工程流体力学课后习题答案武汉理工大学
《工程流体力学》习题1～7章参考答案
解：本题利用流体静压强的计算公式 p = ρ gh 和等压面的性质（同种液体） 油 液 所 在 的 水 平 面 为 等 压 面 ， 等 压 面 上 的 相 对 压 强 ρ 1000 ρ油 gh = ρ水 g ( 3 − 2 ) ⇒ h = 水 = ≈ 1.22m ； 加 入 木 块 后 相 当 于 左 侧 容 器 加 入 了 体 积 为 ρ油 820
参考答案 4
图 3-10 习题 3-2 附图
解：根据已知条件，船底长度 12m，舱体宽度(垂直于纸面)上下均为 6m，水面上船的长度为 12＋2×2.4=16.8m，于是，船排开水的体积为 1 V = (16.8 + 12 ) × 2.4 × 6 = 207.36m3 2 根据阿基米德定律，船上货物的总质量等于船排开的水的质量 m = ρ 海水V = 1000 × 207.36 = 207360kg 习题 3-4 一个充满水的密闭容器以等角速度 ω 绕一水平轴旋转，同时需要考虑重力的影响。 试证明其等压面是圆柱面，且等压面的中心轴线比容器的转动轴线高 g ω 2 。 解：根据图示的坐标（z 轴水平）可知，单位质量流体的质量力分量为 g x = 0, g y = − g , g z = 0 流体绕 z 轴以匀角速度 ω 旋转时，半径 r 处流体团的加速度 a 位于 x-y 的平面内，大小为 rω ， 方向指向转动中心。 于是按达朗贝尔原理， 单位质量流体受到的惯性力(离心力)则为 −a ， 2 大小为 rω ，方向沿径向朝外，其 x, y, z 方向的分量为 − ax = rω 2 cos θ = xω 2
高
等
学
校
教
材
过程装备与控制工程专业核心课程教材
工程流体力学
习题参考答案
主讲：陈庆光
工程流体力课后学习题与答案三、流体动力基础（可编辑）
工程流体力课后学习题与答案三、流体动力基础流体动力基础3－1? 已知流场的速度分布为，试确定（1）属于几维流动？（2）求（3，1，2）点的加速度。
[三维流动；，，] 3－2? 已知流场的速度分布为，试确定（1）属于几维流动？（2）求（1，2，3）点的加速度。
[二维流动；，，] 3－3? 已知流场的速度分布为，试确定（1）属于几维流动？（2）求（2，2，3）点的加速度。
[三维流动；，] 3－4? 已知流场中速度分布为。
问：（1）该流动是否定常流动？（2）求t=0时点（1，1，1）上流体微团的加速度。
[属非定常流动；，，] 3－5? 不可压缩流体定常流过一喷嘴，喷嘴截面积A（x）是沿流动方向x变化的，若喷嘴中的体积流量为qv，按一维流动求喷嘴中流体流动的加速度。
[] 3－6? 已知平面流动的速度分布规律为，式中为常数，求流线的方程并画出几条流线。
[x2+y2=常数] 3－7? 一输油管道，在内径30cm的截面上的流速为2m/s，求另一10cm的截面上的流速和质量流量。
已知油的密度为850 kg/m。
[18m/s；120.1 kg/s] 3－8 已知一流场内速度分布为：? ，求证通过任意一个以原点为圆心的同心圆的流量都相等（z方向取单位长度）。
提示：将流场速度以极坐标表示。
3－9? 两水平放置的平行平板相距am，其间流体流动的速度为，坐标系原点选在下平板上，y轴和平板垂直。
试确定平板间的体积流量和平均流速。
[－?m3/s；－m/s] 3－10? 不可压缩流体在直径20mm的管叉中流动，一支管的直径为10mm，另一支管的直径为15mm，若10mm管内的流动速度为0.3m/s，15mm管内的流动速度为0.6m/s，试计算总管内流体的流动速度和体积流量。
[0.413m/s；129.7×10－6m3/s] 3－11?水龙头和压力水箱相连接，若水龙头的入流速度不计，计示压强为1.7×10 N/m2，水龙头向大气中喷水，设水柱成单根流线，试计算水流能够到达的最大高度。
武汉理工大学工程流体力学(4-5)
cD A
阻力系数 迎流面积（与来流垂直）
2、影响FD的因素：
1）与粘性有关。µ τ ，摩阻增大。 2）与物体形状有关，与物体的方位有关。
在相同条件下，迎流面积越大，尾部漩 涡区越大，前后压差越大，压阻增大。
与物体所放的方位有关，同是流线形的 机翼，有攻角和无攻角的涡区不同。
3）与物体的粗糙度有关。
上为湍流边界层，边界层在背流 面分离，故压差阻力系数下降。 但是当雷诺数逐渐增加时， 转捩更加提前，湍流边界层区域 增大，层流边界层区域减少，因 而摩擦阻力系数上升。再加上尾 流区中压力进一步下降，故压差 阻力系数上升。
边界层分离又称为边界层的脱体， 分离点又称为脱体点。流线型物体在 非正常情况下也能产生分离。
在某些特殊情况下，分离了的边 界层有可能再次附着在物面上，从而 在物面附近形成封闭的回流区，
三、分离流动的特点
对平板边界层有
∂p ∂p = 0, =0 ∂x ∂y
且在边界层
外边界上各点的速度为常数。当流体绕流 曲面时，由于 固壁曲面使过流截面发生 变化，因而边界层外边界上的速度 U ≠ c 则各点的压力 p 也不相等，即 这对流动有很大影响。 讨论流体绕流曲面时压力和速度的变化:
壁面分开，这种现象称为边界层分离。 A点称为分离点。发生分离后，主流和 回流碰撞产生漩涡，在物体后部形成尾 涡区，漩涡的运动要消耗能量，使得物 体后部的压力不能恢复到物体前部的压 力，使得物体前后形成压力差，产生阻 力。这种阻力称压差阻力。 在分离点及其上下游作速度剖面图，可 以发现，在分离点A上满足
当两种状态都存在，称混合边界层。如图
V∞
层流边界层
0
V∞
混合边界层
0
xc
武汉理工大学工程流体力学(1)
5）理想流体： 粘性为零的流体称为理想流体，是一 种假想的流体。
第四节
作用在流体上的力
按物理性质的不同分类：重力、摩擦力、 惯性力、弹性力、表面张力等。 按作用方式分：质量力和面积力。
一、作用在流体上的力
质量力 又称体积力，是某力场作用在全 部流体质点上的力，是一种非接触力， 与质点的质量正比。如重力，静电力， 电磁力；
v
T
v T T
v v v v
1
T
;
T
3、流体的粘性
1）粘性的表现
从力学角度看，固体在确定的剪切力 的作用下产生固定的变形；流体在剪切 力作用下产生连续的的变形，即连续运 动。 固体变形用虎克定律描述，应力与应 变成正比，即 F/A 与Δθ成正比。
固体与流体的变形：
δ D V
B
解：功率 N F V
因δ很小可近似认为
du dy V
V为转动轴上的线速度,其大小
V r D 2 2
n D 2
30 2
F为间隙内油的内摩擦力
F A du dy A V
式中
A B d B ( D 2 )
实验研究 根据模化理论对所研究的 流动进行模拟，通过观察和测量，获 得所需结果，可直接解决工程中复杂 的问题，并能发现新的流动现象。
数值计算 将流体力学方程和边界条 件采用适当的方法离散化，然后选 取适当的计算方法，用计算机求解。 发展简史：是从力学分枝而出的一 门古老学科。
应用：动力方面、机械方面、运输行 业、日常生活等等
质量力的表示方法：
取一微元体，其质量为m,其 上受到的质量力用 F 表示， 单位质量流体受到的质量力 用 f 表示，单位质量力在直 角坐标上的投影为
工程流体力学课后习题答案
第1章 绪论【1-1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。
【解】液体的密度3340.4530.90610 kg/m 510m V ρ-===⨯⨯ 相对密度330.906100.9061.010w ρδρ⨯===⨯ 【1-2】体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到4.9×105Pa 时，体积减少1L 。
求水的压缩系数和弹性系数。
【解】由压缩系数公式10-1510.001 5.110 Pa 5(4.91098000)p dV V dP β-=-==⨯⨯⨯- 910111.9610 Pa 5.110pE β-===⨯⨯ 【1-3】温度为20℃，流量为60m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？ 【解】根据膨胀系数1t dV V dtβ=则2113600.00055(8020)6061.98 m /ht Q Q dt Q β=+=⨯⨯-+= 【1-4】用200升汽油桶装相对密度0.70的汽油。
罐装时液面上压强为98000Pa 。
封闭后由于温度变化升高了20℃，此时汽油的蒸汽压力为17640Pa 。
若汽油的膨胀系数为0.0006K -1，弹性系数为13.72×106Pa ，（1）试计算由于压力温度变化所增加的体积，（2）问灌装时汽油的体积最多不应超过桶体积的百分之多少？【解】（1）由1β=-=P pdV Vdp E可得，由于压力改变而减少的体积为6200176400.257L 13.7210⨯∆=-===⨯P p VdP V dV E 由于温度变化而增加的体积，可由1β=tt dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT（2）因为∆∆tp V V ，相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变，则由 200L β+=t V V dT得1198.8%200110.000620β===++⨯t V dT 【1-5】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa ·s ，求作用在平板单位面积上的阻力。
工程流体力学课后练习题答案
工程流体力学课后练习题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 ，0γγ=c 30/830100083.0m kg d =?=?=ρρ30/81348.9100083.0m N c =??=?=γγ1-2解：336/1260101026.1m kg =??=-ρ3/123488.91260m N g =?==ργ1-3解：269/106.191096.101.0m N E VV V Vp p V V p p p ?=??=?-=?-=-=ββ 1-4解：N m p V V p /105.21041010002956--?=?=??-=β 299/104.0105.211m N E pp ?=?==-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 T p TT ?=+=?+?-=?+?-=?β 2）在保证液面压强增量个大气压下，求桶内最大能装的汽油质量。
设装的汽油体积为V ，那么：体积膨涨量为：T V V T T ?=?β体积压缩量为：()()T V E p V V E p V T pT p p ?+?=?+?=?β1 因此，温度升高和压强升高联合作用的结果，应满足：()()???? ?-?+=?-?+=p T p T E p T V V T V V 1110ββ ()())(63.197108.9140001018.01200006.0120011450l E p T V V p T =???? ?????-??+=???? ???-?+=β()kg V m 34.1381063.19710007.03===-ρ1-6解：石油的动力粘度：s pa .028.01.010028=?=μ 石油的运动粘度：s m /1011.39.01000028.025-?=?==ρμν 1-7解：石油的运动粘度：s m St /1044.01004025-?===ν 石油的动力粘度：s pa .0356.0104100089.05===-ρνμ 1-8解：2/1147001.01147.1m N u =?==δμτ 1-9解：()()2/5.1621196.012.0215.0065.021m N d D u u =-?=-==μδμτN L d F 54.85.16214.01196.014.3===τπ第二章2-4解：设：测压管中空气的压强为p 2，水银的密度为1ρ，水的密度为2ρ。
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【1-1】500cm3 的某种液体，在天平上称得其质量为 0.453kg，试求其密度和相对密度。
【解】液体的密度
相对密度
m V
w
0.453 5 104
0.906 103 1.0 103
0.906 103
【1-2】体积为 5m3 的水，在温度不变的条件下，当压强从 98000Pa 增加到 4.9×105Pa 时，体积减少 1L。求水的压缩系数和
104265Pa
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对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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第 1 章绪论选择题（ a ）流体的分子； （ b ）流体内的固体颗粒； 【1.1 】 按连续介质的概念，流体质点是指：（ 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； （ ）切应力和流速。
ddv dv解：牛顿内摩擦定律是dy，而且速度梯度dy是流体微团的剪切变形速度dddt ，故dt 。
（ b ）【1.3 】 流体运动黏度 υ 的国际单位是： （ a ） m 2/s ；（ ） N/m 2 ；（ ） kg/m ；（ ）N ·s/m 2。
bcd解：流体的运动黏度 υ 的国际单位是 m 2 /s 。
（ a ）p 【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RT。
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 ） 1/2 000 。
解 ： 当 水 的 压 强 增 加 一 个 大 气 压 时 ， 其 密 度 增 大 约 dkdp0.5 10 9 1 105120 000 。
（ a ）【1.6 】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（ a）能承受拉力，平衡时不能承受切应力； （ ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力； （ ）不能承受拉力，bc平衡时不能承受切应力； （d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。
解：流体的特性是既不能承受拉力， 同时具有很大的流动性， 即平衡时不能承受切应力。