工程流体力学（第二版）习题答案2010.doc

第一章 流体的力学性质 1-1 解：既然油膜内速度为线性分布，则速度满足下列等式： 由牛顿剪切定律可得滑块表面处流体所受切应力为： Pa 则滑块所受切应力与大小相等，方向相反，而滑块所受摩擦力为，设达到平衡时，滑块速度为，由平衡得： 所以： 1-2 解：因润滑油膜内速度为线性分布，轴转速为U，轴承则一直处于静止状态。 由牛顿剪切定律可得，轴表面处在转速为U时，流体所受的剪切力为： 由功率消耗公式得，消耗的功率为： W 1-3 解：由公式 得： m 所以：高度差d=-h=11.81mm 1-4 解： 对液面上任一点A，设液面内侧压力为，外侧压力为，由拉普拉斯表面张力公式，得： （1） （R为液面所在圆的半径，趋于∞） 由已知得： （2） 又因为： （3） 由（1）、（2）、（3）三式联立，得： （4） 其特征方程为： 解之得： 所以：方程（4）的通解为： 所以： 当x趋向于∞时，=0 故 =0 当x=0时， 故 所以： 当x=0时， 流体运动学基本概念 2-1解：由拉格朗日流场： 判断是否稳态流动 则 此流场非稳态流动 判断是否不可压流场 不可压缩流场 判断是否是有旋流动 0 无旋流动 2-2 解： 代入数值x=3，y=1，z=o，得： 2-3 解： 代入x=3 y=0 z=2,得： 2-4 解： 已知 ， 代入流体流线方程：，解得： t=0时 上式即为t=0时流体的流线方程 2-5 解：由题意知： 通过点（a,b,c）时的流线方程带入即： 带入x=a，y=b 2-6 解：已知： 则可解出流线方程为： 已知： 解得： t=0 且过点（0，0）时，得到： 综上，给定条件下流线方程为： 迹线方程为： 若时，则两曲线趋于重合 2-7 解： 则，由 流体静力学 3-1解：（1）由两边压强相等得 代入相应数据得 （2）由阿基米德原理知，物体所受浮力 即： 得到： , 即：浸入液体中的物体体积是 左侧油上升 设右侧水上升，在体积不变的条件下，由两侧截面积不同可知，左侧水位下降。 容器左侧底部压强 右侧底部压强 ， 将以上各式代入即 求得： 3-2 解： 船加上货物的总质量为207360kg. 3-3 解：以水平向右为x轴，以竖直向下为y轴，则单位宽度上作用力为： 则在单位宽度上合力： F的大小为 作用点位置：的作用位置距液面为2/3×41=27.33m 的作用位置为距底面为1/3×37=12.33m 设作用点在距离液面y 处 则： 得：y=55.74m 可计算出作用点距离液面55.74m 3-4 解： 取水平向右为x方向，垂直纸面向外为y方向，竖直向上为z方向，则可得： 各方向重力加速度为： 液体由于旋转受到的离心惯性力的分量为： 容器中液体受到的单位质量力为： 可得： 对等压面dp=0, 即 积分可得： （c为常数） 即 表明等压面为圆柱面，且等压面的中心轴线比容器的转动轴线高。 3-5 解： 由角速度相等，则中心圆筒转动的角速度为w。 中心圆筒中液体所受的单位质量力为 将质量力代入压力全微分公式有 积分得 自由表面压力为大气压力，时，令,则，得 , （1） 有机玻璃管自身旋转角速度为0，同理，得 （2） 由连通器压强平衡原理，得 （3） 由（1）、（2）、（3）三式得 第四章 流体流动基本原理 4-1 解：(1)取1-1、2-2截面之间的搅拌槽空间为控制体，该控制体内的质量是