(2022年整理)流体力学第二版课后习题答案解析..pdf

完美 WORD 格式专业整理知识分享1 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）kgN /； （d）2/ sm。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）2/ sm； （b）2/mN； （ c）mkg /； （d）2/ msN。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RTp。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：10000.0022mV（kg）29.80719.614Gmg（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：4410 9.807899.3580.5mG gVV（kg/m3）答：该油料的密度是899.358kg/m3。1.11某液体的动力黏度为0.005Pa s，其密度为8503/kgm，试求其运动黏度。解：60.0055.882 10850（m2/s ）完美 WORD 格式专业整理知识分享2 答：其运动黏度为65.882 10m2/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/m s，求油的动力黏度。UGGTFs0.6mm20解：平板受力如图。GTNUs沿s轴投影，有：sin 200GTsin 20UTAG32sin 205 9.807sin 200.6 105.0100.60.40.84GUA（kgm s）答：油的动力黏度25.0 10kgm s。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=0.02Pa s，模具的直径为0.9mm ，长度为20mm ，导线的牵拉速度为50/m s，试求所需牵拉力。完美 WORD 格式专业整理知识分享3 20mmUU005mm解：50 10000.02200.90.82U（kN/m2）330.8102010201.01Td l（ N）答：所需牵拉力为1.01N。1.14一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转=16/rads，锥体与固定壁面间的距离=1mm ，用=0.1Pa s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。HR解：选择坐标如图，在z处半径为r的微元力矩为dM。完美 WORD 格式专业整理知识分享4 zxyo32222cosrrdzrHRdMdA rdzrH其中rzRH2233302HHRRMz dzHH3222RHR32230.1 160.30.50.32 1 1039.568（N m）答：作用于圆锥体的阻力矩为39.568 N m。1.15活塞加压，缸体内液体的压强为0.1Mpa 时，体积为10003cm，压强为10Mpa时，体积为 9953cm，试求液体的体积弹性模量。解：6100.1109.9p（Mpa ）66995 1000105 10V（m3）69669.9 101.98 105 101000 10pKV V（pa）答：液体的体积弹性模量91.9810Kpa。1.16图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为k=4.75 10-10Nm /2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，完美 WORD 格式专业整理知识分享5 为使油压达到20Mpa ，手轮要摇多少转？d解：V VKp106664.75102001020101.910VKVp（ m3）设手轮摇动圈数为n，则有24ndlV6222341.9 10412.101 102 10Vndl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83m，加温前后温差为50，在其温度范围内水的膨胀系数V=0.00051/ 。求膨胀水箱的最小容积。完美 WORD 格式专业整理知识分享6 散热器锅炉解：VV VT0.00051 8500.204VVVT（m3）答：膨胀水箱的最小容积0.204m3。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V=4.1 10-4/ ，体积弹性模量k=2 1092/ mN，罐体坚固，假设容积不变，试估算加热后罐壁承受的压强。解：VV VT自由膨胀下有：VVTV又pKV V494.1 102 10751053.3VVpKKTV（ Mpa ）加热后，钢罐内的压强为053.3pppMpa 。设00p（表压强）。答：加热后罐壁承受的压强是53.3Mpa 。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：1223952732027350Vp VpVRT假设12VV，可解得2323395435.4293pp（kPa）答：这时的压强为435.4kPa。完美 WORD 格式专业整理知识分享7 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）165000Pa。2.5绝对压强absp与相对压强p、真空度Vp、当地大气压ap之间的关系是： （c）（a）absp=p+Vp； （ b）p=absp+ap； （c）Vp=ap-absp； （d）p=Vp+Vp。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）321水汞（a）1p2p3p； （b）1p=2p=3p； （c）1p2p3p； （d）2p1p0）的流线。解：xydxdyuu0bdxadybxayc或byxca为线性方程完美 WORD 格式专业整理知识分享36 答：流线方程为bxayc。3.11 已知平面流动的速度场为xu=22yxcy，yu=22yxcx，其中c为常数。 试求流线方程并画出若干条流线。解：xydxdyuu0cxdxcydy222xyc为圆心在0,0的圆族。答：流线方程为222xyc，为圆心在0,0的圆族。3.12 已知平面流动的速度场为u=jtxyitxy)96()64(。求t=1 时的流线方程， 并画出 1x 4 区间穿过x轴的 4 条流线图形。解：4669dxdyyx tyx t当1t秒时，6946yx dxyxy3 232 230yx dxyxy320dxdy32xyc过1,0的流线为：323xy过2,0的流线为：326xy过3,0的流线为：329xy过4,0的流线为：3212xy答：t=1 时的流线方程为32xyc。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）xu=222yx；yu=)2(23yyxx（2）xu=yxt2；yu=ytxt2完美 WORD 格式专业整理知识分享37 （3）xu=xzy22；yu=yzxyz22；zu=432221yxzx解： （1）4220yxuuxxyxy不能出现。（2）0yxuuttxy能出现。（3）22220yxzuuuzzx zx zxyz不能出现。3.14 已知不可压缩流体平面流动，在y方向的速度分量为yu=2y-2x+2y。试求速度在x方向的分量xu。解：0yxuuxy22xuyx2222xuy xc yxxyc y答：速度在x方向的分量22xuxxyc y。3.15 在送风道的壁上有一面积为0.42m的风口，试求风口出流的平均速度v。4m3/s2.5m3/s孔口30v完美 WORD 格式专业整理知识分享38 解：123QQQ其中：14Qm3/s ，22.5Qm3/s 342.51.5Q（m3/s ）31sin300.42QA vv1.57.50.2v（m/s）答：风口出流的平均速度7.5vm/s。3.16求两平行平板间，流体的单宽流量，已知速度分布为u=12maxbyu。式中y=0为中心线，y=b为平板所在位置，maxu为常数。解：单宽流量为：1.0bbqudy2max021byudybmax123ubbmax43bu答：两平行平板间，流体的单宽流量为max43bu。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）xu=ay，yu=ax；zu=0 （2）xu=22yxcy，yu=22yxcx，zu=0 式中a、c是常数。解： （1）1122yxtuuaaaxy有旋。11022yxyxxyuuaaxy无角变形。（2）12yxtuuxy完美 WORD 格式专业整理知识分享39 2222222222222212c xycxc xycyxyxy22222222212c xyc xyxy0无旋（不包括奇点(0,0)） 。2222222222211022yxyxxyc yxc yxuuxyxyxy存在角变形运动。3.18 已知有旋流动的速度场xu=2y+3z，yu=2z+3x，zu=2x+3y。试求旋转角速度和角变形速度。解：11132222yzxuuyz11132222xzyuuzx11132222yxzuuxy22232xyz1522yxyxxyuuxy1522xzzxxzuuxz1522yzzyyzuuyz答：旋转角速度12xyz，角变形速度52yxzxyz。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）完美 WORD 格式专业整理知识分享40 AABB1324（a）1p=2p； （b）3p=4p； （c）1z+1pg=2z+2pg； （d）3z+3pg=4z+4pg。4.2 伯努利方程中z+pg+22vg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）11p122p2（a）1p2p； （b）1p=2p； （c）1p2p； （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Ad=0.2m，Bd=0.4m， 高差h=1.5m， 今测得Ap=302/ mkN，Bp=402/ mkN，B处断面平均流速Bv=1.5sm/. 。试判断水在管中的流动方向。完美 WORD 格式专业整理知识分享41 ABh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：423230 101.0 1.50.404.89210009.8072 9.8070.2AAAAApvHzgg（m ）23240101.01.51.55.69210009.8072 9.807BBBBBpvHzgg（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v。如读值h=60mm ，求该点流速。水h汞u解：32229.80712.660 103.85Hgghpu（m/s）答：该点流速3.85um/s。4.9水管直径50mm ，末端阀门关闭时，压力表读值为212/mkN。阀门打开后读值降至完美 WORD 格式专业整理知识分享42 5.52/ mkN，如不计水头损失，求通过的流量。解： （1）水箱水位321 1002.1410009.807pHzg（ m ）（2）阀门开启后，从水箱液面到仪表处列伯努利方程，可得：22pvHgg35.5 10229.8072.145.571000 9.807pvg Hg（m/s）20.055.570.0114QvA（m3/s ）答：通过的流量0.011Qm3/s 。4.10水在变直径竖管中流动，已知粗管直径1d=300mm ，流速1v=6sm/。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）。完美 WORD 格式专业整理知识分享43 d2d13m解：以过下压力表处的水平面为基准面，列伯努利方程如下：2211 1222121 222wpvpvzzhgggg1 20wh，13zm ，20z取12，当12pp时，有：222211229.8073694.842vgzv29.74v（m/s）由连续性方程2211v Av A12126300235.59.74vddv（mm ）答：细管直径为235.5mm 。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1d=200mm ，流量计喉管直径2d=100mm ，石油密度=8503/mkg，流量计流量系数=0.95 。现测得水银压差计读书ph=150mm ，问此时管中流量Q是多少。完美 WORD 格式专业整理知识分享44 d1d2hp解：1HgpQKh油其中：0.95；22144120.2229.807440.03590.2110.1dgKdd0.15ph（m ）11HgHgppQKhKh水油水油10000.95 0.035913.610.158500.0511575（m3/s ）51.2（l/s ）答：此时管中流量Q51.2l/s 。4.12 水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径1d=100mm ，该处绝对压强1p=0.5 大气压，直径2d=150mm ，试求水头H，水头损失忽略不计。完美 WORD 格式专业整理知识分享45 Hd1d2解： （1）以出水管轴线为基准面，列管径1d与2d处的伯努利方程，可得：2211 122222pvpvgggg取121.0，20p，10.5 101.32550.663pkPa 221122pvv432221250.663 101101.325dvd1224101.3254.9940.1510.1v（m/s）（2）从液面到短管出口列能量（伯努利）方程。2224.9941.27229.807vHg（ m ）答：水头H1.27m 。4.13 离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气，直径d=200mm处接一根细玻璃管，已知管中的水上升H=150mm ，求进气流量（空气的密度=1.293/ mkg） 。完美 WORD 格式专业整理知识分享46 HAd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：22aHppvggg不计损失，取1.02aHppv其中0ap，则HpHg水2100020.15 9.80747.761.29Hgv水（m/s）247.760.21.54QvA（m3/s ）答：进气流量1.5Qm3/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1d=2d=1m ，排风口直径3d=0.5m，已知排风口风速3v=40sm/，空气的密度=1.293/ mkg，不计压强损失，试求风扇前、后断面的压强1p和2p。完美 WORD 格式专业整理知识分享47 d1d2d3解：以过轴线的水平面为基准面，以2d及3d截面列伯努利方程：2233322222pvpvgggg其中30p，340v（m/s） ，231.0，232322dvvd4422223323221.290.51401967.52221.0vdpvvd（Pa）从大气到1d断面，列伯努利方程：211 1002appvggg其中11.0，0ap（相对压强） ，2312322dvvvd422111.290.54064.5221.0pv（Pa）答：风扇前、后断面的压强164.5pPa，2p967.5Pa。4.15 两端开口的等直径U形管，管内液柱长度为L，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z=tf。完美 WORD 格式专业整理知识分享48 220011zz解：取 0-0 断面为基准面，由非恒定流的伯努利方程：221122120122Lpupuuzzdlgggggt1zz，2zz，120pp，12uu012LuLuzdlgtgt2ugztL,u z tu tdzu tdt222d zgzdtL令coszct，则2gL0022cossin2ggzztztLL答：液柱的振荡方程0022cossin2ggzztztLL。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d=30mm ，出口水流速度v=54sm/，求水流对煤层的冲击力。完美 WORD 格式专业整理知识分享49 解：取控制体如图，受力如图。vPav2v1PaF2Q vvF22220.031000542.06144dFQvv（kN）水流对煤层的作用力与F构成作用力与反作用力，大小为2.061kN，方向向右。答：水流对煤层的冲击力2.061FkN，方向向右。4.17 水由喷嘴射出，已知流量Q=0.4sm /3，主管直径D=0.4sm/，喷口直径d=0.1m，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。完美 WORD 格式专业整理知识分享50 Dd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：2211 122022pvvggg4222211212122vdpvvd22100050.933.181291.8542（kPa）1210.443.180.4QvA（m/s）2220.4450.930.1QvA（m/s）（2）取控制体如图所示，列动量方程。p1v1Fp2v22111Q vvp AF1121Fp AQ vv