流体力学第六章课后题答案

流体力学

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第六章 缝隙流动缝隙中流体产生运动的原因 1、压差流：由于存在压差而产生流动 2、剪切流：由于组成缝隙的壁面具有相对运动而使缝隙 中的流体产生运动 3、两种流动的叠加

流动类型：层流

缝隙流动分类1、平行平板的间隙流动:如下几种情况 固定平行平板间隙流动(压差流动) 两平行平板有相对运动，但无压差(纯剪切流动) 两平行平板既有相对运动，两端又存在压差时的流动 2、圆柱环形间隙流动：如下三种情况 同心环形间隙在压差作用下的流动 偏心环形间隙在压差作用下的流动 内外圆柱表面有相对运动又存在压差的流动 3、流经平行圆盘间隙径向流动的流量 4、圆锥状环形间隙流动

6.1 平行平面缝隙6.1.1 速度分布规律与流量微小单元体dxdy的受力平衡方程为

整理得

dpdy d dxdv (2) dy

dp d dx dydp p2 p1 dx l

(1)

由牛顿内摩擦定律

(3)

将(2)、(3)代入(1)

经两次积分得

C1、C2为积分常数。 1、固定平行平板间隙流动(压差流动) 压差流是指两板固定不动的平面缝隙或固定活塞与固定 工作缸之间环形缝隙中，流体在压差作用下所产生的流动。

2、纯剪切流动:当压差为零时，只是由于上平板以匀速拖拽

[陈书6-7] 二维势流的速度势为??k?,式中?是极角，k为常数，试计算： （1） 沿圆周x2?y2?R2的环量；

（2） 沿圆周 (x?a)2?y2?R2?R?a?的环量。 解：（1）v??1??k? r??rvr????0 ?r则沿圆周x2?y2?R2的速度环量???L?v?dl

???v?Rd??2?k

02?（2） 易知此二维势流除在原点处均有势，而圆周(x?a)2?y2?R2?R?a?不含原

点。故沿圆周的速度环量??0

[陈书6-8] 距离h?2m的两平板表面间的速度分布为vx?10?面间y处的速度。试求流函数?的表达式，并绘制流线。 解：因为

?12?h?y2?，式中vx是两平?4????1??vx?10?h2?y2? ?y?4??12y3?所以，??10?hy???f?x?

3??4vy??????f'?x??0 ?x所以，f?x??C

?12y3?则??10?hy???C，

43??其中常数C的取值对流动图形无影响，可认为是0

?12y3?所以??10?hy??

3??422[陈书6-9]已知某平面流场速度势函数为??Kx?y，式中K为常数。试求流函数。

??解：因为vx???????2Kx ?x?y 所以??2Kxy?

第六章 流动阻力及能量损失

本章主要研究恒定流动时，流动阻力和水头损失的规律。对于粘性流体的两种流态——层流与紊流，通常可用下临界雷诺数来判别，它在管道与渠道内流动的阻力规律和水头损失的计算方法是不同的。对于流速，圆管层流为旋转抛物面分布，而圆管紊流的粘性底层为线性分布，紊流核心区为对数规律分布或指数规律分布。对于水头损失的计算，层流不用分区，而紊流通常需分为水力光滑管区、水力粗糙管区及过渡区来考虑。本章最后还阐述了有关的边界层、绕流阻力及紊流扩散等概念。

第一节 流态判别

一、两种流态的运动特征

1883年英国物理学家雷诺（Reynolds O.）通过试验观察到液体中存在层流和紊流两种流态。

1.层流

层流（laminar flow），亦称片流：是指流体质点不相互混杂，流体作有序的成层流动。 特点：（1）有序性。水流呈层状流动，各层的质点互不混掺，质点作有序的直线运动。

（2）粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律。 （3）能量损失与流速的一次方成正比。 （4）在流速较小且雷诺数Re较小时发生。 2.紊流

紊流（turbulent flow），亦称湍流：是指局部速度、压力等力学量在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。

特点：

1-2 一盛水封闭容器从空中自由下落，则器内水体质点所受单位质量力等于多少 解：受到的质量力有两个，一个是重力，一个是惯性力。 重力方向竖直向下，大小为mg；惯性力方向和重力加速度方向相反为竖直向上，大小为mg，其合力为0，受到的单位质量力为0

1-5 如图，在相距δ＝40mm的两平行平板间充满动力粘度μ＝0.7Pa·s的液体，液体中有一长为a＝60mm的薄平板以u＝15m/s的速度水平向右移动。假定平板运动引起液体流动的速度分布是线性分布。当h＝10mm时，求薄平板单位宽度上受到的阻力。

解：平板受到上下两侧黏滞切力T1和T2作用，由T??Adu可得 dy T?T1?T2??A反）

UU1515????A?0.7?0.06?????84N（方向与u相

??hh0.04?0.010.01??1-9 某圆锥体绕竖直中心轴以角速度ω＝15rad/s等速旋转，该锥体与固定的外锥体之

间的间隙δ＝1mm，其间充满动力粘度μ＝0.1Pa·s的润滑油，若锥体顶部直径d＝0.6m，锥体的高度H＝0.5m，求所需的旋转力矩M。

题1-9图

解：取微元

【2012年】《液压与气压传动》姜继海 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内

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，在液压系统中

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。

dvdv???dy，而且速度梯度dy是流体微团的剪切变形速度解：牛顿内摩擦定律是

d?dt，故

???d?dt。

（b）

【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）N·s/m2。

解：流体的运动黏度υ的国际单位是m/s。

2

（a）

p?RT【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?

。

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 00

Q??A2gH?0.62?bldH40dHdT??Q0.1939HT??5.1题

2 NN

5.3题 解：按小孔出流计算出口流量为：

2

则每水面下降的微段需要的时间为：

故需要时间为： 2.80.5

0

5.4解：依据题意，为短管出流水力计算问题。 可以先计算短流量，则灌水时间可求。 AQ?2gH

l???

d

?

?0.1524 ?2?9.8?18?0.0768m3/s80

0.03?0.12?2?0.48?4?0.50.15

V25

T???328s Q0.0768

4?dQ??A2gH?0.82?4p?0.756H?1.512mQ??A2gH?0.62??d22?9.8?2?1.218L/s2?9.8?2?1.612L/s??d42?9.8?2.8?0.1939Hm3/s40dH80?H0.1939H0.1939?690s?5.5解：水面最终保持平衡，即说明自流管的流量最终将与两台水泵的抽水量相同。

Q吸出?Q流入

流入

ie

1 8gn28?9.8?0.01126???1??0.02581

0.2R3()3

4

?d2 A50?24?Q?2g?H?? 流入3600l60

流体力学泵与风机部分习题答案

2-15

解：（1）当?1为空气 p1?p2 pB???z?h??pA ?p?pA?pB???z?h?

?0.3 ?9.8?1000 ?2940pa?2.94kpa （2）当?1为油 p1?p3 pA?p1???h?H?z?

pB?p3???1h??H?

?p?pA?pB?p1?p3??h??H??z??1h??H

??h??z??1h

?9.8?1000?0.1?9.8?1000?0.2?9000?0.1 ?2040pa?2.04kpa 2-16 解：p1?p2

p1?pM??水?H?h1?h2? p2?pa??油h1??汞h2

pM??水?H?h1?h2??pa??油h1??汞h2

?980?9.8?1000??1.5?0.2?h1??7850?h1?13.6?9.8?1000?0.2 ?980?9800?1.5?9800?0.2?9800h1?7850h1?26656 1950h1?26656?980?14700?1960

h1?5.63m 2-28

解：p???h1?h2?

1

P?1212??h1?h2??h1?h2?

我2014年考的研,这些资料是从淘宝网上花大价钱买来的(坑爹啊),真题不是很清楚,只有一部分写有答案,你也别想找更清楚的了,网上卖的都是这个样子。我觉得这些资料还是共享的好,不能用来卖,让大家共享,好好学习,将来为中国造船做出贡献。

1-1 连续介质的条件

物理上就是不考虑流体分子结构，把流体看成是一种在一定范围内均匀、密实而连续分布的介质，或者说流体是由连续分布的流体质点组成。适用条件是所研究问题的特征尺度L远远大于流体分子的平均自由程。

1-2 （1）不成立。人造地球卫星的特征尺度与分子自由行程可比拟。 （2）成立。地球半径远大于分子自由行程。

1-3 （1）粘性流体静止时没有切应力。（2）理想流体的前提是 0，无切应力。（3）不是。粘性是流体的固有属性，前提无论是静止还是运动，粘性都客观存在。 1-4 （1）风洞：10时， 14.1 910ms

6

2

1

，Re UL/ 5.639 10,40时

6

17.1 10 6m2s 1,Re UL/ 4.678 106.

(2)水池：10时 13.1 10ms,Re UL/ 6.106 10，

6

2

1

6

40时， 0.66 10 6m2s 1,Re UL/ 1.21 106

1-5

水 水

只有部分

2-1 已知某种物质的密度

w 1000kg/m

3

2.94g/cm

3

,

4C

o

时水的密度为

， 试求它的相对密度。

3

33

解:

d

w

2.94 10kg/m1000kg/m

2.94

2-2已知某厂1号炉水平烟道中烟气组分的百分数αco2=13.5%, αso2=0.3%,αo2=5.2%,α（

2

N2

=76%,α

2

H2O

=5%。试求烟气的密度。

3

SO 2.927kg/m

2

3

，

CO 1.976kg/m

3

，

O 1.429kg/m

2

3

，

N 1.251kg/m， H

3

2O

0.804kg/m

）

解: 混合气体的密度

a

ii

i 1

n

0.135 1.976 0.003 2.927 0.052 1.129 0.76 1.251 0.05 0.804=1.341kg/m

3

2-11借恩氏粘度计测得石油的粘度8.5ºE，如石油的密度ρ=850 kg/m3，求石油的动力粘度ºE。（）

解：待测液体在给定温度下的运动粘度与测得的恩氏度的关系：

0.0731E 0.0631/E, cm/s

o

o

2

0.0731 8.5 0.0631/8.5 0.6139

cm

2

/S

0.6139 10

4

850 0.05218

Pa