工程流体力学与流体机械(环境工程师)小田详解
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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] gh p p a ρ+=0kPa gh p p p a e 7.145.1807.910000=⨯⨯==-=∴ρ2-2.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]g p p A ρ5.0+=表Pa g p g p p A 49008.9100049005.10-=⨯-=-=-=ρρ表 Pa p p p a 9310098000490000=+-=+=' 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p abs 。
[解])2.13.2()2.15.2()4.15.2()4.10.3(0-+=-+---+g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ g p g g g p a 汞水汞水ρρρρ1.13.11.16.10+=+-+kPa g g p p a 8.3628.9109.28.9106.132.2980009.22.2330=⨯⨯-⨯⨯⨯+=-+=水汞ρρ2-4. 水管A 、B 两点高差h 1=0.2m ,U 形压差计中水银液面高差h 2=0.2m 。
试求A 、B 两点的压强差。
(22.736N /m 2)[解] 221)(gh p h h g p B A 水银水ρρ+=++Pa h h g gh p p B A 22736)2.02.0(8.9102.08.9106.13)(33212=+⨯⨯-⨯⨯⨯=+-=-∴水水银ρρ2-5.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:x gaz -=0 当m lx5.12-=-=时,m z 6.02.18.10=-=,此时水不溢出 20/92.35.16.08.9s m x gz a =-⨯-=-=∴2-6.矩形平板闸门AB 一侧挡水。
第一章 绪论1-1.20℃的水2.5m 3,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2211V V ρρ=又20℃时,水的密度31/23.998m kg =ρ80℃时,水的密度32/83.971m kg =ρ则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2.当空气温度从0℃增加至20℃时,运动粘度ν增加15%,重度γ减少10%,问此时动力粘度μ增加多少(百分数)?[解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==此时动力粘度μ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μρ/)5.0(002.02y hy g u -=,式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度,h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底(y =0)处的切应力。
[解]μρ/)(002.0y h g dy du -= 当h =0.5m ,y =0时1-4.一底面积为45×50cm 2,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y u d d μτ=,定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
[解] 1-6过。
径,涂μ力。
(1.O1N )[解] 253310024.51020108.014.3m dl A ---⨯=⨯⨯⨯⨯==π1-7.两平行平板相距0.5mm ,其间充满流体,下板固定,上板在2Pa 的压强作用下以0.25m/s 匀速移动,求该流体的动力粘度。
[解] 根据牛顿内摩擦定律,得1-8.一圆锥体绕其中心轴作等角速度16rad s ω=旋转。
锥体与固定壁面间的距离δ=1mm ,用0.1Pa s μ=⋅的润滑油充满间隙。
锥体半径R=0.3m ,高H=0.5m 。
西北工大875流体力学讲义 第六章 孔口、管嘴和有压管道流动前面我们学习了流体运动的基本规律和理论,从本章开始,将重点介绍实际工程中常见的各种典型流动现象,并运用前面的基础理论知识分析这些流动的计算原理和方法。
孔口、管嘴和有压管道流动是实际工程中常见的流动典型问题,例如给水排水工程中的取水、泄水闸孔,通风工程中管道漏风,某些液体流量设备等就是孔口出流问题;水流经过路基下的有压短涵管、水坝中泄水管、农业灌溉用喷头、冲击式水轮机、消防水枪等都有管嘴出流的计算问题;有压管道流动非常广泛,如环境保护、给水排水、农业灌溉、建筑环境与设备、市政建设等工程。
本章将运用前几章中的流体力学基础知识,主要是总流的连续性方程、能量方程及能量损失规律,来研究孔口、管嘴与有压管道的过流能力(流量)、流速与水头损失的计算及其工程应用;在分析有压管道流动时,将主要讨论不可压的流动问题。
孔口、管嘴和有压管道流动现象可近似看作是从短管(孔口、管嘴)到长管(有压管道)的流动,将它们归纳在一类讨论,可以更好地理解和掌握这一类流动现象的基本原理和相互之间的区别。
第一节 孔口及管嘴恒定出流流体经过孔口及管嘴出流是实际工程中广泛应用的问题。
本节将要介绍孔口和管嘴出流的计算原理。
一、孔口出流的计算在盛有流体的容器上开孔后,流体会通过孔口流出容器,称这类流动为孔口出流。
流体经孔口流入大气的出流,称为自由出流,如图6-1所示;若孔口流出的水股被另一部分流体所淹没,称为淹没出流,如图6-2所示。
若孔口内为锐缘状,容器壁的厚度较小,或出流流体与孔口边壁成线状接触(2/≤d l ),而不影响孔口出流,称这种孔口为薄壁孔口。
本节将主要讨论薄壁孔口出流。
根据孔口尺寸的大小,可以将孔口分成小孔口与大孔口。
圆形薄壁孔口的实验研究表明,如图6-1所示,当0.1/d H ≤,称为小孔口;当10./>H d ,称为大孔口。
1.薄壁小孔口恒定出流 (1)自由出流以图6-1为例,当流体流经薄壁孔口时,由于流体的惯性作用,流动通过孔口后会继续收缩,直至最小收缩断面c c -。
环境流体力学环境流体力学是环境类各专业的一门主要基础课,同时又是一门实用性强的技术基础科学。
实践证明理论联系实际是学习环境流体力学行之有效的学习方法,在这方面水力学实验(实训)起着不可替代的重要作用。
如水力计算中应用较广泛的谢才公式、水跃长度计算公式等等,完全是建立在大量实验研究基础上而产生的经验公式。
在现代水力学的研究和发展中,水力学理论分析,数值计算和实验研究二者互为补充、相互促进,形成研究水力学的二个重要方面。
在众多解决环境问题的工作中都会涉及到流体流动的问题。
广义来说,环境流体力学包括研究所有和环境有关的流体运动的知识;但从狭义来说,则其中重要而普遍的部分,即污染物质宰各种水域和大气中扩散与输移的规律为主要内容。
由于流体运动所导致的对含有物质的扩散,输移作用总占重要地位而需要先行分析清楚,这在排放口近区主要是射流运动性质,在远区则属随流扩散性质。
一般研究常从简单情况出发,先不考虑污染物质的存在对流动的影响,即把它作为一种标志物质即示踪物质来分析,而将污染物质的特性部分另行专门处理。
由于紊流和扩散的密切关系,以及对环境流动已有不少引用较精确的紊流模型进行分析,故首先介绍基础流体力学和水力学课程很少涉及的紊流基础知识,然后介绍扩散理论,剪切流中的离散,紊动射流(包括浮力羽流和浮射流)分层流以及地下水中弥散等方面较专门的基础理论和分析方法,以为分析各种环境流体域中物质的扩散,混合与输移问题的基础。
一、紊流脉动的能量方程: 从紊流的总能量方程:_____2''111()()()()()222j j i i i i i j i i i j j j j i j i j j u u u u u q p p u u u u u u u t t x x x x x x x x γγρρ--------∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+=-+++-+-∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''2'()()(3.21)j j i i i j j i i i j j j j i j i ju u u u u u u u u q u x x x x x x x x γγ-----∂∂∂∂∂∂∂∂-++-+∂∂∂∂∂∂∂∂ 式中2'''2'2'2123i i q u u u u u ==++ 中减去时均流动部分的能量方程(3.22)____()()()()()()22j j j i i i i i i i i j i j i j i j j j j j i j i j u u u u u u u u u u p u u u u u u u t x x x x x x x x x γγρ--------------∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂++=--+-⋅++-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂即得到紊流脉动部分的能量方程如下:_____'''''222'1()()()(3.23)222j j j i i i i j i j i j j j j j i j i j u u u u u u u q q p q u u u u t x x x x x x x x x γγρ---------∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+=-+-++-+∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂上式各项都是对单位质量流体在单位时间内的变化量,其物理意义如下:(1)_22122j ju q q t x --∂∂+∂∂紊动动能的变化,包括当地变化和时均流产生的迁移变化; (2)2()2j j p q u x ρ--∂-+∂紊动对总紊动机械能的扩散,或解释为流体的紊动总动压22p q ρ-+所做的功; (3)i i j ju u u x ---∂-∂紊动应力对流体在时均流中的变形所做的功; (4)__'''()j i i j j iu u u x x x γ-∂∂∂+∂∂∂紊动的粘性切应力对流体所做的功 (5)__'''()j i i j i j u u u x x x γ-∂∂∂+∂∂∂紊动动能的粘性损耗(通过粘性切应力及紊动变形做功所耗损。
流体力学知识点流体力学是一门研究流体(如液体和气体)运动和变形规律的物理学分支。
它涉及到许多复杂的现象和原理,以下是流体力学的一些重要知识点:1.流体的定义:流体力学主要研究的是流体,包括液体和气体。
流体是一种能够自由流动的物质,具有连续性和无固定形状的特点。
2.流体的性质:流体的性质包括密度、粘性、压缩性和膨胀性等。
这些性质对流体的运动和变形有着重要的影响。
3.流体静力学:流体静力学是流体力学的基础。
它主要研究的是流体在静止状态下的压力、压强和浮力等规律。
4.流体动力学:流体动力学是流体力学的核心。
它主要研究的是流体在运动状态下的速度、加速度、流量和阻力等规律。
5.涡旋运动:涡旋运动是流体力学中一个重要的现象。
它指的是流体在运动过程中出现的旋转流动现象,如龙卷风、漩涡等。
6.边界层:边界层是流体力学中的一个重要概念。
它指的是流体在运动过程中,靠近物体表面的薄层区域,该区域的流速和方向会发生变化。
7.流体的压缩性和膨胀性:流体的压缩性和膨胀性是流体力学中两个重要的概念。
压缩性指的是流体在压力作用下体积变小的性质,而膨胀性指的是流体在压力减小的情况下体积增大的性质。
8.粘性:粘性是流体力学中另一个重要的概念。
它指的是流体在运动过程中抵抗剪切变形的性质。
粘性对流体的运动和变形有着重要的影响。
9.伯努利方程:伯努利方程是流体力学中的一个重要方程,它描述的是理想流体在运动过程中的能量守恒规律。
10.纳维-斯托克斯方程:纳维-斯托克斯方程是描述粘性流体运动的基本方程,它涉及到流体的速度、压力、密度和粘性等物理量。
这个方程在解决实际问题中有着广泛的应用。
以上是流体力学的一些重要知识点,流体力学是一门非常深奥的学科,需要大量的学习和实践才能掌握其中的原理和应用。
流体力学简答题1.什么是流体力学?流体力学的研究对象是什么?流体力学是研究流体(液体和气体)的力学性质和运动规律的科学。
流体力学的研究对象是流体本身,以及流体与固体壁面之间相互作用的力学问题。
工程流体力学课后习题答案袁恩熙通过整理的工程流体力学课后习题答案袁恩熙相关文档,渴望对大家有所扶植,感谢观看!工程流体力学课后习题答案第一章流体及其主要物理性质1-1. 轻柴油在温度15ºC时相对密度为0.83,求它的密度和重度。
解:4ºC时相对密度:所以,1-2. 甘油在温度0ºC时密度为1.26g/cm3,求以国际单位表示的密度和重度。
解:1-3. 水的体积弹性系数为1.96×109N/m2,问压强变更多少时,它的体积相对压缩1%?解:1-4. 容积4m3的水,温度不变,当压强增加105N/m2时容积削减1000cm3,求该水的体积压缩系数βp和体积弹性系数E。
解:1-5. 用200L汽油桶装相对密度为0.70的汽油,罐装时液面上压强为1个大气压,封闭后由于温度变更上升了20ºC,此时汽油的蒸气压为0.18大气压。
若汽油的膨胀系数为0.0006ºC-1,弹性系数为14000kg/cm2。
试计算由于压力及温度变更所增减的体积?问灌桶时每桶最多不超过多少公斤为宜?解:E=E’·g=14000×9.8×104Pa Δp=0.18at 所以,从初始状态积分到最终状态得:另解:设灌桶时每桶最多不超过V升,则(1大气压=1Kg/cm2)V=197.6升dVt=2.41升dVp=2.52×10-3升G=0.1976×700=138Kg=1352.4N 1-6. 石油相对密度0.9,粘度28cP,求运动粘度为多少m2/s? 解:1-7. 相对密度0.89的石油,温度20ºC时的运动粘度为40cSt,求动力粘度为多少?解:ν=40cSt=0.4St=0.4×10-4m2/s μ=νρ=0.4×10-4×890=3.56×10-2 Pa·s 1-8. 图示一平板在油面上作水平运动,已知运动速度u=1m/s,板与固定边界的距离δ=1,油的动力粘度μ=1.147Pa·s,由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布,求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少?解:1-9. 如图所示活塞油缸,其直径D =12cm,活塞直径d=11.96cm,活塞长度L=14cm,油的μ=0.65P,当活塞移动速度为0.5m/s时,试求拉回活塞所需的力F=?解:A =πdL , μ=0.65P=0.065 Pa·s , Δu=0.5m/s , Δy=(D-d)/2 其次章流体静力学2-1. 如图所示的U形管中装有水银与水,试求:(1)A、C两点的确定压力及表压各为多少?(2)A、B两点的高度差为多少?解:① pA表=γh水=0.3mH2O=0.03at=0.3×9800Pa =2940Pa pA绝=pa+ pA表=(10+0.3)mH2O=1.03at=10.3×9800Pa =100940Pa pC表=γhghhg+ pA表=0.1×13.6mH2O+0.3mH2O=1.66mH2O=0.166at =1.66×9800Pa=16268Pa pC绝=pa+ pC表=(10+1.66)mH2O=11.66 mH2O =1.166at=11.66×9800Pa=114268Pa ② 30cmH2O=13.6h cmH2Oh=30/13.6cm=2.2cm 题2-2 题2-3 2-2. 水银压力计装置如图。