工程流体力学绪论..共29页
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第一章绪论1、什么叫流体?流体与固体的区别?流体是指可以流动的物质,包括气体和液体。
与固体相比,流体分子间引力较小,分子运动剧烈,分子排列松散,这就决定了流体不能保持一定的形状,具有较大流动性。
2、流体中气体和液体的主要区别有哪些?(1)气体有很大的压缩性,而液体的压缩性非常小;(2)容器内的气体将充满整个容器,而液体则有可能存在自由液面。
3、什么是连续介质假设?引入的意义是什么?流体充满着一个空间时是不留任何空隙的,即把流体看作是自由介质。
意义:不必研究大量分子的瞬间运动状态,而只要描述流体宏观状态物理量,如密度、质量等。
4、何谓流体的压缩性和膨胀性?如何度量?压缩性:温度不变的条件下,流体体积随压力变化而变化的性质。
用体积压缩系数βp表示,单位Pa-1。
膨胀性:压力不变的条件下,流体体积随温度变化而变化的性质。
用体积膨胀系数βt表示,单位K-1。
5、何谓流体的粘性,如何度量粘性大小,与温度关系?流体所具有的阻碍流体流动,即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性,简称粘性。
用粘度µ来表示,单位N·S/m2或Pa·S。
液体粘度随温度的升高而减小,气体粘度随温度升高而增大。
6、作用在流体上的力怎样分类,如何表示?(1)质量力:采用单位流体质量所受到的质量力f表示;(2)表面力:常用单位面积上的表面力Pn表示,单位Pa。
7、什么情况下粘性应力为零?(1)静止流体(2)理想流体第二章流体静力学1、流体静压力有哪些特性?怎样证明?(1)静压力沿作用面内法线方向,即垂直指向作用面。
证明:○1流体静止时只有法向力没有切向力,静压力只能沿法线方向;○2流体不能承受拉力,只能承受压力;所以,静压力唯一可能的方向就是内法线方向。
(2)静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等,与作用方向无关。
证明:2、静力学基本方程式的意义和使用范围?静力学基本方程式:Z+gP=C 或 Z1+gP1=Z2+gP 2(1)几何意义:静止流体中测压管水头为常数物理意义:静止流体中总比能为常数(2)使用范围:重力作用下静止的均质流体 3、等压面及其特性如何?在充满平衡流体的空间里,静压力相等的各点组成的平面称为等压面。
知识归纳整理课件例题第一章第二章求知若饥,虚心若愚。
千里之行,始于足下。
求知若饥,虚心若愚。
千里之行,始于足下。
求知若饥,虚心若愚。
千里之行,始于足下。
求知若饥,虚心若愚。
2014-6-1825【解】(a )圆柱体表面所研究部分的净垂直投影为则35kPa 计示压强的气体作用在单位长度圆柱体上的水平分力为A z =[4-2(1-cos300)] ×1则35kPa 计示压强的气体作用在单位长度圆柱体上的水平分力为F x =pA z =35×[4-2(1-cos300)] ×1=353.75=130.5(kN)圆柱体表面所研究部分的净水平投影为A x=2sin300×12014-6-1826则气体作用在单位长度圆柱体上的垂直分力为F z=pA x=35×2sin300×1=35(kN)(b )F x =ρgh c A x =9.81×(1/2×3.73) ×(3.73×1) ×1000=68.1(kN )F z=ρgV p=9.81×1000×(2100/3600×22+1/2×1×1.732+1×2) ×1=100.5(KN)千里之行,始于足下。
2014-6-181【例2】图2所示为一水箱,左端为一半球形端盖,右端为一平板端盖。
水箱上部有一加水管。
已知h=600mm ,R=150mm ,试求两端盖所受的总压力及方向。
图22014-6-1828【解】(1)右端盖是一圆平面,面积为:A 右=πR 2其上作用的总压力有F 右=ρg(h+R)A 右=ρg(h+R) πR 2=103×9.806×(0.6+0.15)×3.14×0.152=520 (N )方向垂直于端盖水平向右(2)左端盖是一半球面,分解为水平方向分力F x 左和垂直方向分力F z 左Fx 左=ρg(h+R)A x=ρg(h+R) πR 2=103×9.806×(0.6+0.15)×3.14×0.152=520 (N )求知若饥,虚心若愚。
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s m 16,液层厚度为mm 4,当液体分别为C 020的水和C 020时密度为3856m kg 的原油时,移动平板所需的力各为多大?题1-3图解:20℃ 水:s Pa ⋅⨯=-3101μ20℃,3/856m kg =ρ, 原油:s Pa ⋅⨯='-3102.7μ水: 233/410416101m N u=⨯⨯=⋅=--δμτN A F 65.14=⨯=⋅=τ油: 233/8.2810416102.7m N u=⨯⨯=⋅'=--δμτ N A F 2.435.18.28=⨯=⋅=τ1-4 在相距mm 40=δ的两平行平板间充满动力粘度s Pa ⋅=7.0μ液体(图1-4),液体中有一边长为mm a 60=的正方形薄板以s m u 15=的速度水平移动,由于粘性带动液体运动,假设沿垂直方向速度大小的分布规律是直线。
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 dVV 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=t t dV V dT得 0.000620020 2.40L β∆===⨯⨯=t t t V dV VdT(2)因为∆∆tp VV ,相比之下可以忽略由压力变化引起的体积改变,则由 200L β+=tV 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。