流体力学课后习题与答案.doc

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1、第三、四章 流体动力学基础 习题及答案3-8已知流速场ux=xy2, , uz=xy, 试求：（1）点（1，2，3）的加速度；（2）是几维流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？解：（1）（2）二元流动（3）恒定流（4）非均匀流3-11已知平面流动速度分布为 其中c为常数。求流线方程并画出若干条流线。解： 积分得流线方程：x2+y2=c方向由流场中的ux、uy确定逆时针 3-17下列两个流动，哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？(1)ux=ay,uy=ax,uz=0（2） 解：（1）有旋流动 无角变形(2)无旋流动 有角变形47变直径管段AB，dA=0.2m,

2、dB=0.4m，高差h=1.5m，测得pA=30kPa，pB =40kPa，B点处断面平均流速vB=1.5m/s，试判断水在管中的流动方向。解：HBHA, 水由B流向A; 水头损失5.69-4.90=0.79m48用水银压差计测量水管中的点流速u ，如读值 h=60mm ，求该点流速。解：411为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计。管道直径 d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度=850kg/m3，流量计流量系数=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q多大？解：法一法二、413离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气。直径d=200mm处，接一根

3、细玻璃管，管的下端插入水槽中。已知管中水上升H=150mm，求每秒钟吸入的空气量Q（空气的密度a=1.29kg/m3）。解：取集流器外断面1-1与玻璃管处断面2-2列伯努利方程：4-18 闸下出流，平板闸门宽B=2m，闸前水深h1=4m,闸后水深h2=0.5,出流量Q=8m3/s,不计摩擦阻力，试求水流对闸门的作用力，并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。解：根据流量由连续性方程得列动量方程 闸门所受推力R=-R,大小为-98.35KN按静水压力算得压力大小为 4-21 解：， 由题有，对积分有 ，又，得，故 又，故为无势流。4-23已知平面无旋流动的流函数为，试求速度势和速度场解：由流函数

4、可求得 4-25无穷远处有一速度为的均匀直线来流，坐标原点处有一强度为-汇流，试求两个流动叠加后的流函数、 驻点位置及流体流入和流过汇流的分界线方程。解：复合流动的流函数为速度场： 驻点坐标：由 或当代入得所以舍去驻点坐标为代入流函数得，则过驻点的流线方程即分界线方程为： 习题及答案79薄壁孔口出流，直径d=2mm,水箱水位恒定H=2m，试求：（1）孔口流量Q；(2)此孔口外接圆柱形管嘴的流量Qn；（3）管嘴收缩断面的真空。解： （1） （2） （3） 710 水箱用隔板分为A、B两室，隔板上开一孔口，其直径d1=4cm，在B室底部装有圆柱形外管嘴，其直径d2=3cm。已知H=3m,h3=0.

5、5m，试求：（1）h1、h2；（2）流出水箱的流量Q。解：（1） 得 h1=1.07m h2=H- h1=1.43m （2） 712 游泳池长25m，宽10m，水深1.5m，池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟，试求放尽池水所需的时间。解：714 虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度l1=3m, l2=5m,直径d=75mm，两池水面高差H=2m，最大超高h=1.8m，沿程阻力系数=0.02，局部阻力系数：进口a0.5，转弯b0.2，出口c1。试求流量及管道最大超高断面的真空度。解：列上下游水池的伯诺里方程 列上游水池和最大超高处的伯诺里方程716 水从密闭容器A，沿直径d=25mm，长l

6、 =10m的管道流入容器B，已知容器A水面的相对压强p1=2at，水面高H1=1m, H1=1m, H2=5m,沿程阻力系数0.025，局部阻力系数：阀门a=4.0，弯头b0.3，试求流量。解: 718 自密闭容器经两段串连管道输水，已知压力表读值pm=1at，水头H=2m，管长l1=10m，l2=20m，直径d1=100mm, d2=200mm，沿程阻力系数1=2=0.03,试求流量并绘总水头线和测压管水头线。解： 7-21 在长为2 l，直径为d的管道上，并联一根直径相同，长为l的支管（图中虚线），若水头H不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。解：并联前并联后水头相等 第三、四章

7、流体动力学基础 习题及答案3-8已知流速场ux=xy2, , uz=xy, 试求：（1）点（1，2，3）的加速度；（2）是几维流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流？解：（1）（2）二元流动（3）恒定流（4）非均匀流3-11已知平面流动速度分布为 其中c为常数。求流线方程并画出若干条流线。解： 积分得流线方程：x2+y2=c方向由流场中的ux、uy确定逆时针 3-17下列两个流动，哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？(1)ux=ay,uy=ax,uz=0（2） 解：（1）有旋流动 无角变形(2)无旋流动 有角变形47变直径管段AB，dA=0.2m,dB=0.4

8、m，高差h=1.5m，测得pA=30kPa，pB =40kPa，B点处断面平均流速vB=1.5m/s，试判断水在管中的流动方向。解：HBHA, 水由B流向A; 水头损失5.69-4.90=0.79m48用水银压差计测量水管中的点流速u ，如读值 h=60mm ，求该点流速。解：411为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计。管道直径 d1=200mm，流量计喉管直径d2=100mm，石油密度=850kg/m3，流量计流量系数=0.95。现测得水银压差计读数hp=150mm，问此时管中流量Q多大？解：法一法二、413离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气。直径d=200mm处，接一根细玻璃管，管

9、的下端插入水槽中。已知管中水上升H=150mm，求每秒钟吸入的空气量Q（空气的密度a=1.29kg/m3）。解：取集流器外断面1-1与玻璃管处断面2-2列伯努利方程：4-18 闸下出流，平板闸门宽B=2m，闸前水深h1=4m,闸后水深h2=0.5,出流量Q=8m3/s,不计摩擦阻力，试求水流对闸门的作用力，并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。解：根据流量由连续性方程得列动量方程 闸门所受推力R=-R,大小为-98.35KN按静水压力算得压力大小为 4-21 解：， 由题有，对积分有 ，又，得，故 又，故为无势流。4-23已知平面无旋流动的流函数为，试求速度势和速度场解：由流函数可求得 4-

10、25无穷远处有一速度为的均匀直线来流，坐标原点处有一强度为-汇流，试求两个流动叠加后的流函数、 驻点位置及流体流入和流过汇流的分界线方程。解：复合流动的流函数为速度场： 驻点坐标：由 或当代入得所以舍去驻点坐标为代入流函数得，则过驻点的流线方程即分界线方程为： 5-15 已知文丘里流量计喉管流速v与流量计压强差p、主管直径d1、喉管直径d2、以及流体的密度和运动粘滞系数有关，试用定理确定流速关系式。解： 取v、d、为基本量，n=6, m = 3, n- m = 3 得 5-17 圆形孔口出流的流速v与作用水头H，孔口直径d，水的密度和动力粘滞系数，重力加速度g有关，试用定理推导孔口流量公式。解

11、:取v、H、为基本量，n=6, m = 3, n- m = 35-19 为研究输水管道上直径600mm阀门的阻力特性，采用直径300mm，几何相似的阀门用气流做模型实验。已知输水管道的流量为0283m3/s，水的运动粘滞系数1.010-6m2/s，空气的运动粘滞系数0.1610-6m2/s,试求模型的气流量。解:选取雷诺准则5-20 为研究汽车的动力特性，在风洞中进行模型实验。已知汽车高hp=1.5m，行车速度vp=108 km/h，风洞风速vm=45m/s，测得模型车的阻力Pm=1.4kN，试求模型车的高度hm及汽车受到的阻力。解:选取雷诺准则欧拉准则 5-21 为研究风对高层建筑物的影响，

12、在风洞中进行模型实验，当风速为9m/s时，测得迎风面压强为 42 Pa，背风面压强为-20 Pa，试求温度不变，风速增至12m/s时，迎风面和背风面的压强。解:选取欧拉准则 612水管直径d10，管中流速v1 m/s，水温为10，试判别流态。又流速等于多少时，流态将发生变化？解:查P5表1-4知t=10,=1.3110-6m2/s 紊流614 有一矩形断面的小排水沟，水深15，底宽20，流速0.15 m/s，水温10，试判别流态。解: 紊流616 应用细管式粘度计测定油的粘滞系数。已知细管直径d8，测量段长l2 m，实测油的流量Q70 cm3/s，水银压差计读值h30，油的密度901 kg/m

13、3。试求油的运动粘度和动力粘度。解: 校核流态层流,假设成立6-18油管直径75，油的密度901kg/m3，运动粘滞系数0.9 cm2/s，在管轴位置安放连接水银压差计的皮托管，水银面高差hp= 20，试求油的流量。此图有误解: 设为层流 v=u/2校核层流623 输水管道中设有阀门，已知管道直径为50，通过流量为3.34 l/s，水银压差计读值h150，沿程水头损失不计，试求阀门的局部阻力系数。解:625 用突然扩大使管道的平均流速由v1减到v2，若直径d1及流速v1一定，试求使测压管液面差h成为最大的v2及d2是多少？并求最大h值。解图号不符627 水管直径为50，1、2两断面相距15 m

14、，高差3 m，通过流量Q6 l/s，水银压差计读值为250，试求管道的沿程阻力系数。解:6-29 水池中的水经弯管流入大气中（题6-26图），已知管道的直径d=100mm,水平段AB和倾斜段BC的长度均为l=50m，高差h1=2m,h2=25m，BC段设有阀门，沿程阻力系数=0.035，管道入口及转弯的局部水头损失不计。试求：为使AB段末段B处的真空高度不超过7m,阀门的局部阻力系数最小应是多少？此时的流量是多少？解：取水池自由液面和 B处断面列伯努利方程：因为： =0 =-7 =0所以：=3.088m/s取B处断面和C处断面列伯努利方程：因为： = =0所以： 此时630 风速20 m/s的

15、均匀气流，横向吹过高H40 m，直径d0.6 m的烟囱，空气的密度1.20 kg/m3，温度为20，求烟囱所受风力。解: 查P5表1-4，t=20，=15.710-6m2/s查P117图5-32,约为 习题及答案79薄壁孔口出流，直径d=2mm,水箱水位恒定H=2m，试求：（1）孔口流量Q；(2)此孔口外接圆柱形管嘴的流量Qn；（3）管嘴收缩断面的真空。解： （1） （2） （3） 710 水箱用隔板分为A、B两室，隔板上开一孔口，其直径d1=4cm，在B室底部装有圆柱形外管嘴，其直径d2=3cm。已知H=3m,h3=0.5m，试求：（1）h1、h2；（2）流出水箱的流量Q。解：（1） 得 h

16、1=1.07m h2=H- h1=1.43m （2） 712 游泳池长25m，宽10m，水深1.5m，池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟，试求放尽池水所需的时间。解：714 虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度l1=3m, l2=5m,直径d=75mm，两池水面高差H=2m，最大超高h=1.8m，沿程阻力系数=0.02，局部阻力系数：进口a0.5，转弯b0.2，出口c1。试求流量及管道最大超高断面的真空度。解：列上下游水池的伯诺里方程 列上游水池和最大超高处的伯诺里方程716 水从密闭容器A，沿直径d=25mm，长l =10m的管道流入容器B，已知容器A水面的相对压强p1=2at，水面高

17、H1=1m, H1=1m, H2=5m,沿程阻力系数0.025，局部阻力系数：阀门a=4.0，弯头b0.3，试求流量。解: 718 自密闭容器经两段串连管道输水，已知压力表读值pm=1at，水头H=2m，管长l1=10m，l2=20m，直径d1=100mm, d2=200mm，沿程阻力系数1=2=0.03,试求流量并绘总水头线和测压管水头线。解： 7-21 在长为2 l，直径为d的管道上，并联一根直径相同，长为l的支管（图中虚线），若水头H不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。解：并联前并联后水头相等 第八章习题及答案812 梯形断面土渠，底宽b=3m，边坡系数m=2，水深h=1.2m

18、，底坡i=0.0002，渠道受到中等保护。试求通过流量。解：813 修建混凝土渠面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量Q=9.7，底坡i=0.001,试按水力最优断面条件设计断面尺寸。解：矩形断面水力最优宽深比h=b/h=2814 修建梯形断面渠道，要求通过流量Q=1m3/s，渠道边坡系数m=1.0，底坡i=0.0022，粗糙系数n=0.03，是按最大允许流速(不冲流速vmax=0.8m/s)设计此断面尺寸。解：817 三角形断面渠道，顶角为900，通过流量Q=0.8m3/s,试求临界水深。解：由题意知：b=2h 由临界水深公式：818有一梯形渠道，断面宽度b=12m，断面边坡系数m=1.5,粗

19、糙系数n=0.025，通过流量Q=18 m3/s，求临界水深及临界坡度。解：因为对矩形断面渠道，所以给h以小于h的不同值，计算相应的A3/B值，画出A3/B-h曲线对于临界状态hABA3/B0.617.87813.8335.3550.607.74013.8033.600.5977.69913.7933.0860.5967.68513.7832.9160.597.60213.7731.910.587.46513.7430.27此时可知hc=0.597m8-22 用矩形断面长直渠道向低处排水，末端为跌坎，已知渠道底宽b=1m,底坡i=0.0004,正常水深h0=0.5m,粗糙系数n=0.014,试

20、求（1）渠道中的流量; (2)渠道末端出口断面的水深； （3）绘渠道中水面曲线示意图。解：(2)渠道末端出口断面临界水深第八章习题及答案812 梯形断面土渠，底宽b=3m，边坡系数m=2，水深h=1.2m，底坡i=0.0002，渠道受到中等保护。试求通过流量。解：813 修建混凝土渠面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量Q=9.7，底坡i=0.001,试按水力最优断面条件设计断面尺寸。解：矩形断面水力最优宽深比h=b/h=2814 修建梯形断面渠道，要求通过流量Q=1m3/s，渠道边坡系数m=1.0，底坡i=0.0022，粗糙系数n=0.03，是按最大允许流速(不冲流速vmax=0.8m/s)设

21、计此断面尺寸。解：817 三角形断面渠道，顶角为900，通过流量Q=0.8m3/s,试求临界水深。解：由题意知：b=2h 由临界水深公式：818有一梯形渠道，断面宽度b=12m，断面边坡系数m=1.5,粗糙系数n=0.025，通过流量Q=18 m3/s，求临界水深及临界坡度。解：因为对矩形断面渠道，所以给h以小于h的不同值，计算相应的A3/B值，画出A3/B-h曲线对于临界状态hABA3/B0.617.87813.8335.3550.607.74013.8033.600.5977.69913.7933.0860.5967.68513.7832.9160.597.60213.7731.910.587.46513.7430.27此时可知hc=0.597m8-22 用矩形断面长直渠道向低处排水，末端为跌坎，已知渠道底宽b=1m,底坡i=0.0004,正常水深h0=0.5m,粗糙系数n=0.014,试求（1）渠道中的流量; (2)渠道末端出口断面的水深； （3）绘渠道中水面曲线示意图。解：(2)渠道末端出口断面临界水深