流体力学第五章习题答案.doc

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流体力学第五章习题答案

第五章习题答案 选择题(单选题) 速度,长度,重力加速度的无量纲集合是:(b) (a);(b);(c);(d)。 速度,密度,压强的无量纲集合是:(d) (a);(b);(c);(d)。 速度,长度,时间的无量纲集合是:(d) (a);(b);(c);(d)。 压强差,密度,长度,流量的无量纲集合是:(d) (a);(b);(c);(d)。 进行水力模型实验,要实现明渠水流的动力相似,应选的相似准则是:(b) (a)雷诺准则;(b)弗劳德准则;(c)欧拉准则;(d)其他。 进行水力模型实验,要实现有压管流的动力相似,应选的相似准则是:(a) (a)雷诺准则;(b)弗劳德准则;(c)欧拉准则;(d)其他。 雷诺数的物理意义表示:(c) (a)粘滞力与重力之比;(b)重力与惯性力之比;(c)惯性力与粘滞力之比;(d)压力与粘滞力之比。 明渠水流模型实验,长度比尺为4,模型流量应为原型流量的:(c) (a)1/2;(b)1/4;(c)1/8;(d)1/32。 压力输水管模型实验,长度比尺为8,模型水管的流量应为原型输水管流量的:(c) (a)1/2;(b)1/4;(c)1/8;(d)1/16。 假设自由落体的下落距离s与落体的质量m、重力加速度g及下落时间t有关,试用瑞利法导出自由落体下落距离的关系式。 解: ∵ ;;; ∴有量纲关系: 可得:;; ∴ 答:自由落体下落距离的关系式为。 5.11水泵的轴功率与泵轴的转矩、角速度有关,试用瑞利法导出轴功率表达式。 解: 令 量纲:;; ∴ 可得:, ∴ 答:轴功率表达式为。 5.12水中的声速与体积模量和密度有关,试用瑞利法导出声速的表达式。 解: 量纲:;; ∴有 ∴ 其中为无量纲系数。 答:声速的表达式为。 5.13受均布载荷的简支梁最大挠度与梁的长度,均布载荷的集度和梁的刚度有关,与刚度成反比,试用瑞利法导出最大挠度的关系式。 解: 为系数。 量纲:;;;; ∴有 可得:, ∴ 答:最大挠度的关系式为。 5.14薄壁堰溢流,假设单宽流量与堰上水头、水的密度及重力加速度有关,试用瑞利法求流量的关系式。 解: 量纲:;;; 故有 ∴ 答:流量的关系式为。 5.15已知文丘里流量计喉管流速与流量计压强差、主管直径、喉管直径、以及流体的密度和运动黏度有关,试用定理证明流速关系式为 证明: 选择基本量 则: 解得: ∴,, ∴,, ∴ 5.16球形固体颗粒在流体中的自由降落速度与颗粒的直径、密度以及流体的密度、动力黏度、重力加速度有关,试用定理证明自由沉降速度关系式 证明: ∵ 取基本量为 则:;; 量纲关系: ∴ 即 5.17圆形空口出流的流速与作用水头、空口直径、水的密度和动力黏度、重力加速度有关,试用定理推导空口流量公式。 解: ∵ 取基本量为 则:;; ∴有量纲关系: ∴ 即 可见,孔口出流的流速系数与及有关。 答:空口流量公式为。 5.18用水管模拟输油管道。已知输油管直径500mm,管长100mm,输油量0.1,油的运动黏度为150×10-6。水管直径25mm,水的运动黏度为1.01×10-6。试求:(1)模型管道的长度和模型的流量;(2)如模型上测得的压强差=2.35cm水柱,输油管上的压强差是多少? 解: ; 以雷诺数准则设计实验。 ∴ ∴(m) ∴(l/s) ∵ ∴ ∴(m) 答:(1)模型管道的长度m,模型的流量L/s;(2)如模型上测得的压强差=2.35cm水柱,输油管上的压强差m。 5.19为研究输水管道上直径600mm阀门的阻力特性,采用直径300mm,几何相似的阀门用气流做模型实验。已知输水管道的流量为0.283,水的运动黏度为=1×10-6,空气的运动黏度为=1.6×10-5。试求模型的气流量。 解: 以雷诺准则,则有 ∴ (m3/s) 答:模型的气流量m3/s。 为研究汽车的动力特性,在风洞中进行模型实验。已知汽车高=1.5m,行车速度=108,风洞风速=45,测得模型车的阻力=1.4kN,试求模型车的高度及汽车受到的阻力。 解: ∵ 风洞实验可选用雷诺准则,即 ∵ ∴ ∵(m) (kN) 另:∵,在阻力平方区。 则有,即(m) 即能满足阻力自模拟条件。 答:模型车的高度m,汽车受到的阻力为kN。 5.21为研究风对高层建筑物的影响,在风洞中进行模型实验,当风速为9时,测得迎风面压强为42,背风面压强为-20,试求温度不变,风速增至12时,迎风面和背风面的压强。 解: ∵ 或 ∴可算得,风速增至km/h时。 迎风面

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