工程流體力學習題及答案.doc
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第1章 緒論 選擇題 【1.1】 按連續(xù)介質的概念，流體質點是指：（）流體的分子；（b）流體內的固體顆粒；（c）幾何的點；（d）幾何尺寸同流動空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。 解：流體質點是指體積小到可以看作一個幾何點，但它又含有大量的分子，且具有諸如速度、密度及壓強等物理量的流體微團。 （） 【1.2】 與牛頓內摩擦定律直接相關的因素是：（）切應力和壓強；（b）切應力和剪切變形速度；（c）切應力和剪切變形；（d）切應力和流速。 解：牛頓內摩擦定律是，而且速度梯度是流體微團的剪切變形速度，故。 （） 【1.3】 流體運動黏度υ的國際單位是：（）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）Ns/m2。 解：流體的運動黏度υ的國際單位是。 （） 【1.4】 理想流體的特征是：（）黏度是常數(shù)；（b）不可壓縮；（c）無黏性；（d）符合。 解：不考慮黏性的流體稱為理想流體。 （） 【1.5】 當水的壓強增加一個大氣壓時，水的密度增大約為：（）1/20 000；（b）1/1 000；（c）1/4 000；（d）1/2 000。 解：當水的壓強增加一個大氣壓時，其密度增大約。 （） 【1.6】 從力學的角度分析，一般流體和固體的區(qū)別在于流體：（）能承受拉力，平衡時不能承受切應力；（b）不能承受拉力，平衡時能承受切應力；（c）不能承受拉力，平衡時不能承受切應力；（d）能承受拉力，平衡時也能承受切應力。 解：流體的特性是既不能承受拉力，同時具有很大的流動性，即平衡時不能承受切應力。 （） 【1.7】 下列流體哪個屬牛頓流體：（）汽油；（b）紙漿；（c）血液；（d）瀝青。 解：滿足牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體。 （） 【1.8】 時空氣和水的運動黏度，，這說明：在運動中（）空氣比水的黏性力大；（b）空氣比水的黏性力??；（c）空氣與水的黏性力接近；（d）不能直接比較。 解：空氣的運動黏度比水大近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，還和速度梯度有關，因此它們不能直接比較。 （） 【1.9】 液體的黏性主要來自于液體：（）分子熱運動；（b）分子間內聚力；（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聚力決定。 （） 計算題 【1.10】 黏度μ=3.9210﹣2Pas的黏性流體沿壁面流動，距壁面y處的流速為v=3y+y2（m/s），試求壁面的切應力。 解：由牛頓內摩擦定律，壁面的切應力為 【1.11】在相距1mm的兩平行平板之間充有某種黏性液體，當其中一板以1.2m/s的速度相對于另一板作等速移動時，作用于板上的切應力為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動，錐體與固體的外錐體之間的縫隙 δ=1mm，其間充滿μ=0.1Pas的潤滑油。已知錐體頂面半徑R=0.3m,錐體高度H=0.5m,當錐體轉速n=150r/min時，求所需旋轉力矩。 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 剪切應力 高為一段圓錐體的旋轉力矩為 其中代入 總旋轉力矩 其中 代入上式得旋轉力矩 【1.13】上下兩平行圓盤，直徑均為d，間隙為δ，其間隙間充滿黏度為μ的液體。若下盤固定不動，上盤以角速度旋轉時，試寫出所需力矩M的表達式。 解：在圓盤半徑為處取的圓環(huán)，如圖。 其上面的切應力 則所需力矩 總力矩 【1.14】當壓強增量=5104N/m2時，某種液體的密度增長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。試寫出圖中A(x,y,z) 處質量力的表達式。 解：位于處的流體質點，其質量力有 慣性力 重力 （Z軸向上） 故質量力的表達式為 【1.16】圖示為一水暖系統(tǒng)，為了防止水溫升高時，體積膨脹將水管脹裂，在系統(tǒng)頂部設一 膨脹水箱。若系統(tǒng)內水的總體積為8m3，加溫前后溫差為50℃，在其溫度范圍內水的熱脹系數(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】汽車上路時，輪胎內空氣的溫度為20℃，絕對壓強為395kPa，行駛后， 輪胎內空氣溫度上升到50С，試求這時的壓強。 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。器內充滿壓縮系數(shù)為k=4.7510﹣10m2/N的油液。器內壓強 為105Pa時，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，當壓強升高至20MPa時，問需將手輪搖多少轉？ 解：由液體壓縮系數(shù)定義， 設， 因此，， 其中手輪轉轉后， 體積變化了（為活塞直徑，為螺距） 即 ， 其中 ， 得 解得 轉 【1.19】黏度測量儀有內外兩個同心圓筒組成，兩筒的間隙充滿油液。外筒與轉軸連接，其 半徑為r2,旋轉角速度為。內筒懸掛于一金屬絲下，金屬絲上所受的力矩M可以通過扭轉角的值確定。外筒與內筒底面間隙為，內筒高H，如題1.19圖所示。試推出油液黏度的計算式。 解：外筒側面的切應力為 ，這里 故側面黏性應力對轉軸的力矩為 （由于是小量，） 對于內筒底面，距轉軸取寬度為微圓環(huán)處的切應力為 則該微圓環(huán)上黏性力為 故內筒底面黏性力為轉軸的力矩為 顯然 即 第2章 流體靜力學 選擇題： 【2.1】 相對壓強的起算基準是：（）絕對真空；（b）1個標準大氣壓；（c）當 地大氣壓；（d）液面壓強。 解：相對壓強是絕對壓強和當?shù)卮髿鈮褐睢? （c） 【2.2】 金屬壓力表的讀值是：（）絕對壓強；（b）相對壓強；（c）絕對壓強加當?shù)卮髿鈮?；（d）相對壓強加當?shù)卮髿鈮骸? 解：金屬壓力表的讀數(shù)值是相對壓強。 （b） 【2.3】 某點的真空壓強為65 000Pa，當?shù)卮髿鈮簽?.1MPa，該點的絕對壓強為：（）65 000 Pa；（b）55 000 Pa；（c）35 000 Pa；（d）165 000 Pa。 解：真空壓強是當相對壓強為負值時它的絕對值。故該點的絕對壓強。 （c） 【2.4】 絕對壓強與相對壓強p、真空壓強、當?shù)卮髿鈮褐g的關系是：（）；（b）；（c）；（d）。 解：絕對壓強－當?shù)卮髿鈮海较鄬簭?，當相對壓強為負值時，其絕對值即為真空壓強。即，故。 （c） 【2.5】 在封閉容器上裝有U形水銀測壓計，其中1、2、3點位于同一水平面上，其壓強關系為：（）p1>p２> p3；（b）p1=p２= p3；（c）p1
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