流体力学习题解析
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第六章 粘性流体绕物体的流动
6-1 已知粘性流体的速度场为k xz j xyz i y x u 2
2835-+=(m/s)。流体的动力粘度μ=
0.144Pa·s ,在点(2,4,-6)处σyy =-100N/m 2,试求该点处其它的法向应力和切向应力。
已知:y x u 2x 5=,z y x u 3y =,2
z 8z x u -=,μ=0.144Pa·s ,σyy =-100N/m 2。
解析:在点(2,4,-6)处,有
8010x
==??xy x u ,363y -==??z x y
u ,19216z =-=??z x z u ;
2052x ==??x y u ,0x =??z u
,723y -==??z y x u ,243y ==??y x z
u ,28882z -=-=??z x u , 0z =??y u ;1z
y x s 2361923680iv d -=+-=??+??+??=z
u y u x u u 由
div 3
2
2y
yy μμ
σ-??+-=y u p ,可得 Pa 976.66100236144.03
2
)36(144.02div 322yy y
=+??--??=--??=σμμ
y u p ,则 Pa 592.66236144.032
80144.02976.66div 322x xx -=??-??+-=-??+-=u x u p μμ
σ Pa 336.34236144.03
2
192144.02976.66div 322z zz -=??-??+-=-??+-=u z u p μμ
σ Pa 488.7)2072(144.0)(
x
y yx xy -=+-?=??+
??==y
u x
u μττ Pa 456.3)240(144.0)(y
z zy
yz =+?=??+??==z
u y u μττ
Pa 472.41)2880(144.0)(
z
x xz zx -=-?=??+??==x
u z u μττ 6-2 两种流体在压力梯度为k x
p
-=d d 的情形下在两固定的平行平板间作稳定层流流动,试导出其速度分布式。
已知:
k x
p
-=d d 。 解析:建立坐标系,将坐标原点放置在两种液体的分界面上,x 轴与流动方向相同,y 轴垂直于平行平板。根据题意,两流体在y 轴和z 轴方向的速度分量都为零,即u y =u z =0。由连续性方程知
x
u ??x
=0,即速度分量u x 与x 坐标无关。另外,由式(6-6)可以看出,在质量力忽略不计时,有
0=??y p ,0=??z
p
,因此,压力p 只是x 的函数,于是式(6-6)可简化为 )(1d d 2
x 22x 2x z u y u x p u ??+??+??-=νρτ
由于流体是在两无限大平行平板间作稳定层流流动,因此上式中2x 2z u ??与2
x
2y
u ??项相比可以忽略不计,同时,由于
τ??x u =0,那么0d d x
=τ
u ,于是上式可进一步简化为 x p
y
u d d 1d d 2
x 2μ= 对于第一种流体有 112
1x 2d d 1d d μμk
x p y u -== 对于第二种流体有 222
2x 2d d 1d d μμk
x p y u -
== 积分以上两式,得
111x d d C y k y u +-=μ; 12
2x d d C y k
y u '+-=μ 再次积分以上两式得
21211x 2C y C y k u ++-
=μ; 2
12
2
2x 2C y C y k u '+'+-=μ 根据边界条件确定四个积分常数:
① 当y =0时,x2x1u u =,得 2
2C C '=; ② 当y =0时,21ττ=,即y
u
y u d d d d 2x 21x 1
μμ=,得 21
11μμC C '=;
③ 当y =b 时,0x1=u ,得 b C b k C 112
22-=μ;
④ 当y =b 时,0x1=u ,得 b C b k C 1
2
222'+='μ。 将以上所得各式联立,解得
1212112μμμμμ+-=kb C ; 1212212μμμμμ+-='kb C ; 1
22
22μμ+='=kb C C
于是得到两种流体的速度分布式分别为
1
22
12121211x 22μμμμμμμμ++
+-+-=kb y kb y k u ; 1
22
121222
22
x 22μμμμμμμμ++
+-+-=kb y kb y k
u 6-3 密度为ρ、动力粘度为μ的薄液层在重力的作用下沿倾斜平面向下作等速层流流动,试证明:
(1) 流速分布为 )(2sin 22h H g u -=
μ
θ
ρ (2) 单位宽度流量为 3
3sin H g q μ
θρ= 已知:ρ,μ,H ,h ,θ。
解析:(1) 建立坐标系如图所示,液层厚度方向h 为自变量,由于液层的流动为不可压缩一维稳定层流流动,则N -S 方程可简化为
0s i n 22=??+h
u g μθρ
将上式整理后,两次积分得
212
s i n 2C h C h g u ++-
=θμ
ρ 由边界条件:当h =0时,
0=??h
u
,得 01=C ; 当h =H 时,u =0,得 θμ
ρsin 22
2H g C =
。 所以流速分布为 )(2s i n 2
2h H g u -=
μ
θ
ρ
(2) 单位宽度流量为
3
H
22H
3s i n d )(2s i n d H g h h H g h u q μ
θρμθρ=-==
?
?
6-4 一平行于固定底面0-0的平板,面积为A =0.1m 2,以衡速u =0.4m/s 被拖曳移动,平板与底面间有上下两层油液,上层油液的深度为h 1=0.8mm ,粘度μ1=0.142N·s/m 2,下层油液的深度为h 2=1.2mm ,粘度μ2=0.235N·s/m 2,求所需要的拖曳力T 。
已知:A =0.1m 2,u =0.4m/s ,h 1=0.8mm ,h 2=1.2mm ,μ1=0.142N·s/m 2,μ2=0.235N·s/m 2。 解析一:建立坐标系如图所示,由于两层油液均作不可压缩一维稳定层流流动,则N -S 方程可简化为
02
2=??z u
将上式两次积分后,得
C z C u '+=
对两层油液的速度分布可分别写为
???
'+='+=2
22111C z C u C z C u 由边界条件:当z =0时,02=u ,得 02
='C ; 当z =h 2时,u 1=u 2,得 221
21h C C h C ='+; 当z =h 1+h 2时,u 1=u ,得 1
211)(C h h C u '++=; 当z =h 2时,21ττ=,即z
u
z u ??=??2211μμ,得 2211C C μμ=。 将以上四式联立,可解得 122121μμμh h u C +=
; 12212211)(μμμμh h h u C +-='; 1
2211
2μμμh h u C +=; 02
='C 代入上述速度分布式,得
???
?
???
+=+-+
+=
z
h h u u h h h u z h h u u 12211
21221221122121)(μμμμμμμμμμ
那么,拖曳平板所需要的力为 N 724.310)142.02.1235.08.0(4
.01.0235.0142.0|3
1221211121=??+????=+=??=-+=μμ
μμμh h u A z u A
T h h z
解析二:设两油液分界面处的速度为*u ,由于在题设条件下,油液在z 方向的速度分布为线性分布,且在垂直于板面方向的粘性切应力为一常数,即0ττ=。因此有
2
*21*1
h u h u u -=-μμ 所以 m/s 19.010)142.02.1235.08.0(102.1142.04.03
3
122121*=??+????=+=--μμμh h h u u
那么,拖曳平板所需要的力为 N 724.3102.119.01.0235.03
2*2=???==-h u A
T μ 6-5 粘度μ=0.05Pa·s 的油在正圆环缝中流动,已知环缝内外半径分别为r 1=10mm ,r 2=20mm ,若外壁的切应力为40N/m 2,试求(1)每米长环缝的压力降;(2)每秒流量;(3)流体作用在10m 长内壁上的轴向力。
已知:r 1=10mm ,r 2=20mm ,μ=0.05Pa·s ,w2τ=40N/m 2。 解析:建立坐标系,由于0θr ==u u ,由连续性方程可知,0x
=??x
u ;忽略质量力,N -S 方程可简化为
)d d d d (d d x 2x 2r r u r
u x p
+=μ 或写成 r x p r u r r d d 1)d d (d d x μ= 对上式进行两次积分上式,得
212
x ln d d 41C r C r x
p u ++=
μ
根据边界条件确定积分常数: ① 当r =r 1时,0x =u ,得 112
12ln d d 41r C r x
p C --
=μ;
② 当r =r 2时,0x =u ,得 212
22ln d d 41r C r x
p C --
=μ。
联立以上两式,得 )ln()
(d d 411222211r r r r x p C -=μ; )
l n ()ln ln (d d 411
22211222
r r r r r r x p C -=μ
代入上述速度分布式,得
)]ln()ln([4)]ln()ln([d d 4121
22122222m 2
122122222x r r r r r r r r R r r r r r r r r x p u ----=-+-=μμ
流量计算式为
??
-+-==
212
1
r r 2
1
22122222r r x d 2)]ln()ln([d d 41d 2r r r
r r r r r r r x p r r u Q πμπ
])
l n ()([8])l n ()([d d 81
2221224142m 1
2221224142r r r r r r R r r r r r r x p ---=----=μπμπ
式中:x
p
R d d m -
=,为单位体积流体在单位管长内流动时所造成的机械能损失,亦即单位管长上的压力损失或压力降,称为压力坡度或称比摩阻。
摩擦切应力分布式为
]1)l n (2)([d d 211)l n ()(d d 41d d 21d d 1
22221122221x r r r r r r x p
r r r r r x p r x p r u ?-+±=?-+±=±=μτ
(1) 当r =r 2时,w2τ=40N/m 2,代入上式得到每米长环缝的压力降为
P a /m 8.8714]
02.0)01.0/02.0ln(2/)02.001.0(02.0[40
2]
1)ln(2)(/[2d d 2
22
1222212m =??-+?=?-+=-=r r r r r r x p
R τ (2) 每秒钟的流量为
/s
m 1038.1])
01.0/02.0ln()01.002.0(01.002.0[05.088.871414.3]
)
ln()([8332224
41
22
21224142m -?=---???=---=r r r r r r R Q μπ
(3) 流体作用在10m 长内壁上的轴向力为
N
85.311001.014.32]01
.0)01.0/02.0ln(202.001.001.0[28.87142]1)
ln(2)([d d 212
211122221111w =??????-+?-=??-+-=-=L
r r r r r r r x
p A F πτ
6-6 设平行流流过平板时的附面层速度分布为2
)
2(δ
δy y u u -=∞
,试导出附面层厚度δ与x
的关系式,并求平板一面上的阻力。平板长为L ,宽为B 。流动为不可压缩稳定流动。
已知:L ,B ,2
)2(δ
δy y u u -=∞
。
解析:根据题意,对于层流附面层,由牛顿内摩擦定律得出平板板面上粘性摩擦应力为 δμδδ
μμτ∞=∞==-=??=u y u y u
y 2]4[2)(
0y 20w ① 附面层的动量损失厚度δ2为
δδδδδδ15
2
d ])
2(1][)
2([
d )1(δ
2
2
δ
02=
--
-=-=??
∞∞y y y y y y u u u u
将以上两式代入动量积分方程(6-30)式,得到
x
u u d d 15222
δ
ρδ
μ∞
∞
= 上式整理后为 x u d 5
1d ∞
=ν
δδ
对上式积分得
C x u +=∞
ν
δ51212 由边界条件:x =0,δ=0,得C =0。 由此得到附面层的厚度δ为
21
x x
Re 48.5Re 48.548.5-∞===x x
u x
νδ ② 把②式代入①式,得到壁面上的粘性切应力为
21
x 22w Re 365.0365.048.522-∞∞∞∞∞∞
====
u x
u u x u u u ρνρνμδ
μτ 对于长度为L ,宽度为B 的平板一侧面上的总摩擦阻力为 2
1L 23L
2
13
L
w
f Re 73.073.0d 365.0d -
∞
∞-
∞
====
?
?u BL L u B x x u
B x B F ρρμρμτ
6-7 设平板层流附面层的速度分布为
)(2sin δ
πy
u u =∞,试用动量积分方程式推导附面层厚度δ、壁面切应力τw 和摩阻系数C f 的表达式。
已知:
)(2sin δ
πy
u u =∞
解析:对于层流附面层,根据牛顿内摩擦定律得到平板板面上粘性摩擦应力为 δ
μπδπδμπμτ2)](2cos [2)(
0y 0x w ∞=∞===??=u y
u y u y ① 附面层的动量损失厚度δ2为 δδπ
πδπδπδ137.024d )](2sin 1[)(2sin d )1(δ0δ
2=-=-=-=
??
∞∞y y y y u u u u
将以上两式代入动量积分方程(6-30)式,得到
x
u u d d 2422δρππδμπ∞∞-=
上式整理后为 x u d 4d 2∞
-=ν
ππδδ
对上式积分得 C x u +-=∞
ν
ππδ42122
由边界条件:x =0,δ=0,得C =0。 由此得到附面层的厚度δ为
21
x x
Re 79.4Re 79.479.4-∞===x x
u x
νδ ② 把②式代入①式,得到壁面上的粘性切应力为
21
x 2
2w Re 328.0328.079.422-∞∞∞∞∞∞==?==u x
u u x u u u ρνρνμπδμπτ
对于长度为L ,宽度为B 的平板一侧面上的总摩擦阻力为 2
1L 23L
2
13
L
w
f Re 656.0656.0d 328.0d -
∞
∞-
∞
====
?
?u BL L u B x x u
B x B F ρρμρμτ
平板的总摩擦阻力系数为
21
L 22
1L
2
2f
f Re 312.12
1Re 656.021-∞-
∞∞===BL u u BL BL u F C ρρρ
6-8 一长为2m 、宽为0.4m 的平板,以u ∞=5m/s 的速度在20℃的水(ν=10-
6m 2/s ,ρ=
998.2kg/m 3
)中运动,若边界层内的速度分布为111
)
(δ
y
u u x ∞=,边界层厚度
δ与沿板长方向坐标x
的关系为7
671
)(
216.0x u ∞
=ν
δ,试求平板上的总阻力。
已知:L =2m ,B =0.4m ,u ∞=5m/s ,ν=10-
6m 2/s ,ρ=998.2kg/m 3。
解析:(1) 根据冯·卡门动量积分方程,对于平板有 x
u y u u u u x u d d d )1(d d 2
2δ0x x 2
w δρρτ∞∞∞∞
=-=? 令δ
ηy
=
,并将 11
1x )(δ
y
u u ∞= 代入上式,得
δηηηδδδδ15611
d )1(d ])(1[)(d )1(10111
111δ0111111δ
x x 2=-=-=-=???∞∞y y y y u u u u
将7
6
7
1)(
216.0x u ∞
=ν
δ 代入上式,得 7
6712)(
0152.0x u ∞
=ν
δ
所以 71
71
2)(013.0-∞
=x u x d d ν
δ
代入动量积分方程,得 71
7
1
222w )(013.0d d -
∞
∞∞==x u u x u νρδρτ
(2) 将w τ沿整个板面积分,可得平板上的总阻力计算式为
7
1L
2
7
12
L 0
7
17
1
2
L
0w f Re 0152.0)(
0152.0)(
013.0-∞∞∞-
∞
∞====??L B u L
u L B u x
d x B u u x d B F ρν
ρν
ρτ
(3) 将已知参数代入上式,且知 7
6
L 1010
25Re =?=
=-∞ν
L
u ,得平板上的总阻力为 N 35.30)10(24.052.9980152.0Re 0152.07
172
7
1L
2=?????==--∞
L B u F f ρ
6-9 一块长50cm 、宽15cm 的光滑平板置于流速为60cm/s 的油中,已知油的比重为0.925,运动粘度为0.79cm 2/s ,试求光滑平板一面上的摩擦阻力。
已知:L =50cm ,B =15cm ,u ∞=60cm/s ,S =0.925,ν=0.79cm 2/s 。 解析:平板末端处的流动雷诺数为 5
4
L 1055.37971079.05.06.0Re ?<=??=
=
-∞ν
L
u ,整块平板上均为层流附面层。
则平板一面上的摩擦阻力为
N 269.05.37976.0925
5.015.0664.0Re 664.02
12
2
1L 2
f =?????==--∞
u BL F ρ
6-10 空气以12m/s 的速度流过一块顺流置放的光滑平板,如当地气温为20℃,求离平板
前缘x =0.6m 处附面层的厚度δ和壁面切应力τw 。
已知:u ∞=12m/s ,x =0.6m ,ν=15×10-
6m 2/s ,ρ=1.2kg/m 3。
解析:x =0.6m 处的流动雷诺数为 5
56
x 105108.410
156.012Re ?=??=
=-∞ν
x
u ,即平板上的附面层为层流附面层。
(1) x =0.6m 处附面层的厚度为
mm 3.4m 0043.0)108.4(6.00.5Re 0.52
15
2
1
x x ==???==-
-
x δ
(2) x =0.6m 处壁面切应力为
2
2
1522
1x 2
w N /m
0828.0)
108.4(122.1332.0Re 332.0=????==-
-∞u ρτ 6-11 空气以15m/s 的速度流过一块长20m 、宽10m 的光滑平板,空气温度为20℃,如转变点的临界雷诺数采用Re xc =5×105,求:(1)层流附面层的长度;(2)层流附面层末端的厚度和壁面切应力;(3)平板末端附面层的厚度和壁面切应力;(4)板面的总摩擦阻力。
已知:L =20m ,B =10m ,u ∞=15m/s ,ν=15×10-
6m 2/s ,ρ=1.2kg/m 3。
解析:(1) 取Re xc =5×105。由 5c
c x 105Re ?==
∞ν
x u ,得
m 5.015
1015105Re 6
5
c x c =???==-∞u x ν
即层流附面层的长度为0.5m ,平板上的附面层主要为紊流附面层。
(2) 计算附面层的厚度
在x =0.5m 处为层流附面层;在x =20m 处为紊流附面层。则 mm 4m 10415
5.0101584.584.536m
0.5=?=???==--∞u x
νδ
m 265.020)20
151015(382.0)(382.05
1
65
1
m
02=????==-∞x x u ν
δ
(3) 计算摩擦切应力
在x =0.5m 和x =20m 处板面上的摩擦切应力分别为 2
62
2
m 0.5w N /m 131.05
.0151015152.1343.0343.0=?????=-∞∞
x u u
ν
ρτ= 256
2
5
2m 20w N/m 278.020
1510
15152.10297.00297.0=?????=-∞∞x u u ν
ρτ= (4) 计算总摩擦阻力
平板末端的雷诺数为 7
6
L 10210
152015Re ?=??=
=-∞ν
L
u 混合附面层的总摩阻系数为 37
58.27L 58.2L fM 1061.210
21700
)]102[lg(455.0Re 1700)Re (lg 455.0C -?=?-?=-=
板面总摩擦阻力为
N 47.702010152.12
1
1061.221F 232M
f M f =??????==-∞BL u C ρ 6-12 在15℃的静水中,以5.0m/s 的速度拖曳一块长20m 、宽3m 的薄板,求所需要的拖曳力。
已知:L =20m ,B =3m ,u ∞=5.0m/s ,ν=1.14×10-
6m 2/s ,ρ=1000kg/m 3。
解析:先确定临界转变点的位置,取Re xc =5×105。由 5c
c x 105Re ?==
∞ν
x u ,得
m 114.00
.51014.1105Re 65c x c =???==-∞u x ν
可以认为整块薄板上的附面层均为紊流附面层。平板末端的流动雷诺数为
7
6
L 1077.810
14.1200.5Re ?=??=
=
-∞ν
L
u 绕流平板的总摩擦阻力系数按施利希廷公式计算,即 358
.2758.2L f 1017.2)]
1077.8[lg(455
.0)Re (lg 455.0-?=?==
C 那么,拖曳薄板所需要的力为
N
32552030.510002
1
1017.222
122232
f
f =???????=?==-∞L B u C F F ρ
6-13 有一长为25m 、宽为10m 的平底驳船,吃水深度为1.8m ,在水中以9.0km/h 的速度行驶,水温为20℃,试估算克服其摩擦阻力所需的功率。
已知:L =25m ,B =(10+1.8×2)m ,u ∞=9.0km/h ,ν=1.0×10-
6m 2/s ,ρ=1000kg/m 3。
解析:先确定临界转变点的位置,取Re xc =5×105。由 5c
c x 105Re ?==
∞ν
x u ,得
m 2.03600
/900010
0.1105Re 6
5c x c =???==-∞u x ν
可以认为平底驳船的外侧面上的附面层均为紊流附面层。驳船末端的流动雷诺数为
7
6
L 1025.610
0.136********Re ?=???=
=
-∞ν
L
u 总摩擦阻力系数按施利希廷公式计算,即 358
.2758.2L f 10275.2)]
1025.6[lg(455
.0)Re (lg 455.0-?=?==
C 那么,克服驳船摩擦阻力所需要的功率为
kW
043.625)28.110()3600
9000
(10002110275.22
1333
f
f =??+?????===-∞∞L B u C u F N ρ
6-14 有一流线型赛车,驱动功率为350kW ,迎风面积为1.5m 2,如绕流阻力系数为0.3,
当地空气温度为25℃,不计车轮与地面的摩擦力。试估算下列情况下赛车所能达到的最大速度:(1)空气静止;(2)迎面风速为10km/h 。
已知:N =350kW ,A =1.5m 2,C D =0.3,ρ=1.18kg/m 3,u 0=10km/h 。 解析:(1) 当空气静止时,由A u C u A u C u F N 3
m D m 2m D
m D 2
121ρρ=?==,得赛车速度为 m /s 65.1095
.118.13.010
3502233
3D m =????==A C N u ρ
(2) 当迎面风速u 0=10km/h 时,由m 2m 0D
m D )(2
1
u A u u C u F N ?+==ρ,可得 63
D 2
m 0m 103183.15
.118.13.01035022)(?=????==+A C N u u u ρ
通过试算,得迎面风速为10km/h 时的赛车速度为 m /s 8.107m =u 。
6-15 有一圆柱形烟囱高为28m ,直径为0.6m ,水平风速为15m/s ,空气温度为0℃,求烟囱所受的水平推力。
已知:H =28m ,d =0.6m ,u ∞=15m/s ,ρ=1.293kg/m 3,ν=13.2×10-
6m 2/s 。
解析:圆柱形烟囱的绕流雷诺数为 56
1082.610
2.136
.015Re ?=??=
=
-∞ν
d
u 由图6-16查得其绕流阻力系数为C D =1.2,因此,烟囱所受的水平推力为 N 5.29326.02815293.12
1
2.12122D
D =?????==∞A u C F ρ 6-16 高压电缆线的直径为10mm ,两支撑点距离为70m ,风速为20m/s ,气温为10℃。试求风作用于高压电缆线上的作用力。
已知:d =10mm ,L =70m ,u ∞=20m/s ,ρ=1.25kg/m 3,ν=14×10-
6m 2/s 。
解析:电缆线的绕流雷诺数为 46
1043.110
1401
.020Re ?=??=
=
-∞ν
d
u 由图6-16查得其绕流阻力系数为C D =1.2,因此,风作用于高压电缆线上的作用力为 N 21001.0702025.12
1
2.12122D
D =?????==∞A u C F ρ 6-17 有一水塔,上部为直径12m 的球体,下部为高30m 、直径2.5m 的圆柱体,如当地气温为20℃,最大风速为28m/s ,求水塔底部所受的最大弯矩。
已知:H =30m ,d 1=2.5m ,d 2=12m ,u ∞=28m/s ,ρ=1.2kg/m 3,ν=15×10-
6m 2/s 。
解析:圆柱体及球体的绕流雷诺数分别为
6
6
1
11067.410155.228Re ?=??=
=
-∞νd u 7
6
221024.210
151228Re ?=??==-∞νd u
由图6-16和6-19查得的绕流阻力系数分别为C D1=0.36,C D2=0.2。 圆柱体及球体所受的水平推力分别为 kN 7.125.230282.121
36.021212D11D =?????==∞A u C F ρ kN 6.10124
1282.1212.0212222D22
D =?????==∞πρA u C F
水塔底部所受到的最大弯矩为
m
kN 1.572)122
1
30(6.1030217.12)
2
1
(212D2D1?=?+?+??=+?+?=d H F H F M
6-18 有一直径为0.8m 的氢气球,在25℃的空气浮力和5.0m/s 速度的风力作用下,观察到系气球的绳子与水平面成45°角,若不计绳子的重量,求氢气球的绕流阻力系数。
已知:d =0.8m ,u ∞=5.0m/s ,θ=45°,ρ=1.18kg/m 3。
解析:忽略氢气球自身的重量,受力图如图所示。氢气球受25℃空气的浮力为
N 1.381.918.18.014.361
613a 3B =????==
γπd F 由于 θπρc t g 4
121B 2
2D D F d u C F =?=∞
得氢气球的绕流阻力系数为
42.00.518.10.83.1445ctg 1.38ctg 82
22
2B D =?????==∞
u d F C ρπθ 6-19 直径为2mm 的气泡在20℃清水中上浮的最大速度是多少?
已知:d =2mm ,ρ=1000kg/m 3,ν=1.0×10-
6m 2/s 。
解析:先假定Re =10~1000,运用阿连公式(6-68),注意气泡的密度ρs 可忽略不计,得 s /m 2.0102)100.1(33
163
1
f =???==--
--d u ν
验证雷诺数:400100.11022.0Re 6
3f =???==--νd
u ,说明上述假定合理,计算正确。 6-20 直径为12mm 的小球在密度为920kg/m 3、粘度为0.034Pa·s 的油中以3.5cm/s 的速度上浮,求小球的比重。
已知:d =12mm ,ρ=920kg/m 3,u f =3.5cm/s ,μ=0.034Pa·s 。 解析:先小球的绕流雷诺数为
36.11034
.0012
.0035.0920Re f =??==
μρd u 运用阿连公式(6-68),注意到小球的密度ρs 小于油液的密度ρ,得
3
21
232123f s k g /m
14.892])920
034.0()012.0035.0(1[920])()(1[=-?=-=ρμρρd u 那么,小球的比重为 892.01000
14.892O H s s 2
===
ρρS 6-21 煤粉炉炉膛中烟气的密度为0.23kg/m 3,运动粘度为240×10-
6m 2/s ,煤粒的密度为
1300kg/m 3,若上升气流的速度为0.5m/s ,问粒径为0.1mm 的煤粉颗粒能否被气流带走?
已知:d =0.1mm ,ρ=0.23kg/m 3,ν=240×10-
6m 2/s ,ρs =1300kg/m 3,u ∞=0.5m/s 。
解析:先假定煤粉颗粒处于悬浮状态,其绕流雷诺数为 121.010
240101.05.0Re 6
3
<=???==
--∞ν
d
u 由斯托克斯公式(6-70),得煤粉颗粒的自由沉降速度为
m/s 0.5s /m 128.010
24023.018101.081.91300186
6
22s f =<=??????==∞--u gd u νρρ 说明粒径为0.1mm 的煤粉颗粒能够被气流带走。
6-22 球形尘粒在20℃的空气中等速下沉,试求能按斯托克斯公式计算的尘粒最大直径及其自由沉降速度。尘粒的比重为2.5。
已知:ρ=1.2kg/m 3,ν=15×10-
6m 2/s ,S =2.5。
解析:由1Re f ==νd
u ,得d u ν
=f ,代入(6-70)式ν
ρρ182
s f d g u =
,整理得尘粒最大直径为 m μ3.58m 1083.581
.9105.210152.118185
33
1223
s 2=?=?????==--g d ρνρ 尘粒的自由沉降速度为
m/s 257.01083.510155
6
f =??=
=--d u ν
6-23 竖井式磨煤机中空气的流速为2.0m/s ,运动粘度为20×10-
6m 2/s ,密度为1.02kg/m 3,
煤粒的密度1100kg/m 3,试求此上升气流能带出的最大煤粉粒径。
已知:u ∞=2.0m/s ,ν=20×10-
6m 2/s ,ρ=1.02kg/m 3,ρs =1100kg/m 3。
解析:先假定Re <1,令u f =u ∞,由斯托克斯公式(6-70),得
μm 261m 1061.281
.911000
.2102002.1181846s =?=?????==
--∞g u d ρνρ
验算雷诺数:12610
201061.20.2Re 6
4>=???==
--∞ν
d
u 与假定的雷诺数不符,需重新假定流动区域。现假定Re =10~1000,改用阿连公式(6-71),得
m μ516m 1016.5)1020()02
.11100
(0.2)(431
6323132s =?=???==----∞νρρu d
验算雷诺数:6.5110
201016.50.2Re 6
4
=???==
--∞ν
d
u 与假定的雷诺数相符,所以,该上升气流能带出的最大煤粉粒径为516μm 。
6-24 在煤粉炉的炉膛中,烟气最大上升速度为0.65m/s ,烟气的平均温度为1100℃,该温度下烟气的密度为0.26kg/m 3,运动粘度为230×10-
6m 2/s ,煤粒的密度为1100kg/m 3, 问炉膛内
能被烟气带走的煤粉最大颗粒直径是多少?
已知:u ∞=0.65m/s ,ν=230×10-
6m 2/s ,ρ=0.26kg/m 3,ρm =1100kg/m 3。
解析:先假定Re <1,令u f =u ∞,由斯托克斯公式(6-70),得
μm 255m 1055.281
.9110065
.01023026.0181846s =?=?????==
--∞g u d ρνρ 验算雷诺数:172.010*******.265.0Re 6
4
<=???==
--∞ν
d
u
与假定的雷诺数相符,所以,炉膛内能被烟气带走的煤粉最大颗粒直径为255μm 。
流体力学练习题
一、选择题 1、连续介质假设意味着 B 。 (A)流体分子互相紧连;(B)流体的物理量是连续函数; (C)流体分子间有间隙;(D)流体不可压缩 2、静止流体A 剪切应力。 (A)不能承受;(B)可以承受; (C)能承受很小的;(D)具有粘性是可承受 3、温度升高时,空气的粘度 B 。 (A)变小;(B)变大;(C)不变;(D)可能变大也可能变小 4、流体的粘性与流体的 D 无关。 (A)分子的内聚力;(B)分子的动量交换;(C)温度;(D)速度梯度5、在常温下,水的密度为 D kg/m3。 (A)1 ;(B)10 ;(C)100;(D)1000 6、水的体积弹性模量 A 空气的体积弹性模量。 (A)大于;(B)近似等于;(C)小于;(D)可能大于也可能小于 7、 C 的流体称为理想流体。 (A)速度很小;(B)速度很大;(C)忽略粘性力;(D)密度不变 8、 D 的流体称为不可压缩流体。 (A)速度很小;(B)速度很大;(C)忽略粘性力;(D)密度不变 9、与牛顿内摩擦定律直接有关系的因素是 B (A)切应力和压强;(B)切应力和剪切变形速率; (C)切应力和剪切变形;(D)切应力和速度。 10、水的粘性随温度升高而 B (A)增大;(B)减小;(C)不变;(D)不确定 11、气体的粘性随温度的升高而A (A)增大;(B)减小;(C)不变;(D)不确定。 12、理想流体的特征是C (A)粘度是常数;(B)不可压缩;(C)无粘性;(D)符合pV=RT。 13、以下关于流体粘性的说法中不正确的是 D
(A)粘性是流体的固有属性; (B)粘性是在运动状态下流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度; (C)流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重作用; (D)流体的粘性随温度的升高而增大。 14、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)无大小的几何点; (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。 15、理想流体与实际流体的主要区别在于( A )。 (A)是否考虑粘滞性;(B)是否考虑易流动性; (C)是否考虑重力特性;(D)是否考虑惯性 16、对于不可压缩流体,可认为其密度在流场中(D) (A)随压强增加而增加;(B)随压强减小而增加 (C)随体积增加而减小;(D)与压强变化无关 17、液体与气体都是流体,它们在静止时不能承受(C )。 (A)重力;(B)压力;(C)剪切力;(D)表面张力 18、下列流体的作用力中,不属于质量力的是( B )。 (A)电磁力;(B)粘性内摩擦力;(C)重力;(D)惯性力 19、在连续介质假设下,流体的物理量( D )。 (A)只是时间的连续函数;(B)只是空间坐标的连续函数; (C)与时间无关;(D)是空间坐标及时间的连续函数 20、用一块平板挡水,平板形心的淹深为h c,压力中心的淹深为h D,则h c A h D。(A)大于;(B)小于;(C)等于;(D)可能大于也可能小于 21、静止流体的点压强值与 B 无关。 (A)位置;(B)方向;(C)流体种类;(D)重力加速度 22、油的密度为800kg/m3,油处于静止状态,油面与大气接触,则油面下0.5m 处的表压强为 D kPa。 (A)0.8 ;(B)0.5;(C)0.4;(D)3.9
流体力学习题解答
《流体力学》选择题库 第一章 绪论 1.与牛顿内摩擦定律有关的因素是: A 、压强、速度和粘度; B 、流体的粘度、切应力与角变形率; C 、切应力、温度、粘度和速度; D 、压强、粘度和角变形。 2.在研究流体运动时,按照是否考虑流体的粘性,可将流体分为: A 、牛顿流体及非牛顿流体; B 、可压缩流体与不可压缩流体; C 、均质流体与非均质流体; D 、理想流体与实际流体。 3.下面四种有关流体的质量和重量的说法,正确而严格的说法是 。 A 、流体的质量和重量不随位置而变化; B 、流体的质量和重量随位置而变化; C 、流体的质量随位置变化,而重量不变; D 、流体的质量不随位置变化,而重量随位置变化。 4.流体是 一种物质。 A 、不断膨胀直到充满容器的; B 、实际上是不可压缩的; C 、不能承受剪切力的; D 、在任一剪切力的作用下不能保持静止的。 5.流体的切应力 。 A 、当流体处于静止状态时不会产生; B 、当流体处于静止状态时,由于内聚力,可以产生; C 、仅仅取决于分子的动量交换; D 、仅仅取决于内聚力。 6.A 、静止液体的动力粘度为0; B 、静止液体的运动粘度为0; C 、静止液体受到的切应力为0; D 、静止液体受到的压应力为0。 7.理想液体的特征是 A 、粘度为常数 B 、无粘性 C 、不可压缩 D 、符合RT p ρ=。 8.水力学中,单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。 A 、面积 B 、体积 C 、质量 D 、重量
9.单位质量力的量纲是 A、L*T-2 B、M*L2*T C、M*L*T(-2) D、L(-1)*T 10.单位体积液体的重量称为液体的______,其单位。 A、容重N/m2 B、容重N/M3 C、密度kg/m3 D、密度N/m3 11.不同的液体其粘滞性_____,同一种液体的粘滞性具有随温度______而降低的特性。 A、相同降低 B、相同升高 C、不同降低 D、不同升高 12.液体黏度随温度的升高而____,气体黏度随温度的升高而_____。 A、减小,升高; B、增大,减小; C、减小,不变; D、减小,减小 13.运动粘滞系数的量纲是: A、L/T2 B、L/T3 C、L2/T D、L3/T 14.动力粘滞系数的单位是: A、N*s/m B、N*s/m2 C、m2/s D、m/s 15.下列说法正确的是: A、液体不能承受拉力,也不能承受压力。 B、液体不能承受拉力,但能承受压力。 C、液体能承受拉力,但不能承受压力。 D、液体能承受拉力,也能承受压力。 第二章流体静力学 1.在重力作用下静止液体中,等压面是水平面的条件是。 A、同一种液体; B、相互连通; C、不连通; D、同一种液体,相互连通。 2.压力表的读值是 A、绝对压强; B、绝对压强与当地大气压的差值; C、绝对压强加当地大气压; D、当地大气压与绝对压强的差值。 3.相对压强是指该点的绝对压强与的差值。 A、标准大气压; B、当地大气压; C、工程大气压; D、真空压强。
流体力学试题及答案
全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分,共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示),原设计操纵方法是:从B管进高压油,A管排油时平台上升(图一的左图);从A管进高压油,B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图,将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油,能操纵油压机升降吗?你的判断:( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二),当箱顶部压强p0=1个大气压时,两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg),如果顶部再压入一部分空气,使p0=2个大气压时。则△h应为( )
C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时,流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等,油压P也相等,而三缸所配的活塞结构不同,三个油动机的出力F1,F2,F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
工程流体力学(一)试题库
2009 年 秋季学期 工 程 流 体 力 学 题号 一 二 三 四 五 六 总分 分数 班号 学号 姓名 一、解释下列概念:(20分) 1. 连续性介质模型、粘性、表面力、质量力 2. 等压面、压力体、流线、迹线 简述“流体”的定义及特点。 3. 恒定流动、非恒定流动、牛顿流体、正压流体 简述 Euler “连续介质模型”的内容及引入的意义。 4.动能修正因数、动量修正因数、水力半径、当量直径 简述“压力体”的概念及应用意义。 5. 有旋运动、无旋运动、缓变流动、急变流动 .简述研究“理想流体动力学”的意义。
二.简答题(10分) 1.流体粘性产生的原因是什么?影响流体粘性的因素有哪些? 2.粘性的表示方法有几种?影响流体粘性的因素有哪些? 3.举例说明等压面在静力学计算中的应用 4. 举例说明压力体在静力学计算中的应用 说明静止流体对曲面壁总作用力的计算方法 三.推导题(30分) 1试推导:流体在直角坐标系中非恒定可压缩流体连续性微分方程式为: 2.试推导粘性流体应力形式的运动微分方程 2.试从粘性流体应力形式出发推导粘性流体的运动微分方程(N-S 方程) 4. 由恒定流动、不可压缩流体流体微小流束的伯努利方程出发,推求粘性流体总流的伯努利方程,并指出其使用条件。 5.推求粘性不可压缩流体作恒定流动时的动量方程式 试证明在不可压缩流体的缓变过流断面上有: z+p/ρg=c 1.试证明:粘性流体的动压强为 四、已知某流速场速度分布为 ,,x y z v yz t v xz t v xy =+=+= 10 d V dt ρ ρ+?=u v g ()1 3 xx yy zz p σσσ=- ++
流体力学习题答案讲解
【1-1】500cm 3的某种液体,在天平上称得其质量为0.453kg ,试求其密度和相对密度。 【解】液体的密度 33 4 0.4530.90610 kg/m 510m V ρ-= ==?? 相对密度 3 3 0.906100.9061.010w ρδρ?===? 【1-2】体积为5m 3的水,在温度不变的条件下,当压强从98000Pa 增加到 4.9×105Pa 时,体积减少1L 。求水的压缩系数和弹性系数。 【解】由压缩系数公式 10-15 10.001 5.110 Pa 5(4.91098000) p dV V dP β-=-==???- 910 1 1 1.9610 Pa 5.110 p E β-= = =?? 【1-3】温度为20℃,流量为60m 3/h 的水流入加热器,如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1,问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少? 【解】根据膨胀系数 1t dV V dt β= 则 211 3600.00055(8020)6061.98 m /h t Q Q dt Q β=+=??-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。罐装时液面上压强为98000Pa 。 封闭后由于温度变化升高了20℃,此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。若汽油的膨胀系数为0.0006K -1,弹性系数为13.72×106Pa ,(1)试计算由于压力温度变化所增加的体积,(2)问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少? 【解】(1)由1 β=-=P p dV Vdp E 可得,由于压力改变而减少的体积为 6 20017640 0.257L 13.7210??=-= ==?P p VdP V dV E 由于温度变化而增加的体积,可由 1β= t t dV V dT
(完整版)流体力学练习题及答案
流体力学练习题及答案 一、单项选择题 1、下列各力中,不属于表面力的是( )。 A .惯性力 B .粘滞力 C .压力 D .表面张力 2、下列关于流体粘性的说法中,不准确的说法是( )。 A .粘性是实际流体的物性之一 B .构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力 C .流体粘性具有阻碍流体流动的能力 D .流体运动粘度的国际单位制单位是m 2/s 3、在流体研究的欧拉法中,流体质点的加速度包括当地加速度和迁移加速度,迁移加速度反映( )。 A .由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率 B .流体速度场的不稳定性 C .流体质点在流场某一固定空间位置上的速度变化率 D .流体的膨胀性 4、重力场中平衡流体的势函数为( )。 A .gz -=π B .gz =π C .z ρπ-= D .z ρπ= 5、无旋流动是指( )流动。 A .平行 B .不可压缩流体平面 C .旋涡强度为零的 D .流线是直线的 6、流体内摩擦力的量纲 []F 是( )。 A . []1-MLt B . []21--t ML C . []11--t ML D . []2-MLt 7、已知不可压缩流体的流速场为xyj zi x 2V 2+= ,则流动属于( )。 A .三向稳定流动 B .二维非稳定流动 C .三维稳定流动 D .二维稳定流动 8、动量方程 的不适用于( ) 的流场。 A .理想流体作定常流动 in out QV QV F )()(ρρ∑-∑=∑
B.粘性流体作定常流动 C.不可压缩流体作定常流动 D.流体作非定常流动 9、不可压缩实际流体在重力场中的水平等径管道内作稳定流动时,以下陈述错误的是:沿流动方向( ) 。 A.流量逐渐减少B.阻力损失量与流经的长度成正比C.压强逐渐下降D.雷诺数维持不变 10、串联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失()。 A.一定不相等B.之和为单位质量流体的总能量损失C.一定相等D.相等与否取决于支管长度是否相等 11、边界层的基本特征之一是()。 A.边界层内流体的流动为层流B.边界层内流体的流动为湍流 C.边界层内是有旋流动D.边界层内流体的流动为混合流 12、指出下列论点中的错误论点:() A.平行流的等势线与等流线相互垂直B.点源和点汇的流线都是直线 C.点源的圆周速度为零D.点源和点涡的流线都是直线 13、关于涡流有以下的论点,指出其中的错误论点:涡流区域的( )。 A.涡流区域速度与半径成反比B.压强随半径的增大而减小 C.涡流区域的径向流速等于零D.点涡是涡流 14、亚音速气体在收缩管中流动时,气流速度()。 A.逐渐增大,压强逐渐增大B.逐渐增大,压强逐渐减小 C.逐渐减小,压强逐渐减小D.逐渐减小,压强逐渐增大 15、离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生()现象。 A.离心泵内液体温度上升B.气缚 C.离心泵内液体发生汽化D.叶轮倒转
流体力学题库选择题
考生答题记录——第1章选择题(3题) 返回 [答题记录] 列表本套单元测试共 3 题,共 6 分。答题得分:6分 【题型:单选】【分数:2分】 [1] 下列各力中,属于质量力的是 得 2分 分: 答:A A 重力 B 摩擦力 C 压力 D 雷诺应力 【题型:单选】【分数:2分】 [2] 水的动力粘度随温度的升高 得 2分 分: 答:B A 增大 B 减小 C 不变 D 不确定 【题型:单选】【分数:2分】 [3] 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是 得 2分 分: 答:C A 剪应力和压强 B 剪应力和剪切变形 C 剪应力和剪切变形速度 D 剪应力和流速 考生答题记录——第2章选择题(6题)
返回 [答题记录] 列表本套单元测试共 6 题,共 12 分。答题得分:12分 【题型:单选】【分数:2分】 [1] 流体静压强的作用方向为 得 2分 分: 答:D A 平行受压面 B 垂直受压面 C 指向受压面 D 垂直指向受压面 【题型:单选】【分数:2分】 [2] 静止的水中存在 得 2分 分: 答:C A 拉应力 B 切应力 C 压应力 D 压应力和切应力 【题型:单选】【分数:2分】 [3] 露天水池,水深10m处的相对压强是 得 2分 分: 答:C A 9.8kPa B 49kPa C 98kPa D 198kPa 【题型:单选】【分数:2分】
[4] 某点的真空度为60000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为 得 2分 分: 答:A A 40000Pa B 60000Pa C 100000Pa D 160000Pa 【题型:单选】【分数:2分】 [5] 垂直放置的矩形平板挡水,水深2m,水宽5m,平板所受静水总压力为 得 2分 分: 答:C A 9.8kN B 49kN C 98kN D 196kN 【题型:单选】【分数:2分】 [6] 金属压力表的读值是 得 2分 分: 答:B A 绝对压强 B 相对压强 C 绝对压强加当地大气压 D 相对压强加当地大气压 考生答题记录——第3章选择题(8题) 返回 [答题记录] 列表本套单元测试共 8 题,共 16 分。答题得分:16分 【题型:单选】【分数:2分】
流体力学例题
第一章 流体的性质 例1:两平行平板间充满液体,平板移动速度0.25m/s ,单位面积上所受的作用力2Pa(N/m2>,试确定平板间液体的粘性系数μ。 例2 :一木板,重量为G ,底面积为 S 。此木板沿一个倾角为,表面涂有润滑油的斜壁下滑,如图所示。已测得润滑油的厚度为,木板匀速下滑的速度为u 。试求润滑油的动力粘度μ。 b5E2RGbCAP 例3:两圆筒,外筒固定,内筒旋转。已知:r1=0.1m ,r2=0.103m ,L=1m 。 。 求:施加在外筒的力矩M 。 例4:求旋转圆盘的力矩。如图,已知ω, r1,δ,μ。求阻力矩M 。 第二章 流体静力学
例1:用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强,如图所示。已知:水面高程z0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z1 = 0.03m, z2 = 0.18m, z3 = 0.04m, z4 = 0.20m,水银密度p1EanqFDPw ρ′=13600kg/m3,水的密度ρ=1000kg/m3 。试求水面的相对压强p0。 例2:用如图所示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。已知测压 计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ,倾角 θ=30°,试求压强差p1 –p2 。DXDiTa9E3d 例 3:用复式压差计测量两条气体管道的压差<如图所 示)。两个U 形管的工作液体为水银,密度为ρ2 ,其连接管充以酒精,密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z1 、 z2 、 z3、 z4 ,试求压强差pA –pB 。RTCrpUDGiT 例4:用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体 总压力。 例5:已知:一块平板宽为 B ,长为L,倾角 ,顶端与水面平齐。求:总压力及作用点。 例7:坝的园形泄水孔,装一直径d = 1m 的 平板闸门,中心水深h = 3m ,闸门所在斜面与水平面成,闸门A 端设有铰链,B 端钢索
流体力学习题解答
流体力学习题解答一、填 空 题 1.流体力学中三个主要力学模型是(1)连续介质模型(2)不可压缩流体力学模型(3)无粘性流体力学模型。 2.在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3.流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于:前者是作用在某一面积上的总压力;而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4.均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5.和液体相比,固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 6.空气在温度为290K ,压强为760mmHg 时的密度和容重分别为 1.2a ρ= kg/m 3和11.77a γ=N/m 3。 7.流体受压,体积缩小,密度增大 的性质,称为流体的压缩性 ;流体受热,体积膨胀,密度减少 的性质,称为流体的热胀性 。 8.压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ,以E 来表示 9.1工程大气压等于98.07千帕,等于10m 水柱高,等于735.6毫米汞柱高。 10.静止流体任一边界上压强的变化,将等值地传到其他各点(只要静止不被破坏),这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。 11.流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12.液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。= 13.静止非均质流体的水平面是等压面,等密面和等温面。 14.测压管是一根玻璃直管或U 形管,一端连接在需要测定的容器孔口上,另一端开口,直接和大气相通。 15.在微压计测量气体压强时,其倾角为?=30α,测得20l =cm 则h=10cm 。 16.作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。 17.通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 19.静压、动压和位压之和以z p 表示,称为总压。 20.液体质点的运动是极不规则的,各部分流体相互剧烈掺混,这种流动状态称为紊流。 21.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k v ',其
流体力学典型例题及答案
1.若流体的密度仅随( )变化而变化,则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动,是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加,气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 7.流体流动时,流场各空间点的参数不随时间变化,仅随空间位置而变,这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时,根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时,流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等,油压P也相等,而三缸所配的活塞结构不同,三个油动机的出力F1,F2,F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F 1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
流体力学题及答案
C (c) 盛有不同种类溶液的连通器 D C D 水 油 B B (b) 连通器被隔断 A A (a) 连通容器 1. 等压面是水平面的条件是什么 2. 图中三种不同情况,试问:A-A 、B-B 、C-C 、D-D 中哪个是等压面哪个不是等压面为什么 3 已知某点绝对压强为80kN/m 2,当地大气压强p a =98kN/m 2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。 4. 一封闭水箱自由表面上气体压强p 0=25kN/m 2,h 1=5m ,h 2=2m 。求A 、B 两点的静水压强。
答:与流线正交的断面叫过流断面。 过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。 引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。8.如图所示,水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道,试问: (1)当阀门开度一定,上游水位保持不变,各段管中,是恒定流还是非恒定流是均匀流还是非均匀流
(2)当阀门开度一定,上游水位随时间下降,这时管中是恒定流还是非恒定流 (3)恒定流情况下,当判别第II 段管中是渐变流还是急变流时,与该段管长有无关系 9 水流从水箱经管径分别为cm d cm d cm d 5.2,5,10321===的管道流 出,出口流速s m V /13=,如图所示。求流量及其它管道的断面平 均流速。 解:应用连续性方程 (1)流量:==33A v Q s l /10 3 -?
(2) 断面平均流速s m v /0625.01= , s m v /25.02=。 10如图铅直放置的有压管道,已知d 1=200mm ,d 2=100mm ,断面1-1处的流速v 1=1m/s 。求(1)输水流量Q ;(2)断面2-2处的平均流速v 2;(3)若此管水平放置,输水流量Q 及断面2-2处的速度v 2是否发生变化(4)图a 中若水自下而上流动,Q 及v 2是否会发生变化 解:应用连续性方程 (1)4.31=Q s l / (2)s m v /42= (3)不变。 (4)流量不变则流速不变。 11. 说明总流能量方程中各项的物理意义。 12. 如图所示,从水面保持恒定不变的水池中引出一管路,水流在管路末端流入大气,管路由三段直径不等的管道组成,其过水面积分别是A 1=,A 2=,A 3=,若水池容积很大,行近流速可以忽
流体力学题库
流体的粘滞切应力: 【例1-1】一平板距另一固定平板δ=0.5mm,二板水平放置,其间充满流体,上板在单位面积上为τ=2N/m2的力作用下,以μ=0.25m/s的速度移动,求该流体的动力黏度。 【解】由牛顿内摩擦定律由于两平板间隙很小,速度分布可认为是线性分布, 可用增量来表示微分(pa.s) 【例1-2】长度L=1m,直径D=200mm水平放置的圆柱体,置于内径D1=206mm的圆管中以u=1m/s的速度移动,已知间隙中油液的相对密度为d=0.92,运动黏度=5.6×10-4m2/s,求所需拉力F为多少? 解】间隙中油的密度为 (kg/m3)动力黏度为(Pa·s)由牛顿内摩擦定律由于间隙很小,速度可认为是线性分布 如图所示,转轴直径=0.36m,轴承长度=1m,轴与轴承之间的缝隙=0.2mm,其中充满动力粘度=0.72 Pa.s的油,如果轴的转速200rpm,求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解:油层与轴承接触面上的速度为零,与轴接触面上的速度等于轴 面上的线速度: 设油层在缝隙内的速度分布为直线分布,即则轴表面上总的切向力为: 克服摩擦所消耗的功率为: 三、解题步骤 1.判断形心位置; 2.计算左边的总压力和作用点; 3.计算右边的总压力和作用点; 4.计算总压力F=F1-F2;
5.由力矩平衡,计算总压力的作用点。 静水奇象 应用:对容器底部进行严密性检查 一块平板矩形闸门可绕铰轴A 转动,如图示。已知θ=60°,H=6 m ,h1=1.5 m ,h=2m ,不 计闸门自重以及摩擦力,求开启单位宽度b=1 m (垂直于纸面)的闸门所需的提升力F ? 四、静止液体作用在曲面上的总压力的计算程序 (1)将总压力分解为水平分力Fx 和垂直分力Fz (2)水平分力的计算 (3)确定压力体的体积(4)垂直分力的计算, 方向由虚、实压力体确 (5)总压力的计算, (6)总压力方向的确定, [例2-7]下图表示一个两边都承受水压的矩形水闸,如果两边的水深分别为h1=2m ,h2=4m , 试求每米宽度水闸上所承受的净总压力及其作用点的位置。 【解】 淹没在自由液面下h1深的矩形水闸的形心yc=hc=h1/2 每米宽水闸左边的总压力为 由作用点F1位置 其中通过形心轴的惯性矩IC=bh31/12,所以 即F1的作用点位置在离底1/3h=2/3m 处。淹没在自由液面下h2深的矩形水闸的形心 yc=hc=h2/2。每米宽水闸右边的总压力为 同理,F2作用点的位置在离底1/3h2=2/3m 处。 该平衡,即 [例2-8]试绘制图中abc [例2-9]液体,试求每个螺栓所受的拉力 [解]取上半球为隔离体进行受力分析,据∑Fz=0得 FT=PZ/N z T == )3 (32)(232R H R R R H R V p +=-+=πππ
流体力学例题
第一章 流体及其主要物理性质 例1: 已知油品的相对密度为0.85,求其重度。 解: 例2: 当压强增加5×104Pa 时,某种液体的密度增长0.02%,求该液体的弹性系数。 解: 例3: 已知:A =1200cm 2,V =0.5m/s μ1=0.142Pa.s ,h 1=1.0mm μ2=0.235Pa.s ,h 2=1.4mm 求:平板上所受的内摩擦力F 绘制:平板间流体的流速分布图 及应力分布图 解:(前提条件:牛顿流体、层流运 动) 因为 τ1=τ2 所以 3 /980085.085.0m N ?=?=γδ0=+=?=dV Vd dM V M ρρρρρ d dV V -=Pa dp d dp V dV E p 84105.2105% 02.01111?=??==-==ρρβdy du μ τ=??????? -=-=?2221110 h u h u V μτμτs m h h V h u h u h u V /23.02 112212 2 11 =+= ?=-μμμμμN h u V A F 6.41 1=-==μ τ
第二章 流体静力学 例1: 如图,汽车上有一长方形水箱,高H =1.2m ,长L =4m ,水箱顶盖中心有一供加水用的通大气压孔,试计算当汽车以加速度为3m/s 2向前行驶时,水箱底面上前后两点A 、B 的静压强(装满水)。 解: 分析:水箱处于顶盖封闭状态,当加速时,液面不变化,但由于惯性力而引起的液体内部压力分布规律不变,等压面仍为一倾斜平面,符合 等压面与x 轴方向之间的夹角 例2: (1)装满液体容器在顶盖中心处开口的相对平衡 分析:容器内液体虽然借离心惯性力向外甩,但由于受容器顶限制,液面并不能形成旋转抛物面,但内部压强分布规律不变: 利用边界条件:r =0,z =0时,p =0 作用于顶盖上的压强: (表压) (2)装满液体容器在顶盖边缘处开口的相对平衡 压强分布规律: =+s gz ax g a tg = θPa L tg H h p A A 177552=??? ?? ?+==θγγPa L tg H h p B B 57602=??? ?? ?-==θγγC z g r p +-?=)2( 2 2ωγg r p 22 2ωγ =C z g r p +-?=)2( 2 2ω γ
流体力学题库填空
考生答题记录——第1章填空题(3题) 返回 [阶段测试] 列表本套试题共3题,300分。答题得分:300分[提交时间:2014-06-26 22:44:30] 【题型:填空】【100分】 [1]水的动力粘度随温度的升高而_____ 得 100分 分: 答:减小 【题型:填空】【100分】 [2]空气的动力粘度随温度的升高而______ 得 100分 分: 答:增大 【题型:填空】【100分】 [3]与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是_________ 得 100分 分: 答:剪应力和剪切变形速度 第2章填空题(8题) 返回阶段测试列表 本套单元测试共 8 题,共 800 分 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [1] 金属压力表的压强读值是_______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [2] 绝对压强的起算基准是________ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [3] 相对压强的起算基准是_______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [4] 作用在曲面上的静水总压力铅垂分力的大小等于______中的液体重量。 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [5] 当压力体是实压力体时,受压曲面所受总压力的铅垂分力向_______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】
[6] 当压力体是虚压力体时,受压曲面所受总压力的铅垂分力向_______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [7] 静止流体中只存在______应力 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [8] 水深5m处的静压强是________kPa 第3章填空题(10题) 返回阶段测试列表 本套单元测试共 10 题,共 1000 分 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [1] 流线近于平行直线的流动称为_________ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [2] 一元流动是______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [3] 总流连续性方程是_________原理的流体力学表达式 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [4] 在渐变流的过流断面上,液体动压强的分布规律为_____ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [5] 粘性流体总水头线沿程的变化是_____ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [6] 测压管水头线的沿程变化是可能下降、可能______ 、也可能保持水平 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [7] 伯努利方程中z表示的物理意义是______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [8] 伯努利方程中p/ρg表示的物理意义是______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [9] 伯努利方程中v2/2g表示的物理意义是_______ 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [10] 伯努利方程中hw表示的物理意义是_______ 第4章填空题(8题) 返回阶段测试列表 本套单元测试共 8 题,共 800 分 【题型:填空】【100分】【限300个汉字以内】 [1] 当量直径是水力半径的______倍
《流体力学》典型例题
《例题力学》典型例题 例题1:如图所示,质量为m =5 kg 、底面积为S =40 cm ×60 cm 的矩形平板,以U =1 m/s 的速度沿着与水平面成倾角θ=30的斜面作等速下滑运动。已知平板与斜面之间的油层厚度 δ=1 mm ,假设由平板所带动的油层的运动速度呈线性分布。求油的动力粘性系数。 解:由牛顿摩擦定律,平板所受的剪切应力du U dy τμ μδ == 又因等速运动,惯性力为零。根据牛顿第二定律:0m ==∑F a ,即: gsin 0m S θτ-?= ()3 24 gsin 59.8sin 301100.1021N s m 1406010 m U S θδμ--?????==≈????? 例题2:如图所示,转轴的直径d =0.36 m 、轴承的长度l =1 m ,轴与轴承的缝隙宽度δ=0.23 mm ,缝隙中充满动力粘性系数0.73Pa s μ=?的油,若轴的转速200rpm n =。求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解:由牛顿摩擦定律,轴与轴承之间的剪切应力 ()60d d n d u y πτμ μδ == 粘性阻力(摩擦力):F S dl ττπ=?= 克服油的粘性阻力所消耗的功率: ()()3 223 22 3 230230603.140.360.732001600.231050938.83(W) d d n d n n l P M F dl πππμωτπδ -==??=??= ???= ? ?= 例题3:如图所示,直径为d 的两个圆盘相互平行,间隙中的液体动力黏度系数为μ,若下
盘固定不动,上盘以恒定角速度ω旋转,此时所需力矩为T ,求间隙厚度δ的表达式。 解:根据牛顿黏性定律 d d 2d r r F A r r ω ωμ μ πδ δ== 2d d 2d r T F r r r ω μπδ =?= 4 2 420 d d 232d d d T T r r πμωπμωδδ===? 4 32d T πμωδ= 例题4:如图所示的双U 型管,用来测定比水小的液体的密度,试用液柱高差来确定未知液体的密度ρ(取管中水的密度ρ水=1000 kg/m 3)。 水 解:根据等压面的性质,采用相对压强可得: ()()()123243g g g h h h h h h ρρρ---=-水水 1234 32 h h h h h h ρρ-+-= -水
流体力学作业题库及答案
第一章 绪论 思考题 1-1 何谓流体连续介质模型?含有气泡的液体是否适用连续介质模型? 答: 所谓流体的连续介质模型,即把流体视为没有间隙地由流体质点充满它所占据的整个空间的一种连续介质其物理性质和物理量也是连续的。 若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话,则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。 习题1 1-3 如题图所示,设平行板间隙为0.5mm ,中间充满液体,上板以U =0.25m/s 的速度平移,施于单位面积的力为2Pa ,试求液体的粘度为多少? 解: Y U dy du A F μμτ=== 液体粘度s Pa AU FY ??=??==--33 10425 .0105.02μ 1-4 求题图所示的轴与轴套之间的流体粘度。 解: s Pa dLU FY dL A Y U dy du A F ?=??????==?==== --0648.0493 .010)140120(14.3102.034.863 πμπμμτ 第二章 流体静力学 习题2 2-5 用多管水银测压计测压,,题图中标高的单位为m ,试求水面的压强p 0。 解: Pa m g m g p pa p m m g p p m m p p m m g p p m m g p p D D C C B B A A 5001065.29.298002.21334169.22.20) 2.1 3.2()2.15.2(g ) 4.1 5.2()4.10.3(?=?-?=?-?=?????? ?? ??=-+=--=-+=-+=水汞汞水汞水ρρρρρρ
2-9 一盛水的敞口容器作加速运动,试求下列两种情况下容器内静压强的分布规律:(1)自由降落;(2)以等加速度a 向上运动。 解: h a g p p )sin (0αρ++= (1) 0,900=∴=?-=p p 相对压强α (2)) (,900a g h p p p p a a ++=∴=?=ρα绝对压强 2-12 试求开启题图所示水闸闸门所需的单宽拉力F 。不计闸门自重及转轴摩擦力。 解: N b h h h g h b F 42112 11005.91 )]23(3[98002 322 )]([60sin 2?=?++? =?++? = ?Ω=ρ闸门所受的单宽静压力 m h h h h h h h y F c 25.1) () (260sin 321121121=++++??=作用点 kN F F F h F y F c 05.9860cos ,60sin 22 2 1=??=? =所求拉力 2-16 试定性绘出题图中各ABC 曲面的压力体图。 答:
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10003 kg/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0.53 m 的油料,重量为4410N ,试求该油料的密度是多少? 解: 44109.807 899.3580.5 m 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。
工程流体力学习题及答案
第1章绪论 选择题 【1.1】按连续介质的概念,流体质点是指:(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。 解:流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 (d) 【1.2】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:(a)切应力和压强;(b)切应力和剪切变形速度;(c)切应力和剪切变形;(d)切应力和流速。 解:牛顿内摩擦定律是 d d v y τμ = ,而且速度梯度 d d v y是流体微团的剪切变形速 度d d t γ ,故 d d t γ τμ = 。 (b) 【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是:(a)m2/s;(b)N/m2;(c)kg/m;(d)N·s/m2。 解:流体的运动黏度υ的国际单位是/s m2。(a)【1.4】理想流体的特征是:(a)黏度是常数;(b)不可压缩;(c)无黏性;(d)符 合 RT p = ρ。 解:不考虑黏性的流体称为理想流体。(c)【1.5】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:(a)1/20 000;(b)1/1 000;(c)1/4 000;(d)1/2 000。 解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约 95 d1 d0.510110 20 000 k p ρ ρ - ==???= 。(a)【1.6】从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:(a)能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(b)不能承受拉力,平衡时能承受切应力;(c)不能承受拉力,平衡时不能承受切应力;(d)能承受拉力,平衡时也能承受切应力。 解:流体的特性是既不能承受拉力,同时具有很大的流动性,即平衡时不能承受切应力。 (c) 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体:(a)汽油;(b)纸浆;(c)血液;(d)沥青。