流体力学习题课(工程流体力学)
工程流体力学习题课1-第2-3-4章-部分习题解答
2 2 d2
习题3-14解题示意图1
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
Fx1 =
y x
H1
D
H2
图 3-26 习题 3-11 附图
1 1 ρ gH1 × ( DL) = × 1000 × 9.8 × 4 × (4 × 10) = 784000 N=784kN 2 2 1 D 1 4 Fx 2 = ρ gH 2 × ( L) = × 1000 × 9.8 × 2 × × 10 = 196000 N=196kN 2 2 2 2
H
h
由此得： H ≥ 122mm + h ≥ 244mm (2) 结合以上正负压操作时结果有：
p / ρ g ≤ h ≤ H − | p| / ρ g
图 3-23 习题 3-8 附图
→ 122mm ≤ h ≤ 178mm
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-6
习题 3-8 旋风除尘器如图 3-23 所示，其下端出灰口管段长 H，部分插入 水中，使旋风除尘器内部与外界大气隔开，称为水封；同时要求出灰管内液面 不得高于出灰管上部法兰位置。设除尘器内操作压力 ( 表 压 ) p = −1.2 kPa~ 1.2kPa。 净化空气 (1) 试问管段长 H 至少为多少 mm? (2) 若H=300mm，问其中插入水中的部分h应在 什么范围？(取水的密度 ρ =1000kg/m3) 含尘 解：(1) 正压操作时，出灰管内液面低于管外液 面，高差为 h′ = p / ρ g ；为实现水封，出灰管插入深 度 h 必须大于此高差，即
(完整版)工程流体力学习题及答案
(完整版)工程流体力学习题及答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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 γτμ=。
（b ）【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。
解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。
（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RTp=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95d 1d 0.51011020 000k p ρρ-==⨯⨯⨯=。
（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。
工程流体力学课后习题答案1-3章[精.选]
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第1章 绪论【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3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯相对密度 330.906100.9061.010w 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10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE 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 dVV dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht 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1β=-=P p dV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆t p V V ?，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则 由 200L β+=t V V dT 得 1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa ·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。
工程流体力学习题及答案(李良)
工程流体力学习题第一部分 流体及其物理性质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。
2、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。
3、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。
4、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=。
5、 流体运动黏度υ的国际单位是：A 、m 2/s ；B 、N/m 2；C 、 kg/m ；D 、N·s/m 2。
6、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7、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。
8、下列流体哪个属牛顿流体：A 、汽油；B 、纸浆；C 、血液；D 、沥青。
9、液体的黏性主要来自于液体：A 、分子热运动；B 、分子间内聚力；C 、易变形性；D 、抗拒变形的能力。
10、 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。
11、 简答题（1） 连续介质假设（2） 牛顿流体（3） 流体微团12、 如图所示为压力表校正器。
器内充满压缩系数为βp ＝4.75×10－10 1/Pa 的油液，器内压力为105Pa 时油液的体积为200mL 。
现用手轮丝杆和活塞加压，活塞直径为1cm ，丝杆螺距为2mm ，当压力升高至20MPa 时，问需将手轮摇多少转？解：p 0＝105Pa ，p ＝20MPa ，βp ＝4.75×10－10 1/Pa ，V 0＝200mL ，d ＝1cm ，δ＝2mm 。
工程流体力学-第一次习题课
一、填空题 1.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动 压头___________,静压头___________。 答案：减少， 减少， 增加。 2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______, 变_____；后者是恒_________,变_________。 答案：截面；压差；压差；截面 3.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关 系为______________，所以,流速随着管径的减小而________ 。 答案：υ /υ =d 2 /d 2 增大
（2）C点压强p3 ? 2,3间列柏努利方程 p3 ?
2 3
p3 p2 p3 z3 z2 6m 2g g 2 g g g
2 2
(3)当虹吸管伸入B池水中后，管内流量由 两液位差决定。 限制条件： h H 10m
2.某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一 敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在 管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 [J/kg ],因扩大生 产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的 输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统 增高多少?
【解】∵u1≈0≈u2
p1=p2
（z1 z 2）g
H
f 1 2
u 20.6 u 2.39m / s 2
2
u2 z1 z 2 20.6 z1 15.14m 2g z z1 z1 4.14m
3.如图所示，水以3.78升/秒的流量流经一扩大管段，已知d1＝ 40mm，d2＝80mm，倒U形压差计中水位差R＝170mm， 试求：水流经扩大管段的摩擦损失hf。
工程流体力学习题课2
h
p0
14700 1.5m 9800
相当于液面下移1.5m，如图示虚构液面 则左侧：
P 1.2 2 70560 N 1 hc A 9800 2 1
hD1 1.2 2 3 J 12 hc c 2 1 3 0.11 3.11m 压力中心距A点：3.11－2＝1.11m hc A 3 1.2 2
解：以0－0断面为基准面，列1－1、2－2两断面的能量方程：
V12 p2 V22 0 z h 2g 2g p1
p1 p2
又由连续性方程：
Q 4 0.1 V1 1.42m / s 2 A1 3.14 0.3
V22 V12 z h 2g
6
习题课
6
工程流体力学
1.实际流体在等直管道中流动，在过流断面1， 2上有A，B，C点，则下面关系式成立的是：
A B √ C D
7
B
习题课
7
工程流体力学
2.如图所示管路系统中流体作实际运动，恒 定。圆管等直径，则下述判断正确的是：
A.该管路系统上点3和5的测压管水头相等；
√
B.该管路系统上点3的测压管水头与点4的测压管水头相等； C.该管路系统上点1的 动水压强p1=g水· h1； D.该管路系统上点1和8 的动水压强p1=p8=pa。
10
习题课
10
工程流体力学
• 5.水流一定方向应该是（
• A、从高处向低处流；
）
• B、从压强大处向压强小处流；
• C、从流速大的地方向流速小的地方流； • D、从单位重量流体机械能高的地方向低的地方 流。
工程流体力学习题及答案
一、 是非题。
1. 流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。
（ ）2. 平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。
（ ）3. 附面层分离只能发生在增压减速区。
（ ）4. 等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。
（ ）5. 相对静止状态的等压面一定也是水平面。
（ ）6. 平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。
（ ）7. 流体的静压是指流体的点静压。
（ ）8. 流线和等势线一定正交。
（ ）9. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动。
（ ）10. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。
（ ）11. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。
（ ）12. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。
（ ）13. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。
（ ）14. 相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。
（ ）15. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。
（ ）16. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。
（ ）17. 流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。
（ ）18. 流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。
（ ）二、 填空题。
1、1mmH 2O= 9.807 Pa2、描述流体运动的方法有 欧拉法 和 拉格朗日法 。
3、流体的主要力学模型是指 连续介质 、 无粘性 和不可压缩性。
4、雷诺数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。
5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联，则并联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S 为 。
串联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S 为 。
6、流体紊流运动的特征是 脉动现行 ，处理方法是 时均法 。
7、流体在管道中流动时，流动阻力包括 沿程阻力 和 局部阻力 。
8、流体微团的基本运动形式有： 平移运动 、 旋转流动 和 变形运动 。
(完整版)工程流体力学课后习题答案(第二版)
第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμΘ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=Θ)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yuATmgddsinμθ==001.0145.04.062.22sin8.95sin⨯⨯⨯⨯==δθμuAmgsPa1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yuddμτ=，定性绘出切应力沿y方向的分布图。
[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度μ=0.02Pa．s。
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2 gh1 A1
2h1
d12
4
此 力 即 为 射 流 对 平 板 的 作 用 力P1， 此 外， 平板另一侧所受到的静止油液的总压力
P2
g 2h2 A2
0.8gh2
d
2 2
4
为P2， 为 保 持 平 板 对 油 箱 短 管 的 密 封 作 用 ， 须 使 平 板 在 水 平 方 向 保 持 静 止 状 态，
4
d12V1
4
d 22V2
V2 4V1 16m / s
Q
V1 A1
4
4
0.22
0.126m3
/
s
y
0
1
P1
V1
2
P2
x Ry
Rx a
V2 2
1
列1-2伯努利方程
p1 V12 p2 V22
g 2g g 2g
p2
98000
42
162
2.24m
g 9.81000 2 9.8 2 9.8
2g
(z2
p2
g
2V22
2g
)
将H=z1-z2和p1=p2=0 及 V1=0 2=1.0 则有
hw
H
V22 2g
H
Q2 2 gA2
hw
4.5
0.12 2 9.8 0.0312
4.5 0.53 3.97(m)
H
2 2
7. 水平面上的渐缩弯管如图所
示。 已知断面1处的压强为
y
p1=9平 方 向 力 的 作 用 情 况， 则 有 P1 P2 即
2 gh1
d
2 1
4
0.8 gh2
d
2 2
4
h2
2 0.8
( d1 d2
)2 h1
2 0.8
( 25)2 50
1.6
1m
10.已 知 圆 球 绕 力 阻 力D 与 球 的 直 径d， 来
流 速 度U0， 流 体 的 密 度、 动 力 粘 度 有
1000
V1
Q A1
Q
1 4
d12
0.3
1 0.32
4
4.24m / s
V2
Q A2
Q
1 4
d
2 2
0.3
1 0.22
4
9.55m / s
6. 已知: d=200mm H=4.5m Q=0.1 (m3/s)
求: 水流的总水头损失
1
1
解:
选1-1与2-2两个断面间的流动
hw
z1
p1
g
1V12
解：建 立 水 箱 液 面 与 喷 口 的 能 量 方 程， 按
照
题
意
有，
h1
V12 2g
则 水 射 流 的 速 度 为 V1
2gh1
h1 d1
P1
油 d2 h2
取 图 示 射 流 边 界 为 控 制 体， 根 据 动 量 原 水
P2
理， 平 板 对 射 流 的 作 用 力 为
R
QV1
V12 A1
试求各管段流量。
解： 管路2与管路3并联 故， 由连续性方程，得
将基准面取在出水池水面，在进水池与出水池之间列能量方程，得
将联立以上方程，整理得
15.
2021
对B点取矩：P1h1'
P2h'2
P3h'3
Ph
' D
hD' 1.115m
hD 3 hD' sin 600 2.03m
4.圆柱体, d=2m, h1=2m, h2=1m
求: 单位长度上所受到 的静水压力的水平分力
h1
和铅垂分力
h2
解:
Px=g(h1/2)(h11)- g(h2/2) (h2 1) =g(h12-h22)/2=14.7(kN)
1.一 底 面 积 为45x50cm2 ， 高 为 1cm 的 木 块， 质 量 为5kg ， 沿 涂 有 润 滑 油 的斜 面 向 下 作 等 速 运 动， 木 块 运 动 速 度u=1m/s ， 油 层 厚 度1cm ， 斜 坡 角 22.620 (见 图 示)， 求 油 的 粘 度 。
解： 木 块 重 量 沿 斜 坡 分 力 F 与 切 力 T平 衡 时，
R
1 2
gH
2B
1 2
ghc2 B
Q(Vc
V0 )
0
P0
H
0
z
R
0
x
c
hc
Pc
c
代入数据, 得
R 1 9.81000(52 6 12 6) 1000 30(5 1) 2
R 735000 29400120000 585.6(kN)
水流对闸门的作用力, 利用牛顿第三定律, 有
R R 585 .6(kN)
Q
Qm
Q
Qm
2/ l
5
0.0815102.5
25.76m3
/
s
即原型上的流量为 25.76m3 / s
解题步骤
（3）计算流量系数μ 流量系数μ 是常数，在原型和模型上都相同。 根据平板闸门自由出流计算公式：
Q S be 2gH0
由于行近流速很小，可以忽略不计H0 = H，自
由出流 S 1 。
0
V1=4m/s ，管径 d1=200mm，
1
d2=100mm，转角a=450 。不计 P1 V1
水头损失，
1
求: 水流作用于弯管上的力
2
P2
x Ry
Rx a
V2 2
解: 取整个弯管段的水体为控制体，选取图示oxy坐标系， 设管壁对水流的作用力为Rx， Ry（假定方向如图所示） 由连续性方程 , 有
求:水流对闸门推力
P0
H
0
x
解: 利用连续性方程,有
c
hc
Pc
V0
Q BH
30 1m / s 65
0
c
Vc
Q Bhc
30 5m / s 6 1
选取图示断面0-0和断面c-c之间的水体作为控制体，设闸
门对水流作用力为 R , 则X方向的动量方程为
Q(Vc V0 ) P0 R Pc R P0 Pc Q(Vc V0 )
等速下滑
u
mg sin T A du
dy
m gsin
A
u
5 9.8 sin 22.62 0.4 0.45 1
0.001
0.1047Pa s
2.某 处 设 置 安 全 闸 门 如 图 所 示， 闸 门 宽 b= 0.6m， 高 h1= 1m， 铰 接 装 置 于 距 离 底 h2= 0.4m， 闸 门 可 绕 A 点 转 动， 求 闸 门 自 动 打 开 的 水 深 h 为 多 少 米。
P b
1 2
油h
h sin600
1
2
水 h1
h1 sin600
＋ 油h
h1 sin600
＝45.26k N
作用点：
P1
1 2
油h
s
h in 600
4.5kN
h1' 2.69m
P2
1 2
水
h1
h1 s in 600
22.65kN
h2' 0.77m
P3
油h
h1 s in 600
18.1kN
h3' 1.155m
Q
25.76
0.56
be 2gH 6 1 19.6 3
即平板闸门闸孔出流的流量系数为0.56 。
联 立 求 解 得： a1 2 D
所 以 1 d2U02
b1 2 c1 1
1
2 dU0 dU0 Re
f1(
d
D 2U
2 0
,
1 )
Re
0
，阻 力 D d2U02(Re)
或 D (Re) 8 d2 U02
H l
3 10
0.3 m
闸孔宽度 闸门开度
bm
b l
6
10
0.6 m
e
em l
1.0 0.1m
10
解题步骤
重力相似准则条件下的流速比尺
V
1/ 2 l
所以
V V0 V0 0.6 0.19 m/s
0m
（2）原型流量
Qv
的计算 l1/ 2
10
重力相似准则条件下的流量比尺
Q
2/5 l
4
2
则 D CD AU02
2
令
CD (Re) 8 , A d2
4
CD称 为 阻 力 系 数， A为 球 在 来 流 方 向 投 影 面 积。
12.已知图示混联管路各管段的沿程阻力系数 1 2 3 4 管径 d1 d2 d3 d4 d ，管长 l1 l2 l3 l4 l
代入有关数据得 Rx= －2.328(kN) Ry=1.303(kN)
利用牛顿第三定律, 可得到水流对管壁的作用力, 并可求得合 力及合力与X方向的夹角
8.已知矩形平板闸下出流。已知闸
门宽B=6m, 闸门前水深H=5m,闸
门后收缩断面水深，hc=1m, 流量
Q=30m3/s。不计水头损失，
0
z R
p2 21.95(kpa )
y
0
1
P1
V1
2
P2
x Ry
Rx a
V2 2
1
列X方向动量方程 ρQ(V2 cosa V1) P1 P2 cosa Rx Rx ρQ(V2 cosa V1) P1 P2 cosa