工程流體力學(xué)--習(xí)題及答案
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第1章 緒論 選擇題 【1.1】 按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指：（）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。 解：流體質(zhì)點(diǎn)是指體積小到可以看作一個(gè)幾何點(diǎn)，但它又含有大量的分子，且具有諸如速度、密度及壓強(qiáng)等物理量的流體微團(tuán)。 （） 【1.2】 與牛頓內(nèi)摩擦定律直接相關(guān)的因素是：（）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。 解：牛頓內(nèi)摩擦定律是，而且速度梯度是流體微團(tuán)的剪切變形速度，故。 （） 【1.3】 流體運(yùn)動(dòng)黏度υ的國(guó)際單位是：（）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）Ns/m2。 解：流體的運(yùn)動(dòng)黏度υ的國(guó)際單位是。 （） 【1.4】 理想流體的特征是：（）黏度是常數(shù)；（b）不可壓縮；（c）無(wú)黏性；（d）符合。 解：不考慮黏性的流體稱(chēng)為理想流體。 （） 【1.5】 當(dāng)水的壓強(qiáng)增加一個(gè)大氣壓時(shí)，水的密度增大約為：（）1/20 000；（b）1/1 000；（c）1/4 000；（d）1/2 000。 解：當(dāng)水的壓強(qiáng)增加一個(gè)大氣壓時(shí)，其密度增大約。 （） 【1.6】 從力學(xué)的角度分析，一般流體和固體的區(qū)別在于流體：（）能承受拉力，平衡時(shí)不能承受切應(yīng)力；（b）不能承受拉力，平衡時(shí)能承受切應(yīng)力；（c）不能承受拉力，平衡時(shí)不能承受切應(yīng)力；（d）能承受拉力，平衡時(shí)也能承受切應(yīng)力。 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。 （） 【1.7】 下列流體哪個(gè)屬牛頓流體：（）汽油；（b）紙漿；（c）血液；（d）瀝青。 解：滿(mǎn)足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱(chēng)為牛頓流體。 （） 【1.8】 時(shí)空氣和水的運(yùn)動(dòng)黏度，，這說(shuō)明：在運(yùn)動(dòng)中（）空氣比水的黏性力大；（b）空氣比水的黏性力小；（c）空氣與水的黏性力接近；（d）不能直接比較。 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。 （） 【1.9】 液體的黏性主要來(lái)自于液體：（）分子熱運(yùn)動(dòng)；（b）分子間內(nèi)聚力；（c）易變形性；（d）抗拒變形的能力。 解：液體的黏性主要由分子內(nèi)聚力決定。 （） 計(jì)算題 【1.10】 黏度μ=3.9210﹣2Pas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：由牛頓內(nèi)摩擦定律，壁面的切應(yīng)力為 【1.11】在相距1mm的兩平行平板之間充有某種黏性液體，當(dāng)其中一板以1.2m/s的速度相對(duì)于另一板作等速移動(dòng)時(shí)，作用于板上的切應(yīng)力為3 500 Pa。試求該液體的黏度。 解：由， 【1.12】一圓錐體繞豎直中心軸作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，錐體與固體的外錐體之間的縫隙 δ=1mm，其間充滿(mǎn)μ=0.1Pas的潤(rùn)滑油。已知錐體頂面半徑R=0.3m,錐體高度H=0.5m,當(dāng)錐體轉(zhuǎn)速n=150r/min時(shí)，求所需旋轉(zhuǎn)力矩。 解：如圖，在離圓錐頂h處，取一微圓錐體（半徑為），其高為。 這里 該處速度 剪切應(yīng)力 高為一段圓錐體的旋轉(zhuǎn)力矩為 其中代入 總旋轉(zhuǎn)力矩 其中 代入上式得旋轉(zhuǎn)力矩 【1.13】上下兩平行圓盤(pán)，直徑均為d，間隙為δ，其間隙間充滿(mǎn)黏度為μ的液體。若下盤(pán)固定不動(dòng)，上盤(pán)以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，試寫(xiě)出所需力矩M的表達(dá)式。 解：在圓盤(pán)半徑為處取的圓環(huán)，如圖。 其上面的切應(yīng)力 則所需力矩 總力矩 【1.14】當(dāng)壓強(qiáng)增量=5104N/m2時(shí)，某種液體的密度增長(zhǎng)0.02%。求此液體的體積彈性模量。 解：液體的彈性模量 【1.15】一圓筒形盛水容器以等角速度繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。試寫(xiě)出圖中A(x,y,z) 處質(zhì)量力的表達(dá)式。 解：位于處的流體質(zhì)點(diǎn)，其質(zhì)量力有 慣性力 重力 （Z軸向上） 故質(zhì)量力的表達(dá)式為 【1.16】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。若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積為8m3，加溫前后溫差為50℃，在其溫度范圍內(nèi)水的熱脹系數(shù)α=0.000 5/℃。求膨脹水箱的最小容積。 解：由液體的熱脹系數(shù) 公式， 據(jù)題意， ℃，，℃ 故膨脹水箱的最小容積 【1.17】汽車(chē)上路時(shí)，輪胎內(nèi)空氣的溫度為20℃，絕對(duì)壓強(qiáng)為395kPa，行駛后， 輪胎內(nèi)空氣溫度上升到50С，試求這時(shí)的壓強(qiáng)。 解：由理想氣體狀態(tài)方程，由于輪胎的容積不變，故空氣的密度不變， 故 ， 其中 ， ， 得 【1.18】圖示為壓力表校正器。器內(nèi)充滿(mǎn)壓縮系數(shù)為k=4.7510﹣10m2/N的油液。器內(nèi)壓強(qiáng) 為105Pa時(shí)，油液的體積為200mL?，F(xiàn)用手輪絲桿和活塞加壓，活塞直徑為1cm，絲桿螺距為2mm，當(dāng)壓強(qiáng)升高至20MPa時(shí)，問(wèn)需將手輪搖多少轉(zhuǎn)？ 解：由液體壓縮系數(shù)定義， 設(shè)， 因此，， 其中手輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后， 體積變化了（為活塞直徑，為螺距） 即 ， 其中 ， 得 解得 轉(zhuǎn) 【1.19】黏度測(cè)量?jī)x有內(nèi)外兩個(gè)同心圓筒組成，兩筒的間隙充滿(mǎn)油液。外筒與轉(zhuǎn)軸連接，其 半徑為r2,旋轉(zhuǎn)角速度為。內(nèi)筒懸掛于一金屬絲下，金屬絲上所受的力矩M可以通過(guò)扭轉(zhuǎn)角的值確定。外筒與內(nèi)筒底面間隙為，內(nèi)筒高H，如題1.19圖所示。試推出油液黏度的計(jì)算式。 解：外筒側(cè)面的切應(yīng)力為 ，這里 故側(cè)面黏性應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩為 （由于是小量，） 對(duì)于內(nèi)筒底面，距轉(zhuǎn)軸取寬度為微圓環(huán)處的切應(yīng)力為 則該微圓環(huán)上黏性力為 故內(nèi)筒底面黏性力為轉(zhuǎn)軸的力矩為 顯然 即 第2章 流體靜力學(xué) 選擇題： 【2.1】 相對(duì)壓強(qiáng)的起算基準(zhǔn)是：（）絕對(duì)真空；（b）1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；（c）當(dāng) 地大氣壓；（d）液面壓強(qiáng)。 解：相對(duì)壓強(qiáng)是絕對(duì)壓強(qiáng)和當(dāng)?shù)卮髿鈮褐睢? （c） 【2.2】 金屬壓力表的讀值是：（）絕對(duì)壓強(qiáng)；（b）相對(duì)壓強(qiáng)；（c）絕對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?；（d）相對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮骸? 解：金屬壓力表的讀數(shù)值是相對(duì)壓強(qiáng)。 （b） 【2.3】 某點(diǎn)的真空壓強(qiáng)為65 000Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa，該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為：（）65 000 Pa；（b）55 000 Pa；（c）35 000 Pa；（d）165 000 Pa。 解：真空壓強(qiáng)是當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)它的絕對(duì)值。故該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)。 （c） 【2.4】 絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)p、真空壓強(qiáng)、當(dāng)?shù)卮髿鈮褐g的關(guān)系是：（）；（b）；（c）；（d）。 解：絕對(duì)壓強(qiáng)－當(dāng)?shù)卮髿鈮海较鄬?duì)壓強(qiáng)，當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，其絕對(duì)值即為真空壓強(qiáng)。即，故。 （c） 【2.5】 在封閉容器上裝有U形水銀測(cè)壓計(jì)，其中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為：（）p1>p２> p3；（b）p1=p２= p3；（c）p1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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