工程流体力学4
工程流体力学试题与答案4
一、判断题 ( 对的打“√”，错的打“×”，每题2分，共20分） 1. 一切流体都是牛顿流体。
2. 流体静压强的方向不一定垂直于受力面的内法线方向。
3. 平衡流体等压面微分方程为0Xdx Ydy Zdz ++=4. 过水断面都是平面。
5. 实际流体圆管层流的平均流速是最大流速的一半。
6. 在紊流状态下，能量损失包括流体层之间的内摩擦力损失和流体层之间相互混杂、能量交换而引起的附加损失。
7. 尼古拉茨试验的水力光滑管区阻力系数λ与雷诺数Re 无关。
8. 局部损失通用计算公式为 gv h j 22ζ=9. 只要流体流过的面积的大小和形状不变的过水断面，这种流动称为均匀流动。
10. 在质量力只有重力作用下，实际流体微小流束的伯努利方程为gv p z g v p z 2222222111++=++γγ 二、选择题（每题3分，共15分） 1．长管并联管道各并联管段的A.水头损失相等; B ．水力坡度相等; C ．总能量损失相等; D ．通过流量相等。
2． 比较在正常的工作条件下，作用水头H 、直径d 相等时，小孔出流量Ｑ和 圆柱形外管嘴出流量ＱnＡ．Ｑ>Ｑn ；Ｂ．Ｑ<Ｑn ；Ｃ．Ｑ＝Ｑn 。
3．变直径管，直径d 1=320mm ，d 2=160mm ，流速v 1＝1.5m/s ，v 2为A ．3m/s ；B ．4m/s ；C ．6m/s ；D ．9m/s 。
4．金属压力表的读数是A. 绝对压强 ；B. 相对压强 ；C. 绝对压强加当地大气压强；D. 相对压强加当地大气压强。
5．水平放置的渐扩管，如果忽略水头损失，断面形心点的压强有以下关系A ．p 1>p 2 ；B ．p 1=p 2 ；C ．p 1<p 2 。
三、绘图题（对同一种液体绘出AB 壁面上的相对压强分布图，5分）四、计算题（20分）如右图，求作用在直径m 4.2=D ，长1m =B 的圆柱上的总压力在水平及垂直方向的分力和压力中心。
工程流体力学 第4章 旋涡理论和势流理论
平行平板间流动，理想流体流动，流线为平行线 1.抛物线形速度分布 平行平板间，层流流动
umax y2 (2 y ) ux h h u y 0
线变形速度：
u y ux x 0, y 0 x y
剪变形角速度：
umax umax 1 u y ux 2y y z ( ) (2 ) (1 ) 2 x y 2h h h h
4.3.2 兰姆运动微分方程
将欧拉运动微分方程变形，以x方向为例：
u y dux ux ux ux u y u u uz (ux uy uz ) uy ( ) uz ( x z ) dt t x x x y x z x
2 2 2 ux ux u y uz ( ) 2u yz 2uz y t x 2 dux ux u 2 ( ) 2(uz y u yz ) 即： dt t x 2 du y u y u 2 同理可得： dt t y ( 2 ) 2(uxz uzx )
剪变形角速度：
1 u y ux 1 z ( ) (0 0ห้องสมุดไป่ตู้) 0 2 x y 2
第4章 旋涡理论和势流理论
平均旋转角速度：
1 u y ux 1 z ( ) (0 0 ) 0 0 2 x y 2
ε=0，γ=0—流体微团形状不变 ω≠0 — 流体运动有旋 2.速度与矢径成反比
第4章 旋涡理论和势流理论
平均旋转角速度为：
1 u y ux 1 z ( ) [(2 x y 2 ) ( x 2 2 y)] 2 x y 2 1 1 7 ( x y ) ( x 2 y 2 ) (1 2) (12 22 ) 2 2 2
[工程流体力学(水力学)]4-5章习题解答
![[工程流体力学(水力学)]4-5章习题解答](https://img.taocdn.com/s3/m/56af9a41a8956bec0975e35f.png)
即
2
d
对于 3 ，
M 0 L0T 0 L3 T 3 L3 M 3 L3 3 ML3
L : 0 3 3 3 3 3 T : 0 3
即
M : 0 3 1
3 0 3 0 1 3
3
p
p
故(
gd
2
,
d
,
) =0
化简整理，解出
11
2
gd
(
p
, Re )
p
又 与 p 成正比，将
提出，则
2
gd
p
2 ( Re )
p
gd
3 ( Re ) gd (
1 1)3 ( Re )
4-8 设螺旋浆推进器的牵引力 F 取决于它的直径 D、前进速度 、流体密度 、粘度 和 螺旋浆转速度 n 。证明牵引力可用下式表示：
所以在管壁处：
RJ 9800 0.05 0.008 3.92 N / m2
r 0.05 1.96 N / m2 r 0.9 3.92
r 0.05 m 处：
水头损失： h f Jl 0.008 100 0.8 m
5-5 输油管管径 d 150mm, 输送油量 Q 15.5t / h ，求油管管轴上的流速 umax 和 1 km 长 的沿程水头损失。已知 油 8.43kN / m3 ， 油 0.2cm2 / s 。 解： （1）判别流态 将油量 Q 换成体积流量 Q
L : 0 3 3 3 3 T : 0 3 1
北京科技大学 任老师《工程流体力学》课件完整版。Chapter4
(b) transition flow
(c) turbulent flow
Engineering Fluid Mechanics 12
§4.2 Flow regime
lower critical velocity (a) laminar flow flow velocity ↑
dQv udA dA volumetric l i flowrate fl
mass flowrate
v
dQ Qv udA
1 1 3 1 2 2 kinetic energy dQv u udA u u dA 2 2 2
kinetic energy of flow
V Vc
upper critical velocity (c) turbulent flow
V Vc
(b) transition flow
Vc Vc
flow velocity ↓
l laminar i fl flow - orderly - no significant mixing of neighboring fluid particles which move in definite and regular paths. turbulent flow - disorderly, diffusive, random motion -flow varies irregularly so that flow quantities show random variation.
of unit weight fluid
1
2
Engineering Fluid Mechanics
6
§4.1 Bernoulli equation of viscous fluid in a pipe
武汉理工大学工程流体力学(4-2)
例：水平短管，水从H=16mm的水箱中排水至大 气，管路直径d1=50mm， d2=70mm,阀门阻力系 数ζ=0.4，只计局部阻力，不计沿程损失，求 流量。
H
d1
d2
d1
且令
l = Ky
u* u* 则有 du = dy = dy 积分 l ky u* u 1 u = ln y + c 或 = ln y + c ky u* k
此式说明 ，在充分紊流区u的分布满 足对数分布。
紊流平均速度 V = (0.8 ∼ 0.87)umax
层流平均速度 V = 0.5umax
d λ = f ( Re , ) ∆ d 对流动都有影响。 Re , ∆
用科尔布鲁克公式：
∆ 2.51 = −2 lg + 3.7d R λ λ e 3.7 d 1.72 → 2 hf ∝ V
1
Ⅴ、粗糙管区 Re > 4160
d 2∆
0.85
d
64 λ= Re hf ∝ V
l V hf = λ d 2g
2
这与理论计算结果相同。
Ⅱ、第一过渡区 当2320<Re<4000时，是层 流向紊流的过渡区，此区太小，没有讨论 价值。
d Ⅲ、光滑管区 当 4000 < Re < 80 ∆ 实验点都落在（c， 实验点都落在
d）线上，此时 λ=f(Re)与Δ无关， 粗糙度对流动无影 响。
此时曲
与 Re 无关
d 线基本平行， λ = f ( ), ∆
用尼古拉兹公式计算λ：
λ＝
工程流体力学第4、第6章 习题解答
第四章 习题解答4-1 用直径为100mm 的管道输送流量为10kg/s 的水，如水温为5℃，试确定管内水的流态。
如用这管道输送同样质量流量的石油，已知石油密度为3/850m kg =ρ运动粘滞系数为s cm /14.12，试确定石油的流态。
解：水温为5℃时，其密度为3/1000m kg =ρ，运动粘滞系数为s m /10519.126−×=γ因此，水在管道中流动的体积流量为： s m mkg skg Q /01.0/1000/1033== 流速为：s m mm sm A Q /27.11000100(14.341/01.023=××==υ雷诺数为：83863/10519.11000100/27.1Re 26=××=−sm mms m 为紊流 当输送石油时： s m mkg s kg Q /012.0/850/1033== 流速为：s m mm sm A Q /5.1)1000100(14.341/012.023=××==υ雷诺数为：1316/1014.11000100/5.1Re 24=××=−sm mms m 为层流 4-2 一圆形风道，管径为300mm ，输送的空气温度为20℃，求气流保持层流时的最大流量。
若输送的空气量为200kg/h ，气流是层流还是紊流？解：空气温度为20℃时，运动粘滞系数s m /107.1526-×=γ，根据题意有：6107.1510003002000−××=mm υ 解方程得：s m /105.0=υ气体流量为： s m s m mm Q /0074.0/105.01000300(14.34132=×××=质量流量为：h kg s kg m kg s m Q /29/0081.0/093.1/0074.033==×= 若输送的空气量为200kg/h ，因此，空气在管道中流动的体积流量为：s m m kg hkg Q /051.03600/093.1/20033=×= 流速为：s m mm sm A Q /72.0)1000300(14.341/051.023=××==υ雷诺数为：13758/107.151000300/72.0Re 26=××=−sm mms m 为紊流 4-3 断面为矩形的排水沟，沟底宽为20cm ，水深为15cm ，流速为0.15m/s ，水温为15℃。
工程流体力学 第四版 孔珑 作业答案 详解(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】第二章2-1.已知某种物质的密度ρ=2.94g/cm3，试求它的相对密度d。
解：d=ρ/ρw=2.94（g/cm3）/1（g/cm3）=2.942-2.已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数为α（co2）=13.5%，a(SO2)=0.3%，a(O2)=5.2%，a(N2)=76%，a(H2O)=5%。
试求烟气的密度。
2-3.上题中烟气的实测温度t=170℃，实测静计压强Pe=1432Pa，当地大气压强Pa=10058Pa。
试求工作状态下烟气的密度和运动粘度。
2-4.当压强增量为50000Pa时，某种液体的密度增长0.02%，试求该液体的体积模量。
2-5.绝对压强为3.923×10^5Pa的空气的等温体积模量和等熵体积模量各等于多少？2-6. 充满石油的油槽内的压强为4.9033×10^5Pa,今由槽中排出石油40kg，使槽内压强降到9.8067×10^4Pa，设石油的体积模量K＝1.32×10^9 Pa。
试求油槽的体积。
2-7. 流量为50m3/h，温度为70℃的水流入热水锅炉，经加热后水温升到90℃，而水的体胀系数αV=0.000641/℃，问从锅炉中每小时流出多少立方米的水？2-8. 压缩机压缩空气，绝对压强从9.8067×104Pa升高到5.8840×105Pa，温度从20℃升高到78℃，问空气体积减少了多少？2-9. 动力粘度为2.9×10^-4Pa·S，密度为678kg/m3的油，其运动粘度等于多少？解：V=u/ρ=2.9×10^-4/678=4.28×10^-7m²/s2-10. 设空气在0℃时的运动粘度ν0=13.2×10-6m2/s,密度ρ0=1.29kg/m3。
试求在150℃时空气的动力粘度。
2-11. 借恩氏粘度计测得石油的粘度为8.5oE,如石油的密度为ρ=850kg/m3,试求石油的动力粘度。
工程流体力学ch4-不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第4章不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动主要教学内容4.1 流体微团运动分析本节教学目的：1、熟悉：流体微团的运动可以分解为移动、转动和变形运动三部分。
2、掌握：移动、转动和变形的速度表达式。
移动（move ） —— 线速度 V x 、V y 、V z 转动 (rotation) —— 角速度ωx 、ωy 、ωz 变形（reform ） —— 线变形、角变形知识点 移动、转动和变形一、流体微团运动的分解1、平移运动如图5-2(a)所示，平移表现为A 点到A '点的位移，即x 方向和y 方向分别移动了u d t 、v d t 距离，形状不变。
流体微团的平移速度为,,u v w2、线变形运动图5-2(b)表示流体微团的平面线变形。
定义单位时间内单位长度流体线段的伸长(或缩短)量为流体微团的线变形速率。
三个方向的线变形速率分别用xx ε、yy ε、zz ε表示，则3、角变形运动图5-2(c)表示流体微团的角变形运动。
角变形速度：两正交微元流体边的夹角在单位时间内的变化量。
剪切变形速率：该夹角变化的平均值在单位时间内的变化量(角变形速度的平均值)。
过流体微团任一点A 的三个正交微元流体面上的剪切变形速率分别为4、旋转运动如图5-2(d)所示。
流体微团在发生角变形的同时，还要发生旋转运动。
若αd =βd ， 则流体微团只发生角变形；若αd =-βd ，即y u x v ∂-∂=∂∂，则流体微团只发生旋转，不发生角变形旋转角速度：过流体微团上A 点的任两条正交微元流体边在其所在平面内旋转角速度的平均值，称作A 点流体微团的旋转角速度在垂直该平面方向的分量。
用符号ω表示222z y x ωωωω++=写成矢量形式为(a) (b)(c)(d)图5-2 流体微团平面运动的分解二、表示流体微团运动特征的速度表达式 在一般情况下，流体微团的运动总是可以分解成：平移运动、旋 转 运动、线变形运动及角变形运动，与此相对应的是平移速度、旋转角速度、线变形速率和剪切变形速率。
《工程流体力学》 杨树人 第2-4章 课件
目录
• 第2章 流体静力学 • 第3章 流体动力学基础 • 第4章 流体阻力和水头损失 • 第5章 量纲分析与相似原理
01
第2章 流体静力学
流体静力学基本概念
流体
流体是气体和液体的总称，具有流动性和可压缩 性。
静止流体
不发生宏观运动的流体。
平衡状态
流体处于静止状态时的受力平衡状态。
流体静力学基本方程
流体静力学基本方程
p + ρgh + p0 = 常数（适用于不可 压缩流体）。
p
流体压强；ρ：流体密度；g：重力加 速度；h：流体高度；p0：大气压强 。
静水压强分布及特性
静水压强
液体静止时对固体表面的压力。
静水压强特性
静水压强随深度增加而增大，在同一深度上，各方向静水压强相等 。
静水压强分布规律
在重力场中，静止液体内部压强随深度增加而线性增大。
02
第3章 流体动力学基 础
流体动力学基本概念
流体
在任何外力作用下都不能保持 其固有形状和体积的物质。
流体静力学
研究流体处于静止状态时的平 衡规律及其作用力的科学。
流体动力学
研究流体运动规律及其作用力 的科学。
牛顿流体
流体的应力与应变率成正比的 流体。
湍流阻力与水头损失
湍流阻力
当流体在管道中以湍流状态流动时，由于流体质点间的相互碰撞、混合，会产生较大的阻力。湍流阻 力和流速、管道长度、管道直径等因素有关。
水头损失
在湍流状态下，由于流体分子间的内摩擦力和流体质点间的相互碰撞、混合，使得流体机械能减小， 称为水头损失。水头损失与流速、管道长度、管道直径等因素有关。
工程流体力学课件4流动阻力和水头损失
第一节 流动阻力和 水头损失的分类
一、损失分类及计算
沿程损失：
在均匀流中，流体所承受的阻力只Biblioteka 不变的摩擦阻力，称为沿程阻力。发
生在均匀流段上，由沿程阻力产生的
水头损失。
以 hf 表示
hf
l d
v2 2g
或
pf
l
d
v2
2
在非均匀流动中，各流段所形成的阻
力是各种各样的，但都集中在很短的
局部损失： 流段内，这种阻力称为局部阻力。发
1）改变流速 vRke11.4m/s
d
2）提高水温改变粘度
vd0.00c8m2/s
Re
精选ppt
19
第三节 均匀流的沿程水头损失
一、均匀流基本方程
A p1A
τ0 z1
l
α
G
z2
0
对流体中一有限体进行受力分析
流股本身的重量
p2A
G co g s c A o g ls ( z 2 A z 1 )
层流
紊流
层流
紊流
Re
上临界雷诺数 ReC
12000-40000
Re
ReC 2000下临界雷诺数
对圆管：
Rek
vkd
2000
d — 圆管直径
对非圆管断面：
Rek
vkR 500
R — 水力半径
对明渠流：
Rek
vkR 300
R — 水力半径
对绕流现象：
Re k
vkl
L — 固体物的特征长度
对流体绕过球形物体：
Rek
vkd
1
d — 球形物直径
【例】水和油的运动粘度分别为 11.7 9 1 0 6m 2/s 23 01 0 6m 2/s若它们以 v0.5m/s的流速在