工程流体力学第二章

1 闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案

第一章 绪论

1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？

解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。如空气、水等。而在同等条件下，固体则产生有限的变形。

因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。

1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？

解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。

流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。

在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm）内的流动。

1-3 底面积为25.1m的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为sm16，液层厚度为mm4，当液体分别为C020的水和C020时密度为3856mkg的原油时，移动平板所需的力各为多大？

题1-3图

解：20℃ 水：sPa3101

20℃，3/856mkg， 原油：sPa3102.7

水： 233/410416101mNu

NAF65.14 2 油： 233/8.2810416102.7mNu

工程流体力学

第二章 流体静力学

2-1．一密闭盛水容器如图所示，U形测压计液面高于容器内液面h=1.5m，求容器液面的相对压强。

[解] ghppa0

kPaghpppae7.145.1807.910000

2-2．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa。压力表中心比A点高0.5m，A点在液面下1.5m。求液面的绝对压强和相对压强。

[解] gppA5.0表

PagpgppA49008.9100049005.10表

Papppa9310098000490000

2-3．多管水银测压计用来测水箱中的表面压强。图中高程的单位为m。试求水面的绝对压强pabs。

[解] )2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0gpgggpa汞水汞水

gpgggpa汞水汞水1.13.11.16.10

kPaggppa8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330水汞 2-4． 水管A、B两点高差h1=0.2m，U形压差计中水银液面高差h2=0.2m。试求A、B两点的压强差。（22.736N／m2）

[解] 221)(ghphhgpBA水银水

PahhgghppBA22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212水水银

2-5．水车的水箱长3m,高1.8m，盛水深1.2m，以等加速度向前平驶，为使水不溢出，加速度a的允许值是多少？

[解] 坐标原点取在液面中心，则自由液面方程为：

xgaz0

当mlx5.12时，mz6.02.18.10，此时水不溢出

20/92.35.16.08.9smxgza

2-6．矩形平板闸门AB一侧挡水。已知长l=2m，宽b=1m，形心点水深hc=2m，倾角=45，闸门上缘A处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。

第一章 绪论

1-1．20℃的水2.5m3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？

[解] 温度变化前后质量守恒，即2211VV

又20℃时，水的密度31/23.998mkg

80℃时，水的密度32/83.971mkg

321125679.2mVV

则增加的体积为3120679.0mVVV

1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度增加15%，重度减少10%，问此时动力粘度增加多少（百分数）？

[解] 原原)1.01()15.01(

原原原035.1035.1

035.0035.1原原原原原

此时动力粘度增加了3.5%

1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为/)5.0(002.02yhygu，式中、分别为水的密度和动力粘度，h为水深。试求mh5.0时渠底（y=0）处的切应力。

[解] /)(002.0yhgdydu

)(002.0yhgdydu

当h=0.5m，y=0时

)05.0(807.91000002.0

Pa807.9

1-4．一底面积为45×50cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚1cm，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。

[解] 木块重量沿斜坡分力F与切力T平衡时，等速下滑 uyuATmgddsin

001.0145.04.062.22sin8.95sinuAmg

sPa1047.0

1-5．已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yudd，定性绘出切应力沿y方向的分布图。

[解]

1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度=0.02Pa．s。若导线以速率50m/s拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N）

第一章 绪论

1-1．20℃的水2.5m3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？

[解] 温度变化前后质量守恒，即2211VV

又20℃时，水的密度31/23.998mkg

80℃时，水的密度32/83.971mkg

321125679.2mVV

则增加的体积为3120679.0mVVV

1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度增加15%，重度减少10%，问此时动力粘度增加多少（百分数）？

[解] 原原)1.01()15.01(

原原原035.1035.1

035.0035.1原原原原原

此时动力粘度增加了3.5%

1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为/)5.0(002.02yhygu，式中、分别为水的密度和动力粘度，h为水深。试求mh5.0时渠底（y=0）处的切应力。

[解] /)(002.0yhgdydu

)(002.0yhgdydu

当h=0.5m，y=0时

)05.0(807.91000002.0

Pa807.9

1-4．一底面积为45×50cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚1cm，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。

u

[解] 木块重量沿斜坡分力F与切力T平衡时，等速下滑

yuATmgddsin

001.0145.04.062.22sin8.95sinuAmg

sPa1047.0

1-5．已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yudd，定性绘出切应力沿y方向的分布图。

[解]

1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度=0.02Pa．s。若导线以速率50m/s拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N）