流体力学刘鹤年第二版课后习题答案计算题和选择题.doc 9页

'（注意：题目前面打星号的是老师点的题！！！）计算题第1章绪论P14★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，平板与斜面之间的油层厚度为0.6mm，若下滑速度0.84m/s，求油的动力黏度µ。解：∵，式中，，，∴《欢迎关注新浪微博：飞扬计划。来自云飞扬》★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µ=0.02Pa·s，模具的直径为0.9mm，长度为20mm，导线的牵拉速度为50m/s，试求所需牵拉力。解：∵，式中，，，∴1.14一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转ω=16rad/s，锥体与固定壁面间的距离δ=1mm，用µ=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。解：，，式中，，1.15活塞加压，缸体内液体的压强为0.1MPa时，体积为1000cm3，压强为10MPa时，体积为995cm3。试求液体的体积弹性模量。解：由此得该液体的体积弹性模量为：第2章流体静力学P40★2.13密闭容器，测压管液面高于容器内液面h=1.8m，液体的密度为850kg/m3，求液面压强。解：★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点在水面下1.5m，求水面压强。解：由已知，过A点作等压面AB，∵，∴2.16盛满水的容器，顶口装有活塞A，直径d=0.4m，容器底的直径D=1.0m，高h=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：依题意，作等压面MN，PMN=0,则当活塞上加力2520N时：由帕斯卡原理，此时：则总压应力：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p0和绝对压强p0，abs。解：对1-1等压面；对3-3等压面将两式相加后整理得： 绝对压强：2.21绘制题图中AB面上的压强分布图。★2.24矩形平板闸门AB，一侧挡水，已知长l=2m，宽b=1m，形心点水深hc=2m，倾角α=45°，闸门上缘A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T。解：，∵，对A点取矩，∴★2.25矩形闸门高h=3m，宽b=2m，上游水深h1=6m，下游水深h2=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），则（2）压力中心的位置在处，即★2.26矩形平板闸门一侧挡水，门高h=1m，宽b=0.8m，要求挡水深h1超过2m时，闸门即可自动开启，试求转轴应设的位置y。解：，则转轴应设的位置：2.27折板ABC一侧挡水，板宽b=1m，高度h1=h2=2m，倾角α=45°，试求作用在折板上的静水总压力。解：水平分力，垂直分力，则总压力为。2.29一弧形闸门，宽2m，圆心角α=30°，半径R=3m，闸门转轴与水面齐平，求作用在闸门上的静水总压力的大小与方向。解：，式中，则，，则总压力为，。2.33密闭盛水容器，水深h1=60cm、h2=100cm，水银测压计读值Δh=25cm，试求半径R=0.5m的半球形盖AB所受总压力的水平分力和铅垂分力。解：容器内液面压强；半球形盖AB形心处压强水平分力铅垂分力 第3章流体动力学P653.7已知速度场ux=2t+2x+2y，uy=t-y+z，uz=t+x-z。试求点(2,2,1)在t=3时的加速度。解：以，，，，代入上式得：，，，则。3.8已知速度场ux=xy2，uy=-y3/3，uz=xy，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）（2）此流动为二维流动；（3），此流动为恒定流；（4），此流动为非均匀流。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）；（3）；；解：（1）此流动为不可压缩流体二维流动，恒定流动，由不可压缩流体连续性微分方程式计算：，， 则，此流动不满足连续性条件。（2）同理，，，则，此流动满足连续性条件。（3）同理，，，则，此流动不满足连续性条件。3.14已知不可压缩流体平面流动，在y方向的速度分量为uy=y2-2x+2y。试求速度在x方向的分量ux。解：此流动为不可压缩流体二维流动：，由不可压缩流体连续性微分方程式得：，积分上式得：，是的任意函数，满足连续性微分方程的可有无数个。最简单的情况取，即。3.15在送风道的壁上有一面积为0.4m2的风口，试求风口出流量的平均速度v。解：由流入和流出送风道的流量相等，即，则，又所以3.17下列两个流动，哪个是有旋？哪个是无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？（1），，；（2），，，式中是常数。解：两个流动都为平面流动，只需判别是否为零即可，其中。（1），是有旋流动。，，是无角变形。（2），是无旋流动。，是有角变形。第四章流体动力学基础P105★4.7一变直径的管段AB，直径dA=0.2m，dB=0.4m，高差Δh=1.5m。今测得pA=30kN/m2，pB=40kN/m2，B处断面平均流速vB=1.5m/s。试判断水在管中的流动方向。解：由连续性方程得， ，，，水由流向，水头损失为。★4.8利用皮托管原理，测量水管中的点流速u。如读值Δh=60mm，求该点流速。解：如图：对A、B列伯努利方程：，式中，，则，则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d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度ρ=850kg/m3，流量计流量系数µ=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q是多少？解：方法一：由伯努利方程得：，由连续性方程得：方法二：4.12水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径d1=100mm，该处绝对压强p1=0.5大气压，直径d2=150mm，求水头H，水头损失忽略不计。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ρ=1.29kg/m3）。解：取激流器外断面1-1与玻璃管处断面2-2列伯努利方程：，★4.17水由喷嘴射出，已知流量Q=0.4m3/s，主管直径D=0.4m/s，喷口直径d=0.1m，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。解：根据流量，，由伯努利方程得：，式中，，则由动量方程得：；式中，则 综上得水流作用在喷嘴上的力：，大小为，方向水平向右。★4.18闸下出流，平板闸门宽b=2m，闸前水深h1=4m，闸后水深h2=0.5m，出流量Q=8m3/s，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）根据流量，，列动量方程：其中，，则闸门所受推力，大小为，方向水平向右。（2）按静水压算得压力大小为：结果相比得：，这是因为在流动过程中存在能量损失。★4.19矩形断面的平底渠道，其宽度B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）对1、2断面，，，，由伯努利方程和连续性方程得：。（2）由动量方程得：式中；；；则。★6.12水管直径d=10cm，管中流速v=1m/s，水温为10℃，试判别流态；又流速为多少时，流态将发生变化？解：（1），流动是紊流。（2）要使流态改变，则。★6.13通风管道直径为250mm，输送的空气温度为20℃，试求保持层流的最大流量；若输送空气的质量流量为200kg/h，其流态是层流还是紊流？解：（1）∵要求保持层流的最大流量，则，∴，则；（2）∵，， ∴，流动是紊流。★6.14有一矩形断面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。解：∵，，∴，流动是紊流。选择题（单选题）A1.1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。B6.6半圆形明渠，半径r0=4m，水力半径为：（a）4m；（b）3m；（c）2m；（d）1m.B6.7变直径管流，细管段直径d1，粗管段直径d2=2d1，两断面雷诺数的关系是：（a）Re1=0.5Re2；（b）Re1=Re2；（c）Re1=1.5Re2；（d）Re1=2Re2。B3.6变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速v1=1.5m/s。v2为：（a）3m/s；（b）4m/s；（c）6m/s；（d）9m/s。B4.2伯努利方程中z++表示：（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。C2.9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yD为：（a）1.25m；（b）1.5m；（c）2m；（d）2.5m。D1.3单位质量力的国际单位是：（a）N；（b）Pa；（c）N/kg；（d）m/s2。D1.8当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a）1/20000；（b）1/10000；（c）1/4000；（d）l/2000。D4.1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：（a）p1=p2；（b）p3=p4；（c）z1+=z2+；（d）z3+=z4+。G6.11工业管道的沿程摩阻系数λ，在紊流过渡区随雷诺数的增加：（a）增加；（b）减小；（c）不变；（d）不定。H3.2恒定流是：（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。J2.1静止流体中存在：（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。J2.3金属压力表的读值是：（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。J2.5绝对压强Pabs与相对压强P、真空度Pv、当地大气压Pa.之间的关系是：（a）Pabs=P+Pv；（b）P=Pabs+Pa；（c）Pv=Pa-Pabs；（d）P=Pv+Pa。J3.4均匀流是：（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。J5.5进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是：（a）雷诺准则；（b）弗劳德准则；（c）欧拉准则；（d）其他。J5.6进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：（a）雷诺准则；（b）弗劳德准则；（c）欧拉准则；（d）其他。L1.6流体运动黏度ν的国际单位是：（a）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）N·s/m2。L2.8露天水池，水深5m处的相对压强为：（a）5kPa；（b）49kPa；（c）147kPa；（d）205kPa。L5.7雷诺数的物理意义表示：（a）黏滞力与重力之比；（b）重力与惯性力之比；（c）惯性力与黏滞力之比；（d）压力与黏滞力之比。N4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：（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。N4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：（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。 M2.4某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：（a）65000Pa；（b）55000Pa；（c）35000Pa；（d）165000Pa。M5.8明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为原型流量的：（a）1/2；（b）1/4；（c）1/8；（d）1/32。P4.6平面流动具有流函数的条件是：（a）无黏性流体；（b）无旋流动；（c）具有速度势；（d）满足连续性。S1.5水的动力黏度μ随温度的升高：（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。S4.3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：（a）P1>P2；（b）P1=P2；（c）P1P2>P3；（b）P1=P2=P3；（c）P1