【正文】 ：位于 ( , , )Ax y z 處的流體質(zhì)點(diǎn)，其質(zhì)量力有 慣性力 22cosxf r x? ? ??? 22sinyf r y? ? ??? 重力 zfg?? （ Z 軸向上） 故質(zhì)量力的表達(dá)式為 22x y g??? ? ?F i j k 【 】 圖示為一水暖系統(tǒng)，為了防止水溫升高時(shí)，體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設(shè)一 膨脹水箱。 dδω習(xí)題 . 1 31圖rd rO工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 18 解：液體的彈性模量4 8d d 5 1 0 2 . 5 1 0 P ad d 0 . 0 0 0 2ppE ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 【 】 一圓筒形盛水容器以等角速度 ? 繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。 其上面的切應(yīng)力 ? ? rr ????? 則所需力矩 ? ?d2Mr??? 32ddr rr r r????? 總力矩 422 3002dd 32dd dM M r r? ? ? ? ? ???? ? ??? 【 】 當(dāng)壓強(qiáng)增量 p? =5104N/m2 時(shí)，某種液體的密度增長%。若下盤固定不動(dòng)，上盤以角速度 ? 旋轉(zhuǎn)時(shí)，試寫出所需力矩 M 的表達(dá)式。 解：如圖，在離圓錐頂 h 處，取一微圓錐體（半徑為 r ），其高為 dh 。s 的潤滑油。試求該液體的黏度。s 的黏性流體沿壁面流動(dòng)，距壁面 y 處的流速為 v=3y+y2（ m/s），試求壁面的切應(yīng)力。 解：液體的黏性主要由分子內(nèi)聚力決定。 解：空氣的運(yùn)動(dòng)黏度比水大近 10 倍，但由于水的密度是空氣的近 800 倍，因此水的黏度反而比空氣大近 50 倍，而黏性力除了同流體的黏度有關(guān)，還和速度梯度有關(guān)，因此它們不能直接比較。 解：滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體。 解：流體的特性是既不能承受拉力，同時(shí)具有很大的流動(dòng)性，即平衡時(shí)不能承受切應(yīng)力。 解：當(dāng)水的壓強(qiáng)增加一個(gè)大氣壓時(shí)，其密度增大約工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 16 95d1d 0 . 5 1 0 1 1 0 2 0 0 0 0kp?? ?? ? ? ? ? ?。 解：不考慮黏性的流體稱為理想流體。 解：流體的運(yùn)動(dòng)黏度 υ 的國際單位是 /sm2 。 （ b ） 【 】 流體運(yùn)動(dòng)黏度 υ 的國際單位是：（ a ） m2/s；（ b） N/m2；（ c） kg/m；（ d） N （ d ） 【 】 與牛頓內(nèi)摩擦定律直接相關(guān)的因素是：（ a ）切應(yīng)力和壓強(qiáng)；（ b）切應(yīng)力和剪切變形速度；（ c）切應(yīng)力和剪切變形；（ d）切應(yīng)力和流速。 由連續(xù)性方程可得： Q0=Q1+Q2① 由于 射流是水平方向，且置于大氣中，所以壓力能不變，能量損失不計(jì)，由能量方程得：210222120 vvvg2vg2vg2v ???? ，得 平板切線方向（ y軸方向）無摩擦力， ? ?0F 滿足動(dòng)量守恒； 即； 0= ???? c o svvv 002211 Q ?? ）（ 化簡得： ?cos021 Q ?? ② 聯(lián)立方程①②解得： ）?cos1(2101 ?? ）?cos1(2102 ?? 1選取水平面為截面 11，出口處為斷面 22，由伯努利方程知： 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 15 gvBgvAgvgvd lgvpzgv 222d l222pz222122221121222011 ?????? ????????? 連續(xù)性方程可知： 2211 AvAv ? 所以41d212221 ?? dvv 所以gv210001000v000010 2121212121 ????????? 所以 ? /s,所以 ?? 12 4vv /s ??????? )1 00 02 00( 212111 vdVAQ ? 3m /s 第 1 章 緒論 選擇題 【 】 按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指：（ a ）流體的分子；（ b）流體內(nèi)的固體顆粒；（ c）幾何的點(diǎn)；（ d）幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。22mnmn llvv ? 所以： mvllv mmnn ?????/s 由歐拉準(zhǔn)數(shù)相等推理得：mnmnmnmn llvvvvpp ????? 2222?? NFllFllllllllPPFFlpFmmnnmnmnmnmnNMN16384416 333332222m2???????????????所以：得：由： 建立下圖所示的坐標(biāo)，水流方向如圖所示： ① 當(dāng)水流不動(dòng)時(shí)： P1=P2=172kN/ 2m 設(shè) Fx,Fy 為水流作用于彎管的分力，如圖 060O X Y U1， P1 P2， U2 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 13 X方向：kNAPAF)1000300()1000600(60c o sp2202211x???????????? Y方向： 011 60sina0 APF y ?? =0172 1/4 （ 300/1000） 2 = 對彎管的合力： NFFR y2x ??? 方向?yàn)椋?a=arctan（ Fy/Fx） = 014 ② 當(dāng)有流動(dòng)時(shí)： 由連續(xù)性方程得： 87 222121 ?? udud ?? 解得： mu ? /s mu ? /s 忽略阻力，應(yīng)用伯努利方程 ，列 11,22 斷面的方程： gupgup 22222211 ????? 帶入數(shù)據(jù)解得： P2/r== =100Kn/ 2m 列動(dòng)量方程： X 方向： ）060c o s(ux60c o spp 0202211 ???? QFAA ? 帶入數(shù)據(jù)得： Fx= 同理： y方向： ）（ 060s in au60s in a 02022 ??? QAPFy ? 代入數(shù)據(jù)解得： Fy= 合力為： R= 22x yFF ? = 方向?yàn)椋?a=arctan（ Fy/Fx） = 解： mrh 245sin 0 ?? 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 14 kNFFFkNhhrrbFkNh r h bFmhocyxyx2181()2181(21212222?????????????????????? ① 32 )10050( ???????? HAQ/s ②孔口與管嘴出流流動(dòng)時(shí)，在出流管嘴內(nèi)形成以真空區(qū)域主要原因是：流體具有粘滯性，流體質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)時(shí)存在慣性，流線不能發(fā)生直接拐彎，只能是光滑的曲線因此靠近水箱一側(cè)管嘴內(nèi)壁形成真空。由付魯?shù)履Ｐ吐煽芍? 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 12 。 解：2 0 )(246 ????????????????????vdeRdeAR 所以管 內(nèi)氣體為紊流流動(dòng)。 ：dtdux 是流體質(zhì)點(diǎn)的加速度。 ：xp1???是作用在流體微團(tuán)上單位質(zhì)量流體的壓力。 1當(dāng)繞流物體為非對稱形或雖為對稱但其對稱軸與來流方向不平行時(shí)，在繞流物體上部流線較密，流速大；下部流線較疏，流速小，則上部壓強(qiáng)小， 下部壓強(qiáng)大，上、下部存在壓強(qiáng)差，由此產(chǎn)生向上的力稱為升力。 1在自由紊流射流的主體段，射流各斷面上速度分布是相似的，軸線速度越來越小，橫截面積越來越大，質(zhì)量流量也越來越大；個(gè)橫截面上的動(dòng)量守恒。 1有壓管路中運(yùn)動(dòng)著的液體，由于閥門或水泵突然關(guān)閉，使得液體的速度和動(dòng)量發(fā)生急劇變化，從而造成液體壓強(qiáng)驟然變化，該現(xiàn)象就是水擊 (水錘 )現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因①液體的可壓縮性②管道材質(zhì)的彈性。 Z：斷面對基準(zhǔn)面高度，水力學(xué)中稱位置水頭，單位位能； ：rp 在斷面壓強(qiáng)作用下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強(qiáng)水頭，單位位能； ：g2u2 斷面以速度 u 為初速度的鉛直向上射流所能達(dá)到的理論的高度，流速水頭，單位位能。 流體動(dòng)力粘滯系數(shù) u 表征單位速度梯度作用下的切應(yīng)力，反映了粘滯的動(dòng)力性質(zhì)。旋渦的產(chǎn) 生使得附面層與壁面發(fā)生分離。在附面層 外的勢流區(qū)按無旋流動(dòng)理想流體能量方程或動(dòng)量方程求解；在附面層內(nèi)，按粘性有旋流動(dòng)流體能量方程或 NS 方程求解； 濃差或溫差射流由于濃度或溫度不同，引起射流介質(zhì)密度與周圍其氣體工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 9 密度與周圍氣體密度不同，所受的重力與浮力不相平衡，使得整個(gè)射流將發(fā)生向上或向下的軸彎曲。 ①層流區(qū) ②臨界過渡區(qū) ③紊流光滑區(qū) ④紊流過度區(qū) ⑤紊流粗糙區(qū) 意義：比較完整地反應(yīng)了沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律，揭示了沿程阻力系數(shù)變化的主要因素。 15:DCCCA 610:BDACC 1115:DDCDB 1619： BADA 五、簡答題。Q=Q1=Q2。 ； 歐拉法；拉格朗日法； 連續(xù)介質(zhì)；無粘性； 慣性力；粘性力； Q=Q1+Q2。 二、是非題。 2駐點(diǎn)：流體繞流物體迎流方向速度為零的點(diǎn)。 1穩(wěn)定流動(dòng)：流體流動(dòng)過程與時(shí)間無關(guān)的流動(dòng)。 1濃差或溫差射流：射流介質(zhì)本身濃度或溫度與周圍氣體濃度或 溫度有差異所引起的射流。 1有旋流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度不全為零的流動(dòng)。 1無旋流動(dòng)：流動(dòng)微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度為零的流動(dòng)。 1自由紊流射流：當(dāng)氣體自孔口、管嘴或條縫以紊流的形式向自由空間噴射時(shí)，形成的流動(dòng)即為自由紊流射流。 附面層：粘性較小的流體在繞過物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其摩擦阻力主要發(fā)生在緊靠物體表面的一個(gè)流速梯度很大的流體薄層內(nèi)，這個(gè)薄層即為附面層。 濕周：過流斷面上流體與固體壁面接觸的周界稱為濕周。 歐拉法：研究流體力學(xué)的一種方法，是指通過描述物理量在空間的分布來研究流體運(yùn)動(dòng)的方法。 壓力體：壓力體是指三個(gè)面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲面，頂面是受壓曲面邊界線封閉的面積在自由面或者其延長面上的投影面，中間是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影面。 雷諾數(shù)：是反應(yīng)流體流動(dòng)狀態(tài)的數(shù)，雷諾數(shù)的大小反應(yīng)了流體流動(dòng) 時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)慣性力和粘性力的對比關(guān)系。 ② 流 量 Q1 和 Q2 。 在水平放置的管線中接彎管，直徑從 600mm 逐漸減小到 300mm ，水流方向偏轉(zhuǎn) 060 如圖所示，在直徑較大一端壓強(qiáng)為 172kN/ 2m ,求作用于彎管上的力的大小和方向，①當(dāng)水不流動(dòng)時(shí)；②當(dāng)通過的流量為 876L/s 時(shí)； 060Q 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 6 一弧形閘門 AB，寬 ，半徑為，圓心角為 m245m4 0閘門轉(zhuǎn)軸恰好與水面平齊 ， 求 作 用 于 閘 門 的 水 靜 壓 力 。已知模型中水流速度為 /s，實(shí)測模型橋墩受水流作用力為 4N。 一車間用直徑為 m 的風(fēng)口送風(fēng)，風(fēng)口風(fēng)速為 /s，如長度比例常數(shù)為 4，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)口風(fēng)速。 1 、 有 一 鋼 板 制 風(fēng) 管 ， 斷 面 尺 寸 為 0 0mm4 0 0 ，管內(nèi)氣流平均速度為? /s，氣體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)為 28m10? /s，判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)？ 工程流體力學(xué) 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 5 一高壓管末端接噴嘴，如下圖所示，已知噴嘴出口直徑為 cm10 ，管道直徑為40cm ，水在管中流量 Q 為 3m /s，求管嘴對水流的作用力。 1簡要說明管道流動(dòng)局部阻力損失產(chǎn)生的機(jī)理。 A、汽油 B、紙漿 C、血液 D、瀝青 五、簡答題。 A、 mm240 B、 mm250 C、 mm300 D、 mm200 1有一變直徑管流，小管直徑 d1，大管直徑 d2=2d1，則