【1.12】一圆锥体绕竖直中心轴作等速转动，锥体与固体的外锥体之间的缝隙
δ=1mm ，其间充满μ=0.1Pa ·s 的润滑油。已知锥体顶面半径R =0.3m,
锥体高度H =0.5m,当锥体转速n =150r/min 时，求所需旋转力矩。 解：如图，在离圆锥顶h 处，取一微圆锥体（半径为），其高为。
这里
该处速度
剪切应力
高为一段圆锥体的旋转力矩为
其中代入
总旋转力矩
其中
代入上式得旋转力矩
【1.13】上下两平行圆盘，直径均为d ，间隙为δ，其间隙间充满黏度为μ的液体。若下盘
固定不动，上盘以角速度旋转时，试写出所需力矩M 的表达式。 解：在圆盘半径为处取的圆环，如图。
其上面的切应力
则所需力矩
总力矩
【1.14】当压强增量=5×104N/m 2时，某种液体的密度增长0.02%。求此液体的体积
r d h R
r h H =
()R
v h r h H ωω
==()v
Rh r H ωτμ
μ
δ
δ==d h 2Rh H ωμ
πδ=2
d cos h
r θtan r h θ=23
02tan d ()d cos H
R M M h h h H πμωθHδθ?==?
?rad/s 7.15602150s,Pa 1.0=?=
?=π
ωμωr d r ()r r ωτμ
δ=()d 2M r τπ=32d d r rr r r
πμω
δ
=
4
2
2
3
2d d 32d d
d M M r r πμω
πμωδ
δ==
=
??
p ?习题.121
图
弹性模量。
解：液体的弹性模量
【1.15】一圆筒形盛水容器以等角速度绕其中心轴旋
转。试写出图中A(x,y,z)
处质量力的表达式。
解：位于处的流体质点，其质量力有 惯性力
重力
（Z 轴向上）
故质量力的表达式为
【2.12】
试决定图示装置中A 、B 两点间的压强差。已知
h 1=500mm ，h 2=200mm ，h 3=150mm ，h 4=250mm ，h 5=400mm ，
酒精γ1=7 848N/m 3，水银γ2=133 400 N/m 3，水γ3=9 810 N/m 3。 解：由于
而
因此
即
【2.13】
试对下列两种情况求A 液体中M 点处的压强（见图）：（1）A 液体是水，B 液体是水
银，y =60cm ，z =30cm ；（2）A 液体是比
重为0.8的油，B 液体是比重为1.25的氯化钙溶液，y =80cm ，z =20cm 。
解（1）由于
而
（2）
【2.14】在斜管微压计中，加压后无水酒精（比重为0.793）的液面较未加压时的
液面变化为y =12cm 。试求所加的压强p 为多大。设容器及斜管的断面分
4
8d d 510 2.510Pa
d d 0.0002p p E ρρρρ?====?ω(,,)A x y z 22cos x f r x
ωθω==z f g
=-31222
A p h p h γγ+=+321354324
()B p p h p h h h γγγ=+=+-+25432413
()B p p h h h h γγγ=+-+-()22354241331
A B p p h h h h h h γγγγγ-=+-+--12B p p z
γ==3M A B A p p y z y
γγγ=+=+M B A p z y
γγ=+习题.151图
习题.132图
液体
液体
y
M
1
3
别为A 和，，
。 解：加压后容器的液面下降
则
【2.15】设U 形管绕通过AB 的垂直轴等速旋转，试求当AB 管的水银恰好下降到
A 点时的转速。
解：U 形管左边流体质点受质量力为
惯性力为，重力为
在坐标系中，等压面的方程为
两边积分得
根据题意，时故
因此等压面方程为
U 形管左端自由液面坐标为
，
代入上式
故
【2.16】在半径为的空心球形容器内充满密度为ρ的液体。当这个容器以匀角速
ω绕垂直轴旋转时，试求球壁上最大压强点的位置。
解：建立坐标系如图，由于球体的轴对称，故仅考虑平面
球壁上流体任一点的质量力为 ；
a 1001
=
A a 1sin 8α=Δy h A α=
(sin Δ)(sin )ya
p y h y A γαγα=+=+
2
r ωg -(,)r z d 0p =22
2r z C
g
ω=
+0=r 0=z 0=C g r z 22
2ω=
80cm r =6060120cm z =+=2222229.81 1.2
36.79s 0.8gz r ω-??=
=
=6.065rad/s ω==a yOz M 2y f y
ω=z f g
=-习题.152图
习题.162图
因此
两边积分得
在球形容器壁上；
代入上式，得壁上任一点的压强为
使压强有极值，则
即
由于
故即最大压强点在球中心的下方。
讨论：当或者时，最大压强点在球中心以下的
位置上。
当或者时，最大压强点在
，即球形
容器的最低点。
【2.17】如图所示，底面积为的方口容器，自重G =40N ，静止
时装水高度h =0.15m ，设容器在荷重W =200N 的作用下沿平面滑动，容器底与平面之间的摩擦因数f =0.3，试求保证水不能溢出的容器最小高度。
解：先求容器的加速度
设绳子的张力为
则
（）
（）
2d (d d )p y y g z ρω=-22
(
)2
y p gz C
ωρ=-+sin y a θ=cos z a θ=22d (sin cos sin )0
d p
a ag ρωθθθθ=+=2cos g a θω=-2
0g
a ω>?>90θ2
1
g
a ω<2
g
a
ω
<2
g
ω2
1
g
a ω
>2
g
a
ω
>?=180θ0.2m 0.2m b b ?=?T W
W T a g -=
a 22
()G b h
T G b h f a
g γγ+-+=b
故解得
代入数据得
在容器中建立坐标如图。（原点在水面的中心点）
质量力为
由
两边积分
当处故
自由液面方程为（）
且当满足方程
代入（）式得
【2.18】如图所示，一个有盖的圆柱形容器，底半径R=2m，容器内充满水，顶盖上距中心为处开一个小孔通大气。容器绕其主轴作等角速度旋转。试问当为多少时，顶盖所受的水的总压力为零。
解
如图坐标系下，当容器在作等角速度旋转时，容器内
流体的压强分布为
当时，按题意
故
分布为
在顶盖的下表面，由于，压强为
要使顶盖所受水的总压力为零
即
2
2
()
W f G b h
a g
b h G W
γ
γ
-+
=
++
2
5.589 8m/s
a=
x
f a
=-
d(d d)
p a x g z
ρ
=--
p ax gz C
ρρ
=--+
0,0
x z
==0
p=0
C=
a
z x
g
=-
c
,
2
b
x z H h
=-=-
c
r
r
,0
r r z
==0
p=
22
2
r
C
g
ω
γ
=-
p
2
22
()
2
p r r z
g
ω
γ
??
=--
??
??
z=
32
00
d d0
R R
r r r r r
-=
??
习题.18
2图
积分上式
解得
【2.19】 矩形闸门AB 宽为1.0m ，左侧油深h 1=1m ，水深h 2=2m ，油的比重
为0.795，闸门倾角α=60o，试求闸门上的液体总压力及作用点的位置。 解：设油，水在闸门AB 上的分界点为E ，则油和水在闸门上静压力分布如图所示。现将压力图F 分解成三部分
，
，
，而
，
其中
油
水
故总压力
设总压力作用在闸门AB 上的作用点为D ，实质是求水压力图的形状中心离开A 点的距离。
由合力矩定理，
故
或者
【2.20】一平板闸门，高H =1m ，支撑点O 距地面的高度=0.4m ，问当左侧水深h 增至
多大时，闸门才会绕O 点自动打开。
解：当水深h 增加时，作用在平板闸门上静水压力作用点D 也在提高，当该作用点在转轴中心O 处上方时，才能使闸门打开。本题就是求当水深h 为多大，水压力作用点恰好位于O 点处。 本题采用两种方法求解 （1）解析法：
42
200
42R R r -
=0r =
==1
F 2
F 3
F 123
F F F F =++11 1.155m sin sin 60h AE α=
==?E p γ=10.7959 81017 799Pa
h =??=B E p p γ
=+27 7999 810227 419Pa
h =??=123 4 50418 01622 66145.18kN
F F F F =++=++=F 1
23212
()()323F AD F AE F EB AE F EB AE ?=++++sin 2.35sin60 2.035m
D h AD a ==??=a
由公式
其中
代入
或者
解得 （2）图解法：
设闸门上缘A 点的压强为，下缘B 点的压强为
，
则
静水总压力F （作用在单位宽度闸门上）
其中
的作用点在O 处时，对B 点取矩
故
或者
解得
【2.21】如图所示，箱内充满液体，活动侧壁OA 可以绕O 点自由转动，若要使
活动侧壁恰好能贴紧箱体，U 形管的h 应为多少。
解：测压点B 处的压强
c D c c I y y y A =+
D O y y h a
==-3
112
()2()2H
H
h a h H h H -=-+-3
11
12
0.4(0.5)(0.5)1h h h ?-=-+-?1.33m h =A
p B
p ()A p h H γ
=-12
F F =+1()A F F AB h H H
γ==-F 2211()()2223H H h H H H a h H H H γγγγ??-+=-+????111
(11)0.4(1)10.51223h h -+??=-??+??
1.33m h =B
p 习题.212图
则A 处的压强
即
设E 点处，则E 点的位置在
故
设负压总压力为
，正压总压力为
（单位宽度侧壁）
即
大小
以上两总压力对点力矩之和应等于0,即
即
展开整理后得
【2.22】有一矩形平板闸门，水压力经过闸门的面板传到3条水平梁上，为了使
各横梁的负荷相等，试问应分别将它们置于距自由表面多深的地方。已知闸门高为4m ，宽6m ，水深H =3m 。
解：按题意，解答显然与闸门宽度b 无关，因此在实际计算中只需按单位
宽度计算即可。
作用在闸门上的静水压力呈三角形分布，将此压力图面积均匀地分成三块，而且此三块面积的形心位置恰巧就在这三条水平梁上，那么这就是问题的解。
的面积
的面积
故
的面积
A
p ()
A D p h H H γγ=---0
E p =()
D A
E h H H =+-1
F 2
F 1(
F 11
)()()22A D D p AE h H H h H H γ=
=+-+-O 23D h H H
=-AOB ?2
12S H γ=EOF ?22
1111
362S S H OF γγ===3331312
22=?==
H OF COD ?222211
332S S H OD γγ=
==
故
要求梯形CDFE 的形心位置y 2，可对点取矩
故
同理梯形ABDC 的形心位置y 3为
故
【2.23】一直径D =0.4m 的盛水容器悬于直径为D 1=0.2m 的柱塞上。容器自重
G =490N ，=0.3m 。如不计容器与柱塞间的摩擦，试求：（1）为保持容
器不致下落，容器内真空压强应为多大。（2）柱塞浸没深度h 对计算结果有无影响。
解：（1）本题只要考虑盛水容器受力平衡的问题。
设容器内自由液面处的压强为p （实质上为负压），则
柱塞下端的压强为
由于容器上顶被柱塞贯穿，容器周围是大气压，故容器上
顶和下底的压力差为（方向↑，实际上为吸力）
要求容器不致下落，因此以上吸力必须与容器的自重及水
的重量相平衡
即
或者
即
222
223633OD H =
=?=O 23321
(2.45 1.732)3 2.11m
136y -==?3
3321(3 2.45)3 2.73m
136y -==?a 1p 2
1
14
p D π
2221
11()444p D G D a D h π
ππ
γ=+-22211()
()
4
4
p h D G D a D h π
π
γγ
+=+-222
2
14909 8100.40.3
4
4
27 377Pa
0.24
4
G D a
p D π
π
γπ
π
++?
??=
=
=?
（真空压强）
（2）从以上计算中可知，若能保持不变，则柱塞浸没
深度h 对计算结果无影响。若随着h 的增大，导致的增大，则从
公
式可知容器内的真空压强p 也将增大。
【2.24】如图所示一储水容器，容器壁上装有3个直径为d =0.5m 的半球形盖，
设h =2.0m ，H =2.5m ，试求作用在每个球盖上的静水压力。
解：对于盖，其压力体体积为
（方向↑）
对于b 盖，其压力体体积为
（方向↓）
对于盖，静水压力可分解成水平及铅重两个分力，其中
水平方向分力
（方向←）
铅重方向分力
（方向↓）
【2.25】在图示铸框中铸造半径R =50cm ，长L =120cm 及厚b =2cm 的半圆柱
形铸件。设铸模浇口中的铁水（γFe =70 630N/m 3）面高H =90cm ，浇口尺寸为d 1=10cm ，d 2=3cm ，h =8cm ，铸框连同砂土的重量G 0=4.0t ，试问为克服铁水液压力的作用铸框上还需加多大重量G 。
解：在铸框上所需加压铁的重量和铸框连同砂土的重量之和
应等于铁水对铸模铅垂方向的压力。 铁水对铸模的作用力（铅垂方向）为其中为
（方向↑）
需加压铁重量
【2.26】容器底部圆孔用一锥形塞子塞住，如图H =4r ，h =3r ，若将重度为γ1的
锥形塞提起需力多大（容器内液体的重度为γ）。
27.38kPa =a a a p a V
p 9 8100.262 2.57kN
za a F V γ==?=p b
V p 9 8100.7207.063kN
zb b F V γ==?=c 229 810 2.50.5 4.813kN
4
4
xc F H
d π
π
γ==??
?=3p 9 8100.50.321kN
12
zc c F V π
γ==?
?=z F V
γ=V 70 6300.59341.88kN
z F V γ==?=041.8849.81 2.64kN
z G F G =-=-?=
解：塞子上顶所受静水压力
（方向↓）
塞子侧面所受铅垂方向压力
其中
（方向↑）
塞子自重
（方向↓）
故若要提起塞子，所需的力F 为 注. 圆台体积
，
其中h 一圆台高，r , R —上下底半径。
【2.27】如图所示，一个漏斗倒扣在桌面上，已知h =120mm ，d =140mm ，自
重G =20N 。试求充水高度H 为多少时，水压力将把漏斗举起而引起水从漏斗口与桌面的间隙泄
出。
解：当漏斗受到水压力和重力相等时，此
时为临界状态。 水压力（向上）
故
代入数据
解得
【2.28】一长为20m ，宽10m ，深5m 的平底船，当它浮在淡水上时的吃水为
3m ，又其重心在对称轴上距船底0.2m 的高度处。试求该船的初稳心高及横倾
8o时的复原力矩。
解：设船之长，宽，吃水分别为L,B,T
则水线面惯性矩
（取小值）
排水体积
1
F 223
1()(4 1.5) 2.52h
F H r r r r r γπγππγ=-=-=2
F 22
222
111()()()42324242h h r h V r r H r rr r ππππ=--+++-3
2 2.375F r πγ=2311
3
G r h r π
γπγ=
=)
(3
22Rr r R h V ++=
π
2
1
()43d F H h πγ
=-2
1()43d G F H h πγ
==-23.140.141
209 810(0.12)
43H ?=?-?0.172 5m H =31
12I LB =
V LBT =习题.272图
由公式初稳心高
（浮心在重心之上）
复原力矩
【2.29】密度为ρ1的圆锥体，其轴线铅垂方向，顶点向下，试研究它浮在液面上
时的稳定性（设圆锥体中心角为2θ）。 解：圆锥体重量
流体浮力
当圆锥正浮时 即
（）
圆锥体重心为G ，则
浮心为C ，则
稳心为M 圆锥水线面惯性矩
初稳性高度
圆锥体能保持稳定平衡的条件是
故须有
，
，
或者
（）
将（）式代入（）式得
或者
因此 当 时 圆锥体是稳定平衡
当 时 圆锥体是随偶平衡
当
时 圆锥体是不稳定平衡 210 1.3 4.078m 123=+=?sin 9 81020103 4.078sin8M LBT GM γθ=??=??????2100
(tan )3
W g
h h π
ρθ=32b 2()
3
F g
h tg π
ρθ
=↑b
W F =3
23
01h h ρρ=a 03
4OG h =34OC h =
4441tan 44I r h π
πθ==I
GM CM CG CG
V =-=-0>h 20tan h h h
θ>-20
(1tan )h h θ+>0
2sec h h >θθ
20cos h h >b a b 3
1
122cos ?
???
??<ρρθ3
1122cos ?
???
??<ρρθ31122cos ?
???
??=ρρθ31
122cos ?
???
??>ρρθ习题.292图
【2.30】某空载船由内河出海时，吃水减少了20cm ，接着在港口装了一些货物，
吃水增加了15cm 。设最初船的空载排水量为1 000t ，问该船在港口装了多少货物。设吃水线附近船的侧面为直壁，设海水的密度为ρ=1 026kg/m 3。
解：由于船的最初排水量为，即它的排水体积为，
它未装货时，在海水中的排水体积为
，
按题意，在吃水线附近穿的侧壁为直壁，则吃水线附近的水
线面积为
因此载货量
【2.31】一个均质圆柱体，高H ，底半径R ,圆柱体的材料密度为600kg/m 3。
（1）将圆柱体直立地浮于水面，当R/H 大于多少时，浮体才是稳定的？
（2）将圆柱体横浮于水面，当R/H 小于多少时，浮体是稳定的？
解：（1）当圆柱直立时，浸没在水中的高度设为h ，如图（）所示
则
即
式中
为水的密度，为圆柱体的密度
式中G 为圆柱体重心，C 浮心，C 在G 下方 初稳心半径CM 为
其中
（即圆面积对某直径的惯性矩）
得
当
，浮体是稳定的 即
整理得
（2）当圆柱体横浮于水面时，设被淹的圆柱截面积为A ，
深度为h ，如图（b ）所示。
则
1 000t 3
1 000m 3
1 000
974.66m 1.026V =
=2
1 000974.66
126.7m 0.20S -=
=126.70.15 1 02619.50t 191.3W =??==kN a 22m g R h g R H ρπρπ=m h H
ρρ=ρm ρ2,V R h π=441644I d R π
π=
=2
4R CM h =
0CM CG ->2m 1142R H h ρρ??>- ??
?0.692 8R H >==2m gAH g R H
ρρπ=
即 （a ）
或者
（b ）
将（a ）（b ）代入数据得
应用迭代法（见附录）解得
该圆截面的圆心就是圆柱体的重心G ，浮心C 位置为
式中 ，
得
故
由于浮面有两条对称轴，，面积惯性矩分别为
，
式中
因而初稳心半径分别为
及
其中
当浮体稳定时，应满足 得
不等式恒满足
因此使圆柱体横浮时稳定应满足
，或者
2
m
A R ρπρ=22
1
sin cos
222A R R θθθ=- 3.457 406 397θ=2
2
m
0.6A R R ρππρ== 3.458 388 1198.25θ==o 0.340 56c y R
=0.340 56c CG y R
==31112I BH =
321
12I BH =2sin
2B R θ
=1
r 2
r 3
2211sin
20.087 312 3.6I BH H H r V AH R R θ
π====1,
r CG >20.087 30.340 56H R R > 1.975
H
R >2,
r CG >0.340 560.340 56R R ≥1.975H R >0.506R
H <
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
第一章 绪论 1-1．20℃的水2.5m 3 ，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 32 1 125679.2m V V == ∴ρρ 则增加的体积为3 120679.0m V V V =-=? 1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+== 原原原μρν035.1035.1== 035.0035.1=-=-原 原 原原原μμμμμμ 此时动力粘度μ增加了3.5% 1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02 y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。 [解] μρ/)(002.0y h g dy du -= )(002.0y h g dy du -==∴ρμ τ 当h =0.5m ，y =0时 )05.0(807.91000002.0-??=τ Pa 807.9= 1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑 y u A T mg d d sin μθ== 001 .0145.04.062 .22sin 8.95sin ????= = δθμu A mg s Pa 1047.0?=μ 1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律y u d d μ τ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。 [解] 1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。已知导线直径0.9mm ，长度20mm ，涂料的粘度μ=0.02Pa ．s 。若导线以速率50m/s 拉过模具，试求所需牵拉力。（1.O1N ） [解] 2 53310024.51020108.014.3m dl A ---?=????==π y u u u u y u u y ττ= 0y ττy 0 τττ=0 y
《工程流体力学》复习题及参考答案 整理人：郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班 使用专业：热能与动力工程 一、名词解释。 1、雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、湿周 8、恒定流动 9、附面层 10、卡门涡街11、自由紊流射流 12、流场 13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流 17、浓差或温差射流 18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、 自动模型区 二、是非题。 1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。（） 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。（） 3.附面层分离只能发生在增压减速区。（） 4.等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。（） 5.相对静止状态的等压面一定也是水平面。（） 6.平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。（） 7.流体的静压是指流体的点静压。（） 8.流线和等势线一定正交。（） 9.附面层内的流体流动是粘性有旋流动。（） 10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。（） 11.相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。（） 12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。（） 13.壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。（） 14.相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。（） 15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。（） 16.处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。（） 17.流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。 （） 18.流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。（） 三、填空题。 1、1mmH2O= Pa 2、描述流体运动的方法有和。 3、流体的主要力学模型是指、和不可压缩性。 4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时 与的对比关系。
流体力学 实验指导书与报告 静力学实验 雷诺实验 中国矿业大学能源与动力实验中心
学生实验守则 一、学生进入实验室必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律，衣着整洁，保持安静，不得迟到早退，严禁喧哗、吸烟、吃零食和随地吐痰。如有违犯，指导教师有权停止基实验。 二、实验课前，要认真阅读教材，作好实验预习，根据不同科目要求写出预习报告，明确实验目的、要求和注意事项。 三、实验课上必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，遵守操作规程，认真操作，正确读数，不得草率敷衍，拼凑数据。 四、预习报告和实验报告必须独自完成，不得互相抄袭。 五、因故缺课的学生，可向指导教师申请一次补做机会，不补做的，该试验以零分计算，作为总成绩的一部分，累计三次者，该课实验以不及格论处，不能参加该门课程的考试。 六、在使用大型精密仪器设备前，必须接受技术培训，经考核合格后方可使用，使用中要严格遵守操作规程，并详细填写使用记录。 七、爱护仪器设备，不准动用与本实验无关的仪器设备。要节约水、电、试剂药品、元器件、材料等。如发生仪器、设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，应按有关文件规定赔偿。 八、注意实验安全，遵守安全规定，防止人身和仪器设备事故发生。一旦发生事故，要立即向指导教师报告，采取正确的应急措施，防止事故扩大，保护人身安全和财产安全。重大事故要同时保护好现场，迅速向有关部门报告，事故后尽快写出书面报告交上级有关部门，不得隐瞒事实真相。 九、试验完毕要做好整理工作，将试剂、药品、工具、材料及公用仪器等放回原处。洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、气源、水源，经指导教师检查合格后方可离开。 十、各类实验室可根据自身特点，制定出切实可行的实验守则，报经系(院)主管领导同意后执行，并送实验室管理科备案。 1984年5月制定 2014年4月再修订 中国矿业大学能源与动力实验中心
流体力学实验思考题 参考答案 流体力学实验室二○○六年静水压强实验1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？测压管水头指z p ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当p B 0 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 p B 0 ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2 液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而 言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管 4 中，该平面以上的水体亦为真 空区域。 （3）在测压管5 中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4 液面高于小水杯液面高度相等。3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5 油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0 ，由式w h w 0h0 ，从而求得0 。4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水， 0.073N m ，0.0098N m3。水与玻璃的浸润角很小，可以认为cos 1.0。 于是有 h 29.7 d （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10 mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质 不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角较大，其h 较普通玻璃管小。如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5 及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2 及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5 个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5 与水箱之间不符合条件（4），相对管5 和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。
向期末进发！！！ 第一章绪论 1、什么叫流体？流体与固体的区别？ 流体是指可以流动的物质，包括气体和液体。 与固体相比，流体分子间引力较小，分子运动剧烈，分子排列松散，这就决定了流体不能保持一定的形状，具有较大流动性。 2、流体中气体和液体的主要区别有哪些？ （1）气体有很大的压缩性，而液体的压缩性非常小； （2）容器内的气体将充满整个容器，而液体则有可能存在自由液面。 3、什么是连续介质假设？引入的意义是什么？ 流体充满着一个空间时是不留任何空隙的，即把流体看作是自由介质。 意义：不必研究大量分子的瞬间运动状态，而只要描述流体宏观状态物理量，如密度、质量等。 4、何谓流体的压缩性和膨胀性？如何度量？ 压缩性：温度不变的条件下，流体体积随压力变化而变化的性质。用体积压缩系数βp表示，单位Pa-1。 膨胀性：压力不变的条件下，流体体积随温度变化而变化的性质。用体积膨胀系数βt表示，单位K-1。 5、何谓流体的粘性，如何度量粘性大小，与温度关系？ 流体所具有的阻碍流体流动，即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性，简称粘性。用粘度μ来表示，单位N·S/m2或Pa·S。 液体粘度随温度的升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。 6、作用在流体上的力怎样分类，如何表示？ （1）质量力：采用单位流体质量所受到的质量力f表示； （2）表面力：常用单位面积上的表面力Pn表示，单位Pa。 7、什么情况下粘性应力为零？ （1）静止流体（2）理想流体 第二章流体静力学 1、流体静压力有哪些特性？怎样证明？ （1）静压力沿作用面内法线方向，即垂直指向作用面。 证明：○1流体静止时只有法向力没有切向力，静压力只能沿法线方向； ○2流体不能承受拉力，只能承受压力； 所以，静压力唯一可能的方向就是内法线方向。 （2）静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等，与作用方向无关。 证明：
第1页共4页 A卷 流体力学期末试卷B卷 第1学期开课学院：课程号：考试日期： 考试方式：开卷闭卷其他考试时间：120 分钟 一、填空题（共20 分，每空 2 分） 1. 作用在流体上的力按作用方式分有：质量力和表面力。 （4 分） p 2．液体静力学基本方程z c 的几何意义为液体中任意两点的测压 g 管水头相等；则物理意义为单位重量流体具有的位能不变。（4分） 3.尼古拉兹实验将流动分为五个区域，在各个区域内影响沿程阻尼系 数的因素不同，其中紊流光滑区影响的因素为 Re ，紊流粗糙区影响 的因素为 5 6 /d。（4分） H 4．圆管均匀流 3 l 2d 2 4 中，切应力与点到管 2 H z l 1d 1 轴的距离 r 成 1 正比，管轴处 切应力的值为0。（4分） 5.管嘴出流的工作条件是：（1）作用水头 H0<9m 、(2)管嘴长度 l<3~4d。（4 分） 二、名词解释（共10 分，每小题 5 分） 1.理想流体模型 答：当流体粘性较小，忽略它对计算精度不产生影响，因而假定流体不 具粘性，按理想流体计算，这个假定称理想流体模型。（5 分） 2.临界水深 答：明渠流动中，流量一定，断面形式一定，相应于比能最小时的水深。（5 分） 三、计算题（共70 分） 1.如图所示，两水池间的隔板处有一个圆柱体闸门，已知：圆柱体直径D=1m，垂直于图面长 L=1m；左池敞口，水深 H=6m；右池密闭， h=1m，且装有 U 形水银测压管，测压管读数 h 368mm 。求：作用在圆柱体闸门上的静水总压力。（15 分） 解： 1)右液面压强水头：（ 5 分） h0水p0右 /水Hg h / 水 5.0mH 2O 故有：h h0水 6 H mH 2O 2)作用在圆柱体闸门上的静水总压力水平分力：（5分） P x0
流体力学课程实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0《工程流体力学》综合复习资料全
《工程流体力学》综合复习资料 一、 单项选择 1、实际流体的最基本特征是流体具有 。 A 、粘滞性 B 、流动性 C 、可压缩性 D 、延展性 2、 理想流体是一种 的流体。 A 、不考虑重量 B 、 静止不运动 C 、运动时没有摩擦力 3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 。 A 、表面力 B 、万有引力 C 、分子引力 D 、粘性力 4、静力学基本方程的表达式 。 A 、常数=p B 、 常数=+γ p z C 、 常数=+ +g 2u γp z 2 5、若流体某点静压强为at p 7.0=绝，则其 。 A 、 at p 3.0=表 B 、Pa p 4 108.93.0??-=表 C 、 O mH p 27=水 真 γ D 、 mmHg p 7603.0?=汞 真 γ 6、液体总是从 大处向这个量小处流动。 A 、位置水头 B 、压力 C 、机械能 D 、动能 7、高为h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的 静水总压力为 。 A 、2 h γ B 、 2 2 1h γ C 、22h γ D 、h γ 8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面()21d d >上 流动参数关系为 。 A 、2121,p p V V >> B 、2121,p p V V << C 、2121,p p V V <> D 、2121,p p V V >< A 、2121,p p V V >> B 、2121,p p V V << C 、2121,p p V V <> D 、2121,p p V V >< 9、并联管路的并联段的总水头损失等于 。 A 、各管的水头损失之和 B 、较长管的水头损失
最新大学工程流体力学实验-参考答案 参考答案 流体力学实验室 二○○六年 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指γp z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。
一．名词解释（共10小题，每题3分，共30分） 粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深 二．选择题（共10小题，每题2分，共20分） A1．液体粘度随温度的升高而___，气体粘度随温度的升高而___( )。 A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小 B2．等角速度ω旋转容器，半径为R，盛有密度为ρ的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同； 底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。 3．某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 4．静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 处静水压强与受压面积的乘积（）。 A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心; 5．粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。 A．沿程下降B．沿程上升C．保持水平D．前三种情况都有可能。 6．流动有势的充分必要条件是( )。 A．流动是无旋的；B．必须是平面流动； C．必须是无旋的平面流动；D．流线是直线的流动。 7．动力粘滞系数的单位是( )。 A N·s/m B. N·s/m2 C. m2/s D. m/s 8．雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速v cr'和由紊流向层流过渡的临界流速v cr之间的关系是( )。 A. v cr'＜v cr； B. v cr'＞v cr； C. v cr'＝v cr； D. 不确定 9．在如图所示的密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为： A. p1=p2=p3； B. p1>p2>p3； C. p1 工程流体力学及水力学实验报告实验分析与讨论 1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测 压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B <0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ 。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂 直高度h和h 0，由式，从而求得γ 。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm， =0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有(h、d单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。 6.用图1.1装置能演示变液位下的恒定流实验吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由c进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与c点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒 第1章 绪论 选择题 【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体内的固体颗粒； （c ）几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （d ） 【1.2】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变 形速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。 解：牛顿内摩擦定律是 d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度 d d t γ，故d d t γ τμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2 /s ；（b ）N/m 2 ；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2 。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2 。 （a ） 【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （c ） 【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ） 1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1 d 0.51011020 000k p ρ ρ -==???= 。 （a ） 【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时 不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。 （c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （a ） 【1.8】 15C o 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气，621.14610m /s υ-=?水，这说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气 与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有 关，因此它们不能直接比较。 （d ） 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（a ）分子热运动；（b ）分子间内聚力；（c ）易变形 性；（d ）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。 （b ） 1-3在温度不变的条件下，体积为5m3的某液体，压强从0.98×105Pa 增加到4.9×105Pa，体积减小了1.0×10?3m3，求其体积弹性模量。解： K=?V ?p ?V =?5× 4.9?0.98×105 ?1.0×103 =1.965×109Pa 1-7加热炉烟道入口处烟气的温度t1=900℃,烟气经烟道及其中设置的换热器后，至烟道出口温度下降为t2=500℃，若烟气在0℃时的密度ρ0=1.28kg m3，求烟道入口与烟道出口处烟气的密度。 解： ρ入= ρ0 1+at1 = 1.28 1+1 273 ×900 =0.298kg m3 ρ出= ρ0 1+at2 = 1.28 1+1 273 ×500 =0.452kg m3 1-9如图所示，液面上有一面积为1200m2的平板以0.5m s的速度做水平运动，平板下液面分两层，动力黏度和厚度分别为η1=0.142Pa?s， 1=1.0mm,η2=0.235Pa?s， 2=1.4mm，求作用在平板上的内摩擦力。 解： τ=τ1=τ2 即 η1du1 dy1 =η2 du2 dy2 η1u?u′ 1 =η2 u′?0 2 解得： u′=0.23m s F=ηA du dy =ηA u?u′ 1 =1.042×1200×10?4×0.5?0.23 1.0×10?3 =4.6N 1-12如图所示，气缸直径D1=16cm，活塞直径D2=15.95cm，高H=15cm，质量m=0.97kg，若活塞以匀速0.05m s在气缸内下降，试求油的动力黏度为多少？ 解： F=G=τA τ=G A = mg A = 0.97×10 15×10?4×15.95×3.14 =129.06 η=τdy du = 129.06×16?15.96 2 ×10?2 0.05 =0.645Pa·s 2-2已知单位质量流体所受的质量力为f x=zy,f y=axz,f z=bxy,试问在该质量力作用下流体能否平衡。 解： f x dx+f y dy+f z dz =1 ρ ep ex dx+ ep ey dy+ ep ez dz = p ρ 设?π=abxyz e?π ex =abyz=f x=yz e?π ey =abxz=f y=bxz e?π ez =abxy=f z=axy 中北大学 《流体力学》 期末题 目录 第四模块期末试题 (3) 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 (3) 流体力学考试试题（A） (3) 流体力学考试试题（A）参考答案 (6) 中北大学2012—2013学年第1学期期末考试 (8) 流体力学考试试题（A） (8) 流体力学考试试题（A）参考答案 (11) 第四模块 期末试题 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 流体力学考试试题（A ） 所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！ 一、 单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符 合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μ τ =中的 y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、 0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强 p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告 实验日期：2014.12.11成绩： 班级：石工12-09学号：12021409姓名：陈相君教师：李成华 同组者：魏晓彤，刘海飞 实验二、能量方程（伯诺利方程）实验 一、实验目的 1．验证实际流体稳定流的能量方程； 2．通过对诸多动水水力现象的实验分析，理解能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2-1所示。 图2-1 自循环伯诺利方程实验装置 1.自循环供水器； 2.实验台； 3.可控硅无极调速器；4溢流板；5.稳水孔板； 6.恒压水箱； 7.测压机；8滑动测量尺；9.测压管；10.试验管道； 11.测压点；12皮托管；13.试验流量调节阀 说明 本仪器测压管有两种： （1）皮托管测压管（表2-1中标﹡的测压管），用以测读皮托管探头对准点的总水头； （2）普通测压管（表2-1未标﹡者），用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13调节，流量由调节阀13测量。 三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i ）的能量方程式（i =2,3,…,n ） i w i i i i h g v p z g p z -++ + =+ + 1222 2 111 1αγυαγ 取12n 1a a a ==???==，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出 z+p/r 值，测 出透过管路的流量，即可计算出断面平均流速，从而即可得到各断面测压管水头和总水头。 四、实验要求 1．记录有关常数实验装置编号 No._4____ 均匀段1d = 1.40-210m ?；缩管段2d =1.01-210m ?；扩管段3d =2.00-2 10m ?； 水箱液面高程0?= 47.6-2 10m ?；上管道轴线高程z ?=19 -2 10m ? （基准面选在标尺的零点上） 2．量测（p z γ + ）并记入表2-2。 注：i i i p h z γ =+ 为测压管水头，单位：-2 10m ，i 为测点编号。 3．计算流速水头和总水头。 1、定常流和非定常流的判别？ 2、为何提出“平均流速”的概念？ 3、举例说明连续性方程的应用。 3.4 流体微元的运动分析 一、流体微元运动的三种形式 1．平移运动 x 、y 方向的速度不变，经过dt 时间后，ABCD 平移到A ‘B ’C ‘D ’位置，微元形状不变。 2．直线变形运动 流体微元沿x （流动）方向变形。 3．旋转运动与剪切变形运动 流体微元沿x 方向和y 方向均有变形，且流体微元 除了产生剪切变形外，还绕z 轴旋转。 实际流体微元运动常是上述三种或两种（如没有转动）基本形式组合在一起的运动。 二、作用在流体微元上的力 有表面力（压力）、质量力、惯性力、粘性力（剪切力） 龙卷风 水涡旋 3.5 理想流体的运动微分方程及伯努利积分 一、理想流体的运动微分方程（15分钟） 讨论理想流体受力及运动之间的动力学关系，即根据牛顿第二定律，建立理想流体的动力学方程。 如图所示，从运动的理想流体中取一以C （x 、y 、z ）点为中心的微元六面体1－2－3－4，作用于其上的力有质量力和表面力，分析方法同连续性方程的建立，只是这是一个运动的流体质点。 根据牛顿第二定律，作用在微元六面体上的合外力在某坐标轴方向投影的代数和等于此流体微元质量乘以其在同轴方向的分加速度。 在x 轴方向 x x ma F =∑ 图 微元六面体流体质点 可得1122x x p p dF p dx dydz p dydz ma x x ??? ?? ?+- -+= ? ???? ?? ? 因为 dt du a dt u d a x x = =, ，dt du a dt du a z z y y ==, 所以流体微元沿x 方向的运动方程为 x x du p f dxdydz dxdydz dxdydz x dt ρρ?- =? 整理后得 《流体力学》试题 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．流体在叶轮内的流动是轴对称流动，即认为在同一半径的圆周上（） A．流体质点有越来越大的速度 B．流体质点有越来越小的速度 C．流体质点有不均匀的速度 D．流体质点有相同大小的速度 2．流体的比容表示（） A．单位流体的质量 B．单位质量流体所占据的体积 C．单位温度的压强 D．单位压强的温度 3．对于不可压缩流体，可认为其密度在流场中（） A．随压强增加而增加 B．随压强减小而增加 C．随体积增加而减小 D．与压强变化无关 4．流管是在流场里取作管状假想表面，流体流动应是（） A．流体能穿过管侧壁由管内向管外流动 B．流体能穿过管侧壁由管外向管内流动 C．不能穿过侧壁流动 D．不确定 5．在同一瞬时，位于流线上各个流体质点的速度方向总是在该点，与此流线（）A．相切 B．重合 C．平行 D．相交 6．判定流体流动是有旋流动的关键是看（） A．流体微团运动轨迹的形状是圆周曲线 B．流体微团运动轨迹是曲线 C．流体微团运动轨迹是直线 D．流体微团自身有旋转运动 7．工程计算流体在圆管内流动时，由层流变为紊流采用的临界雷诺数取为（）A．13800 B．2320 C．2000 D．1000 8．动量方程是个矢量方程，要考虑力和速度的方向，与所选坐标方向一致为正，反之为负。如果力的计算结果为负值时（） A．说明方程列错了 B．说明力的实际方向与假设方向相反 C．说明力的实际方向与假设方向相同 D．说明计算结果一定是错误的 9．动量方程（） A．仅适用于理想流体的流动 B．仅适用于粘性流体的流动 C．理想流体与粘性流体的流动均适用 D．仅适用于紊流 10．如图所示，有一沿垂直设置的等截面弯管，截面积为A，弯头转角为90°，进口截面1－1与出口截面在2－2之间的轴线长度为L，两截面之间的高度差为△Z，水的密度为ρ，则作用在弯管中水流的合外力分别为（） A． B． C． 流体力学实验思考题解答 （一）流体静力学实验 1、 同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 答：测压管水头指γ p Z + ，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测 压管水头线指测压管液面的连线。从表1.1的实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2、 当0 管路沿程阻力系数测定实验 1． 为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如实验管道安装成倾斜，是否影 响实验成果？ 现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例说明（图中A —A 为水平线）： 如图示O —O 为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设21v v =， ∑=0j h ，由能量方程可得 ??? ? ??+-???? ?? +=-γγ221121p Z p Z h f 1112222 1 6.136.13H H h h H h h H p p +?-?-?+?+?-?+-= γ γ 11222 6.126.12H h h H p +?+?+-= γ ∴ ()()122211216.126.12h h H Z H Z h f ?+?++-+=- )(6.1221h h ?+?= 这表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。 2．据实测m 值判别本实验的流动型态和流区。 f h l g ～v lg 曲线的斜率m=1.0～1.8，即f h 与8.10.1-v 成正比，表明流动为层流 （m=1.0）、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。 3．本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。 通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。 如果由于误差所致，那么据下式分析 d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。工程流体力学及水力学实验报告(实验总结)
(完整版)工程流体力学习题集及答案
工程流体力学(刘向军编)部分习题答案
流体力学 期末试题(答案)
流体力学-伯努利方程实验报告
流体动力学及工程应用
工程流体力学期末考试试题
流体力学实验思考题解答
土木工程流体力学实验报告实验分析-与讨论答案
相关主题
文本预览