最新工程流体力学(刘向军编)部分习题答案

工程流体力学试题及答案试题：一、选择题（每题5分，共25分）1. 下列哪种流体是牛顿流体？（）A. 水泥浆B. 空气C. 油脂D. 蜂蜜答案：B2. 下列哪个参数表示流体的粘性？（）A. 密度B. 动力粘度C. 比热D. 压强答案：B3. 在不可压缩流体中，下列哪个物理量的平均值保持不变？（）A. 速度B. 压力C. 温度D. 密度答案：D4. 下列哪种流动是稳定的？（）A. 管道流动B. 明渠流动C. 非定常流动D. 湍流答案：A5. 在理想流体中，下列哪个方程是正确的？（）A. 连续性方程B. 动量方程C. 能量方程D. 伯努利方程答案：D二、填空题（每题5分，共25分）1. 流体的连续性方程是______。

答案：质量守恒方程2. 流体的动量方程是______。

答案：牛顿第二定律3. 在不可压缩流体中，流线与______相互垂直。

答案：等压线4. 流体的______是描述流体运动特性的重要参数。

答案：雷诺数5. 在管道流动中，______是流体流动阻力的主要来源。

答案：摩擦力三、计算题（每题25分，共50分）1. 已知管道直径为0.2m，水在管道中的流速为1.5m/s，水的密度为1000kg/m³，求管道中的流量。

答案：流量Q = π × (0.2/2)² × 1.5 =0.057m³/s2. 已知一不可压缩流体在管道中的流动，管道直径为0.3m，入口处的流速为2m/s，压强为101325Pa，求出口处的流速和压强。

答案：根据连续性方程，出口处的流速为：v₂ = (π× (0.3/2)² × 2) / (π×(0.3/2)²) = 2m/s根据伯努利方程，出口处的压强为：p₂ = p₁ + 0.5ρv₁² - 0.5ρv₂² = 101325Pa + 0.5 × 1000kg/m³ × (2m/s)² - 0.5 × 1000kg/m³ × (2m/s)² = 101325Pa四、论述题（每题25分，共50分）1. 请简述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。

h 4 = 2H 4 → H =h
2 2 d2
习题3-14解题示意图1
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
Fx1 =
y x
H1
D
H2
图 3-26 习题 3-11 附图
1 1 ρ gH1 × ( DL) = × 1000 × 9.8 × 4 × (4 × 10) = 784000 N=784kN 2 2 1 D 1 4 Fx 2 = ρ gH 2 × ( L) = × 1000 × 9.8 × 2 × × 10 = 196000 N=196kN 2 2 2 2
H
h
由此得： H ≥ 122mm + h ≥ 244mm (2) 结合以上正负压操作时结果有：
p / ρ g ≤ h ≤ H − | p| / ρ g
图 3-23 习题 3-8 附图
→ 122mm ≤ h ≤ 178mm
Dr W-X Huang, School of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, P.R. China
工程流体力学——习题课(1)——第 2-3-4 章部分习题解答
F1-6
习题 3-8 旋风除尘器如图 3-23 所示，其下端出灰口管段长 H，部分插入 水中，使旋风除尘器内部与外界大气隔开，称为水封；同时要求出灰管内液面 不得高于出灰管上部法兰位置。设除尘器内操作压力 ( 表 压 ) p = −1.2 kPa~ 1.2kPa。 净化空气 (1) 试问管段长 H 至少为多少 mm? (2) 若H=300mm，问其中插入水中的部分h应在 什么范围？(取水的密度 ρ =1000kg/m3) 含尘 解：(1) 正压操作时，出灰管内液面低于管外液 面，高差为 h′ = p / ρ g ；为实现水封，出灰管插入深 度 h 必须大于此高差，即

工程流体力学答案..一、题目1. 静力学章节（基础难度）一容器内盛有密度为\(\rho = 1000kg/m^{3}\)的水，液面上的压强\(p_{0}=1\times10^{5}Pa\)。

在水中有一点\(A\)，其在液面下的深度\(h= 2m\)，求点\(A\)的压强。

2. 动力学章节（中等难度）已知某不可压缩理想流体做定常流动，其速度场为\(u = x^{2}t\)，\(v=2yt\)，\(w = 0\)。

求\(t = 1s\)时，点\((1,1,0)\)处的加速度。

3. 粘性流体力学章节（较难难度）直径\(d = 0.1m\)的水平圆管，输送动力粘度\(\mu=0.01Pa\cdot s\)的油液，流量\(Q = 0.005m^{3}/s\)。

求在管长\(L = 10m\)上的沿程水头损失\(h_{f}\)。

二、答案1. 对于静力学问题：根据液体静压强公式\(p = p_{0}+\rho gh\)，将\(p_{0}=1\times10^{5}Pa\)，\(\rho = 1000kg/m^{3}\)，\(g = 9.8m/s^{2}\)，\(h = 2m\)代入可得：\(p = 1\times10^{5}+1000\times9.8\times2\)\(p = 1\times10^{5}+19600\)\(p = 119600Pa\)。

2. 对于动力学问题：首先求加速度的分量：\(a_{x}=\frac{\partial u}{\partial t}+u\frac{\partial u}{\partialx}+v\frac{\partial u}{\partial y}+w\frac{\partial u}{\partial z}\) \(\frac{\partial u}{\partial t}=x^{2}\)，\(\frac{\partial u}{\partial x} =2xt\)，\(\frac{\partial u}{\partial y}=0\)，\(\frac{\partial u}{\partial z}=0\)当\(t = 1s\)，\(x = 1\)，\(y = 1\)时，\(u = 1\times1\times1 = 1\)，\(v=2\times1\times1= 2\)\(a_{x}=1+(1\times2\times1\times1)+(2\times0)+(0\times0)=3m/s^{2}\)\(a_{y}=\frac{\partial v}{\partial t}+u\frac{\partial v}{\partialx}+v\frac{\partial v}{\partial y}+w\frac{\partial v}{\partial z}\) \(\frac{\partial v}{\partial t}=2y\)，\(\frac{\partial v}{\partial x}=0\)，\(\frac{\partial v}{\partial y}=2t\)，\(\frac{\partial v}{\partial z}=0\)当\(t = 1s\)，\(x = 1\)，\(y = 1\)时，\(a_{y}=2+(1\times0)+(2\times1\times 2)+(0\times0)=2m/s^{2}\) \(a_{z}=0\)所以点\((1,1,0)\)处的加速度\(\vec{a}=(3\vec{i}+2\vec{j})m/s^{2}\)。

解：加压后容器的液面下降
则
【2.15】设U形管绕通过AB的垂直轴等速旋转，试求当AB管的水银恰好下降到A点时的转速。
解：U形管左边流体质点受质量力为
惯性力为 ，重力为
在 坐标系中，等压面 的方程为
两边积分得
根据题意， 时 故
因此等压面方程为
U形管左端自由液面坐标为
，
代入上式
故
【2.16】在半径为 的空心球形容器内充满密度为ρ的液体。当这个容器以匀角速ω绕垂直轴旋转时，试求球壁上最大压强点的位置。
解：根据阿基米德原理，浮力的大小等于该物体所排开液体的重量，故浮力的大小与液体的密度成正比。（b）
【2.8】静止流场中的压强分布规律：（ ）仅适用于不可压缩流体；（b）仅适用于理想流体；（c）仅适用于粘性流体；（d）既适用于理想流体，也适用于粘性流体。
解：由于静止流场均可作为理想流体，因此其压强分布规律既适用于理想流体，也适用于粘性流体。（d）
解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有关，因此它们不能直接比较。（ ）
【1.9】液体的黏性主要来自于液体：（ ）分子热运动；（b）分子间内聚力；（c）易变形性；（d）抗拒变形的能力。
解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。（ ）
【2.17】如图所示，底面积为 的方口容器，自重G=40N，静止时装水高度h=0.15m，设容器在荷重W=200N的作用下沿平面滑动，容器底与平面之间的摩擦因数f=0.3，试求保证水不能溢出的容器最小高度。
解：先求容器的加速度
设绳子的张力为
则 （ ）
（ ）
故解得
代入数据得
在容器中建立坐标如图。（原点在水面的中心点）