《流体力学》课后习题答案详解.doc 27页

'习题【1】1-1解：已知：℃，，℃，据，有：，得：，则1-2解：受到的质量力有两个，一个是重力，一个是惯性力。重力方向竖直向下，大小为mg；惯性力方向和重力加速度方向相反为竖直向上，大小为mg，其合力为0，受到的单位质量力为0重力：G＝mg惯性力：F＝－mg自由落体：加速度a＝g1-3解：已知：V=10m3，℃，℃-1根据，得： 1-1解：已知：，，℃，℃得：，根据，有：，得：，即体积减小了1-2解：已知：，，a=60mm，u=15m/s，h=10mm根据牛顿内摩擦力定律：设平板宽度为b，则平板面积上表面单位宽度受到的内摩擦力：/m，方向水平向左下表面单位宽度受到的内摩擦力：/m，方向水平向左平板单位宽度上受到的阻力： ，方向水平向左。τ2τ11-1解：，，u=0.25m/s根据，有：1-2解：℃，d=2.5cm=0.025m，=0.001m，u=3cm/s=0.03m/s设管段长度l，管段表面积：单位长度管壁上粘滞力：1-3解：，u=1m/s，，1-4解：，，，， 根据牛顿内摩擦定律，切应力：小微元表面积：小微元受到的粘滞力：小微元粘滞力的力矩：圆锥体所受到的合力矩：习题【2】2-1解：，hABhB2-2解：，， 2管中为空气部分近似的为各点压强相等。1有：2-3解：，，根据真空表读数，可知M点相对压强1-2是等压面12有：2.4解：如图1-2是等压面，3-4是等压面，5-6段充的是空气，因此，6-7是等压面，建立各点的压强： y12576zx34联立有：联立有：有：2-5解：，，22-6解：，1① 1-2是等压面x②为空气，则可以忽略2-7解：，，有：2-16解：，，绘制压强分布图ρg(h1-h)时，作用于挡板的压力的作用点距离池底的距离：ρgh1轴位于作用点下方，即可自动开启即时，即可自动开启。 2-17解：，，，图解法1：绘制压强分布图压力分为两部分：作用方向垂直于闸门指向右。作用点：作用方向垂直于闸门指向右。作用点：总压力大小：总压力作用方向垂直于闸门指向右。根据合力矩定理：有作用点： xxyyP1ρgh2ρgh1P2S2S1ρg（h1-h2）图解法1图解法2图解法2：绘制压强分布图左侧：作用方向垂直于闸门指向右。作用点：作用方向垂直于闸门指向左。 作用点：总压力大小：总压力作用方向垂直于闸门指向右。根据合力矩定理：有作用点：2-18解：总压力大小为：压力作用点距离形心C的距离为：将，，带入，有：总压力对轴的力矩：M与hc无关。2-20解：，， 绘制压强分布图，压强分布图为一个矩形ρg（h1-h2）总压力大小：总压力的作用点距离转轴N点距离：把挡板关紧需要施加给转轴的力矩：2-21解：，，绘制压强分布图ρg（h1+h2）ρgh1ρgh1作用在AB板上的压力大小： 作用方向水平向右作用在BC板上的压力大小：作用方向垂直于BC面，与水平方向成45°夹角，向右。折板ABC受到的静水总压力：总压力大小：2-22解：，，绘制压强分布图xyρgh平面AB所受水的压力： 压力作用点距离B点距离：作用方向：垂直于AB面指向左。支杆的支撑力T的作用点D距离B点距离：平面AB静止，则对于B点的合力矩为0有：有：2-24解：，，，液面上的相对压强：相对压强为0的自由液面距离液面距离：绘制压强分布图 h2h1ρgh2ρgh1hy作用于AB面上的压强大小：作用点距离B点的距离：2-25解：PzPzPz 2-26解：，，绘制水平作用力的静水压强分布图，闸门AB受到垂直分力的压力体ρghPxPzBA闸门AB受到的水平压力：水平分力方向：水平向右压力体的体积：闸门AB受到的垂直分力：垂直分力方向：竖直向上闸门AB受到的总压力： 压力作用方向和水平方向角度：方向指向右习题【3】3-6解：，，以过2-2断面为基准面，忽略能量损失，列1-1，2-2断面能量方程：11（注：）22根据连续性方程：3-8解：，，列A、B点的能量方程： 压差计测定：则：圆管流动中最大流速在管轴处，即为A点流速平均流速：流量：3-9解：，，阀门关闭时列1-1，2-2断面能量方程：阀门打开时列1-1，2-2断面能量方程：联立方程得到：流量：3-12解：，，， 以1-1断面为基准面，忽略能量损失，列1-1，2-2断面能量方程：22根据压差计：11根据连续性方程：代入能量方程，有：流量：3-15解：，，，，以地面为基准面，列1-1，2-2断面能量方程：基准面2211 根据压差计：根据连续性方程：代入能量方程：流量：3-19解：，，，，水泵扬程：电动机功率：3-20解：，，Fyx331122 以1-1，2-2，3-3断面间流体为控制体，建立x-y坐标系受力分析：由于自由射流，流体为无压流，不考虑重力，控制体只受到平面对流体的作用力F。列x轴方向动量方程：列y轴方向动量方程：流速：则：流体对平面的作用力大小为1.97kN，方向垂直于平面指向左侧。以水平面为基准面，则列1-1，2-2断面能量方程：列1-1，3-3断面能量方程：又根据连续性方程： 则：解方程组3-21解：根据连续性方程：得到：以1-1，2-2，3-3断面间流体为控制体，建立x-y坐标系Fyx332211受力分析：由于自由射流，流体为无压流，不考虑重力，控制体只受到平面对流体的作用力F。列x轴方向动量方程：列y轴方向动量方程：以水平面为基准面，则 列1-1，2-2断面能量方程：列1-1，3-3断面能量方程：则：解方程组3-25解：d1＝150mm＝0.15m，d2＝75mm＝0.075m，p1＝2.06×105Pa，Q＝0.02m3/s以1-1，2-2断面间流体为控制体，建立x-y坐标系θTTyTx2211受力分析：流体1-1，2-2断面受到水流的压力 P1，P2，弯管对流体的作用力T，其在x、y轴方向分力分别为Tx，Ty，由于水平放置，重力和支撑力平衡。列x轴方向动量方程：1-1断面受到压力：2-2断面平均流速：求得：列y轴方向动量方程：1-1断面平均流速：以水平面为基准面，则，且忽略能量损失，列1-1，2-2断面能量方程：2-2断面受到的压力： 求得：弯管对流体作用力：作用力与水平方向夹角：习题【4】4-2解：，，，流体的体积流量：流速：以管轴面为基准面，列1-1，2-2断面能量方程：因为，则有：根据压差计： 则：又，流体流动属于圆管层流，则带入达西公式，则有：4-25解：，，，，，以管轴面为基准面，11列1-1，2-2断面能量方程：vv2v基准面22从1-1断面流至2-2断面的水头损失：沿程水头损失：根据连续性方程有：则：沿程水头损失 局部水头损失：其中，突然扩大部分：突然缩小部分：则：局部水头损失：总水头损失：代入能量方程有：流量：速度水头：，计算各部分水头损失： hf1hm1hm2hf2hm3hf3hm4总水头线测压管水头线绘制总水头线和测压管水头线：hf4'