工程流体力学 禹华谦 习题答案 第1章

第一章1.1试谈牛顿内摩擦定律？ 摩擦力产生的根本原因是什么？ (参考点数： 8分)答：当流体内存在相对运动时，流体内产生内摩擦力以抵抗内摩擦力，牛顿经过多个牛顿平板试验求出单位面积内摩擦力：=F/A=du/dy是牛顿内摩擦的规律。 产生摩擦力的根本原因是流体内存在相对运动。1.2液体和气体的粘性随温度的上升和下降而变化，变化趋势相同吗？ 为什么(参考点数： 8分)a :不是。 液体的粘度随温度升高而减少，气体的粘度随温度升高而增加。 其原因是液体的分子间距离小，凝聚力强，粘性作用主要来源于分子凝聚力，液体的温度上升，其分子间距离增大，凝聚力减小，粘度随温度上升而减小，因此气体的凝聚力极小，其粘性作用可以说完全是分子热运动中运动量交换的结果。 气体温度升高时热运动加剧，其粘度随温度升高而增加。什么是1.3流体连续介质模型？ 阐述了引入连续介质模型研究流体机械运动规律的必要性。a :流体的连续介质模型：假设流体由连续分布的流体质点构成，流体所占据的空间充满了完全没有间隙的流体质点，可以认为流体质点在时间经过中是连续运动的。 根据流体连续介质的假设，表示流体性质和运动特性的物理量和力学量通常是空间坐标和时间变量的连续函数，因此可以用数学分析方法研究流体运动，解决流体力学问题。1.4什么是表面张力？ 让我们从物理上解释一下表面张力现象。答：液体的表面张力是液体自由表面上相邻部分之间的张力，其方向与液面相接，与相邻部分的边界线垂直。 表面张力是分子引力在液体表面的宏观表现。 例如，在液体和气体接触的自由表面上，液面上的分子在液体内部的分子的吸引力和其上部的气体分子的吸引力之间失衡，其合力的方向垂直于液面指向液体内部。 由于合力，表层的液体分子试图收缩到液体的内部，液体有尽可能缩小其表面的倾向，沿着液体的表面产生拉伸力，即表面张力。1.5动粘度=0.172Pas的润滑油充满两个同轴圆柱的间隙，外筒固定，内径D=12cm，间隙h=0.02cm，(1)内筒以速度U=1m/s沿轴线方向移动时，内筒表面的剪切应力1如图1-3(a )所示，(2)内筒转速n=180r/min解：内筒外径(1)内筒以速度U=1m/s沿轴线方向移动时内筒表面的剪切应力(2)内筒以转速n=180r/min旋转时，内筒旋转角速度、内筒表面的剪切应力如1.6图所示，=40mm的平行平板之间充满了运动粘度=0.7Pas的液体，液体中a=60mm的薄平板以U=15m/s的速度水平向右移动。 假设平板运动引起的液体流动的速度分布为线性分布。 求出： h=10mm时，薄平板的单位宽度受到的电阻t。解答：如图1.7图所示，0.8m0.2m的平板在油面上水平运动，运动速度U=1m/s，平板与固定边界的距离=1mm，油的运动粘度=1.15Pas，由平板引起的油的速度呈直线分布，求出平板受到的阻力。解答：1.8水温上升时，为了防止水管因体积膨胀而破裂，通常在系统上部设置膨胀罐，系统内水的总体积为10m3，加温前后的温度差为50，在该温度范围内水的体积膨胀系数V=0.0005/。 求出膨胀罐的最小容积Vmin。解：是的，我知道Vmin=0.25m3将距离1.9a=2mm的2片平板插入水中，求出水的表面张力系数=0.0725N/m、接触角=8、两平板