流体力学和流体机械习题参考答案与解析
删掉的题目：1-14、2-6、2-9、2-11、2-17、3-10、3-19、4-5、4-13
《流体力学与流体机械之流体力学》
第一章 流体及其物理性质
1-8 1.53m 的容器中装满了油。已知油的重量为12591N 。求油的重度γ和密度ρ。 解：312591
856.5kg/m 9.8 1.5
m V ρ=
==?；38394N/m g γρ== 1-11 面积20.5m A =的平板水平放在厚度10mm h =的油膜上。用 4.8N F =的水平力拉它以0.8m/s U =速度移动（图1-6）。若油的密度3856kg/m ρ=。求油的动力粘度和运动粘度。
解：29.6N/m F A
τ=
=，U
h τμ=，
所以，0.12Pa s h
U
τμ==，42/0.12/856 1.410m /s νμρ-===? 1-12 重量20N G =、面积2
0.12m A =的平板置于斜面上。其间充满粘度
0.65Pa s μ=的油液（图1-7）。当油液厚度8mm h =时。问匀速下滑时平板的速度是多少。
解：sin 20 6.84F G N ==，57Pa s F
A
τ==， 因为U h τμ
=，所以570.0080.7m/s 0.65
h U τμ?=== 1-13 直径50mm d =的轴颈同心地在50.1mm D =的轴承中转动（图1-8）。间隙中润滑油的粘度0.45Pa s μ=。当转速950r/min n =时，求因油膜摩擦而附加的阻力矩M 。
解：将接触面沿圆柱展开，可得接触面的面积为：
20.050.10.016m A dL ππ==??=
接触面上的相对速度为：2 2.49m/s 2260d d n
u πω=
== 接触面间的距离为：0.05mm 2
D d
δ-== 接触面之间的作用力：358.44N du F A
A dy u δ
μμ=== 则油膜的附加阻力矩为：8.9N m 2
d
M F
== 1-14 直径为D 的圆盘水平地放在厚度为h 的油膜上。当驱动圆盘以转速n 旋转时，试证明油的动力粘度μ与驱动力矩M 的关系为：
24
960hM
nD
μπ=
证明：26030n n ππω=
=，30
nr
v r πω== 2dA rdr π=，2215v nr dr dF dA h h
μπμ==，2315nr dr
dM dFr h μπ==
/2
2324
15960D nr dr
nD h
M h
μπμπ=
=?
所以：24
960hM
nD
μπ=
第二章 流体静力学
2-5 试求潜水员在海面以下50m 处受到的压力。海面上为标准大气压，海水重度
39990N/m γ=。
解：55110999050610Pa a P P h γ=+=?+?=?
2-6 开敞容器，盛装21γγ>两种液体，如图2-27所示，求：①在下层液体中任一点的压力；②1和2两测压管中的液面哪个高些？哪个和容器内的液面同高？为什么？
解：①1122a P P h h γλ=++ 其中，1h 为上层液体的深度，2h 为下层液体中任一点距离分界面的距离。
②测压管1的液面高些，与容器的液面同高。
管1中的流体与容器中上层流体为同一种流体，并相互连通，根据等压面的性质，对于同一种流体并连通时，任一水平面为等压面，即管1中的液面与容器内的液面等高。
划交界面的延长线，并与管2相交，根据等压面的定义可知，这是一个等
压面：'112p h h γγ==
21γγ> '1h h ∴>
2-7 如图2-28所示的双U 形管，用来测定重度比水小的液体的密度。试用液柱高度差来确定位置液体的密度ρ。（管中的水是在标准大气压下，4C 的纯水）
解：43()a P h h h γγ+-=水 1）
1232()()a P h h h h h γγ+-=+-水 2） 将1）式代入2）式得：
12341234
32
32
)
h h h h h h h h h h h h γγγ-+--+-=
=
--水水（
1234
32
h h h g
h h h γ
ρρ-+--∴=
=
水
2-9 某地大气压为2101325N/m 。求：①绝对压力为2026502N/m 时的相对压力及水柱高度；②相对压力为8m 水柱时的绝对压力；③绝对压力为780662N/m 时的真空度。
解：①2
202625101325101325N/m P =-=相，h P
γ=水相，所以，10.34m h =
②42
810N/m P h γ==?相水，所以，2181325N/m P =
③21013257806623259N/m =-=真空度
2-10 用两个U 行管串联在一起去测量一个贮气罐中的气体的压力，见图2-30所示。已知180cm h =，270cm h =，380cm h =，大气压为1013252N/m ，
53==1.333210N/m γ?汞，气柱重力可略去，求罐内气体的压力等于多少。
解：1P h h γγ=+气汞水，32)a P h h h γγ+=+汞水（ 所以：312a P h P h h γγγ+=-+汞气汞水
所以： 2
132()307637N/m a P P h h h γγ=++-=气汞水
2-11 两根水银测压管与盛有水的封闭容器连接，如图2-31所示。已知160cm h =，
225cm h =，330cm h =，试求下面测压管水银面距自由液面的深度4h 。
解：012a P h P h γγ+=+水汞
043a P h P h γγ+=+水汞
所以：02143a P h h h P h γγγγ+-+=+汞水水汞 所以：321
4()128cm h h h h γγγ-+=
=汞水水
2-12 封闭容器内盛有油和水，如图2-32所示。油层厚130cm h =，油的重度
3=8370N/m γ油，另已知250cm h =，40cm h =，试求油面上的表压力。
解：01212)P h h h h h γγγ++=+-油水汞（，2
45709N/m P ∴= 2-14 如图2-34所示，欲使活塞产生7848N F =的推力，活塞左侧需引入多高压力1p 的油？已知活塞直径110cm d =，活塞杆直径23cm d =，活塞和活塞杆的总摩擦力等于活塞总推力的10%，活塞右侧的表压力4229.8110N/m p =?.
解：22211212[()](110%)7848N 4
4
P d P d d π
π
?
-?
-?+=，解得：52
19.9810N/m P =?
2-16 如图2-36所示，无盖水箱盛水深度1m h =，水箱宽度 1.5m b =，高1.2m H =，
若3m l =，试求：①水箱的水保持不致溢出时的加速度a ；②以此加速度运动时，
水箱后板壁所受的总压力。
解：①'
()/2blh h H bl =+，'
0.8m h ∴=，'
0.13a H h g l
-==，21.31m/s a ∴=
②由压力分布公式可得：0()p p ay gz ρ=-+
在水箱后壁板，2
l
y =-；将其带入上式并对水箱后壁板进行积分：
0022020000()2
(2)2{()[()]}
2(2)
222()(2)
22
[()]
2
[]
2
A A A H h h l
P pdA p dA a gz dA
p A al gz bdz
b p A al H h h g H h h b
p A bHal H Hh H h p A A gl A H h l H
A p H h h H
A p ρρ
ρ
ργργ
γγ--==--+=+-=+-----=+---=+--=+--+=+???? 两边的大气压正好相抵，即：10584N 2
c H
P p A A γ
=== 2-17 贮水小车沿倾角为α的轨道向下做等加速运动，设加速度为a ，如图2-37所示。求水车内水面的倾角θ。
解：在自由液面上建立直角坐标系，以水平方向为x 轴，向右为正向，竖直方向为y 轴，向上为正向。
作用在液体上的单位质量力为： cos X a α= sin Y g a α=-+
0Z =
根据压强差平均微分方程式：d (d d d )p X x Y y Z z ρ=++
在液面上为大气压强，d 0p =，代入压强差平均微分方程式，可得： cos d d sin d 0a x g y a y αα-+=，
d cos tan d sin y a x a g
αθα∴
=-=- cos arctan
sin a g a α
θα
∴=-
2-18 尺寸为b c l ??的飞机汽油箱如图2-38所示，其中所装的汽油为邮箱油量的三分之一。试确定下面两种情况下飞机作水平等加速飞行时的加速度a 各是多少？
解：①'
/3/2blc h cl =，所以，'
2/3h b =，'23a h b
g c c
∴==，得：
221
3.27m/s 33
b a g g
c ∴=
== ②'/3(/2)/2blc c c lb =+，所以，'/6c c =，'3 1.5/2a b b
g c c c
∴
===-，
21.514.7m/s a g ∴==
2-19 在一直径300mm d =，高度500mm H =的圆柱形容器中，注水至高度
1300mm h =，使容器绕垂直轴作等角速度旋转，如图2-39所示。 ①试确定使水之自由液面正好达到容器边缘时的转速1n 。
②求抛物面顶端碰到容器底时的转速2n ，若此时容器停止旋转，水面高度2h 将为若干？
解：①2211
()2
r h r H h ππ=-，所以，12()400mm h H h =-=
22
2r z h g
ω=
=，所以，18.66rad/s ω=
=，得30178.3r/min n ωπ==
②22
2r z H g
ω=
=，所以，20.87rad/s ω=
=，得30199.3r/min n ωπ== 容器中剩余水的体积为：
22221
2r H r H r h πππ-=，所以，21
2
h H =
，所以，2250mm h = 第三章 流体运动学
3-9 直径 1.2m D =的水箱通过30mm d =的小孔泄流。今测得水箱的液面在1s 内下降了0.8mm 。求泄流量Q 和小孔处的平均速度v 。
解：22311
1.20.8100.9L/s 44Q D h ππ-==???=，
因为：21
4
Q d v π=，所以， 1.27m/s v =
3-10 密度3840k g /m ρ=的重油沿150m m d =的输油管流动。当质量流量
50kg/h m Q =时，求体积流量Q 和平均速度v 。 解：235.9510m /h m
Q Q ρ
-=
=?，因为：21
4Q d v π=，所以， 3.367m/h v =
3-11 大管1150mm d =和小管2100mm d =之间用一变径接头连接。若小管中的速度23m/s v =，求流量Q 和大管中的平均速度1v 。
解：23221
0.024m /s 4
Q d v π==，21114Q d v π=，所以，1 1.33m/s v =。
3-12 已知某不可压缩平面流动中，34x u x y =+。y u 应满足什么条件才能使流动连续？
解：要使流动连续，应当满足0y x u u x y ??+=??，3y x u u
x y
??=-=
??， 所以，3()y u y f x =-+
3-14 二元流动的速度分布为x u tx =；y u ty =-。则 （1）求势函数和流函数；
（2）当1t =时，作出通过点（1，1）的流线。
解：（1）由连续性方程可知0y
x u u t t x y
??+=-=??，满足连续条件，流函数存在。
由流函数的定义可知：
x u tx y
ψ
?==?，y u ty x ψ?=-=? 0y x d dx dy u dx u dy tydx txdy x y
ψψ
ψ??=
+=-+=+=?? 所以，2txy c ψ==
由无旋条件知：1()02y x z u
u y x ω??=-=??，满足无旋条件，势函数存在。
由势函数的定义可知：
x u tx x ??==?，y u ty y
?
?==-?
x y d dx dy u dx u dy txdx tydy x y
??ψ??=
+=+=-?? 所以，22
22
t t x y c ?=
-+ （2）流函数0x y u dy u dx -=，积分得：2txy c =
因为，1t =时，通过（1,1）点，所以，2c =，此时的流线方程为1xy = 3-15 判断下列流动是否满足不可压缩流动的连续性条件。若满足，求出流函数。 （1）x u ax b =+；y u ay c =-+（a ，b ，c 均为常数）； （2）x u xy =；y u xy =-； （3）22x u y x =+；22y u x y =-； （4）22x ay u x y =-
+；22
x
ax
u x y =+。 解：（1）x u a x ?=?，y u a y ?=-?，0y
x u u x y
??+=??，满足连续条件。 y u ay c x ψ?=-=-?，x u ax b y
ψ?==+?，所以，2axy by cx A ψ=+-=，A 为常数。
（2）
x u y x ?=?，y u x y ?=-?，0y x u
u x y ??+≠??，不满足连续条件。 （3）
2x u x ?=?，2y u y ?=-?，0y x u
u x y
??+=??，满足连续条件。 22x u y x y
ψ
?==+?，22y u x y x ψ?=-=-+?，所以，3311233y xy x c ψ=+-=，c 为常数。
（4）2222()x u axy x x y ?=?+，2222()y u axy
y x y ?=-?+，0y x u u x y ??+=??，满足连续条件。
22x ay u y x y ψ?==-?+，22y ax u x x y
ψ?=-=-?+，所以，22ln()a x y c ψ=-+=，
c 为常数。
3-16 在3-15题中，哪些流动是无旋的，求其势函数。 解：（1）
0x u y ?=?，0y u x ?=?，y x u u
y x
??∴=??，所以，无旋。
x u ax b x ??==+?，y u ay c y
??==-+?，221122ax bx ay cy A ?∴=+-++，A 为常数。
（2）x u x y ?=?，y u x x ?=-?，y
x u u y x
??∴≠??，所以，有旋。 （3）
2x u y y ?=?，2y u x x ?=?，y x u u
y x
??∴≠??，所以，有旋。 （4）22222()()x u a x y y x y ?-=-?+，22222()()y u a x y x x y ?-=-?+，y x u u y x ??∴=
??，所以，无旋。
22x ay u x x y ??==-?+，22y ax u y x y ??==?+，arctan arctan y x a a c x y
?∴=-+，c 为常数。
3-19 不可压缩流动的流函数35xy x y ψ=+-，求其势函数。 解：
5x u x y
ψ
?==-?，3y u y x ψ?=-=+?， 所以，
5x u x x ??==-?，3y u y y
?
?==--?22115322x x y y c ?∴=---+，c 为常数。 第四章 流体动力学基础
4-3 用图4-32所示的测压管测定水管中的点速，测压计中工作液的密度
3800kg/m g ρ=。当读数0.5m h ?=，10.4m h =，20.2m h =时，求A 、B 两点的流
速A u 、B u 。
解：计算A 点流速：
A 点的全压对应的高度为1x h h +，静压对应的高度为2x h h +，
则A 点的动压为2122A
u h h g
=-， 1.98m/s A u ==
计算B 点流速：
因A 、B 在同一过流断面上，测压管水头相同，A
B
A B p p z z γγ
+
=+
，但流速不
同，由速度形成的压差是
()
g h γγγ
??-
22
()0.122g A B
h u u g g γγγ
??-∴-==， 1.4m/s B u = 4-4 如图4-33利用一变截面管中水流产生的压力差，通过活塞操纵气体控制器。已知115mm d =，210mm d =，1 4.5m/s v =，管段水平放置，活塞直径20mm D =。忽略损失及活塞杆直径，求活塞受到之压力。
解：22112211
44
d v d v ππ=，210.125m/s v ∴=
根据伯努利方程：22
1
122
22P v P v g g
γγ+=+，1241132.8Pa P P ∴-=
所以：212()
12.92N 4
F P P D π
=-=
4-5 如图4-34一垂直向上流动的水流，设流束截面保持圆形。已知喷嘴直径125mm d =，喷嘴出口流速112m/s v =。问在高于喷嘴4m 处，水流的直径为多少？忽略损失。
解：对截面1-1和2-2列伯努利方程：22
12
22v v h g g
=+
，28.1m/s v ∴= 2211224
4
d v d v π
π
=
，230.43mm d ∴=
4-6 如图4-35水沿渐缩管道垂直向上流动。已知130cm d =，220cm d =，表压力2119.6N/cm p =，229.81N/cm p =，2m h =。若不计摩擦损失，试计算其流量。
解：2
211
22
44d v d v π
π
=，22
1
122
22P v P v h g g
γγ+=++，1 6.2m/s v ∴=，
23110.4386m /s 4
Q d v π
=
=
4-8 离心式风机借集流器从大气中吸取空气（如图4-37所示）。其测压装置为一从直径20cm d =圆柱形管道上接出的、下端插入水槽中的玻璃管。若水在玻璃管中上升高度25cm H =，求风机的吸风量Q 。空气的密度31.29kg/m ρ=。
解：a P H P γ+=水，22
22a A P v v P g g g g
ρρ+=+
，0A v = 62.3m/s v ∴=，231.96m /s 4
Q d v π
=
=
4-11 密度31000kg/m ρ=的水由直径15cm 、高于基准面6m 的A 点，流至直径为75mm 、高于基准面3m 的B 点。已知A 点压力为103kPa ，流速为3.6m/s 。忽略损失，求B 点压力。
解：对A 、B 两截面列伯努利方程：2222A
A B B
A B
P v P v h h g g γγ++=++
22
4
4
A A
B B d v d v π
π
=
，14.4m/s B v ∴=，35200Pa B P =
4-13 水箱底部有一截面积为0A 小孔（图4-40），射流的截面积为A （x ）。在小孔处x =0。通过不断注水使水箱中水深h 保持常数。设水箱的横截面远比小孔大，求射流截面积随x 的变化规律A （x ）。
解：22022x V V x g g =-，0V =x V ∴00x x
AV A V =，()A x A ∴=4-14 一虹吸管直径100mm ，各管段垂直距离如图4-41所示。不计水头损失，求流量和A 、B 点压力。
解：对水平面和C 截面列伯努利方程：2
2a a
C
P P v H g
γγ+=+
9.39m/s C v ∴==，230.0737m /s 4
C Q d v π
=
=
对水平面和A 截面列伯努利方程：22a A
A
P P v h g
γγ=++，A C v v =，
768600Pa A P γ∴=-=-
对水平面和B 截面列伯努利方程：2
2a B
B
P P v h g
γγ+=+
，B C v v =， 3.534300Pa B P γ∴=-=-
4-20 如图4-46离心式水泵借一内径150mm d =的吸水管以360m /h Q =的流量从一敞口水槽中吸水，并将水送入压力水箱。设装在水泵与吸水管接头上的真空计指出负压值为40kPa ，水头损失不计，试求水泵的吸水高度H 。
解：根据伯努利方程：22a S P V P
H g g g ρρ++=，24Q d v π=， 3.96m S H ∴=
4-21 如图4-47所示，密度为8303kg/m 的油水平射向直立的平板。已知
020m/s v =，求支撑平板所需的力F 。
解：根据动量定理：2020()651.55N 4
F Q v v d v π
ρρ
=-=-=-
根据牛顿第三定律，651.55N F =，方向水平向左。
4-24 水流经一弯管流入大气，如图4-49所示。已知1100mm d =，275mm d =，223m/s v =，水的重度为4310N/m ，求弯管上受到的力（不计损失，不计重力）
。
解：建立坐标系，取水平向右方向为x 轴正向，取竖直向上方向为y 轴正向。
由连续性方程得：22112244d v d v ππ=112.94m/s v ∴=，2
32
20.1012m /s 4
Q d v π== 对截面1和截面2列伯努利方程：2
2
01
1222p p v v g g
γγ+=+
，1449555.8Pa p ∴= 根据动量定理： 在水平方向：22
1
10
221cos30(cos30)4
4
x F P d P d Q V V π
π
ρ+-=-
2377x F N ∴=-
在竖直方向：20
22sin 30sin 304
y F P d QV π
ρ-=
1387.6y F N ∴=
根据牛顿第三定律：弯管受的力'2377x x F F N ==，'1387.6y y F F N ==-，负号表示方向沿y 轴负方向。
2752.4N F ∴==,tan 1.7x
y
F F α=
=- 第五章 粘性流体流动及阻力
5-15 粘度421.510m /s ν-=?的油在直径0.3m d =的管中被输送。求层流状态下的最大输油量Q 。 解：Re 2000vd
ν
=
=，max 1m/s v ∴=，23max max 0.071m /s 4
Q d v π
∴=
=
5-16 重度38370N/m γ=、粘度0.15Pa s μ=的油在直径0.25m d =的直管中流过3000m 时的沿程损失为26.1m （油柱），求流量Q 。
解： 假设流动是层流：64Re λ=，22f l v h d g λ=，0.95m/s v ∴=，
230.046m /s 4
Q d v π
=
=
此时，0.950.25
Re 1.5830.15
ud
ν
?=
=
=，流动属于层流，假设成立。
5-19 温度15C t =的水在宽度0.4m b =的矩形水槽中流动。当水深h =0.3m ，速度v =10cm/s 时，求此时的雷诺数。若水深不变，速度为多少时变为层流。 解：查表得，15C 水的运动粘度为：621.13910m /s ν-=? 矩形水槽的水利直径为：440.48m 2A bh
d h b
χ
=
=
=+ Re 421422000vd
ν
=
=> 要改变水的流态，必须使雷诺数Re 1200vd
ν
=
≤ 2.8mm/s v ∴≤
5-20 某输油管路长4000m ，管径d =0.3m ，输送422.510m /s ν-=?、3
840kg/m ρ=
的原油。当流量3240m /h Q =时，求油泵为克服沿程阻力所需增加的功率。 解：0.94m/s Q v A =
=，Re 1131.772000vd ν
==<，为层流，640.0565Re λ== 2
35.344m 2f l v h d g
λ∴==，19.4kW f N gQh ρ==
5-23 重度为γ、粘度为μ的液体在倾角为α的无限平板上靠重力向下流动，如图5-39所示。假设流动为层流，液流厚度为h 。试证明速度分布为：
sin (2)2y h y γα
μμ
=
-
证明：在层流中取一微元，高为dh ，长为l ，宽取单位宽度，则有微元体的重量为：1G V l dh ldh γγγ==???=
重力在运动方向的分力为：sin sin G ldh αγα= 切应力为：sin sin G d dA
α
τγα=-
=- du dy τμ=22sin d u
d dy
τμγα∴==-，即：22sin d u dy γαμ-=
积分得：
1sin du y
C dy γαμ
=-+ 带入边界条件：y =h ，0τ=，得：1sin h C γαμ=
，sin sin du y h
dy γαγαμμ
=-+
再积分得：2
2sin ()2
y u hy C γαμ∴=-+
带入边界条件：0y =时，0u =，20C ∴=
流体力学-课后习题答案
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 ）kg N /；（d ）2/s m 。 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μ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ν的国际单位是：（a ） （a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ?。 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RT p =ρ 。 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10003 kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解： 10000.0022m V ρ==?=（kg ） 29.80719.614G mg ==?=（N ） 答：2L 水的质量是2 kg ，重量是19.614N 。 1.10 体积为0.53 m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解： 44109.807 899.3580.5 m G g V V ρ= ===（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358 kg/m 3 。 1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503 /kg m ，试求其运动黏度。
流体力学习题解答
《流体力学》选择题库 第一章 绪论 1．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。 2．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。 3．下面四种有关流体的质量和重量的说法，正确而严格的说法是 。 A 、流体的质量和重量不随位置而变化； B 、流体的质量和重量随位置而变化； C 、流体的质量随位置变化，而重量不变； D 、流体的质量不随位置变化，而重量随位置变化。 4．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。 5．流体的切应力 。 A 、当流体处于静止状态时不会产生； B 、当流体处于静止状态时，由于内聚力，可以产生； C 、仅仅取决于分子的动量交换； D 、仅仅取决于内聚力。 6．A 、静止液体的动力粘度为0； B 、静止液体的运动粘度为0； C 、静止液体受到的切应力为0； D 、静止液体受到的压应力为0。 7．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=。 8．水力学中，单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。 A 、面积 B 、体积 C 、质量 D 、重量
9．单位质量力的量纲是 A、L*T-2 B、M*L2*T C、M*L*T(-2) D、L(-1)*T 10.单位体积液体的重量称为液体的______，其单位。 A、容重N/m2 B、容重N/M3 C、密度kg/m3 D、密度N/m3 11.不同的液体其粘滞性_____，同一种液体的粘滞性具有随温度______而降低的特性。 A、相同降低 B、相同升高 C、不同降低 D、不同升高 12.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 13.运动粘滞系数的量纲是： A、L/T2 B、L/T3 C、L2/T D、L3/T 14.动力粘滞系数的单位是： A、N*s/m B、N*s/m2 C、m2/s D、m/s 15.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。 第二章流体静力学 1．在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是。 A、同一种液体； B、相互连通； C、不连通； D、同一种液体，相互连通。 2．压力表的读值是 A、绝对压强； B、绝对压强与当地大气压的差值； C、绝对压强加当地大气压； D、当地大气压与绝对压强的差值。 3．相对压强是指该点的绝对压强与的差值。 A、标准大气压； B、当地大气压； C、工程大气压； D、真空压强。
流体力学习题答案讲解
【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 33 4 0.4530.90610 kg/m 510m V ρ-= ==?? 相对密度 3 3 0.906100.9061.010w 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 10-15 10.001 5.110 Pa 5(4.91098000) p dV V dP β-=-==???- 910 1 1 1.9610 Pa 5.110 p E 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 dt β= 则 211 3600.00055(8020)6061.98 m /h t 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1 β=-=P p dV Vdp E 可得，由于压力改变而减少的体积为 6 20017640 0.257L 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
流体力学题及答案
C (c) 盛有不同种类溶液的连通器 D C D 水 油 B B (b) 连通器被隔断 A A (a) 连通容器 1. 等压面是水平面的条件是什么 2. 图中三种不同情况，试问：A-A 、B-B 、C-C 、D-D 中哪个是等压面哪个不是等压面为什么 3 已知某点绝对压强为80kN/m 2，当地大气压强p a =98kN/m 2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。 4. 一封闭水箱自由表面上气体压强p 0=25kN/m 2，h 1=5m ，h 2＝2m 。求A 、B 两点的静水压强。
答：与流线正交的断面叫过流断面。 过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。 引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。8．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问： (1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流是均匀流还是非均匀流
(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流 (3)恒定流情况下，当判别第II 段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系 9 水流从水箱经管径分别为cm d cm d cm d 5.2,5,10321===的管道流 出，出口流速s m V /13=，如图所示。求流量及其它管道的断面平 均流速。 解：应用连续性方程 （1）流量：==33A v Q s l /10 3 -?
(2) 断面平均流速s m v /0625.01= , s m v /25.02=。 10如图铅直放置的有压管道，已知d 1=200mm ，d 2=100mm ，断面1-1处的流速v 1=1m/s 。求（1）输水流量Q ；（2）断面2-2处的平均流速v 2；（3）若此管水平放置，输水流量Q 及断面2-2处的速度v 2是否发生变化（4）图a 中若水自下而上流动，Q 及v 2是否会发生变化 解：应用连续性方程 （1）4.31=Q s l / （2）s m v /42= （3）不变。 （4）流量不变则流速不变。 11. 说明总流能量方程中各项的物理意义。 12. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A 1=，A 2=，A 3=，若水池容积很大，行近流速可以忽
流体力学例题
第一章 流体的性质 例1：两平行平板间充满液体，平板移动速度0.25m/s ，单位面积上所受的作用力2Pa(Ｎ／m2>，试确定平板间液体的粘性系数μ。 例2 ：一木板，重量为G ，底面积为 S 。此木板沿一个倾角为，表面涂有润滑油的斜壁下滑，如图所示。已测得润滑油的厚度为，木板匀速下滑的速度为u 。试求润滑油的动力粘度μ。 b5E2RGbCAP 例3：两圆筒，外筒固定，内筒旋转。已知：r1=0.1m ，r2=0.103m ，L=1m 。 。 求：施加在外筒的力矩M 。 例4：求旋转圆盘的力矩。如图，已知ω， r1，δ，μ。求阻力矩M 。 第二章 流体静力学
例1：用复式水银压差计测量密封容器内水面的相对压强，如图所示。已知：水面高程z0=3m, 压差计各水银面的高程分别为z1 = 0.03m, z2 = 0.18m, z3 = 0.04m, z4 = 0.20m,水银密度p1EanqFDPw ρ′=13600kg/m3，水的密度ρ=1000kg/m3 。试求水面的相对压强p0。 例2：用如图所示的倾斜微压计测量两条同高程水管的压差。该微压计是一个水平倾角为θ的Π形管。已知测压 计两侧斜液柱读数的差值为L=30mm ，倾角 θ=30°，试求压强差p1 –p2 。DXDiTa9E3d 例 3：用复式压差计测量两条气体管道的压差<如图所 示）。两个U 形管的工作液体为水银，密度为ρ2 ，其连接管充以酒精，密度为ρ1 。如果水银面的高度读数为z1 、 z2 、 z3、 z4 ，试求压强差pA –pB 。RTCrpUDGiT 例4：用离心铸造机铸造车轮。求A-A 面上的液体 总压力。 例5：已知：一块平板宽为 B ，长为L,倾角 ，顶端与水面平齐。求：总压力及作用点。 例7：坝的园形泄水孔，装一直径d = 1m 的 平板闸门，中心水深h = 3m ，闸门所在斜面与水平面成，闸门A 端设有铰链，B 端钢索
流体力学课后习题答案
【2012年】《液压与气压传动》继海宋锦春高常识-第1-7章课后答案【最新经典版】 1.1 液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？ 答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作 原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器 液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。 1.2 液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是 液压系统的动力源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以 保证执行元件和工作机构的工作要求。 （3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出 力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄 能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作
用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统常使用液压油液作为工作介质。 1.3 液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就 是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度 或力密度，力密度在这里指工作压力。 （2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速围大，并且对速度的调节还可 以在工作过程中进行。 （3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。 （4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。 （5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调 节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和 操作。 （6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。答：缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格
(完整版)工程流体力学习题集及答案
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 γ τμ=。 （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RT p =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 1 d 0.51011020 000k p ρ ρ -==???= 。 （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。 （c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）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。 （a ） 【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气，621.14610m /s υ-=?水，这说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（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。 （d ） 【1.9】 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。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。 （b ）
流体力学习题解答
流体力学习题解答一、填 空 题 1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。 2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 6．空气在温度为290K ，压强为760mmHg 时的密度和容重分别为 1.2a ρ= kg/m 3和11.77a γ=N/m 3。 7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。 8．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ，以E 来表示 9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m 水柱高，等于735.6毫米汞柱高。 10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。 11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。= 13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。 15．在微压计测量气体压强时，其倾角为?=30α，测得20l =cm 则h=10cm 。 16．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。 17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 19．静压、动压和位压之和以z p 表示，称为总压。 20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 21．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于 由层流转变为紊流的临界流速k v '，其
流体力学典型例题及答案
1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F 1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
流体力学习题解答
习 题 六 1． 已知不可压缩平面流动的速度分布u=x 2+2x-4y ，v=-2xy-2y 。确定流动：（1）是否满足 连续性条件；（2）是否有旋；（3）驻点位置；（4）如存在速度势函数和流函数，求出它 们。4题 2． 已知不可压缩平面流动的速度势为：（1）?= r Q ln 2π；（2）?=x y arctan 2πΓ。求： （1）速度分布；（2）流函数和流动图案。5题图 3． 求以下平面流动的涡量场，并判断由给定涡量场能否唯一地确定相应的速度场。 （1） u=-y ，v=0；（2）u=-（x+y ），v=y ；（3）u=-y ，v=x ； 4． 已知平面流场的速度分布量为：r>a ，u=222y x y a +-ω，v=2 22y x x a +ω；r ≤a ，u=-y ω，v=x ω。ω为常数，a 为半径，求图中三条封闭曲线C 1，C 2，C 3的环量1Γ，2Γ，3Γ。 5． 证明以下分别用速度势和流函数表示的两个流场实际实际上是同一流场： 22y x x -+=?和y xy +=2ψ 6． 不压缩流体平面流动的速度势为x y x +-=2 2 ?，求其相应的流函数。 7． 在（1，0）和（-1，0）两点各有强度为4π的点源，试求在（0，0），（0，1），（0，-1）， （1，1）的速度。 8． 两个速度环量相等且为s m /102 =Γ的旋涡，分别位于y=3±处。求（1）原点处的分 速度u ，v ；（2）A （4，0）点处的u ，v ；（3）B （6，5）点处的u ，v ；（4）流线方程。15题图 9． 已知不可压缩流体平面流动的速度势为2 2 y x -=?，求在点（2，1.5）处的压强。设 驻点的压强为101kN/m 2 ，流体的密度为3 /19.1m kg =ρ。 10． 根据固定壁面可以和流线等价交换的原则，决定如下平面流动的速度势和沿壁面的 速度分布。 （1） 一强度为Q 的点源位于（a ，0）处，y 轴为固定壁面。 （2） 一强度为Q 的点汇位于（0，a ）处，x 轴为固定壁面。 11． x 轴上的两点（a ，0），（-a ，0）处分别放置强度为Q 的一个点源和一个点汇。证 明叠加后组合流动的流函数为： 2 222arctan 2a y x ay Q -+= πψ 12． 速度为V ∞的平行流和强度为Q 的点源叠加，形成绕半无穷体的流动。求其流函数 和速度势，并证明柱形体的外形方程为r=Q （θπθπsin 2/)∞-V ，它的宽度为Q/ V ∞。 13． 在平面xoy 上的点（a ，0），（-a ，0）处各放置一个强度为Q 的点源，在点（0，a ），
流体力学习题及标准答案
第一章 绪论 １－1 连续介质假设的条件是什么? 答：所研究问题中物体的特征尺度Ｌ,远远大于流体分子的平均自由行程l ，即l/L<<1。 1-2 设稀薄气体的分子自由行程是几米的数量级,问下列二种情况连续介质假设是否成立? （1）人造卫星在飞离大气层进入稀薄气体层时; (2)假象地球在这样的稀薄气体中运动时。 答：（1）不成立。 (2）成立。 1-3 粘性流体在静止时有没有切应力?理想流体在运动时有没有切应力?静止流体没有粘性吗？ 答：（1）由于0=dy dv ,因此0==dy dv μτ,没有剪切应力。 （2)对于理想流体,由于粘性系数0=μ,因此0==dy dv μ τ，没有剪切应力。 （3）粘性是流体的根本属性。只是在静止流体中，由于流场的速度为0,流体的粘性没有表现出来。 1－4 在水池和风洞中进行船模试验时,需要测定由下式定义的无因次数（雷诺数）ν UL =Re ,其中U 为试验速度,L 为船模长度，ν为流体的运动粘性系数。如果s m U /20=，m L 4=,温度由C ?10增到C ?40时，分别计算在水池和风洞中试验时的Re 数。(C ?10时 水和空气的运动粘性系数为410013.0-?和410014.0-?，C ?40时水和空气的运动粘性系 数为4100075.0-?和410179.0-?)。 答：C ?10时水的Re 为：()() 72410154.6/10013.04)/(20Re ?=??==-s m m s m UL ν。 C ?10时空气的Re 为：()()72410714.5/10014.04)/(20Re ?=??==-s m m s m UL ν 。 C ?40时水的Re 为：()() 82410067.1/100075.04)/(20Re ?=??== -s m m s m UL ν。
流体力学习题集及答案解析
流体力学与叶栅理论课程考试试题 一、选择题（每小题1分，共10分） 1、在括号内填上“表面力”或“质量力”： 摩擦力（）；重力（）； 离心力（）；浮力（）； 压力（）。 2、判断下列叙述是否正确（对者画√，错者画╳）： (a) 基准面可以任意选取。（） (b) 流体在水平圆管内流动，如果流量增大一倍而其它条件不变的话，沿程 阻力也将增大一倍。（） (c) 因为并联管路中各并联支路的水力损失相等，所以其能量损失也一定相 等。（） (d) 定常流动时，流线与迹线重合。（） (e) 沿程阻力系数λ的大小只取决于流体的流动状态。（） 二、回答下列各题（1—2题每题5分，3题10分，共20分） 1、什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？ 2、用工程单位制表示流体的速度、管径、运动粘性系数时，管流的雷诺数4 Re ， 10
3、常见的流量的测量方法有哪些？各有何特点？ 三、计算题（70分） 1、如图所示，一油缸及其中滑动栓塞，尺寸D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，间隙内充满μ=0.065Pa·S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速度是多少？（10分） 题1图 2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆柱体，半径R=1m，自由表面处压强为一个大气压，高度H=3m，试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。（10分） 题2图
3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如 确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数，试问模型中流体运动粘性系数υm=？（10分） 4、如图所示，变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d =0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水2 流对圆管的作用 力及作用力的位置。（20分） 题4图 5、两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直 径d1=600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各 在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=0.04，求总流量Q=？（20 分）
流体力学例题
第一章 流体及其主要物理性质 例1： 已知油品的相对密度为0.85，求其重度。 解： 例2： 当压强增加5×104Pa 时，某种液体的密度增长0.02%，求该液体的弹性系数。 解： 例3： 已知：A ＝1200cm 2，V ＝0.5m/s μ1＝0.142Pa.s ，h 1＝1.0mm μ2＝0.235Pa.s ，h 2＝1.4mm 求：平板上所受的内摩擦力F 绘制：平板间流体的流速分布图 及应力分布图 解：（前提条件：牛顿流体、层流运 动） 因为 τ1＝τ2 所以 3 /980085.085.0m N ?=?=γδ0=+=?=dV Vd dM V M ρρρρρ d dV V -=Pa dp d dp V dV E p 84105.2105% 02.01111?=??==-==ρρβdy du μ τ=??????? -=-=?2221110 h u h u V μτμτs m h h V h u h u h u V /23.02 112212 2 11 =+= ?=-μμμμμN h u V A F 6.41 1=-==μ τ
第二章 流体静力学 例1： 如图，汽车上有一长方形水箱，高H ＝1.2m ，长L ＝4m ，水箱顶盖中心有一供加水用的通大气压孔，试计算当汽车以加速度为3m/s 2向前行驶时，水箱底面上前后两点A 、B 的静压强（装满水）。 解： 分析：水箱处于顶盖封闭状态，当加速时，液面不变化，但由于惯性力而引起的液体内部压力分布规律不变，等压面仍为一倾斜平面，符合 等压面与x 轴方向之间的夹角 例2： （1）装满液体容器在顶盖中心处开口的相对平衡 分析：容器内液体虽然借离心惯性力向外甩，但由于受容器顶限制，液面并不能形成旋转抛物面，但内部压强分布规律不变： 利用边界条件：r ＝0，z ＝0时，p ＝0 作用于顶盖上的压强： （表压） （2）装满液体容器在顶盖边缘处开口的相对平衡 压强分布规律： =+s gz ax g a tg = θPa L tg H h p A A 177552=??? ?? ?+==θγγPa L tg H h p B B 57602=??? ?? ?-==θγγC z g r p +-?=)2( 2 2ωγg r p 22 2ωγ =C z g r p +-?=)2( 2 2ω γ
流体力学习题解答
2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。 3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。 4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。 5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。 7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。 8．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ，以E 来表示 12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。 13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。 14．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。 16．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。 17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。 18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。 20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。 21．由紊流转变为层流的临界流速k v 小于 由层流转变为紊流的临界流速k v '，其中k v '称为上临界速度，k v 称为下临界速度。 23．圆管层流的沿程阻力系数仅与雷诺数有关，且成反比，而和管壁粗糙无关。
25．紊流过渡区的阿里特苏里公式为25.0)Re 68 (11.0+=d k λ。 26．速度的大小、方向或分布发生变化而引起的能量损失，称为局部损失。 29．湿周是指过流断面上流体和固体壁面接触的周界。 31．串联管路总的综合阻力系数S 等于各管段的阻抗叠加。 32．并联管路总的综合阻力系数S 与各分支管综合阻力系数的关系为 3 2 1 1111s s s s + + = 。管嘴与孔口比较,如果水头H 和直径d 相同，其流速比 V 孔口/V 管嘴等于 82.097.0,流量比Q 孔口/Q 管嘴等于82 .060 .0。 33．不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是0=??+??+??z u y u x u z y x 。 34．1=M 即气流速度与当地音速相等，此时称气体处于临界状态。 36．气体自孔口、管路或条缝向外喷射 所形成的流动，称为气体淹没射流。 37．有旋流动是指流体微团的旋转角速度在流场内不完全为零 的流动。 38．几何相似是指流动空间几何相似。即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例 。 39．因次是指物理量的性质和类别。因次分析法就是通过对现象中物理量的因次以及因次之间相互联系的各种性质的分析来研究现象相似性的方法。他是一方程式的因次和谐性为基础的。 二、判 断 题 3．静止液体自由表面的压强，一定是大气压。错 4．静止液体的自由表面是一个水平面，也是等压面。对 6．当相对压强为零时，称为绝对真空。错
流体力学习题答案
第十一章习题简答 11-1 有一梯形断面渠道，底宽b = 3.0m ，边坡系数m =，底坡i = ，粗糙系数i = ，n = ，渠中发生均匀流时的水深h =1.6m 。试求通过渠中的流量Q 及流 速v 。 解：过流断面的面积为2 64.86.1)6.15.13()(m h mh b A =??+=+= 湿周m m h b x 76.85.116.1231222=+??+=++= 所以，通过渠中的流量s m nx A i Q /14.1876 .802.064.80018.033 23 521323521=??== 而流速s m A Q v /1.264 .814 .18=== 11-2 某梯形断面渠道，设计流量Q =12m 3/ s 。已知底宽b = 3m ，边坡系数m =，底坡i = ，粗糙系数n = 。试求水深h 。 解：过流断面面积h h h mh b A )25.13()(+=+= 湿周h h m h b x 2.3325.11231222+=+??+=++= 流量模数s m i Q K /7.169005 .0123=== 又3 2356 161111-=? ?? ??=?? ? ??==x A n x A x A n A R R n A R AC K () ()3 23522.3325.131-++=h h h n 假定一系列h 值，代入上式便可求得对应的K 值，计算结果列于表内，并绘出K=f(h)曲线，如下图所示。当K=169.7m 3/s 时，得h=1.015m 。 (课本答案为12.04m ，显然是错的，不可能水深有那么深的。) h(m) 0 1 K(m 3/s) 0 00.20.40.60.8 11.20 20 40 60 80 100120140160180200 K(m 3 /s) h (m ) 11-3 有一梯形断面渠道，底坡 i =，边坡系数 m =1，粗糙系数 n =，过水断面面积 。试求水力最优断面及相应的最大流量。若改为矩形断面，仍欲维持原有流量， 且其粗糙系数及底坡i 保持不变，问其最佳尺寸如何 解：梯形过流断面面积2 10)(m h mh b A m m m =+= —————————————— ① 水力最优梯形断面的宽深比为 83.0)111(2)1(222=-+=-+== m m h b m m m β —————— ② 由①②两式可得 b m =1.94m ，h m =2.34m 湿周56.81134.2294.1122 =+??+=++=m h b x m m
工程流体力学习题答案
第三章 流体静力学 【3-2】 图3-35所示为一直煤气管，为求管中静止煤气的密度，在高度差H =20m 的两个截面装U 形管测压计，内装水。已知管外空气的密度ρa =1.28kg/m3，测压计读数h 1=100mm ，h 2=115mm 。与水相比，U 形管中气柱的影响可以忽略。求管内煤气的密度。 图3-35 习题3-2示意图 【解】 1air 1O H 1gas 2p gh p +=ρ 2air 2O H 2gas 2p gh p +=ρ 2gas gas 1gas p gH p +=ρ 2air air 1air p gH p +=ρ 2gas gas 1air 1O H 2 p gH p gh +=+ρρ gH gh p p air 2O H 1air 2gas 2ρρ-=- gH gh gH gh air 2O H gas 1O H 2 2 ρρρρ-+= H H h h gas air 2O H 1O H 2 2 ρρρρ=+- () 3air 21O H gas kg/m 53.028.120 115 .01.010002 =+-?=+-=ρρρH h h 【3-10】 试按复式水银测压计（图3-43）的读数算出锅炉中水面上蒸汽的绝对压强p 。已知：H =3m ， h 1=1.4m ，h 2=2.5m ，h 3=1.2m ，h 4=2.3m ，水银的密度ρHg =13600kg/m 3。 图3-43 习题3-10示意图
【解】 ()p h H g p +-=1O H 12ρ ()212Hg 1p h h g p +-=ρ ()232O H 32p h h g p +-=ρ ()a 34Hg 3p h h g p +-=ρ ()()212Hg 1O H 2 p h h g p h H g +-=+-ρρ ()()a 34Hg 232O H 2 p h h g p h h g +-=+-ρρ ()()a 3412Hg 321O H 2 p h h h h g p h h h H g +-+-=+-+-ρρ ()()()()() Pa 14.3663101013252.15.24.13807.910004.15.22.13.2807.913600a 321O H 1234Hg 2=+-+-??--+-??=+-+---+-=p h h h H g h h h h g p ρρ ()()()()()Pa 366300.683 1013252.15.24.1380665.910004.15.22.13.280665.913600a 321O H 1234Hg 2=+-+-??--+-??=+-+---+-=p h h h H g h h h h g p ρρ 【3-15】 图3-48所示为一等加速向下运动的盛水容器，水深h =2m ，加速度a =4.9m/s 2。试确定：（1） 容器底部的流体绝对静压强；（2）加速度为何值时容器底部所受压强为大气压强？（3）加速度为何值时容器底部的绝对静压强等于零？ 图3-48 习题3-15示意图 【解】 0=x f ，0=y f ，g a f z -= 压强差公式 () z f y f x f p z y x d d d d ++=ρ ()()z g a z f y f x f p z y x d d d d d -=++=ρρ ()?? --=h p p z g a p a d d ρ ()()()()??? ? ??-=-=----=-g a gh a g h g a h g a p p a 10ρρρρ ??? ? ??-+=g a gh p p a 1ρ () a g h p p a -=-ρh p p g a a ρ-- = （1） ()()()Pa 111138.39.480665.921000101325=-??+=-+=a g h p p a ρ
《流体力学》典型例题
《例题力学》典型例题 例题1：如图所示，质量为m ＝5 kg 、底面积为S ＝40 cm ×60 cm 的矩形平板，以U ＝1 m/s 的速度沿着与水平面成倾角θ＝30的斜面作等速下滑运动。已知平板与斜面之间的油层厚度 δ＝1 mm ，假设由平板所带动的油层的运动速度呈线性分布。求油的动力粘性系数。 解：由牛顿摩擦定律，平板所受的剪切应力du U dy τμ μδ =＝ 又因等速运动，惯性力为零。根据牛顿第二定律：0m ==∑F a ，即： gsin 0m S θτ-?= ()3 24 gsin 59.8sin 301100.1021N s m 1406010 m U S θδμ--?????==≈????? 例题2：如图所示，转轴的直径d ＝0.36 m 、轴承的长度l ＝1 m ，轴与轴承的缝隙宽度δ＝0.23 mm ，缝隙中充满动力粘性系数0.73Pa s μ=?的油，若轴的转速200rpm n =。求克服油的粘性阻力所消耗的功率。 解：由牛顿摩擦定律，轴与轴承之间的剪切应力 ()60d d n d u y πτμ μδ =＝ 粘性阻力（摩擦力）：F S dl ττπ=?= 克服油的粘性阻力所消耗的功率： ()()3 223 22 3 230230603.140.360.732001600.231050938.83(W) d d n d n n l P M F dl πππμωτπδ -==??=??= ???= ? ?= 例题3：如图所示，直径为d 的两个圆盘相互平行，间隙中的液体动力黏度系数为μ，若下
盘固定不动，上盘以恒定角速度ω旋转，此时所需力矩为T ，求间隙厚度δ的表达式。 解：根据牛顿黏性定律 d d 2d r r F A r r ω ωμ μ πδ δ== 2d d 2d r T F r r r ω μπδ =?= 4 2 420 d d 232d d d T T r r πμωπμωδδ===? 4 32d T πμωδ= 例题4：如图所示的双U 型管，用来测定比水小的液体的密度，试用液柱高差来确定未知液体的密度ρ（取管中水的密度ρ水＝1000 kg/m 3）。 水 解：根据等压面的性质，采用相对压强可得： ()()()123243g g g h h h h h h ρρρ---=-水水 1234 32 h h h h h h ρρ-+-= -水
流体力学习题解析
流体力学习题解析
《流体力学》习题（五） 5－1 水流经变截面管道，已知细管直径d1，粗管直径d2＝2d1，试问哪个截面的雷诺数大?两截面雷诺数的比值Re 1/Re2是多少？ 5－2 水管直径d＝10cm，管中流速u＝1.0m/s，水温为10℃，试判别流态。又流速u等于多少时，流态将发生变化？ 5－3 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？ 5－4 有一矩形截面的小排水沟，水深15cm，底宽20cm，流速0.15m/s，水温10℃，试判别流态。 5－5 散热器由8×12mm2的矩形截面水管组成，水的运动粘性系数为0.0048cm2/s，要确保每根水管中的流态为紊流(取Re≥4000)以利散热，试问水管中的流量应为多少？ 5－6 输油管的直径d＝150mm，流量Q＝16.3m3/h，油的运动粘性系数ν＝0.2cm2/s，试求每公里管长的沿程压头损失。 5－7 应用细管式粘度计测定油的粘度，已知细管直径d＝6mm，测量段长l＝2m，实测油的流量Q＝77cm3/s，水银压差计读数h＝30cm，油的重度γ＝8.83kN/m3，试求油的运动粘性系数ν和动力粘性系数μ。
5－8 为了确定圆管内径，在管内通过ν为0.013cm2/s 的水，实测流量为35cm3/s，长15m管段上的压头损失为2cm水柱，试求此圆管的内径。 5－9 要求用毕托管一次测出半径为r0的圆管层流的截面平均流速，试求毕托管测口应放置的位置。 题5－7图题5－9图题5－10图 5－10 油管直径为75mm，已知油的重度为8.83kN/m3，运动粘性系数为0.9cm2/s，在管轴位置安放连接水银压差计的毕托管，水银面高差h＝20mm，水银重度为133.38kN/m3，试求油的流量。 5－11 铁皮风管直径d＝400mm，风量Q＝1.2m3/s，空气温度为20℃，试求沿程阻力系数，并指出所在阻力区。 5－12 管道直径d＝50mm，绝对粗糙度Δ＝0.25mm，水温为20℃，试问在多大流量范围内属于水力粗糙区流动？ 5－13 钢板制风道，截面尺寸为300×500mm2，长度为30m，风量为2.1m3/s，温度为20℃，试分别按阿尔特索里公式和莫迪图计算压力损失。 5－14 自来水铸铁管管长600m，直径300mm，通过流量60m3/h，试用莫迪图计算沿程压头损失。 5－15 矩形风道的截面尺寸为1200×600mm2，空气