条件代入到伯努利方程中，可以得到：g v p p 202110+=+γγ 因此真空度为：()()222222221101842121d D Q d D Q v p p p v -⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==-=πρπρρ 若取空气的密度为3/226.1m kg =ρ，那么计算得到：()Pa p v 3222221095.901.004.0114.315.0226.18⨯=-⨯⨯⨯=。
流体力学第四章答案(DOC)
第四章习题简答4-2 管径cm d 5=，管长m L 6=的水平管中有比重为0.9油液流动，水银差压计读数为cm h 2.14=，三分钟内流出的油液重量为N 5000。
管中作层流流动，求油液的运动粘度ν。
解: 管内平均流速为s m d Q v /604.1)4/05.0/(180/)9.09800/(5000)4//(22=⨯⨯==ππ 园管沿程损失h f 为γ(h 水银γ/油)1-=0.142(13.6/0.9-1)=2.004m园管沿程损失h f 可以用达西公式表示： g v d l h f 22λ=,对层流, Re /64=λ, 有fgdh lv 264Re 2=, 但νvd =Re , 从而lv h gd f 6422=ν, 代入已知量, 可得到s m /10597.124-⨯=ν题 4-2 图4-4 为了确定圆管内径，在管内通过s cm /013.02=ν的水，实测流量为s cm /353，长m 15管段上的水头损失为cm 2水柱。
试求此圆管的内径。
解：422222212842642642642Re 64gd lQ d d g lQ gd lv g v d l vd g v d l h f πνπννν=⎪⎭⎫ ⎝⎛==== m gd lQ d 0194.002.08.9210013.0351********4=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==∴-ππν 4-6 比重85.0s m /10125.024-⨯=ν的油在粗糙度mm 04.0=∆的无缝钢管中流动，管径cm d 30=，流量s m Q /1.03=, 求沿程阻力系数λ。
解: 当78)(98.26∆d >Re>4000时，使用光滑管紊流区公式：237.0Re221.00032.0+=λ。
园管平均速度s m d q v /4147.1)4//(2==π, 流动的33953Re ==νvd , ： 723908)(98.2678=∆d , 从而02185.0Re /221.00032.0237.=+=o λ4-8 输油管的直径mm d 150=,流量h m Q /3.163=，油的运动黏度s cm /2.02=ν,试求每公里长的沿程水头损失。
吴望一《流体力学》第四章习题参考答案
15．初始流体静止，因而流体初始无旋。该流动满足理想、正压、体力有势条件，根据涡旋 不生不灭定理，初始无旋则永远无旋。 16． 流动满足理想、不可压缩、体力有势条件，根据亥姆霍兹方程有：
K K K dΩ − ( Ω ⋅∇ ) V = 0 。 dt K K K K K K ∂V ∂V 设流动在 x − y 平面上，则涡度 Ω = Ωk ，且 = 0 ，于是 ( Ω ⋅∇ ) V = Ω =0 ∂z ∂z K dΩ 所以 = 0 ，即沿轨迹涡度不变。 dt
通过全平面的涡通量 lim Γ = lim Γ 0 (1 − e
R →∞ R →∞
−
R2 4 vt
) = Γ0 。
K K K K
11．解： 取平面内流线切向 τ 、法向 n 和平面的法向 k 作为三个正交单位向量，τ ，n 和 k 组成笛卡尔坐标系。
K
K
K rotV =
其中
1 ⎡ ∂ ( vn H n ) ∂ ( vτ Hτ ) ⎤ K − ⎢ ⎥k ， ∂n ⎦ H n Hτ ⎣ ∂τ
涡线为
2
K j ∂ ∂y xy 2 z
K k K K K ∂ = ( xz 2 − xy 2 ) i + ( xy 2 − yz 2 ) j + ( zy 2 − zx 2 ) k ∂z xyz 2
dx dy dz 。 = = 2 2 2 2 x ( z − y ) y ( x − z ) z ( y − x2 )
z0 是常量。它的原本对于该流动某横截面上的涡通量的贡献为 Ω ( r ) S ，其中 S 代表该横截
面在球形流体内截出的圆面积。设球形流体固化后的角速度为 ω ′ ，则小球所在位置处的涡 度 = 2ω ′ 。由该横截面上涡通量守恒可知，固化前后球形流体内的截面 S 上的涡通量相等， 即 2ω ′S = Ω S ，可得 ω ′ =
李玉柱流体力学课后题答案第四章
第四章流体动力学基础总流的动能修正系数为何值？o = 8m/s,假设此射流受重力作用而向下弯曲， 但其水平分速保持不变。
试求（1） V在倾斜角0=45C处的平均流速V ； （2）该处的水股厚度o5 解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理Q可得：V= -------- & = 11.31m/ssin 45（2）水股厚度由流量守恒可得： S oVo D ,由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以6 J°V° =0.0? 8= --------------- =0.021m 。
V 11.314・3如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度 V2=20m/s ,管 径di-0.1m,管嘴出口直径d2= 0.05m,压力表断面至出口断面高差H = 5m,两 断面间的水头损失为0.5（Vi 2/2g ）。
试求此时压力表的读数。
4-1设固定平行平板间液体的断面流速分布为—UmaxB/2-y ' I B/21/7因为a «= l ・0 +—| A’ -所以V31"一 f AA4・2如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度平均流速 解：v =— f Aud AA .7 Umax ay = — Umax83 BdA =1.0 +— jjeV xB 2-1 dy =1.05题4-2圈解：取压力表处截面为截面1・1,收缩管嘴处截面为截面2・2,选择两截面包围 的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：由连续性方程AiVi = A2V2可得1・1断面流速Vi =5nV"s, 由上述两个方程可得压力表的读数(相对压强):v 22 - V12.)pi -P2 = ------------- +z2 _Z1+ hwl 炉，I 2g 丿上式计算结果为：2.48ato 所以，压力表的读数为2.48ato 4・4水轮机的圆锥形尾水管如图示。
流体力学第四章练习题答案
流体力学第四章练习题答案流体力学第四章练习题答案流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，它在工程领域中有着广泛的应用。
在学习流体力学的过程中，练习题是非常重要的一部分，通过解答练习题可以加深对理论知识的理解和应用能力的培养。
本文将给出流体力学第四章练习题的详细答案，帮助读者更好地掌握流体力学的相关内容。
1. 问题描述：一个圆柱形容器内装有水，容器的高度为H，底面半径为R。
求当容器底面上有一个小孔时，水从小孔流出的速度。
解答：根据伯努利方程，可以得到以下关系式：P1 + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv2^2 + ρgh2其中，P1和P2分别为容器内外的压力，v1和v2分别为水流出小孔前后的速度，h1和h2分别为小孔前后的高度。
由于小孔处的压力与容器内外的压力相等，即P1 = P2，且小孔前后的高度差h1 - h2可以近似为H，因此上述方程可以简化为：1/2ρv1^2 + ρgH = 1/2ρv2^2解上述方程可以得到v2 = √(2gH + v1^2/2)2. 问题描述：一个水箱内装有水，水箱的高度为H，底面积为A。
在水箱的底部有一个小孔，小孔的面积为a。
求水从小孔流出的速度。
解答：根据质量守恒定律，可以得到以下关系式：A√(2gH) = a√(2gh)其中，g为重力加速度，h为水箱底部水位的高度。
解上述方程可以得到h = (A/a)^2H因此，水从小孔流出的速度为v = √(2gh) = √(2g(A/a)^2H)3. 问题描述：一个喷嘴的出口直径为d，喷嘴内的水流速度为v，水的密度为ρ。
求喷嘴出口处的压力。
解答：根据质量守恒定律，可以得到以下关系式：Av = π(d/2)^2v = 喷嘴出口处的流量根据伯努利方程，可以得到以下关系式：P1 + 1/2ρv1^2 = P2 + 1/2ρv2^2其中，P1为喷嘴入口处的压力，P2为喷嘴出口处的压力，v1为喷嘴入口处的速度，v2为喷嘴出口处的速度。
流体力学第四章习题解答
第四章习题答案选择题（单选题）4.1等直径水管，A-A 为过流断面，B-B 为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系：（c ）（a ）1p =2p ；（b ）3p =4p ；（c ）1z +1p g ρ=2z +2p g ρ；（d ）3z +3p g ρ=4z +4pgρ。
4.2伯努利方程中z +p g ρ+22v gα表示：（a ）（a ）单位重量流体具有的机械能；（b ）单位质量流体具有的机械能；（c ）单位体积流体具有的机械能；（d ）通过过流断面流体的总机械能。
4.3水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系：（c ）p p 2（a ）1p >2p ；（b ）1p =2p ；（c ）1p <2p ；（d ）不定。
4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：（a ） （a ）沿程下降；（b ）沿程上升；（c ）保持水平；（d ）前三种情况都有可能。
4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：（d ） （a ）沿程下降；（b ）沿程上升；（c ）保持水平；（d ）前三种情况都有可能。
4.6平面流动具有流函数的条件是：（d ）无黏性流体；（b ）无旋流动；（c ）具有速度势；（d ）满足连续性。
4.7一变直径的管段AB ，直径A d =0.2m ，B d =0.4m ，高差h ∆=1.5m ，今测得A p =302/m kN ，B p =402/m kN ， B 处断面平均流速B v =1.5s m /.。
试判断水在管中的流动方向。
解： 以过A 的水平面为基准面，则A 、B 点单位重量断面平均总机械能为：42323010 1.0 1.50.40 4.89210009.80729.8070.2A A A A A p v H z g g αρ⨯⨯⎛⎫=++=++⨯= ⎪⨯⨯⎝⎭（m ）2324010 1.0 1.51.5 5.69210009.80729.807B B B B B p v H z g g αρ⨯⨯=++=++=⨯⨯（m ）∴水流从B 点向A 点流动。
工程流体力学第四章自测题答案
所以
a1＝－1， b1 ＝－1， c1 ＝－1
1
π1 =
μ ρVD
对于 Π2 项：
[ M 0 L0T 0 ] = [ L][ ML−3 ] a2 [ LT −1 ]b2 [ L]c2
对于
M：0＝a2 L： 0＝1－3a2+b2+c2 T： 0＝－b2
所以
a2＝0， b2 ＝0， c2 ＝－1
Δ D 对于 Π3 项：
V1 + V3 2
② h j2 所以，
V + V3 ⎞ ⎛ ⎛ V1 + V3 ⎞ − V3 ⎟ ⎜V1 − 1 ⎟ ⎜ (V1 − V3 )2 2 ⎠ 2 ⎝ ⎝ ⎠ + = = 2g 2g 4g
2
2
h j2 h j1
=
1 2
即分两次扩大最多可减少一半损失。
4-5．
如图所示，水在压强作用下从密封的下水箱沿竖直管道流入上水箱中，已知 h＝
解：① 求 V2 一次扩大的： h j1 =
(V1 − V3 )2
2g
两次扩大的： h j 2 =
(V1 − V2 )2 (V2 − V3 )2
2g + 2g
当 V1、V3 确定时，产生的最小阻力的值 V2 由下式求出：
3
dh j 2 dV2 ∴ V2 =
=
1 [− 2(V1 − V2 ) + 2(V2 − V3 )] = 0 2g
第 4 章 流动阻力和水头损失
4-1． 在圆管层流中， 沿壁面的切应力 τ0 与管径 d、 流速 V 及粘性系数 µ 有关，
用量纲分析法导出此关系的一般表达式。 解：n＝4，应用雷利法，假设变量之间可能的关系为一简单的指数方程：
流体力学第四章 习题
第四章 流体阻力与水头损失计算习题一、填空题1．雷诺数Re 是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时 粘性力 与 惯性力 的对比关系，雷诺数Re 越大，说明液流的惯性力越大；雷诺数Re 越小，说明液流的粘滞力越大；2. 流体在管道中流动时，流动阻力包括 沿程阻力 和 局部阻力 ；3．流体流动阻力产生的根本原因是流体本身的 惯性 与 粘性 ，其中 粘性 是流动阻力的根本原因。
4．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于 由层流转变为紊流的临界流速kv '， 其中kv '称为 上临界速度 ，k v 称为 下临界速度 ； 5.达西公式的表达式为 22f L v h d g λ= ，计算局部水头损失的通用公式是22j v h gξ= ; 7、对圆管来说，临界雷诺数值=k Re 2000 。
8、雷诺数的表达公式为 vd vd Re ρμν==，当Re ≤2000,则液体的流动状态为层流，当Re ＞2000,则液体的流动状态为紊流；9、通过雷诺实验，可知，流体的流动状态分为层流与紊流；其中，质点以平行于管轴方向呈直线运动而无横向运动的流动状态，称为层流状态。
液体质点的互相撞击和掺混，有横向位移，称为紊流状态。
层流到紊流的过渡，称为临界状态。
10、紊流由紊流核心、层流边层和过渡层三部分组成。
11、我们把在管壁附近作层流运动的液层称为层流边界层，其厚度用“δ”，表示。
12、壁面的粗糙度有两种表示方法：绝对粗糙度和相对粗糙度。
13、绝对粗糙度△是壁面粗糙突出的平均高度。
14、紊流的三种类型有水力光滑管、水力粗糙管、混合摩擦管 。
二、选择题1、雷诺数的物理意义表示：（c ）A 、粘滞力与重力之比；B 、重力与惯性力之比；C 、惯性力与粘滞力之比；D 、压力与粘滞力之比。
2、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ D ；A 、与雷诺数Re 有关B 、与和管长l 有关C 、与Re 和d∆有关 D 、与管壁相对粗糙度d D 有关 3、在圆管流动中，层流的断面速度分布符合 C ； A 、均匀规律 B 、直线变化规律 C 、抛物线变化规律 D 、对数曲线规律4、流体在管内作层流流动时，其沿程损失h f 值与断面平均流速v 的 A 次方成正比。
李玉柱流体力学课后题答案第四章
第四章流体动力学基础总流的动能修正系数为何值？o = 8m/s,假设此射流受重力作用而向下弯曲， 但其水平分速保持不变。
试求（1） V在倾斜角0=45C处的平均流速V ； （2）该处的水股厚度o5 解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理Q可得：V= -------- & = 11.31m/ssin 45（2）水股厚度由流量守恒可得： S oVo D ,由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以6 J°V° =0.0? 8= --------------- =0.021m 。
V 11.314・3如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度 V2=20m/s ,管 径di-0.1m,管嘴出口直径d2= 0.05m,压力表断面至出口断面高差H = 5m,两 断面间的水头损失为0.5（Vi 2/2g ）。
试求此时压力表的读数。
4-1设固定平行平板间液体的断面流速分布为—UmaxB/2-y ' I B/21/7因为a «= l ・0 +—| A’ -所以V31"一 f AA4・2如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度平均流速 解：v =— f Aud AA .7 Umax ay = — Umax83 BdA =1.0 +— jjeV xB 2-1 dy =1.05题4-2圈解：取压力表处截面为截面1・1,收缩管嘴处截面为截面2・2,选择两截面包围 的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：由连续性方程AiVi = A2V2可得1・1断面流速Vi =5nV"s, 由上述两个方程可得压力表的读数(相对压强):v 22 - V12.)pi -P2 = ------------- +z2 _Z1+ hwl 炉，I 2g 丿上式计算结果为：2.48ato 所以，压力表的读数为2.48ato 4・4水轮机的圆锥形尾水管如图示。
李玉柱流体力学课后题答案 第四章
第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭，0y ≥总流的动能修正系数为何值?解：172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A A B y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度00.03m δ=，平均流速V 0＝8m/s ，假设此射流受重力作用而向下弯曲，但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=处的平均流速V ；(2)该处的水股厚度δ。
解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得：V=︒45sin 8=11.31m/s （2）水股厚度由流量守恒可得：VD D V δδ=000，由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度V 2=20m/s ，管径d 1＝0.1m ，管嘴出口直径d 2＝0.05m ，压力表断面至出口断面高差H ＝5m ，两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解：取压力表处截面为截面1-1，收缩管嘴处截面为截面2-2，选择两截面包围的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++， 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ，由上述两个方程可得压力表的读数（相对压强）：222112212wV V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭， 上式计算结果为：2.48at 。
(完整word版)流体力学习题及答案-第四章
第四章流体动力学基本定理及其应用4-1欧拉运动微分方程和伯努利方程的前提条件是什么，其中每一项代表什么意义？答：（1）欧拉运动微分方程是牛顿第二定律在理想流体中的具体应用，其矢量表达式为:.:t其物理意义为：从左至右，方程每一项分别表示单位质量理想流体的局部惯性力、迁移惯性力、质量力和压力表面力。
（2）伯努利方程的应用前提条件是：理想流体的定常运动，质量力有势，正压流体，沿流2线积分。
单位质量理想流体的伯努利方程的表达式为：- p g^ C，从左至右方程2 P每项分别表示单位质量理想流体的动能、压力能和位能，方程右端常数称流线常数，因此方程表示沿流线流体质点的机械能守恒。
4-2设进入汽化器的空气体积流量为Q = 0.15m3 / S,进气管最狭窄断面直径D=40mm，喷油嘴直径d=10mm。
试确定汽化器的真空度。
又若喷油嘴内径d=6mm，汽油液面距喷油嘴高度为50cm，试计算喷油量。
汽油的重度=7355N/m3。
答：（1）求A点处空气的速度：设进气管最狭窄处的空气速度为V i，压力为p i，则根据流管的连续方程可以得到:丄二D2_d2V i =Q，44Q因此：v14Q 厂。
江（D2-d2）（2 ）求真空度p v选一条流线，流线上一点在无穷远处F，—点为A点；并且:在F点：P F二P o ，V F = 0 ；在A点：P A二P1 二？，V A二W。
将以上述条件代入到伯努利方程中，可以得到:2也.0. v_02g-—；v f ， v A = v 2 = ?， z A = h = 50cm = 0.5m ；2在 B 点：P B = p 0， V B = 0，Z B = 0 ； 代入到伯努利方程中，可以得到:Ip 0才v 22rh 』0 0；整理得到:v ；二」V 12 -2gh ；2因此汽油喷出速度为:1V 2 -2gh ；其中空气重度1 = Sg =1.226 9.81 =12N/m 3 ； V 1缪 龙，并注意到喷油嘴的 兀(D -d )直径是6mm ，而不是原来的10mm ，则计算得到:因此汽油流量为:12 _43 3因此真空度为:P v 二 P o - P i4Q冷心2] D2—d 28 322 JI(D 2 —d 2 2若取空气的密度为3::=1.226kg/m ，那么计算得到:8 1.226 0.152pv3.1421 32 =9.95 103Pa 。
流体力学（刘鹤年）第4章答案
4.1一变直径管段AB ，直径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 ．水在管中的流动方向。
解：s m d d v v ABB A 62.04.05.1442222=⨯=⋅=ππ以过A 点的水平面为等压面，则OmH g v g p h H OmH g v g p H B B B A A A 2222226964.58.925.18.9405.128980.48.9268.9302=⨯++=++==⨯+=+=ρρ可以看出：，水将从B 点流向A 点。
A B H H >或：wB B B A A A h gvg p z g v g p z +++=++2222ρρ解得水头损失为：，水将从B 点流向A 点。
O mH h w 27984.0-=4.2利用毕托管原理，测量水管中的流速u 。
水银差压计读书⊿h =60mm ，求该点流速。
解：m/s8530606128922....h g u =⋅⋅⋅=∆=汞ρ4.3水管直径50mm ，末端阀门关闭时，压力表读值为21kPa ，阀门打开后读值降为5.5kPa ，求不计水头损失时通过的流量Q.解：所以 m/s 57555212221.g .g g p p g V =-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ρρQ=VA=5.57×π(0.05)2/4=10.9 l/s4.4水在变直径竖管中流动，已知粗管直径d 1=300mm ，流速v 1=6m/s ，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）。
gV g p g p 20221++=ρρ解： gvg P g v g P 223222211+⋅=+⋅+ρρ21P P =流量相等222121v d v d =mmd 2352=4.5 为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径d 1 =200mm ，流量计喉管直径d 2 =100mm ，石油密度ρ=850kg/m ，流量计流量系数μ=0.95。
流体力学第四章习题集规范标准答案
4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是:
4.6平面流动具有流函数的条件是：(d) 无黏性流体；(b)无旋流动；(C)具有速度势；(d)满足连续性。
4.7一变直径的管段AB,直径dA=0.2m,dB=0.4m,高差h=1.5m,今测得
2 2
PA=30kN/m,PB=40kN /m,B处断面平均流速Vb=1.5m/s.。试判断水在管中
（a）单位重量流体具有的机械能；（b）
单位质量流体具有的机械能；（C）单位体积流体具
有的机械能；（d）通过过流断面流体的总机械能。
4.3水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系:
（C）
P
2
1
_ ————
———-
■
1
---—-一
2
P
(a)Pi>P2； (b)pi=P2； (c)pi<P2； (d)不定。
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5
2
kN /m，如不计水头损失，求通过的流量。
的流动方向。
BX
•••水流从B点向A点流动。
答：水流从B点向A点流动。
4.8
利用皮托管原理，测量水管中的点速度v。如读值h=60mm，求该点流速。
解:
Hg
h729.807 12.660 1033.85(m/s)
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第四章 流体动力学基本定理及其应用4-1 欧拉运动微分方程和伯努利方程的前提条件是什么，其中每一项代表什么意义 答：（1）欧拉运动微分方程是牛顿第二定律在理想流体中的具体应用，其矢量表达式为：()p f v v t v ∇-=∇⋅+∂∂ρ1其物理意义为：从左至右，方程每一项分别表示单位质量理想流体的局部惯性力、迁移惯性力、质量力和压力表面力。
（2）伯努利方程的应用前提条件是：理想流体的定常运动，质量力有势，正压流体，沿流线积分。
单位质量理想流体的伯努利方程的表达式为：C gz p=++ρ2V 2，从左至右方程每项分别表示单位质量理想流体的动能、压力能和位能，方程右端常数称流线常数，因此方程表示沿流线流体质点的机械能守恒。
4-2 设进入汽化器的空气体积流量为s m /15.0Q 3=，进气管最狭窄断面直径D=40mm ，喷油嘴直径d=10mm 。
试确定汽化器的真空度。
又若喷油嘴内径d=6mm ，汽油液面距喷油嘴高度为50cm ，试计算喷油量。
汽油的重度3/7355m N =γ。
答：（1）求A 点处空气的速度：设进气管最狭窄处的空气速度为1v ，压力为1p ，则根据流管的连续方程可以得到：()Q v d D =-12241π， 因此：()2214d D Qv -=π。
（2）求真空度v p选一条流线，流线上一点在无穷远处F ，一点为A 点；并且： 在F 点：0F p p =，0F =v ； 在A 点：?1A ==p p ，1A v v =。
将以上述条件代入到伯努利方程中，可以得到：gv p p 20211+=+γγ因此真空度为：()()222222221101842121d D Q d D Q v p p p v -⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==-=πρπρρ 若取空气的密度为3/226.1m kg =ρ，那么计算得到：()Pa p v 3222221095.901.004.0114.315.0226.18⨯=-⨯⨯⨯=。
（3）求喷油量：设喷油嘴处汽油的速度为2v ，并设空气的密度为1ρ，重度为1γ，汽油的重度为2γ。
选一条流线，流线上一点为上述的A 点，另一点为汽油液面上的B 点；并且：在A 点：2101A 21v p p p ρ-==，?2A ==v v ，m cm h z 5.050A ===； 在B 点：0B p p =，0B =v ，0B =z ； 代入到伯努利方程中，可以得到：00221120222102++=++⎪⎭⎫ ⎝⎛-γργp h gv v p ； 整理得到：gh v v 2212122-=γγ； 因此汽油喷出速度为：gh v v 221212-=γγ； 其中空气重度311/1281.9226.1m N g =⨯==ργ；()2214dD Qv -=π，并注意到喷油嘴的直径是6mm ，而不是原来的10mm ，则计算得到：()sm v /817.381.9366.245.081.92006.004.014.315.016735581.9226.122222=-=⨯⨯--⨯⨯⨯⨯= 因此汽油流量为：s cm s m v d Q /9.107/10079.1817.3006.014.341413342222=⨯=⨯⨯⨯=⋅=-π。
4-3 如图所示，水流流入U 形弯管的体积流量Q=0.01m 3/s ，弯管截面由1S =50cm 2减小到2S =10cm 2，流速1v 和2v 均匀，若2S 截面上的压力为一个工程大气压，求水流对弯管的作用力及作用点的位置。
3/kg 1000m =ρ。
答：（1）求截面1S 和2S 上的流速1v 和2v ：由连续方程可知：s m m s m /21050/01.0S Q v 24311=⨯==-， s m m s m /101010/01.0S Q v 24322=⨯==-；（2）求1S 上的压力1p ：已知2S 上的压力=2p 1个工程大气压Pa 5100.981⨯=； 由伯努利方程：gv p g v 22p 222211+=+γγ 得到：()()Pa v v p 5522212110461.1410010002110981.021p ⨯=-⨯⨯+⨯=-+=ρ。
（3）求水流对弯管的作用力P ：由动量定理可以得到：22212121P -P -P S v S v ρρ+=。
其中1P 和2P 分别为在1S 和2S 上，外界对水流的作用力；在此需要注意到，对于整个弯管，大气压力对其的作用力合力为0。
因此：1S 截面上作用力为：()()N S p p 240105010981.010164.1P 4551011=⨯⨯⨯-⨯=-=-，2S 截面上作用力为：()0P 2022=-=S p p 。
因此：()()NS v S v 3601202401010101050210240P P 424232221211=+=⨯⨯+⨯⨯⨯+=++=--ρ（4）求作用力P 的作用点：设作用点距1S 截面中心线的距离为e ，两管中心线之间的距离为L 。
由动量矩定理可以得到：L S v e P ⋅⋅⋅=⋅222ρ；即：0.27836010036010101010P L -423222==⨯⨯⨯=⋅⋅=S v e ρ。
4-4 如图所示，弯管的直径由d 1=20cm 减小到d 2=15cm ，偏转角为60°，设粗端表压力p 1=7840N/m 2，流过弯管流体的体积流量Q=0.08m 3/s ，求水作用于弯管的作用力及作用点的位置。
答：首先应注意到，表压力读数指相对压力。
也就是说，1S 截面处压力1p 和利用伯努利方程得到的2S 截面的压力2p 的值，均为相对压力。
又由于大气压力对弯管的作用力合力为0，因此在1S 和2S 截面上，均应以相对压力值计算。
（1）利用连续方程求截面1S 和2S 上的流速1v 和2v ：21114Q S Q v d π==，22224QS Q v d π==； （2）利用伯努利方程求2S 截面的相对压力2p ： 根据伯努利方程：gv p g v 22p 222211+=+γγ 可以得到：()22211221v v p p -+=ρ；（3）求管壁对流体的作用力x F 和y F ：①求x 方向作用力分量x F ：由动量定理：()0sin sin 2222-=⋅-S v v P F x αρα其中222S p P =为2S 截面上外界对管内流体的作用力；整理得到：()()()()NS d d Q p S d Q d Q p Sv v p S vv v p S v p S v P F x 32615.0142.3412315.012.01142.308.01087840sin 118sin 161621sin 21sin 21sin sin 2442232424122124222412212222112222221122222222=⨯⨯⨯⋅⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯+=⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⋅+=+=απραππραραρραρρα②求y 方向作用力分量y F ：由动量定理：()22211121cos cos S v v S v v P P F y ⋅⋅+⋅-=-+-αρρα，其中111S p P =为1S 截面上外界对管内流体的作用力，整理得到：()()()NS v p S v p S v P S v P F y 26218845033262.0142.3412.0142.308.016107840cos cos 242232222121122221211=-=-⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯+=+-+=+-+=αρραρρ （4）求力的作用点：如图所示，设流体对弯管的作用力x F 和y F 与x 轴和y 轴的距离分别为y e 和x e ，由于1S 和2S 上所有外力和流体动量均通过坐标原点，由动量矩定理可知0==y x e e ，即合力作用点通过坐标原点。
4-5 如图所示，平板垂直于水柱方向，设水柱流来的速度为v 0=30m/s ，水柱的体积流量Q=294m 3/s ，分流量Q 1=118 m 3/s 。
试求水柱作用在平板上的作用力和水流偏转角α。
设液体的重量和粘性可略去不计，水柱四周的压力处处为大气压。
答：（1）由伯努利方程可知021v v v ==；（2）设流束宽度分别为0b ，1b 和2b ，则有00/Q v b =，01111/Q /Q v v b ==；又由连续方程可知：12Q -Q Q =因此：()()01212/Q -Q /Q -Q v v b ==；（3）应用动量定理求平板对流体的作用力和偏转角： ①求偏转角度α：在y 方向，平板对流体的作用力0=y F ，即：()()222111sin 0b v v b v v αρρ+-=；整理得到：0sin 222121=+-b v b v αρρ将021v v v ==代入，可以得到：()67.0118294118//sin 11010121=-=-=-==Q Q Q v Q Q v Q b b α， 即：8.41=α。
②求x 方向作用力分量x F ：由动量定理得到：()()222000cos b v v b v v F x αρρ+-=-整理得到：()()[]()[])(1088.48.41cos 1182942943010cos cos cos 6310010202020N Q Q Q v v Q Q v Q v b b v F x ⨯=--⨯⨯=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-= αραραρ4-6 图示水箱1中的水经光滑无阻力的圆孔口水平射出，冲到一平板上。
平板封盖着另一水箱2的孔口，水箱1中的水位高度为h 1，水箱2中的水位高度为h 2，两孔口中心重合，而且直径d 1=d 2/2。
若射流的形状是对称的，冲击到平板后转向平行于平板的方向，并向四周均匀流出。
假定流动是无粘性不可压定常的，平板和水质量力不计。
当已知h 1和水的密度ρ时，求保持平板封盖住水箱2的孔口是h 2最大值。
答 ：（1）求水箱1出口处速度1V ：在水箱1的自由液面上选取A 点，在出口截面上选取B 点； A 点：0p p A =，0=A V ，1h h A =， 其中0p 为大气压力； B 点：0p p B =，?1==V V B ，0=B h 。
由过A 、B 两点的伯努利方程：B B B A A A gh pV gh p V ++=++ρρ222121 得到：021********⋅++=++⋅g pV gh p ρρ； 因此：1212gh V =，112gh V =；（2）求水流对封板的作用力P ：由动量定理，沿垂直于封板的方向：21112122121212414141)(0d gh gh d v d d v v P B B B πρπρπρπρ=⋅==--=；（3）求水箱2的最大高度m ax h ：在封板右侧，水箱2形心处的静压力为max gh p ρ=，因此封板受到水箱2的静水压力：22max 224141d gh d p P πρπ=⋅='。