工程流体力学课后答案第三章流体动力学基础

1、第3章 流体动力学基础3.1 解:3.2 解：(1) ax 二 uxy3 3xy2Uy 二甘-廿二 32(2 )二元流动(3)恒定流(4 )非均匀流3.3 解：hL_21_,v2v3_d d2 严 $3.7 解:以过A点的水平面为等压面，则可以看出：Hb H A，水将从B点流向A点。或:Pa'g2VA2g2"Pg Vihw3.5 解：(1) Q3d；v3 = 0.0785 m3 s4(2) vi =4°2 =2.12 msjidi3.6 解：渠中： Qt =Vtbh =3m/s 2m 1m =6m3 s官中：Q2=Q-Q1=1.2m3.s=V2，： d24解得水头损

2、失为：hw二-0.7984 mH 2O，水将从B点流向A点。3.8解：1 1、2 2、3 3为等压面。由左边:p左=P1动1由右边:p 右二 P2'gh2且:P2 二 P1'pghp因为：2ZP左Umax二 z-Pg2g则：U max p 右p 左”.P 右3.93.10失）3.113.123.133.143.153.16Umax 3.85m s解得：v = 0.84umax = 3.23m sQ =vA =101 .61. s或直接由公式：umax求。p解：以过22断面渠底处的水平面为基准面00,对11和解：22过水断面列能量方程:(1)阀门关闭时，对1 1和2 2列能量方程

3、:（题意理解一:阀门开启时,(2) Q = d2v4h22“叱是整个管路的水头损对 1 1和3 3列能量方程:二一 0.12 5.7154 =0.04489 m3s =44.891 s4（题意理解二:阀门开启时，对n 2 n(2) Q = d2v =442hw=2話是至压力表断面的管路水头损失）1 1和2 2列能量方程:0.12 4.4272 = 0.03477m3 s =34.771 s解：对1 1和2 2断面列能量方程:或:兀 2K d142g(” _1兀20.2452 x 9 829.8= 0.0359( m /s)严)4-10.1解:以过管轴线的水平面为基准面 0 0,对1 1和2 2

4、列能量方程:解：集流器外大气中取断面11与玻璃管处断面22列伯努利方程解：对1 1和2 2断面列能量方程：解：对1 1和2 2列能量方程：解：对1-1和2-2列能量方程：对1-1和2-2列动量方程：答：渐变段镇墩上所受到轴向推力为392.06kN，方向水平向右。3.17 解：x方向： y方向：射流对平板的作用力与 R互为反作用力，大小相等，方向相反。3.18 解：列水平方向的动量方程：答：每个闸墩所受的水平推力为98.2kN，方向水平向左。3.19 解：对1 1和2-2列能量方程：对1 2之间的水体列动量方程：X方向y 方向：P1sin r Fy 二 g 一： 0 vin rP cos日 一

5、F2 - Fx = PPM w cosT )为负，说明实际Fy方向与假设方向相反，方向铅直向下。则：F 二 Fx2 Fy2 =. 0.4489 2 3.5405 2 = 3.5689 kN与水平方向夹角：水流对弯管的动水压力为3.57kN，方向与图示方向相反。3.20 解:(1)求船的推进力取船内流管的全部内壁轮廓为控制体，进水速度为船只的行进速度：水泵对于水的推力，也就是水对于船的反作用力，即船的推进力，可用动量方程求解：(2 )求船的推进效率推进装置的输出功率为：N出=Ru= g(w-u)u=3.6 5=18J2 2推进装置的输入功率为：N入=?Q(-)2 2推进装置的效率为nN出2u10

6、n71.43%N入w u143.21 解:(1)计算叶片对水流的作用力y取1 1、2 2断面之间水体为脱离体，如图所示取x、y坐标轴。由于11、2 2断面在同以水平面上， 因此位置Z相同，又压强均为大气压强 Pa =0(相对压强)。故能量方程可得 V2二V。由于叶片对称，y方向无作用力；设叶片对脱离体的作用力为Rx，写x方(Q 、向的动量方程：-Rx =2 P v2 cosE I-PQvX < 2 2 丿所以Rx = ；Qv 1 - cos :由上式可知：因为 cos： ： 0 ,： =180时，cos： =-1则 Rxmax =2 'QV(2)平板时卞=90，所以cos：? =

7、0则此时Rx = :?Qv可见，曲面叶片上受到的最到作用力为平板所受作用力的2倍，这也是水力机械叶片为什么做成曲面叶片的原因。(3)当弯曲叶片以速度 u向右移动时，前面表达式应该改成：3.22 解:取渐变流1 1和C C断面以及液流边界所包围的封闭曲面为控制面，作用在控制面上的表面力有两渐变流过水断面上的动水压力R和巳，闸门对水流的作用力R'以及渠底支撑反力 N。质量力有重力 G。 在x方向建立恒定总流动量方程：式中：Qv1(连续性方程)bH取 S = J =1.0则:R' = 1 Qgb H 2 - h；2b因水流对闸门的冲击力 R与R'为一对作用力与反作用力，故dR-gb札译dhc-0d2R dh：gb普bhc故R有极大值，为：3.23 解:(1) 求管中流速(2) 计算作用于断面1-1与3-3上动水总压力：因两侧叉管直接喷入大气，故巳=0 , P4 =0(3) 令管壁对水体的反作用力在水平和铅垂方向的分力为R及R(如图)，对管中 水流沿x、y方向分别写动量方程式x 方向：2PQ2 P2v2 cos0(PQQw - PQ3B3V3) = P - P3 - Rx为负，说明实际 R方向与假设方向相反，