工程流体力学答案(陈卓如)第八章
工程流体力学课后习题答案
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 dV V 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 pdV 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∆∆tp 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。
工程流体力学习题全解
第1章 绪论选择题【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（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。
【1.2】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（b ）切应力和剪切变形速度；（cd ）切应力和流速。
【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m；（d ）N·s/m 2。
解：流体的运动黏度υ【1.4】 黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）解：不考虑黏性的流体称为理想流体。
【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：1/20 000；（b ）1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。
气压时，其密度增大约【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：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。
【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。
解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
【1.8】（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。
解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有关，因此它们不能直接比较。
【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（b ）分子间内聚力；（c ）易变形性；（d ）抗拒变形的能力。
解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。
计算题【1.10】 黏度μ=3.92×10﹣2Pa·s 的黏性流体沿壁面流动，距壁面y 处的流速为v=3y+y 2（m/s ），试求壁面的切应力。
《工程流体力学》习题1～7章参考答案
参考答案 4
图 3-10 习题 3-2 附图
解：根据已知条件，船底长度 12m，舱体宽度(垂直于纸面)上下均为 6m，水面上船的长度为 12＋2×2.4=16.8m，于是，船排开水的体积为 1 V = (16.8 + 12 ) × 2.4 × 6 = 207.36m3 2 根据阿基米德定律，船上货物的总质量等于船排开的水的质量 m = ρ 海水V = 1000 × 207.36 = 207360kg 习题 3-4 一个充满水的密闭容器以等角速度 ω 绕一水平轴旋转，同时需要考虑重力的影响。 试证明其等压面是圆柱面，且等压面的中心轴线比容器的转动轴线高 g ω 2 。 解：根据图示的坐标（z 轴水平）可知，单位质量流体的质量力分量为 g x = 0, g y = − g , g z = 0 流体绕 z 轴以匀角速度 ω 旋转时，半径 r 处流体团的加速度 a 位于 x-y 的平面内，大小为 rω ， 方向指向转动中心。 于是按达朗贝尔原理， 单位质量流体受到的惯性力(离心力)则为 −a ， 2 大小为 rω ，方向沿径向朝外，其 x, y, z 方向的分量为 − ax = rω 2 cos θ = xω 2
参考答案 1
图 1-10 习题 1-3 附图 习题 2-1 给定拉格朗日流场： x = ae −( 2t k ) ， y = bet k ， z = cet k ，其中 k 为常数。试判断： ①是否是稳态流动；②是否是不可压流场；③是否是有旋流动。 解：(1)由给定的拉格朗日流场中的迹线表达式 x = ae − ( 2t k ) ， y = be t k ， z = ce t k 可得： a = xe 2t k ， b = ye − ( t k ) ， c = ze − ( t k ) 根据定义，求解流体速度： 2a ∂x ∂ (ae − ( 2t k ) ) vx = = = − e −( 2t k ) ∂t ∂t k 2 将 a 值代入可得： vx = − x k 1 1 同理可得： v y = y ； vz = z k k 已知 k 为常数，所以 v x 、 v y 、 v z 均与时间无关，给定的流场是稳态流动。
工程流体力学课后习题答案
工程流体力学课后习题答案工程流体力学课后习题答案工程流体力学是研究流体在工程中的运动和力学性质的学科。
它是应用力学的一个重要分支，广泛应用于航空、航天、能源、环境等领域。
在学习工程流体力学的过程中，课后习题是巩固知识、检验理解的重要方式。
下面将为大家提供一些工程流体力学课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 一个长方形水槽的尺寸为2m×3m×4m，水槽中装满了水，求水的质量。
答：水的质量可以通过水的体积乘以水的密度来计算。
水的体积为2m×3m×4m=24m³，水的密度为1000kg/m³，因此水的质量为24m³×1000kg/m³=24000kg。
2. 一个圆柱形容器内的液体高度为1m，液体的压强为1000Pa，求液体的密度。
答：液体的密度可以通过液体的压强除以重力加速度来计算。
重力加速度的数值约为9.8m/s²。
液体的密度为1000Pa/9.8m/s²≈102.04kg/m³。
3. 一个水泵每秒向水池中抽水1000L，水池的面积为10m²，求每秒水池水位上升的高度。
答：每秒向水池中抽水1000L，即每秒向水池中注入1000kg的水。
水池的面积为10m²，因此每秒水池水位上升的高度为1000kg/10m²=100m。
4. 一个水管的直径为10cm，水流速度为1m/s，求水流的流量。
答：水流的流量可以通过水管的横截面积乘以水流速度来计算。
水管的直径为10cm，即半径为5cm=0.05m。
水管的横截面积为π(0.05m)²≈0.00785m²。
水流的流量为0.00785m²×1m/s=0.00785m³/s。
5. 一个水泵每分钟向水池中注入500L的水，水池的面积为5m²，求每分钟水池水位上升的高度。
工程流体力学课后习题答案
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 dV V 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 pdV 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∆∆tp 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。
工程流体力学课后习题答案
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 dV V 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 pdV 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∆∆tp 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。
工程流体力学课后习题答案
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 pdV 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=t t dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆tp VV ，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则由 200L β+=tV 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。
流体力学第八章答案
流体力学第八章答案【篇一：流体力学第8、10、11章课后习题】>一、主要内容（一）边界层的基本概念与特征1、基本概念：绕物体流动时物体壁面附近存在一个薄层，其内部存在着很大的速度梯度和漩涡，粘性影响不能忽略，我们把这一薄层称为边界层。
2、基本特征：（1）与物体的长度相比，边界层的厚度很小；（2）边界层内沿边界层厚度方向的速度变化非常急剧，即速度梯度很大；（3）边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚；（4）由于边界层很薄，因而可以近似地认为边界层中各截面上压强等于同一截面上边界层外边界上的压强；（5）在边界层内粘性力和惯性力是同一数量级；（6）边界层内流体的流动与管内流动一样，也可以有层流和紊流2种状态。
（二）层流边界层的微分方程（普朗特边界层方程）??v?vy?2v1?p?vy?????vx?x?y??x?y2????p??0?y???v?vy???0?x?y??其边界条件为：在y?0处，vx?vy?0 在y??处，vx?v(x)（三）边界层的厚度从平板表面沿外法线到流速为主流99%的距离，称为边界层的厚度，以?表示。
边界层的厚度?顺流逐渐加厚，因为边界的影响是随着边界的长度逐渐向流区内延伸的。
图8-1 平板边界层的厚度1、位移厚度或排挤厚度?1?1?2、动量损失厚度?2?vx1?(v?v)dy?(1?)dy x??00vv?2?1?v2???vx(v?vx)dy???vxv(1?x)dy vv（四）边界层的动量积分关系式??2???p?vdy?v?vdy?????wdx xx??00?x?x?x对于平板上的层流边界层，在整个边界层内每一点的压强都是相同的，即p?常数。
这样，边界层的动量积分关系式变为?wd?2d?vdy?vvdy?? x?x??00dxdx?二、本章难点（一）平板层流边界层的近似计算根据三个关系式：（1）平板层流边界层的动量积分关系式；（2）层流边界层内的速度分布关系式；（3）切向应力关系式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
［陈书8-9］一个圆球放在流速为1.6m/s 的水中，受的阻力为 4.4N 。
另一个直径为其两倍的圆球置于一风洞中，求在动力相似条件下风速的大小及球所受的阻力。
已知13=w air νν，3m kg 28.1=air ρ。
［解］：此题涉及绕流物体的粘性阻力，应选取雷诺数为主要的相似准则，于是： w w w air air
air e d u d u νν==R
从上式可得：
w w
air air w air u d d u νν= 由题意知：，
21=air w d d ，13=w air νν，s m 6.1=w u 将以上条件代入，得风速：()m 4.10318.06.1132
1=⨯=⨯⨯=air u 转化阻力采用牛顿数相等的原则，即：
2222w
w w w air air air air e d u F d u F N ρρ== 由上式可得：w w
w w air air air air F d u d u F 2222ρρ= 由题意：28
.11000=air w ρρ，N 4.4=w F 所以：()N 952.04.426.14.10100028.122=⨯⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯=air F
［陈书8-10］需测定飞行器上所用流线型杆子的阻力，杆子厚度为30mm ，飞行器速度为
150km/h ，当用杆子模型在水槽中测定其粘性阻力时，已知水流速度为2m/s ，
13=w air νν。
问模型厚度应为多少？
［解］：此题涉及绕流物体的粘性阻力，应选取雷诺数为主要的相似准则，于是： w w w air air
air l u l u νν==Re
从上式可得：
air air
w w air w l u u l νν=
由题意知：13=w
air νν，m 03.0m m 30==air l m 6.1=w u ，s m 360010150h km 1503
⨯==air
u 将以上条件代入，得模型厚度： m m 96m 096.003.013
16.136********==⨯⨯⨯⨯=w l
［陈书8-11］为了得到水管中蝶阀的特性曲线，利用空气来进行模型实验。
模型蝶阀直径mm 250=m D ，当o 30=α，空气（3m kg 25.1=ρ）流量s m 6.13=Vm q 时，实验测得如下数据：模型中压强降O m m H 2752=∆m p ；气流作用在阀门上的力是N 137=m P ；绕阀门旋转轴气流的作用力矩是m N 94.2⋅=m M 。
设实验在自模区进行，且实际蝶阀
m 5.2=t D ，水流量m 83=Vt q ，α角相同。
试确定实物中的压强降、作用力及作用力矩。
［解］涉及压强降，应考虑欧拉数相等，即：
2
2t t t m m m u p u p Eu ρρ∆=∆= 由上式可得：m m
m t t t p u u p ∆=∆22ρρ 由题意：80025
.11000==m t ρρ 400
15.26.125.0822222222222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=t Vm m Vt m Vm t Vt m t D q D q D q D q u u 取重力加速度：-29.8ms =g
Pa 26959.810000.275O m m H 2752=⨯⨯==∆m p 所以：Pa 53902695400800=⨯=∆t p ，或：O mmH 550275400
8002=⨯=∆t p
转化作用力采用牛顿数相等的原则，即：
2
222t t t t m m m m e D u P D u P N ρρ==
由上式可得： ()N 2740013725.05.240080022222=⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯==m m m m t t t t P D u D u P ρρ 力矩：m
m t t m t D P D P M M = 所以：()m N 588094.225.05.213727400⋅=⨯⨯==
m m m t t t M D P D P M
［陈书8-12］在深水中进行火箭的模拟实验，模型大小与实物之比为1/1.5。
若火箭在空气中的速度为500km/h ，问欲测定其粘性阻力，模型在水中的实验速度为多少（已知13=w air νν）？
［解］：此题涉及绕流物体的粘性阻力，应选取雷诺数为主要的相似准则，于是： w w w air air
air l u l u νν==Re 由上式可得：()()s m 16h km 69.5750015.1131==⨯⨯==air w air air w w u l l u νν。