工程流體力學(xué)習(xí)題解析-(夏泰淳-著)-上海交通大學(xué)出版社
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工程流體力學(xué)習(xí)題解析(夏泰淳_著)_上海交通大學(xué)出版社 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(yùn)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(dāng)水的壓強(qiáng)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(dāng)水的壓強(qiáng)增加一個大氣壓時,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,平衡時不能承受切應(yīng)力;(b)不能承受拉力,平衡時能承受切應(yīng)力;(c)不能承受拉力,平衡時不能承受切應(yīng)力;(d)能承受拉力,平衡時也能承受切應(yīng)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(yīng)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(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體。 () 【1.8】 時空氣和水的運(yùn)動黏度,,這說明:在運(yùn)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(yùn)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(guān),還和速度梯度有關(guān),因此它們不能直接比較。 () 【1.9】 液體的黏性主要來自于液體:()分子熱運(yùn)動;(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,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的速度相對于另一板作等速移動時,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,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(dāng)錐體轉(zhuǎn)速n=150r/min時,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,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(zhuǎn)時,試寫出所需力矩M的表達(dá)式。 解:在圓盤半徑為處取的圓環(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,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(zhuǎn)。試寫出圖中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,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】汽車上路時,輪胎內(nèi)空氣的溫度為20℃,絕對壓強(qiáng)為395kPa,行駛后, 輪胎內(nèi)空氣溫度上升到50С,試求這時的壓強(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)充滿壓縮系數(shù)為k=4.7510﹣10m2/N的油液。器內(nèi)壓強(qiáng) 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(dāng)壓強(qiáng)升高至20MPa時,問需將手輪搖多少轉(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】黏度測量儀有內(nèi)外兩個同心圓筒組成,兩筒的間隙充滿油液。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)力對轉(zhuǎn)軸的力矩為 (由于是小量,) 對于內(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】 相對壓強(qiáng)的起算基準(zhǔn)是:()絕對真空;(b)1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;(c)當(dāng) 地大氣壓;(d)液面壓強(qiáng)。 解:相對壓強(qiáng)是絕對壓強(qiáng)和當(dāng)?shù)卮髿鈮褐睢? (c) 【2.2】 金屬壓力表的讀值是:()絕對壓強(qiáng);(b)相對壓強(qiáng);(c)絕對壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮?;(d)相對壓強(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)相對壓強(qiáng)為負(fù)值時它的絕對值。故該點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)。 (c) 【2.4】 絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)p、真空壓強(qiáng)、當(dāng)?shù)卮髿鈮褐g的關(guān)系是:();(b);(c);(d)。 解:絕對壓強(qiáng)-當(dāng)?shù)卮髿鈮海较鄬簭?qiáng),當(dāng)相對壓強(qiáng)為負(fù)值時,其絕對值即為真空壓強(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
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