工程流体力学第三版答案

工程流体力学练习题

第一章

1-1解：设：柴油的密度为ρ，重度为γ；40C 水的密度为ρ0，重度为γ0。则在同一地点的相对密度和比重为：

0ρρ=d ，0

γγ=c 30/830100083.0m kg d =?=?=ρρ

30/81348.9100083.0m N c =??=?=γγ

1-2解：336/1260101026.1m kg =??=-ρ

3/123488.91260m N g =?==ργ

1-3解：269/106.191096.101.0m N E V

V V V

p p V V p p p ?=??=?-=?-=????-=ββ 1-4解：N m p V V p /105.210

41010002956

--?=?=??-=β 299/104.010

5.211

m N E p p ?=?==-β 1-5解：1）求体积膨涨量和桶内压强

受温度增加的影响，200升汽油的体积膨涨量为：

()l T V V T T 4.2202000006.00=??=?=?β

由于容器封闭，体积不变，从而因体积膨涨量使容器内压强升高，体积压缩量等于体积膨涨量。故：

26400/1027.16108.9140004

.22004.2m N E V V V V V V p p T

1.粘性 流体抵抗变形的特性。2.流线 在流场中某一瞬时处处与流体速度方向一致的曲线。3.流量 单位时间通过某一截面流体的数量。4.速度环量 在流场中某一瞬时速度沿某一封闭曲线的积分。5.边界层 在固壁附近速度梯度很大的薄层区域。

二．简答题（20分每题10分）

1．简述定常不可压粘性流体有压管流中层流和紊流的基本规律。

层流 紊流 流动特征 分层 脉动 hf ∝v ∝v1.75～2.0 V(r) 二次曲线 对数曲线 Va/Vmax 0.5 0.79～0.86 τ τ1 τ1+τ2 2．画出无限空间自由淹没紊流射流结构图，并说明其几何、运动、动力特征。

答：几何特征：tanα＝3.4a、运动特征:各截面速度分布相似、动力特征：各截面动量相等。

三、选择与填空（30分）

1．两平板相距0.1mm，中间充满了粘度为μ=0.00114Pa/s的流体，上平板相对下平板的运动速度为3.5m/s，则平板表面的切应力为 39.9 Pa。（3分） 7．如图2所示，设H=3m，不计损失，则出口速度为 7.67 m/s。（2分） 8．两水管的有压流动相似，d1/d2=3，则v2/v1= 3 。（2分）

10．理想不可压流体作平面无旋流

《工程流体力学》课程期末考试(A)卷（开卷）

装 该试卷使用范围： 2009 年级 安全工程 专业

● 一、名词解释（每小题5分，总分25分）。 1、粘性 2、压缩性 3、流线

4、上临界速度 5、直接水击

二、简答题（每小题8分，总分24分）。

1、表达出牛顿内摩擦定律及公式中各项的意义及单位。 2、画图解释说明多支U形管测压计的工作原理 3、画图说明流动状态与水头损失的关系。 订 三、计算题（总计55分）

● 1、某种液体的动力粘性系数为0.005Pa?s，相对密度为0.85，求其运动粘性系数。（6分）

2、由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成的管路，如图所示，已知DA?0.25m，p4A?7.8?10N/m2；DB?0.50m，p2B?4.9?104N/m，流速vB?1.2m/s，h?1m。试判断流动方向，并计算A、B两断面之间的水头损失（15分）。

线 ●

第 1 页

3、某弧形闸门下出流，今以比例尺?l?10做模型实验。（15分）

（1）已知原模型上游水深H?5m，求H'； （2）已知原模型上游流量Q?30m3/s，求Q'；

（3）在模型上测得水流流速为v'?0.

第一章 流体及其主要物理性质

1-1.

轻柴油在温度15oC时相对密度为0.83，求它的密度和重度。

解：4oC时

?水?1000kg/m3?水?9800N/m3 相对密度：d???? ?水?水3所以，

1-2.

??0.83?水?0.83?1000?830kg/m3??0.83?水?0.83?9800?8134N/m

甘油在温度0oC时密度为1.26g/cm3，求以国际单位表示的密度和重度。

33 解：1g/cm?1000kg/m ???g

338/m3 ??1.26g/cm?1260kg/m????g?1260?9.8?1234N1-3.

水的体积弹性系数为1.96×109N/m2，问压强改变多少时，它的体积相对压缩1％？

解：E?1?p(Pa)?p??dVV dp ?p?1-4.

?VV?p3

??VE?0.01E?1.96?107Pa?19.6MPa V5

2

3

容积4m的水，温度不变，当压强增加10N/m时容积减少1000cm，求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。

?1000?10?6?VV4???2.5?10?9Pa?1 解：?p??5?p10E?1-5.

1?p?18?4?10Pa ?92

流体力学第三章作业

3.1一直流场的速度分布为：

U=(4x2+2y+xy)i+(3x-y3+z)j

(1) 求点（2,2,3）的加速度。 (2) 是几维流动？

(3) 是稳定流动还是非稳定流动？ 解：依题意可知，

Vx=4x2+2y+xy ,Vy=3x-y3+z ,Vz=0

?ax=

?V?V?V?Vx+ vxx+vyx+vzx ?t?X?Y?Z=0+(4x2+2y+xy)(8x+y)+(3x-y3+z)(2+x)

=32x3+16xy+8x2y+4x2y+2y2+x y2+6x-2 y3+2z+3 x2-x y3+xz 同理可求得，

ay=12 x2+6y+3xy-9x y2+3 y5-3 y2z az=0

代入数据得， ax= 436,ay=60, az=0

?a=436i+60j

(2)z轴方向无分量，所以该速度为二维流动

(3)速度，加速度都与时间变化无关，所以是稳定流动。

3.2 已知流场的速度分布为：

??x2yi?3yj?2z2k

（1）求点（3，1，2）的加速度。

（2）是几维流动？

解：（1）由

ax??ux?t?u?uxx?x?u?uxy?y?u?uxz?z

ay?az??uy?t?uz?t?ux?u?u

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

南京工业大学 工程流体力学 试题（A）卷（闭）

2010--2011 学年第 二 学期 使用班级 安全0901-03 班级 学号 姓名

1、一根直径为d1 = 0.1m的水管垂直放置，在上方转90°弯后立即收缩成直径为d 2 = 0.05m

喷口，水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s，忽略一切损失，试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。

2p1v12p2v2?z1???z2??2g?2gv1d1?v2d2p1102202??4?解：v1?0.1?20?0.05 98072?9.8072?9.087v1?10m/sp1?3.78?105Pa 2、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa，H = 3m，管嘴大小口直径 D = 5cm，d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。

v1D?v2d 解：连续性方程：v1?5?v2?1

v2?5v1p1?p??H静力学基本方程p1?106?9807?3

?10.3?105p12v12v2???

南京工业大学 工程流体力学 试题（A）卷（闭）

2010--2011 学年第 二 学期 使用班级 安全0901-03 班级 学号 姓名

1、一根直径为d1 = 0.1m的水管垂直放置，在上方转90°弯后立即收缩成直径为d 2 = 0.05m

喷口，水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s，忽略一切损失，试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。

2p1v12p2v2?z1???z2??2g?2gv1d1?v2d2p1102202??4?解：v1?0.1?20?0.05 98072?9.8072?9.087v1?10m/sp1?3.78?105Pa 2、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa，H = 3m，管嘴大小口直径 D = 5cm，d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。

v1D?v2d 解：连续性方程：v1?5?v2?1

v2?5v1p1?p??H静力学基本方程p1?106?9807?3

?10.3?105p12v12v2???

工程流体力学基础作业

1-9 已知椎体高为H，锥顶角为2?，锥体与锥腔之间的间隙为?，间隙内润滑油的动力黏度为?，锥体在锥腔内以?的角速度旋转，试求旋转所需力矩M的表达式。

解：以锥顶为原点，建立向上的坐标z

???v?

v?r??z?tan?

2?r2M???dz0cos?22H2?ztan?z?tan????dz0cos?? 3H2???tan??z3dz?0?cos??tan3?H4?2???cos?4H

1-10 已知动力润滑轴承内轴的直径D?0.2m，轴承宽度b?0.3m，间隙

??0.8mm，间隙内润滑油的动力黏度??0.245Pa·s，消耗的功率P?50.7kW，试求轴的转速n为多少？

DDD?D?D3b???Db??? 解：力矩 T?F??A??222?24?角速度 ??P4?1 ?PT?D3b????P4?

?D3b?转速 n?60604???P3?2830r/min 2?2??Db?

2-10 如果两容器的压强差很大，超过一个U形管的测压计的量程，此时可以将两个或两个以上的U形管串联起来进行测量。若已知h1?60cm，h2?51cm，油的密度?1?830kg/m3，水银的密度?2?1

工程流体力学基础作业

1-9 已知椎体高为H，锥顶角为2?，锥体与锥腔之间的间隙为?，间隙内润滑油的动力黏度为?，锥体在锥腔内以?的角速度旋转，试求旋转所需力矩M的表达式。

解：以锥顶为原点，建立向上的坐标z

???v?

v?r??z?tan?

2?r2M???dz0cos?22H2?ztan?z?tan????dz0cos?? 3H2???tan??z3dz?0?cos??tan3?H4?2???cos?4H

1-10 已知动力润滑轴承内轴的直径D?0.2m，轴承宽度b?0.3m，间隙

??0.8mm，间隙内润滑油的动力黏度??0.245Pa·s，消耗的功率P?50.7kW，

试求轴的转速n为多少？

DDD?D?D3b???Db??? 解：力矩 T?F??A??222?24?角速度 ??P4?1?P T?D3b????P4?

?D3b?60604???P3?2830r/min 2?2??Db?转速 n?

2-10 如果两容器的压强差很大，超过一个U形管的测压计的量程，此时可

h2?51cm，以将两个或两个以上的U形管串联起来进行测量。若已知h1?60cm，

油的密度?1?830kg/m3，水银的密度?2?1