2023年流体力学作业试题库及答案.doc

第一章 绪论
思索题
1-1 何谓流体持续介质模型？具有气泡液体与否合用持续介质模型？
答：
所谓流体持续介质模型，即把流体视为没有间隙地由流体质点充斥它所占据整个空间一种持续介质其物理性质和物理量也是持续。
若气泡相对于液体而言可以看作孤立点话，则具有气泡液体可以合用持续介质模型。

习题1
1-3 如题图所示，设平行板间隙为0.5mm，中间充斥液体，上板以U＝0.25m/s速度平移，施于单位面积力为2Pa，试求液体粘度为多少？
解：

液体粘度

1-4 求题图所示轴和轴套之间流体粘度。
解：

第二章 流体静力学
习题2
2-5 用多管水银测压计测压，，题图中标高单位为m，试求水面压强p0。
解：

2-9 一盛水敞口容器作加速运动，试求下列两种状况下容器内静压强分布规律：（1）自由降落；（2）以等加速度a向上运动。
解：

（1）
（2）

2-12 试求启动题图所示水闸闸门所需单宽拉力F。不计闸门自重及转轴摩擦力。
解：

2-16 试定性绘出题图中各ABC曲面压力体图。
答：

第三章 流体运动基础原理
习题3
3-1 已知二元流，其流速分布为ux＝x2t，uy= -2xyt。试求t=1，点(-2,1)处流线方程和迹线方程。
解：
3-3 已知流速场为。试问（1）它是均匀流吗？（2）它是无旋流吗？
解：
（1）
（2）

3-5 试求题3-3中旋转角速度。
解：
根据题3-3所列方程，可得
3-9 已知流函数，试求速度势函数。
解：

第四章 恒定总流基础方程
4-5 有一管路，由两根不同样直径管子和一渐变连接管构成。已知dA=200mm，dB=400mm，A点相对压强pA为6.86×104N/m2，B点相对压强pB为3.92×104N/m2；B点处断面平均流速vB为1m/s。A、B两点高差为△z为1m。规定鉴别流动方向，并计算这两断面间水头损失hw。
解：
选择A点所在平面为基准面，则zA＝0，zB＝1m，假设流向为A到B。

4-7 如题图所示，一盛水密闭容器，液面恒定，其上相对压强p0为4.9×104N/m2。若在容器底部接一段管路，管长为4m，和水平面夹角，出口断面直径d＝0.05m。管路进口断面中心在水下深度H＝5m处，水出流时总水头损失为2.3m，取а1＝а2＝1，求出水流量qv。
解：以出水口中心线端点所在水平面为基准面，取断面1-1、2-2，则z1＝0，

断面2-2相对压强为p2＝p0，断面1-1相对压强为p1＝0

4-8 一水平变截面管段接于输水管路中，管段进口直径d1＝0.1m，出口直径d2＝0.05m.。当进口断面平均流速v1为1.4m/s，相对压强p1为5.88×104N/m2时，若不计两截面间水头损失，试计算管段出口断面相对压强p2。
解：
取管道中线所在水平面为基准面，则

4-15 在宽为b＝2.0m矩形断面渠中修建一宽顶堰，堰高P＝1.2m，上下游水深分别为h1＝3.0m和h2＝1.5m，流量qv＝5.2m3/s。试求水流作用于堰上水平推力。
解:
（1）取控制体
取堰前渐变流断面1-1至堰后渐变流断面2-2所截取宽为b＝2.0m水体所占空间为控制体。
（2）选坐标系
取直角坐标xOy，图所示。
（3）受力分析
设堰体对水流水平作用力为FR’，则控制体所受水平力Fx为

（4）列动量方程求FR’
列x方向总流动量方程，取，有
①
（5）补充条件求v1及v2
持续性方程：对宽度b=2.0m有 ②
将已知条件代入②，得
将v1及v2代入①式，得

解得FR’＝61.6kN
水流作用于堰上水平推力和FR’大小相等、方向相反，即FR＝61.6kN，方向向右。

4-18 水流通过平置变截面弯管。若已知弯管直径d1＝0.25m，d2＝0.2m，流量qv＝0.12m3/s。断面1-1相对压强pA为1.764×105N/m2，管子中心线均在同一水平面上，求固定此弯管所需力FRx和FRy。不计水头损失。
解：
（1）取控制体
取断面1-1和断面2-2及管壁所围成水体为控制体。
（2）选坐标系
取直角坐标xOy，图所示。
（3）受力分析
①
②
（4）列动量方程
列x、y方向总流动量方程，取，有
③
④
（5）补充条件求v1、v2及p2
由持续性方程求v1、v2：
，代入已知条件得

由伯努力方程求p2：基准面选在管轴线所在平面上，则z1＝z2＝0。计算断面分别选在弯管进出口断面1-1和2-2，计算点取在管轴线上。取а1＝а2＝1，不计水头损失，得：

代入已知条件得p2＝1.721×105N/m2
将求得v1、v2及p2等已知条件代入①②③④，联立解得
FRx＝8948.6N，方向向左；FRy＝4945.3N，方向向上。

第五章 量纲分析和相似理论
习题5
5-8 用直径为1.2m圆管输送煤气，为确定其三通管水头损失（），采用t=20℃，qv=0.075m3/s水进行试验。已知煤气ρ=40kg/m3,μ=0.0002N·s/m2,ν=25m/s。试确定模型试验比尺，和原型和模型之间水头损失关系。
解：

5-10 如题图所示，一桥墩长lp=24m，墩宽bp=4.3m，水深hp=8.2m，桥下水流平均流速vp=2.3m/s，两桥台间距离Bp=90m。取λl=50来设计水工模型试验，试确定模型几何尺寸和模型试验流量。
解：
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