流体力学第二版课后习题答案(共60页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上 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);(d)。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 流体运动黏度的国际单位是:(a)(a);(b);(c);(d)。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。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1000,2L水的质量和重量是多少?解:(kg)(N)答:2L水的质量是2kg,重量是19.614N。1.10 体积为0.5的油料,重量为4410N,试求该油料的密度是多少?解:(kg/m3)答:该油料的密度是899.358kg/m3。1.11 某液体的动力黏度为0.005,其密度为850,试求其运动黏度。解:(m2/s)答:其运动黏度为m2/s。1.12 有一底面积为60cm×40cm的平板,质量为5Kg,沿一与水平面成20°角的斜面下滑,平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm,若下滑速度0.84,求油的动力黏度。解:平板受力如图。沿轴投影,有:()答:油的动力黏度。1.13 为了进行绝缘处理,将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm;涂料的黏度=0.02,模具的直径为0.9mm,长度为20mm,导线的牵拉速度为50,试求所需牵拉力。解:(kN/m2)(N)答:所需牵拉力为N。1.14 一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转=16,锥体与固定壁面间的距离=1mm,用=0.1的润滑油充满间隙,锥底半径R=0.3m,高H=0.5m。求作用于圆锥体的阻力矩。解:选择坐标如图,在处半径为的微元力矩为。其中()答:作用于圆锥体的阻力矩为。1.15 活塞加压,缸体内液体的压强为0.1Mpa时,体积为1000,压强为10Mpa时,体积为995,试求液体的体积弹性模量。解:(Mpa)(m3)(pa)答:液体的体积弹性模量pa。1.16 图示为压力表校正器,器内充满压缩系数为=4.75×10-10的液压油,由手轮丝杠推进活塞加压,已知活塞直径为1cm,丝杠螺距为2mm,加压前油的体积为200mL,为使油压达到20Mpa,手轮要摇多少转?解: (m3)设手轮摇动圈数为,则有圈即要摇动12圈以上。答:手轮要摇12转以上。1.17 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。若系统内水的总体积为8,加温前后温差为50,在其温度范围内水的膨胀系数=0.00051/。求膨胀水箱的最小容积。解:(m3)答:膨胀水箱的最小容积m3。1.18 钢贮罐内装满10的水,密封加热到75,在加热增压的温度和压强范围内,水的热膨胀系数=4.1×10-4/,体积弹性模量=2×109,罐体坚固,假设容积不变,试估算加热后罐壁承受的压强。解:自由膨胀下有:又(Mpa)加热后,钢罐内的压强为Mpa。设(表压强)。答:加热后罐壁承受的压强是Mpa。1.19 汽车上路时,轮胎内空气的温度为20,绝对压强为395kPa,行驶后轮胎内空气的的温度上升到50,试求这时的压强。解:设满足理想气体方程,则有:假设,可解得(kPa)答:这时的压强为kPa。第二章习题答案选择题(单选题)2.1 静止流体中存在:(a)(a)压应力;(b)压应力和拉应力;(c)压应力和剪应力;(d)压应力、拉应力和剪应力。2.2 相对压强的起算基准是:(c)(a)绝对真空;(b)1个标准大气压;(c)当地大气压;(d)液面压强。2.3 金属压力表的读值是:(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。2.4 某点的真空度为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为:(d)(a)65000Pa;(b)55000Pa;(c)35000Pa;(d)Pa。2.5 绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是:(c)(a)=+;(b)=+;(c)=-;(d)=+。2.6 在密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上,其压强关系为:(c)(a)>>;(b)=;(c)<<;(d)<<。2.7 用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差,水银面高差hp=10cm,-为:(b)(a)13.33kPa;(b)12.35kPa;(c)9.8kPa;(d)6.4kPa。2.8 露天水池,水深5 m处的相对压强为:(b)(a)5kPa;(b)49kPa;(c)147kPa;(d)205kPa。2.9 垂直放置的矩形平板挡水,水深3m,静水总压力P的作用点到水面的距离为:(c)(a)1.25m;(b)1.5m;(c)2m;(d)2.5m。2.10 圆形水桶,顶部及底部用环箍紧,桶内盛满液体,顶箍与底箍所受张力之比为:(a)(a)1/2;(b)1.0;(c)2;(d)3。2.11 在液体中潜体所受浮力的大小:(b)(a)与潜体的密度成正比;(b)与液体的密度成正比;(c)与潜体淹没的深度成正比;(d)与液体表面的压强成反比。2.12 正常成人的血压是收缩压100120mmHg,舒张压6090mmHg,用国际单位制表示是多少Pa?解: mmPa收缩压:mmHgkPakPa舒张压:mmHgkPakPa答:用国际单位制表示收缩压:mmHgkPakPa;舒张压:mmHgkPakPa。2.13 密闭容器,测压管液面高于容器内液面=1.8m,液体的密度为850kg/m3,求液面压强。解:相对压强为:kPa。绝对压强为:kPa。答:液面相对压强为kPa,绝对压强为kPa。2.14 密闭容器,压力表的示值为4900N/m2,压力表中心比A点高0.4m,A点在水下1.5m,求水面压强。解:(kPa)相对压强为:kPa。绝对压强为:kPa。答:水面相对压强为kPa,绝对压强为kPa。2.15 水箱形状如图所示,底部有4个支座,试求水箱底面上总压力和4个支座的支座反力,并讨论总压力和支座反力不相等的原因。解:(1)总压力:(kN)(2)支反力:kN不同之原因:总压力位底面水压力与面积的乘积,为压力体。而支座反力与水体重量及箱体重力相平衡,而水体重量为水的实际体积。答:水箱底面上总压力是kN,4个支座的支座反力是kN。2.16 盛满水的容器,顶口装有活塞,直径=0.4m,容器底的直径=1.0m,高=1.8m,如活塞上加力2520N(包括活塞自重),求容器底的压强和总压力。解:(1)容器底的压强:(kPa)(相对压强)(2)容器底的总压力:(kN)答:容器底的压强为kPa,总压力为kN。2.17 用多管水银测压计测压,图中标高的单位为m,试求水面的压强。解:(kPa)答:水面的压强kPa。2.18 盛有水的密闭容器,水面压强为,当容器自由下落时,求水中压强分部规律。解:选择坐标系,轴铅垂朝上。由欧拉运动方程:其中,即水中压强分布答:水中压强分部规律为。2.19 圆柱形容器的半径=15cm,高=50cm,盛水深=30cm,若容器以等角速度绕轴旋转,试求最大为多少时不致使水从容器中溢出。解:建立随圆柱容器一起转动的坐标系,点在水面最低点。则有:即有:其中:;故有:当在自由面时,自由面满足上式说明,对任意点的压强,依然等于自由面压强。等压面为旋转、相互平行的抛物面。答:最大为18.67rad/s时不致使水从容器中溢出。2.20 装满油的圆柱形容器,直径=80cm,油的密度=801,顶盖中心点装有真空表,表的读值为4900Pa,试求:(1)容器静止时,作用于顶盖上总压力的大小和方向;(2)容器以角速度=20旋转时,真空表的读值不变,作用于顶盖上总压力的大小和方向。解:(1)kPa相对压强kPa(kN)负号说明顶盖所受作用力指向下。(2)当r/s时,压强分布满足坐顶中心为坐标原点,时,kPa(kN)总压力指向上方。答:(1)容器静止时,作用于顶盖上总压力的大小为kN,方向向下;(2)容器以角速度=20旋转时,真空表的读值不变,作用于顶盖上总压力为kN,方向指向上方。2.21 绘制题图中面上的压强分布图。解:2.22 河水深=12m,沉箱高=1.8m,试求:(1)使河床处不漏水,向工作室送压缩空气的压强是多少?(2)画出垂直壁上的压强分布图。解:(1)当A室内C处的压强大于等于水压时,不会发生漏水现象。kPa(2)BC压强分布图为:答:使河床处不漏水,向工作室送压缩空气的压强是kPa。2.23 输水管道试压时,压力表的读值为8.5at,管道直径=1m,试求作用在管端法兰堵头上的静水总压力。解:(kN)答:作用在管端法兰堵头上的静水总压力为kN。2.24 矩形平板闸门,一侧挡水,已知长=2m,宽=1m,形心点水深=2m,倾角=,闸门上缘处设有转轴,忽略闸门自重及门轴摩擦力,试求开启闸门所需拉力。解:(1)解析法。(kN)(m)对A点取矩,当开启闸门时,拉力满足:(kN)当kN时,可以开启闸门。(2)图解法。压强分布如图示:这个图是咋画的呀?(kPa)(kPa)(kN)对A点取矩,有(kN)答:开启闸门所需拉力kN。2.25 矩形闸门高=3m,宽=2m,上游水深=6m,下游水深=4.5m,试求:(1)作用在闸门上的静水总压力;(2)压力中心的位置。解:(1)图解法。压强分布如图所示:(kPa)(kN)合力作用位置:在闸门的几何中心,即距地面处。(2)解析法。(kN)(m)(kN)(m)合力:(kN)合力作用位置(对闸门与渠底接触点取矩):(m)答:(1)作用在闸门上的静水总压力kN;(2)压力中心的位置在闸门的几何中心,即距地面处。2.26 矩形平板闸门一侧挡水,门高=1m,宽=0.8m,要求挡水深超过2m时,闸门即可自动开启,试求转轴应设的位置。解:当挡水深达到时,水压力作用位置应作用在转轴上,当水深大于时,水压力作用位置应作用于转轴上,使闸门开启。(kPa)(m)转轴位置距渠底的距离为:(m)可行性判定:当增大时增大,则减小,即压力作用位置距闸门形越近,即作用力距渠底的距离将大于米。答:转轴应设的位置m。2.27 折板一侧挡水,板宽=1m,高度=2m,倾角=,试求作用在折板上的静水总压力。解:水平分力:(kN)()竖直分力:(kN)()(kN),答:作用在折板上的静水总压力kN。2.28 金属矩形平板闸门,门高=3m,宽=1m,由两根工字钢横梁支撑,挡水面与闸门顶边齐平,如要求两横梁所受的力相等,两横梁的位置、应为多少?解:静水总压力:(kN)总压力作用位置:距渠底(m)对总压力作用点取矩,设水压力合力为,对应的水深为;(m)(m)(m)答:两横梁的位置m、m。2.29 一弧形闸门,宽2m,圆心角=,半径=3m,闸门转轴与水平齐平,试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。解:(1)水平压力:(kN)()(2)垂向压力:(kN)()合力:(kN)答:作用在闸门上的静水总压力kN,。2.30 挡水建筑物一侧挡水,该建筑物为二向曲面(柱面),=,为常数,试求单位宽度曲面上静水总压力的水平分力和铅垂分力。解:(1)水平压力:()(2)铅垂分力:()答:单位宽度曲面上静水总压力的水平分力,铅垂分力。2.31 半径为,具有铅垂轴的半球壳内盛满液体,求作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力和作用点的位置。解:(1)()形心坐标(2)同理,可求得()(3)()在平行平面的合力为,在与轴成铅垂面内,D点的位置为:答:作用在被两个互相正交的垂直平面切出的1/4球面上的总压力,作用点的位置,。2.32 在水箱的竖直壁面上,装置一均匀的圆柱体,该圆柱体可无摩擦地绕水平轴旋转,其左半部淹没在水下,试问圆柱体能否在上浮力作用下绕水平轴旋转,并加以论证。答:不能。因总水压力作用线通过转轴,对圆柱之矩恒为零。证明:设转轴处水深为,圆柱半径为,圆柱长为。则有(),到转轴的作用距离为。即()到轴的作用距离为两力对轴的矩为:2.33 密闭盛水容器,水深=60cm,=100cm,水银测压计读值=25cm,试求半径=0.5m的半球形盖所受总压力的水平分力和铅垂分力。解:(1)确定水面压强。(kPa)(2)计算水平分量。(kN)(3)计算铅垂分力。(kN)答:半球形盖所受总压力的水平分力为kN,铅垂分力为kN。2.34 球形密闭容器内部充满水,已知测压管水面标高=8.5m,球外自由水面标高=3.5m,球直径=2m,球壁重量不计,试求:(1)作用于半球连接螺栓上的总压力;(2)作用于垂直柱上的水平力和竖向力。解:(1)取上半球为研究对象,受力如图所示。(kN)(kN)(2)取下半球为研究对象,受力如图。(kN)答:(1)作用于半球连接螺栓上的总压力为kN;(2)作用于垂直柱上的水平力和竖向力。2.35 极地附近的海面上露出冰山的一角,已知冰山的密度为920,海水的密度为1025,试求露出海面的冰山体积与海面下的体积之比。解:设冰山的露出体积为,在水上体积为。则有答:露出海面的冰山体积与海面下的体积之比为。第三章习题答案选择题(单选题)3.1 用欧拉法表示流体质点的加速度等于:(d)(a);(b);(c);(d)+。3.2 恒定流是:(b)(a)流动随时间按一定规律变化;(b)各空间点上的流动参数不随时间变化;(c)各过流断面的速度分布相同;(d)迁移加速度为零。3.3 一维流动限于:(c)(a)流线是直线;(b)速度分布按直线变化;(c)流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数;(d)流动参数不随时间变化的流动。3.4 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。3.5 无旋流动限于:(c)(a)流线是直线的流动;(b)迹线是直线的流动;(c)微团无旋转的流动;(d)恒定流动。3.6 变直径管,直径=320mm,=160mm,流速=1.5m/s。为:(c)(a)3m/s;(b)4m/s;(c)6m/s;(d)9m/s。2.36 已知速度场=2+2+2,=-+,=+-。试求点(2,2,1)在=3时的加速度。解:(m/s2)(m/s2)(m/s2)(m/s2)答:点(2,2,1)在=3时的加速度m/s2。3.8已知速度场=,=,=。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)(m/s2)(m/s2)(m/s2)(m/s2)(2)二维运动,空间点的运动仅与、坐标有关;(3)为恒定流动,运动要素与无关;(4)非均匀流动。3.9管道收缩段长=60cm,直径=20cm,=10cm,通过流量=0.2,现逐渐关闭调节阀门,使流量成线性减小,在20s内流量减为零,试求在关闭阀门的第10s时,管轴线上点的加速度(假设断面上速度均匀分布)。解:解法一流量函数:直径函数:流速方程:加速度:对A点:(m)(m3/s)代入得:(m/s2)解法二近似解法在(s)时,(m3/s),(m)(m/s2)答:在关闭阀门的第10s时,管轴线上点的加速度为m/s2。3.10已知平面流动的速度场为=,=,、为常数,试求流线方程并画出若干条上半平面(>0)的流线。解: 或 为线性方程答:流线方程为。3.11已知平面流动的速度场为=,=,其中为常数。试求流线方程并画出若干条流线。解: 为圆心在的圆族。答:流线方程为,为圆心在的圆族。3.12已知平面流动的速度场为=。求=1时的流线方程,并画出14区间穿过轴的4条流线图形。解:当秒时,过的流线为:过的流线为:过的流线为:过的流线为:答:=1时的流线方程为。3.13不可压缩流体,下面的运动能否出现(是否满足连续性条件)?(1)=2;=(2)=;=(3)=;=;=解:(1)不能出现。(2)能出现。(3)不能出现。3.14已知不可压缩流体平面流动,在方向的速度分量为=-2+2。试求速度在方向的分量。解:答:速度在方向的分量。3.15在送风道的壁上有一面积为0.4的风口,试求风口出流的平均速度。解: 其中:m3/s,m3/s(m3/s)(m/s)答:风口出流的平均速度m/s。3.16求两平行平板间,流体的单宽流量,已知速度分布为=。式中=0为中心线,=为平板所在位置,为常数。解:单宽流量为:答:两平行平板间,流体的单宽流量为。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)=,=;=0(2)=,=,=0式中、是常数。解:(1)有旋。无角变形。(2)无旋(不包括奇点)。存在角变形运动。3.18已知有旋流动的速度场=2+3,=2+3,=2+3。试求旋转角速度和角变形速度。解:答:旋转角速度,角变形速度。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)=;(b)=;(c)+=+;(d)+=+。4.2伯努利方程中+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)(a)>;(b)=;(c)<;(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,直径=0.2m,=0.4m,高差=1.5m,今测得=30,=40,处断面平均流速=1.5.。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:(m)(m)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。如读值=60mm,求该点流速。解:(m/s)答:该点流速m/s。4.9水管直径50mm,末端阀门关闭时,压力表读值为21。阀门打开后读值降至5.5,如不计水头损失,求通过的流量。解:(1)水箱水位(m)(2)阀门开启后,从水箱液面到仪表处列伯努利方程,可得:(m/s)(m3/s)答:通过的流量m3/s。4.10水在变直径竖管中流动,已知粗管直径=300mm,流速=6。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:以过下压力表处的水平面为基准面,列伯努利方程如下:,m,取,当时,有:(m/s)由连续性方程(mm)答:细管直径为mm。4.11为了测量石油管道的流量,安装文丘里流量计,管道直径=200mm,流量计喉管直径=100mm,石油密度=850,流量计流量系数=0.95。现测得水银压差计读书=150mm,问此时管中流量是多少。解:其中:;(m)(m3/s)(l/s)答:此时管中流量l/s。4.12水箱中的水从一扩散短管流到大气中,直径=100mm,该处绝对压强=0.5大气压,直径=150mm,试求水头,水头损失忽略不计。解:(1)以出水管轴线为基准面,列管径与处的伯努利方程,可得:取,kPa(m/s)(2)从液面到短管出口列能量(伯努利)方程。(m)答:水头m。4.13离心式通风机用集流器从大气中吸入空气,直径=200mm处接一根细玻璃管,已知管中的水上升=150mm,求进气流量(空气的密度=1.29)。解:以集流器轴线的水平面为基准面,从距进口一定距离的水平处列到测管处的伯努利方程,可得:不计损失,取其中,则(m/s)(m3/s)答:进气流量m3/s。4.14一吹风装置,进排风口都直通大气,风扇前、后断面直径=1m,排风口直径=0.5m,已知排风口风速=40,空气的密度=1.29,不计压强损失,试求风扇前、后断面的压强和。解:以过轴线的水平面为基准面,以及截面列伯努利方程:其中,(m/s),(Pa)从大气到断面,列伯努利方程:其中,(相对压强),(Pa)答:风扇前、后断面的压强Pa,Pa。4.15两端开口的等直径形管,管内液柱长度为,使液面离开平衡位置而造成液柱振荡,水头损失忽略不计,求液柱的振荡方程=。解:取0-0断面为基准面,由非恒定流的伯努利方程:,令,则答:液柱的振荡方程。4.16水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层,喷嘴出口直径=30mm,出口水流速度=54,求水流对煤层的冲击力。解:取控制体如图,受力如图。(kN)水流对煤层的作用力与构成作用力与反作用力,大小为kN,方向向右。答:水流对煤层的冲击力kN,方向向右。4.17水由喷嘴射出,已知流量=0.4,主管直径=0.4,喷口直径=0.1m,水头损失不计,求水流作用在喷嘴上的力。解:(1)取过轴线的水平面为基准面,列螺栓断面与出口断面的伯努利方程:(kPa)(m/s)(m/s)(2)取控制体如图所示,列动量方程。(kN)答:水流作用在喷嘴上的力为kN。4.18闸下出流,平板闸门宽=2m,闸前水深=4m,闸后水深=0.5m,出流量=8,不计摩擦阻力,试求水流对闸门的作用力,并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。解:(1)由连续方程(m/s)(m/s)(2)由动量方程,取控制体如图。(kN)(kN)答:水流对闸门的作用力kN,按静水压强分布规律计算的结果kN。4.19矩形断面的平底渠道,其宽度为2.7m,渠底在某断面处抬高0.5m,该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m,如忽略边壁和渠底阻力,试求:(1)渠道的流量;(2)水流对底坎的冲力。解:(1)以上游渠底为基准面,列上、下游过水断面的能力方程:其中:,m,m,m,m(m3/s)(m/s)(m/s)(2)取控制体如图,列动量方程.(kN)答:(1)渠道的流量m3/s;(2)水流对底坎的冲力kN。4.20下列不可压缩流体、平面流动的速度场分别为:(1)=;=(2)=;=(3)=;=试判断是否满足流函数和流速势的存在条件,并求、。解:(1),满足连续方程,流速数存在。又,有旋,故不存在。,流速数(2),流动不存在。(3),故流速数存在。又,有旋,故存在势函数。流函数与势函数满足:解得:又可解得:,4.21 已知平面流动的速度为直线分布,若=4m,=80,试求:(1)流函数;(2)流动是否为有势流动。解:已知,当m,m/s。(s-1),由连续性条件:,当时,。(s-1)流动有旋。答:(1)流函数;(2)流动有旋。4.22 已知平面无旋流动的速度为速度势,试求流函数和速度场。解:;答:流函数;速度场,。4.23 已知平面无旋流动的流函数,试求速度势和速度场。解:,答:;,。4.24 已知平面无旋流动的速度势,试求速度场。解:4.25 无穷远处有一速度为的均匀直线来流,坐标原点处有一强度为的汇流,试求两个流动叠加后的流函数,驻点位置以及流体流入和流过汇流的分界线方程。解:无穷远均匀直线流的速度势为:在方向的流速为,方向为零。,在原点的汇流为:,零流线方程:驻点位置:过的流线方程为即答:流函数,驻点位置,流体流入和流过汇流的分界线方程。专心-专注-专业