流體力學(xué)習(xí)題解答

1、 2在現(xiàn)實(shí)生活中可視為牛頓流體的有水 和空氣等。 3流體靜壓力和流體靜壓強(qiáng)都是壓力的一種量度。它們的區(qū)別在于：前者是作 用在某一面積上的總壓力；而后者是作用在某一面積上的平均壓強(qiáng)或某一點(diǎn)的壓 強(qiáng)。 4 均勻流過流斷面上壓強(qiáng)分布服從于水靜力學(xué)規(guī)律。 5. 和液體相比，固體存在著抗拉、抗壓和抗切三方面的能力。 7 流體受壓，體積縮小，密度增 的性質(zhì)，稱為流體的壓縮性 ；流體受熱, 體積膨脹，密度減少 的性質(zhì)，稱為流體的熱脹性 。 8.壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為流體的彈性模量，以E來表示 12. 液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律只適用于靜止、同種、連續(xù)液體。 13. 靜止非均質(zhì)流體的水平面是等壓面，等密面和等溫面。 14

2、. 測(cè)壓管是一根玻璃直管或U形管，一端連接在需要測(cè)定的容器孔口上， 另一 端開口，直接和大氣相通。 16. 作用于曲面上的水靜壓力P的鉛直分力Pz等于其壓力體內(nèi)的水重。 17. 通過描述物理量在空間的分布來研究流體運(yùn)動(dòng)的方法稱為歐拉法。 18. 流線不能相交(駐點(diǎn)處除外)，也不能是折線，因?yàn)榱鲌?chǎng)內(nèi)任一固定點(diǎn)在同 一瞬間只能有一個(gè)速度向量，流線只能是一條光滑的曲線或直線。 20. 液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的， 各部分流體相互劇烈摻混,這種流動(dòng)狀態(tài)稱 為紊流。 21. 由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯呐R界流速Vk小于 由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯呐R界流速Vk，其 中Vk稱為上臨界速度, Vk稱為下臨界速度。 23.圓管層

3、流的沿程阻力系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)，且成反比，而和管壁粗糙無關(guān)。 25. 紊流過渡區(qū)的阿里特蘇里公式為0.11(k -68)025。 d Re 26. 速度的大小、方向或分布發(fā)生變化而引起的能量損失，稱為局部損失。 29.濕周是指過流斷面上流體和固體壁面接觸的周界。 31.串聯(lián)管路總的綜合阻力系數(shù) S等于各管段的阻抗疊加。 32 .并聯(lián)管路總的綜合阻力系數(shù)S與各分支管綜合阻力系數(shù)的關(guān)系為 1111 嚴(yán) 。管嘴與孔口比較,如果水頭H和直徑d相同，其流速比 V孔口 /V管嘴等于097 ,流量比 0.82 Q孔口 /Q管嘴等于 0.60 0.82 33.不可壓縮流體的空間三維的連續(xù)性微分方程是 UxUy

4、 xy Uz z 34. M 1即氣流速度與 當(dāng)?shù)匾羲傧嗟龋藭r(shí)稱氣體處于 臨界狀態(tài)。 36. 氣體自孔口、管路或條縫向外噴射 所形成的流動(dòng)，稱為氣體淹沒射流。 37. 有旋流動(dòng)是指流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度在流場(chǎng)內(nèi)不完全為零的流動(dòng)。 38. 幾何相似是指流動(dòng)空間幾何相似。即形成此空間任意相應(yīng)兩線段夾角相同， 任意相應(yīng)線段長度保持一定的比例 。 39. 因次是指物理量的性質(zhì)和類別。因次分析法就是通過對(duì)現(xiàn)象中物理量的因次 以及因次之間相互聯(lián)系的各種性質(zhì)的分析來研究現(xiàn)象相似性的方法。他是一方程 式的因次和諧性為基礎(chǔ)的。 二、判斷題 3 .靜止液體自由表面的壓強(qiáng)，一定是大氣壓。錯(cuò) 4.靜止液體的自由表面是

5、一個(gè)水平面，也是等壓面。對(duì) 6. 當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為零時(shí)，稱為絕對(duì)真空。錯(cuò) 7. 某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓強(qiáng)時(shí)即稱該點(diǎn)產(chǎn)生真空。對(duì) 8. 流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)通過空間點(diǎn)時(shí)，所有的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的流體叫恒定 流。對(duì) 9. 恒定流時(shí)，流線隨的形狀不隨時(shí)間變化，流線不一定與跡線相重合。錯(cuò) 10. 漸變流過水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)的分布規(guī)律可近似地看作與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相 同。對(duì) 14. 隨流動(dòng)雷諾數(shù)增大，管流壁面粘性底層的厚度也愈大。錯(cuò) 15. 水泵的揚(yáng)程就是指它的提水高度。錯(cuò) 16. 管嘴出流的局部水頭損失可有兩部分組成， 即孔口的局部水頭損失及收縮斷 面出突然縮小產(chǎn)生的局部水頭損失。錯(cuò) 17. 當(dāng)流速分布

6、比較均勻時(shí)，貝U動(dòng)能修正系數(shù)的值接近于零。錯(cuò) 18. 流速分布越不均勻，動(dòng)能修正系數(shù)的值越小。錯(cuò) 21. 為了減少摩擦阻力，必須把物體做成流線型。錯(cuò) 22. 在研究紊流邊界層的阻力特征時(shí)，所謂粗糙區(qū)是指粘性底層的實(shí)際厚度小 于粗糙高度。對(duì) 四、計(jì)算題 2.有一矩形底孔閘門，高h(yuǎn)3m,寬b 2m上游水深h|6m下游水深h25m試 用圖解法及解析法求作用于閘門上的水靜壓力及作用點(diǎn)？ 解 P PtP下 he A hc 9.807 6(4.5 3.5) 59kN作用于閘門中心 圖解 P (h1h2) A b h 9.807 659kN 3.寬為1m長為AB的矩形閘門，傾角為 45，左側(cè)水深 3m右側(cè)水

7、深 h2 試用圖解法求作用于閘門上的水靜壓力及其作用點(diǎn)? 解壓強(qiáng)分布圖略，根據(jù)圖計(jì)算如下： 1 / 1 P R F2- hj sin45- 2 i2 1 / i i 9.807 39.807 2 2 2 5.有一圓滾門，長度 yD 62.3 27.65 34.65kN P yD P1 y1 P2 y2 R y1 B y2 P 62.3 - h 27.65 (、2 - 基 3 2 4532 45 34.65 空字2765丄 34.65 176 91 2.46 m 34.65 l 10m直徑 D 4m上游水深 比 4m,下游水深H2 2m 求作用于圓滾門上的水平和鉛直分壓力。 解 1 Px P P

8、2 ； 2 l (H12 H 22) 1 -9.807 10 (42 22) 2 590 kN 3 2 PzVA l 4 R l 3 9.807 4 10 4 920 kN 45 ,半徑r 2 m,閘門轉(zhuǎn)軸恰與水面齊平, 6. 弧形閘門AB,寬b 4m,圓心角 求作用于閘門的水靜壓力及作用點(diǎn)。 解 h sin , 2 1 2 Px h2 b 44 9.80739.2kN 2 PZV b面積 b (扇形面積三角形面積) 1 2 1 2 b(r2h2) 9.807 4 (1) 8 2 2 22.4kN PPx2 Pz2 45.2kN 7.油沿管線流動(dòng), A斷面流速為2m/s，不計(jì)損失，求開口 C管

9、中的液面高度。 解VB中2 VA話)2 2 A 能量方程 4.5m/s 通過B斷面中心作基準(zhǔn)面, 寫A B兩斷面的能 22 0 p4520 1.21.5 - 2g 2g -27 2g(22 42) 2.7 0.83 1.86m 20.037 由葉迪圖可知 hf1 2 2 l1 v1l2 v2 2 d1 2gd2 2g 0.03 50 (0.5)2 0.15 2g 0.037 50 22 0.075 2g 0.1275 5.03 5.16 m A 275 2 0.5 油 0.5 1-（-） =0.51-（） 0.375 A150 2 2 hm 0.5 丄 0.375 竺 0.006370.08

10、0.086 2g2g 2 v2 H hf hm 0.2 5.16 0.086 5.44 2g 22 丄0.01275 m ；上0.2m 2g2g （2）水頭線略。 14. 一隔板將水箱分為 A、B兩格，隔板上有直徑 d1 40 mm的薄壁孔口，如題下圖，B箱 底部有一直徑的圓柱形管嘴，管嘴長I 0.1m A箱水深H1 3 m恒定不變。（1）分析出流 恒定條件（H2不變的條件）。（2）在恒定出流時(shí)，B箱中水深H2等于多少？ （ 3）水箱流 空 B a - 1 L 量Q1為何值? 解（1）Q1 Q2時(shí)，H 2恒定不變。 3 H2 0.62 0.822A (2)l 0.1m3 4d2，為管嘴出流，d

11、1為 孔口出流。取1 0.6 1 A2g(H1 H2)2 A ,2g(H2 l) A12 2g(3 H2) 0.822 A22 2g(H2 0.1) 0(H2 0.1) 0.822 0.34 Z11 24 (H 2 0.62 0.4 0.1) 0.59 (H2 0.1) 3 0.059 H2(1 0.59)1.59H2 H22.941 1.59 1.85 m （3）Q1A 2g（H1 H 2） 0.6 0.042 ,-2g 1.15 0.358 10 2n/s 4 15. 某誘導(dǎo)器的靜壓箱上裝有圓柱形管嘴，管徑為4mm長度I 100mm0.02，從管 嘴入口到出口的局部阻力系數(shù)0.5，求管嘴的

12、流速系數(shù)和流量系數(shù)(見圖5-4圖)。 解丨3: 4d為短管出流。故 1 0.020.5 0.707 0.707 30m/s。此時(shí)靜 16. 如上題，當(dāng)管嘴外空氣壓強(qiáng)為當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)時(shí)，要求管嘴出流流速為 3 壓箱內(nèi)應(yīng)保持多少壓強(qiáng)？空氣密度為1.2kg/m。 解 V 2g L :： 2 p p0 Pa p00 p0。即靜壓箱中相對(duì)壓強(qiáng)為 1.08 kN/m 17. 某恒溫室采用多孔板送風(fēng)，風(fēng)道中的靜壓為 200Pa,孔口直徑為20mm空氣溫度為20C, 3 0.8。要求通風(fēng)量為1m/s。問需要布置多少孔口？ 解在通風(fēng)工程中，對(duì)于多孔板送風(fēng)，流量系數(shù)采用 Q1 0.8 7 (0.01)2 2 200

13、 ,1.2 11.5 104m/s Q nQ ； n 4 11.5 10 872(個(gè)) 18. 水從A水箱通過直徑為10cm的孔口流入B水箱，流量系數(shù)為。設(shè)上游水箱的水面高程 H13 m保持不變。 (1) B水箱中無水時(shí)，求通過孔口的流量。 (2) B水箱水面高程H22m時(shí)，求通過孔口的流量。 (3) A箱水面壓力為2000Pa, H1 3m時(shí)，而B水箱水面壓力為 0, H2 2m時(shí)，求通過 孔口的流量。 A L ft E 7 1 ! p 1 1 1 J (1) Q A 2gH10.62 0.12 2g33.72 10 仆 (2) Q A ,2g(H1 出)0.62 0.122g 1 2.16

14、 102佻 (3) Q A.：2g(3 %)(2 0) 0.62 10.122g(3.02一2) 0.62 4 19.如圖示管路中輸送氣體，采用 0.12 2g 1.202 2.36 10 2 m/s U形差壓計(jì)測(cè)量壓強(qiáng)差為 hm液體。試推導(dǎo)通過孔板的 流量公式。 20.如上題圖孔板流量計(jì)，輸送 解Q A 2g A 2g 1 h 式中h以米計(jì)，1為差壓計(jì)用的液體容重。為 流動(dòng)氣體的容重。 20 C 空氣，測(cè)量 h 100 mmH。 0.62, d 100mm 2g 1 h 0.62 ： 0.12j2g 1000 0.1 1.2 0.2 m/s 0.005m/s，總水頭損失 h 5 mHO,現(xiàn)在

15、要把流量增加到 0.0085m/s，試問水泵應(yīng)供給多大壓頭。 21.某供熱系統(tǒng)，原流量為 hfi S Qi hf 2 hf i （Q )2 0.0085)2 0.0050) 14.45 mHO 22.兩水池用虹吸管連通，上下游水位差 H 2m,管長li 3m 12 5m I3 4m直徑 d 200mm 上游水面至管頂高度 h 1 m已知 0.026，進(jìn)口網(wǎng) 1.5 （每個(gè)彎頭）， 出口 1.0，求： （1）虹吸管中的流量； （2）管中壓強(qiáng)最底點(diǎn)的位置及其最大負(fù)壓值。 H l v2 d 2g 2 v 2g 2 l d v2 H 2g 15.2 解寫上、下游水面的能量方程: v2 12 2 v )

16、 (0.02 - 10 2 1.5 1) 15.2 - 2g 0.2 2g 2 0.1315 15.2 v 2g 0.1315 1.6 m/s Q Av 0.22 1.65 10 2 m/s 4 壓強(qiáng)最低點(diǎn)在12末端，則 0 h直 2 v 2g l1 l2 v2 2 v (10 1.5) 2g d 2g 2 1(12.5 2g 0.02 082) 1 0.1315 13.32.75 m 23.如圖水泵抽水系統(tǒng)，管長、管徑單位為 m, 給于圖中，流量 Q 40 10 3m/s , 0.03。求：（1）吸水管及壓水管的 S數(shù)。 解(1)S 數(shù): (2)求水泵所需水頭。 (3 )繪制總水頭線。 8(

17、右 2 d4 g 20 8 (0.033.2) 0.25 2 0.254 118 8( S2 l_ d 2 d4 260 8 (0.03 0.2 20.24 g 1.7) 2100 h S1 Q2 Q2 (S S2) Q22218 (40 10 3)23.54m h 20 3.54 23.54m 24.有一簡單并聯(lián)管路如下圖, 總流量 Q 80 33. 10 m/s， 0.02，求各管段的流量及 600 m,第二支路 d2200 mm l2360 m 解 兩節(jié)點(diǎn)間的水頭損失。 第一支路d1200 mm l1 S2 8 l2 d 2 d1 _1_1 -SS 8 0.02 360 20.25 g

18、1 1 1 11 S73096 J1860 55.5 43 1 ,S2 8 202 5 販 3090 20.25 g 1860 0.01820.0232 0.0414 S 582 0.04i/ 節(jié)點(diǎn)間的水頭損失h S 校核 Qi Q20.08 nVs 25.三層供水管路，各管路的S值皆為i06s2/m5,層高均為5m。設(shè)a點(diǎn)的壓力水頭為20m, 求Qi、Q2、Q3，并比較三流量，得出結(jié)論來。 （忽略a處流速水頭） 解hi 2 S Qi H Qi w04.46 i04m/s 以二、三層樓分支點(diǎn)，分別寫出能量方程，設(shè)分支 點(diǎn)水頭為Hi ，則 對(duì)二層: Hi 2 Q2 ;Q2 Hi S 對(duì)三層: Hi 2Si Hi 5 寫上述分支點(diǎn)A點(diǎn)的能量方程 Hi