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流體力學習題解答 - 下載本文

一、填 空 題

2.在現實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都是壓力的一種量度。它們的區別在于: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或某一點的壓強。 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,密度增大 的性質,稱為流體的壓縮性 ;流體受熱,體積膨脹,密度減少 的性質,稱為流體的熱脹性 。

9.1工程大氣壓等于98.07千帕,等于10m水柱高,等于735.6毫米汞柱高。 11.流體靜壓強的方向必然是沿著作用面的內法線方向。

15.在微壓計測量氣體壓強時,其傾角為??30?,測得l?20cm 則h=10cm。 17.通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法稱為歐拉法。

18. 流線不能相交(駐點處除外),也不能是折線,因為流場內任一固定點在同一瞬間只能有一個速度向量,流線只能是一條光滑的曲線或直線。

20.液體質點的運動是極不規則的,各部分流體相互劇烈摻混,這種流動狀態稱為紊流。

?,其中vk?稱為21.由紊流轉變為層流的臨界流速vk小于 由層流轉變為紊流的臨界流速vk上臨界速度,vk稱為下臨界速度。

23.圓管層流的沿程阻力系數僅與雷諾數有關,且成反比,而和管壁粗糙無關。

24.根據?繁榮變化特征,尼古拉茲實驗曲線可分為五個阻力區,分別是層流區;臨界區;紊流光滑區;紊流過渡區和紊流粗糙區。 25.紊流過渡區的阿里特蘇里公式為??0.11(k680.25?)。 dRe26.速度的大小、方向或分布發生變化而引起的能量損失,稱為局部損失。 27.正方形形斷面管道(邊長為a),其水力半徑R等于R?ad?a,當量直徑de等于e。 430.層流運動時,沿程阻力系數λ與f(Re)有關,紊流運動沿程阻力系數λ在光滑管區與

f(Re)有關,在過渡區與f(Re,KK)有關,在粗糙區與f()有關。 dd37.有旋流動是指流體微團的旋轉角速度在流場內不完全為零 的流動。

38.幾何相似是指流動空間幾何相似。即形成此空間任意相應兩線段夾角相同,任意相應線段長度保持一定的比例 。 二、判 斷 題

1.當平面水平放置時,壓力中心與平面形心重合。 對

1

2.一個工程大氣壓等于98kPa,相當于10m水柱的壓強。對 3.靜止液體自由表面的壓強,一定是大氣壓。錯 4.靜止液體的自由表面是一個水平面,也是等壓面。對

5.當靜止液體受到表面壓強作用后,將毫不改變地傳遞到液體內部各點。對 6.當相對壓強為零時,稱為絕對真空。錯

7.某點的絕對壓強小于一個大氣壓強時即稱該點產生真空。對

8.流場中液體質點通過空間點時,所有的運動要素不隨時間變化的流體叫恒定流。對 9.恒定流時,流線隨的形狀不隨時間變化,流線不一定與跡線相重合。錯

10.漸變流過水斷面上動水壓強的分布規律可近似地看作與靜水壓強分布規律相同。對 11.流線是光滑的曲線,不能是折線,流線之間可以相交。錯

12.一變直徑管段,A斷面直徑是B斷面直徑的2倍,則B斷面的流速是A斷面流速的4倍。對

13.彎管曲率半徑Rc與管徑d之比愈大,則彎管的局部損失系數愈大。錯 14.隨流動雷諾數增大,管流壁面粘性底層的厚度也愈大。錯 15.水泵的揚程就是指它的提水高度。錯

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生的局部水頭損失。錯

17.當流速分布比較均勻時,則動能修正系數的值接近于零。錯 18.流速分布越不均勻,動能修正系數的值越小。錯

19.在水流過水斷面面積相等的前提下,濕周愈大,水力半徑愈小。對

22.在研究紊流邊界層的阻力特征時,所謂粗糙區是指粘性底層的實際厚度Δ小于粗糙高度。對

23.水泵的安裝高度取決于水泵的允許真空值、供水流量和水頭損失。對

24.大孔口與小孔口都可認為其斷面上壓強、流速分布均勻,各點作用水頭可以認為是一常數。錯 三、簡 答 題

1.什么是粘滯性?什么是牛頓內摩擦定律?不滿足牛頓內摩擦定律的流體是牛頓流體還是非牛頓流體?

答: 粘滯性是當流體流動時,在流體內部顯示出的內摩擦力性質。 牛頓內摩擦定律是: T??Adu ;不滿足牛頓內摩擦定律的流體是非牛頓流體。 dy2.在流體力學當中,三個主要的力學模型是指哪三個? 答:(1)連續介質;(2)無粘性流體;(3)不可壓縮流體。 3.什么是理想流體?

2

答:理想流體即指無粘性流體,是不考慮流體的粘性的理想化的流體。 4.什么是實際流體? 答:考慮流體的粘性的流體。 5.什么是不可壓縮流體?

答:不計流體的壓縮性和熱脹性的而對流體物理性質的簡化。 6.為什么流體靜壓強的方向必垂直作用面的內法線?

答:由于流體在靜止時,不能承受拉力和切力,所以流體靜壓強的方向必然是沿著作用面的內法線方向。

7.為什么水平面必是等壓面?

答:由于深度相等的點,壓強也相同,這些深度相同的點所組成的平面是一個水平面,可見水平面是壓強處處相等的面,即水平面必是等壓面。 8.什么是等壓面?滿足等壓面的三個條件是什么?

答: 在同一種液體中,如果各處的壓強均相等由各壓強相等的點組成的面稱為等壓面。滿足等壓面的三個條件是同種液體連續液體靜止液體。 12.什么是絕對壓強和相對壓強?

答: 絕對壓強:以毫無一點氣體存在的絕對真空為零點起算的壓強。 相對壓強:當地同高程的大氣壓強pa為零點起算的壓強。 14.什么是流線?什么是跡線?流線與跡線的區別是什么?

答: 流線是某一瞬時在流場中畫出的一條空間曲線,此瞬時在曲線上任一點的切線方向與該點的速度方向重合,這條曲線叫流線。

區別:跡線是流場中流體質點在一段時間過程中所走過的軌跡線。流線是由無究多個質點組成的,它是表示這無究多個流體質點在某一固定瞬間運動方向的曲線。而跡線則是在時間過程中表示同一流體質點運動的曲線。 。

16.什么是歐拉法?

答:通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法稱為歐拉法。 17.什么是拉格朗日法?

答:通過描述每一質點的運動達到了解流體運動的方法。 22.什么是有旋流動?什么是無旋流動?

答: 流體微團的旋轉角速度不完全為零的流動稱為有旋流動,流場中各點旋轉角速度等于零的運動,成為無旋運動。

24.什么叫流管、流束、過流斷面和元流?

答:在流場內,取任意非流線的封閉曲線L,經此曲線上全部點做流線,這些流線組成的管狀流面,稱為流管。流管以內的流體,稱為流束。垂直于流束的斷面稱為流束的過流斷面,

3

當流束的過流斷面無限小時,這根流束就稱為元流。 29.什么是幾何相似、運動相似和動力相似?

答: 幾何相似是指流動空間幾何相似,即形成此空間任意相應兩線段交角相同,任意相應線段長度保持一定的比例。

運動相似是指兩流動的相應流線幾何相似,即相應點的流速大小成比例,方向相同。 動力相似是指要求同名力作用,相應的同名力成比例。

四、計 算 題

3. 寬為1m,長為AB的矩形閘門,傾角為45?,左側水深 h1?3m,右側水深 h2?2m。試用圖解法求作用于閘門上的水靜壓力及其作用點?

[解] 壓強分布圖略,根據圖計算如下:

112P?P?P???hsin45????h22sin45? 12122 ?1?9.807?32211??9.807?22221 2 ?62.3?27.65?34.65kN

P?yD?P1?y1?P2?y2

yD?P1?y1?P2?y2

Ph1h22262.3???27.65?(2??)32?45?32?45? ?34.65762.3?22?27.65?23 ?34.65176?91??2.46m 34.654.h2?0.4m,閘門可繞C點轉動。求閘門自動打開的水深h為多少米。

[解] 故 l?Jc1b?h12y?A?12?0.1m

(h?h1)?b?h1 C點是合力作用點的極限點,當其高于C點閘門自動打開。

4

h12h1?0.1?(h?1) 122 h?102h110h1???0.5?1.33m 12212 即h?1.33m時,閘門便自動打開。

5. 有一圓滾門,長度 l?10m,直徑 D?4m,上游水深 H1?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]

Px?P1?P2? ?1??l?(H12?H22) 21?9.807?10?(42?22) 2 ?590kN

32 Pz???V???A?l??????R?l

43? ??9.807?4? 104 ?920kN

6. 一弧形閘門AB,寬 b?4m,圓心角 ??45?,半徑 r?2m,閘門轉軸恰與水面齊平,求作用于閘門的水靜壓力及作用點。

[解] h???sin?? Px?2

1??h2?b?4??4?9.807?39.2kN 2Pz???V???b?面積

???b?(扇形面積?三角形面積) ???b(11???r2?h2)?9.807?4?(?1) 822 ?22.4kN P?Px2?Pz2?45.2kN

7. 油沿管線流動,A斷面流速為2m/s,不計損失,求開口C管中的液面高度。 [解] vB?(dA20.152)?vA?()?2 dB0.1 ?4.5m/s

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