工程流体力学课后答案第三章流体动力学基础

1、3. 解:ih78第3章 流体动力学基础UxUxUxUxax-UxUyUzt-yz22Ux2Uy22 2t 2- 2y t y z26t 4- 2y2z 34UyUyUyUyaytUxUy-Uz-yz1UyU-1ty z t -z1-y2z3UzUzUzUzaztUx-Uy-Uz-yz1UxUz12t2- 2y ty z1t-2yz11aa；2ay2az35.86 m. s23.2 解:(1)ax3uxy3xy265o oUy xy xy 32ay2yUy1532-y33aJa；2ay33.7310m s2(2 )二元流动(3)恒定流(4 )非均匀流3.3 解：u max8h07 U max

2、bh1hy 7Q udAA 0v3.4解:g2gg3.5解:(1)(2)3.6解：渠中:3.7解:V2管中:VAd2d1max2Q3d 3 V34Q2 Q3Qiq1Vi4Q1Q1Q2Vbq2Q220.110.07850.02 m sm3 s0.1 m3 s0.15 m3 s2.12 m s3.18 ms d2v1bh 3m/s 2m4Q2V22dB44dA21m 6 m3 sQ1 1.2 m3. sV2 7 d21.0186 m1.5 0.420.226m s以过A点的水平面为等压面,HaPag2Va2gHbPbg309.82Vb2?1.5可以看出:Ha或：zAPa629.8409.8，水将从

3、4.8980 mH 2O出 5.6964mH2。2 9.8点流向A点。ZbPb解得水头损失为：hw0.7984 mH 2O，水将从B点流向A点。 .8解:1V12g3.91- 1、2 2、3 3为等压面由左边：p左P1gh1由右边：p右P2gh2且：P2P1pghpo2P 左u maxA因为:则:解得:2maxu max或直接由公式:解:ViAiV2A2莎P2Pi + g h2hipghp ghpp ghp3.85 m. s0.84Umax 3.23m svA 101.61. sUmax2g P 1121.6 32.5以过22断面渠底处的水平面为基准面2Lsinh|0 h2hp求。00,对1

4、1和22过水断面列能量方程:22V22g12d 2v 3.11 解:hw Lsinh1 h22g1V120000.005m1.6 m2.52 m10.2852m3.10 解：(1)阀门关闭时,和2 2列能量方程:(2)H10 00.510 0（题意理解一：2vhw 2是整个管路的水头损失）2g5m得：H1阀门开启时，对1 1和3 3列能量方程:2H10 -2g22 2g5 2g5.7154m sd2v40.12 5.7154 0.04489 m3 s 44.891. s（题意理解二:hwv2、+、2 2g是至压力表断面的管路水头损失）(2)阀门开启时，对H11 1和2 2列能量方程:22 2g

5、22 2g2v2 3 2g,2g19.6 4.4272m s 0.12 4.4272 0.03477 m3 s 34.771 s40V21、2()V1d24v1(Z1P1) (Z2P2)P1 P2gggHgoilhpoil13600 850850hP19.6 15 0.15Y 151.715 m sP12V1P22V2g2gg2g2V22V115 215hpV12g2g15hp 2.25mH2O对1 1和2-2断面列能量方程:V1Q V1d；2 51.171 s43.12解:或: K 护（d：g 1 忖1V10.224a. h 0.95 0.0359. 2.252.8 100.05241.42

6、60%2 9.820.0359( m /s)0.05117m3/s 51.171 /s以过管轴线的水平面为基准面0 0,对1 1和2 2列能量方程:2 2V_21 堂9 2g g 2g13.0986 叹d23.133.14V2P1P22V19.878.4 6.379.8亞 J4 2.8 10 m 0.0165m 1.65cm v2.13.09861.42602解：集流器外大气中取断面 1-1与玻璃管处断面2- 2列伯努利方程2V2Paair2V22gV2解：对PaH2OgHait g2gair1.290.15116.3m,2g 116.347.74ms2 2d20.23 V247.741.49

7、9 m s41- 1和2-2断面列能量方程:2V12gZ22V22g hw3v12hi h20.12mV1A2V2 v21.380.766v2A11.8V21.6057 m/sV11.231 m/sQ5.9829 ms3.15 解：34Q 4 6.65 10V0.8467 m/sd20.12对1- 1和2-2列能量方程2g4g2h1QJ亠h222112od0/2水泵hsP25.62P22ghw04672 0.322 9.8P2g0.59765mhv 5.9765m3.16 解:4Q41 8V1D21.521.0186 m s4 1.8V212.2918 m s对1-1和2-2列能量方程：22P

8、1V1V2g2gg2gP2P11 2 V12V240012丄 1.0186222P1P1A140041.52706.8583 kN2.2918 2397.8925 kPa0D-P1T；研卜 0P2P2A2 397.892512 312.5041kN4对1-1和2-2列动量方程：RP2 FxQ 2V2Fx P1P2Q 2V2706.8583312.50411V11V11 1.8 2.29181.0186392.0624 kN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：Q2Q2 Q Q1241 s0 x方向：Q01xq22V 2 cosQ vRRQ2V2 cosQ

9、vVQ2 cosqy方向：Q11V1Q22v2 sin0QiVi1sinQ2v2230R 100024 30 10 3 cos 3036 10 330456.46 N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：1 21 2Q vA12 6 2m/S 24/V| A-i v1 H 12 6V2A2H 25P1P2Rq2 V21V1RPP2q2 V21V119.8622kN12-9.8 5 2kN 1 241 2.4 1 2 kN2298.2kN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:“岸凭22 3J83lms4Q4

10、0.1、e 21- P22 d20.1525.6588m sR pi 4di2 120 -曲 3.7699kNFy FFx对1- 1和2-2列能量方程:水流对弯管的动水压力为3.57kN，方向与图示方向相反。P221V12g2P1V12gP222V22g1203183125.658822109.0548 kPap2 d；109.05484对1 2之间的水体列动量方程:P20.1521.9272kNx方向:P cosP2FxV2 V1cosFxR cosP2V2V| cos37699cos60 1.9272 1 0.1 15.6588 3.1811cos600.4489kNy方向:R1 sinF

11、yQ 0 v1 sinQ sinP1 sin1 0.1 13.1811 sin 603.7699 sin 603.5405 kN为负，说明实际R方向与假设方向相反，方向铅直向下。则：F . Fx2F；.0.4489 23.5405 23.5689 kN与水平方向夹角:arctanFyFx3.5405arctan82.77400.448982 462603.20 解:程求解:(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：v进 u 18km/ h 5m/ sv 出 w = 9m/s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3.21 解:推进

12、装置的输入功率为:N入=Q(推进装置的效率为:出 -21071.43%N 入 w u 14(1)计算叶片对水流的作用力取1 1、 2断面之间水体为脱离体，如图所示取x、y坐标轴。由于 1 1、22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 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方向的动量方程R Q(w u)10.9 (9- 5)3.6kN(2 )求船的推进效率推进装置的输出功率为：N出=Ru= Q(w u)u 3.6 5 18JRx2QV2 cos2QvQv cos Qv所以RxQv 1 cos由上式可知：

13、因为 cos180 时，cos则 Rxmax2 Qv(2)平板时 90，所以cos则此时Rx平Qv2倍，这也是水力可见，曲面叶片上受到的最到作用力为平板所受作用力的 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:Rxrv u A v u 1 cos八2/Av u 1 cos3.22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Pl和Pc，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：2v21v1P1PcR式中:(连续性方程)bH

14、QbhcPlPc取 121.0则：RgbH2h2q2丄丄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gbH2heQ211dRQ令gbhcdhcb忙d2R2 Q2又. 2gb3dhcbhc故R有极大值，为:3.23hc3 Qb22解：(1)求管中流速Q1 Q3 2Q2Q2丄(0.2 0.1) 0.15m3/s22Q2d2VX23 Q3厂RxRy3d32d9Aq222呂2Q1 4Q1A|iid 14 0.22.8294 m/sV2Q2A24Q2nd4 0.153.14 0.1528.4883 m/sV3Q34QA3nd34 0.13.14 0.223.1831m/s(2)计算作用于断面1-1与3-3上动水总压力:PP1A120 丄 3.14 0.32 1.4137kN4P3P3 A315 3.1440.220.4712kN因两侧叉管直接喷入大气，故P30 ,P40对管中(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),水流沿x、y方向分别写动量方程式x 方向：2 Q2 2v2 cos(