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ddvy,而且速度梯度ddvy是流体微团的剪切变形速度ddt,故ddt。(b)【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是:(a)m2/s;(b)N/m2;(c)kg/m;(d)N·s/m2。解:流体的运动黏度υ的国际单位是/sm2。(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RTp。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)1/20000;(b)1/1000;(c)1/4000;(d)1/2000。解:当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约95d1d0.51011020000kp。(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时空气和水的运动黏度6215.210m/s空气,621.14610m/s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)计算题【1.10】黏度μ=3.92×10﹣2Pa·s的黏性流体沿壁面流动,距壁面y处的流速为v=3y+y2(m/s),试求壁面的切应力。解:由牛顿内摩擦定律,壁面的切应力0为22000d(32)3.9210311.7610Padyyvyy【1.11】在相距1mm的两平行平板之间充有某种黏性液体,当其中一板以1.2m/s的速度相对于另一板作等速移动时,作用于板上的切应力为3500Pa。试求该液体的黏度。解:由ddvy,3d11035002.917Pasd1.2yv【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r),其高为dh。这里RrhH该处速度()RvhrhH剪切应力()vRhrH高为dh一段圆锥体的旋转力矩为d()()2Mhrdcoshrr2RhH2dcoshr其中tanrh代入32tan2dcosRhhH总旋转力矩23002tand()dcosHRMMhhh342tancos4习题.121图hdhr其中rad/s7.15602150s,Pa1.030.3tan0.6,cos0.857,0.5m,110m0.5RHH代入上式得旋转力矩34320.115.70.60.538.83Nm1100.8574M【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r处取dr的圆环,如图。其上面的切应力rr则所需力矩d2Mr32ddrrrrr总力矩4223002dd32dddMMrr【1.14】当压强增量p=5×104N/m2时,某种液体的密度增长0.02%。求此液体的体积弹性模量。解:液体的弹性模量48dd5102.510Padd0.0002ppE角速度绕其中心轴旋转。【1.15】一圆筒形盛水容器以等试写出图中A(x,y,z)处质量力的表达式。解:位于(,,)Axyz处的流体质点,其质量力有22cosxfrx惯性力22sinyfry重力zfg(Z轴向上)故质量力的表达式为22xygFijk【1.16】图示为一水暖系统,为了防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一dδω习题.131图rdrO习题.151图Ayxθ膨胀水箱。若系统内水的总体积为8m3,加温前后温差为50℃,在其温度范围内水的热胀系数α=0.0005/℃。求膨胀水箱的最小容积。解:由液体的热胀系数1ddVVT公式,据题意,0.0005/℃,38mV,d50T℃故膨胀水箱的最小容积3dd0.00058500.2mVVT【1.17】汽车上路时,轮胎内空气的温度为20℃,绝对压强为395kPa,行驶后,轮胎内空气温度上升到50°С,试求这时的压强。解:由理想气体状态方程,由于轮胎的容积不变,故空气的密度不变,故00ppTT,其中0395kPap,020273293KT,50273323KT得395323435.4kPa293p【1.18】图示为压力表校正器。器内充满压缩系数为k=4.75×10﹣10m2/N的油液。器内压强为105Pa时,油液的体积为200mL。现用手轮丝杆和活塞加压,活塞直径为1cm,丝杆螺距为2mm,当压强升高至20MPa时,问需将手轮摇多少转?d习题.181图解:由液体压缩系数定义ddkp,锅炉散热器习题.161图设mV,dΔmmVVV因此,dΔΔVVV,其中手轮转n转后,体积变化了2Δ4VdHn(d为活塞直径,H为螺距)即224d4dHnkpVdHn,其中1024.7510m/Nk,65d(201010)Pap得1065d4.7510(201010)kp23-3-3230.01210420010100.012104nn解得12n转【1.19】黏度测量仪有内外两个同心圆筒组成,两筒的间隙充满油液。外筒与转轴连接,其半径为r2,旋转角速度为。内筒悬挂于一金属丝下,金属丝上所受的力矩M可以通过扭转角的值确定。外筒与内筒底面间隙为a,内筒高H,如题1.19图所示。试推出油液黏度的计算式。解:外筒侧面的切应力为2/r,这里21rr故侧面黏性应力对转轴的力矩1M为21112rMrHr(由于a是小量,HaH)对于内筒底面,距转轴r取宽度为dr微圆环处的切应力为/ra则该微圆环上黏性力为22d2drFrra故内筒底面黏性力为转轴的力矩2M为习题.191图Hr1r2aω13421012d2rMrrraa显然421212121212()arHMMMrarrr即4212121212()MarHrarrr第2章流体静力学选择题:【2.1】相对压强的起算基准是:(a)绝对真空;(b)1个标准大气压;(c)当地大气压;(d)液面压强。解:相对压强是绝对压强和当地大气压之差。(c)【2.2】金属压力表的读值是:(a)绝对压强;(b)相对压强;(c)绝对压强加当地大气压;(d)相对压强加当地大气压。解:金属压力表的读数值是相对压强。(b)【2.3】某点的真空压强为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为:(a)65000Pa;(b)55000Pa;(c)35000Pa;(d)165000Pa。解:真空压强是当相对压强为负值时它的绝对值。故该点的绝对压强64ab0.1106.51035000Pap。(c)【2.4】绝对压强abp与相对压强p、真空压强vp、当地大气压ap之间的关系是:(a)abvppp;(b)abappp;(c)vabappp;(d)vappp。解:绝对压强-当地大气压=相对压强,当相对压强为负值时,其绝对值即为真空压强。即abavpppp,故abvappp。(c)【2.5】在封闭容器上装有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)p1p2p3;(b)p1=p2=p3;(c)p1p2p3;(d)p2p1p3。解:设该封闭容器内气体压强为0p,则20pp,显然32pp,而21Hgphph气体,显然12pp。(c)321水汞习题.52图p0h习题.62图ABhph【2.6】用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差,水银面高度hp=10cm,pA-pB为:(a)13.33kPa;(b)12.35kPa;(c)9.8kPa;(d)6.4kPa。解:由于222HOHOHOHgApBpphhphh故2HgHO()(13.61)98070.112.35kPaABppph。(b)【2.7】在液体中潜体所受浮力的大小:(a)与潜体的密度成正比;(b)与液体的密度成正比;(c)与潜体的淹没深度成正比;(d)与液体表面的压强成反比。解:根据阿基米德原理,浮力的大小等于该物体所排开液体的重量,故浮力的大小与液体的密度成正比。(b)【2.8】静止流场中的压强分布规律:(a)仅适用于不可压缩流体;(b)仅适用于理想流体;(c)仅适用于粘性流体;(d)既适用于理想流体,也适用于粘性流体。解:由于静止流场均可作为理想流体,因此其压强分布规律既适用于理想流体,也适用于粘性流体。(d)【2.9】静水中斜置平面壁的形心淹深Ch与压力中心淹深Dh的关系为ChDh:(a)大于;(b)等于;(c)小于;(d)无规律。解:由于平壁上的压强随着水深的增加而增加,因此压力中心淹深hD要比平壁形心淹深Ch大。(c)【2.10】流体处于平衡状态的必要条件是:(a)流体无粘性;(b)流体粘度大;(c)质量力有势;(d)流体正压。解:流体处于平衡状态的必要条件是质量力有势(c)【2.11】液体在重力场中作加速直线运动时,其自由面与处处正交:(a)重力;(b)惯性力;(c)重力和惯性力的合力;(d)压力。解:由于流体作加速直线运动时,质量力除了重力外还有惯性力,由于质量力与等压面是正交的,很显然答案是(c)计算题:【2.12】试决定图示装置中A、B两点间的压强差。已知h1=500mm,h2=200mm,h3=150mm,h4=250mm,h5=400mm,酒精γ1=7848N/m3,水银γ2=133400N/m3,水γ3=9810N/m3。习题.122图BAh1h2h3h411334h52水酒精水水银解:由于31222Aphph而321354324()Bpphphhh因此25432413()Bpphhhh即22354241331ABpphhhhhh354241331()hhhhh1334000.29810(0.4