发布时间 : 星期六 文章流体力学 - 丁祖荣 - 上册 - - - 习题解析更新完毕开始阅读61a0570858fb770bf68a551e
?Aout(v?n)dA??(v?n)dA?0
Ain 答：um?πum/4
解： 由不可压缩流体积分形式的连续性方程（取宽度为1）
?Ain(v?n)dA??(v?n)dA?0
Aout
?Ain(v?n)dA??2?u0(1?b202yybbb)dy??2u0(y?)??2u0(?)??u0 bb0242b2b-22b2
?Aout(v?n)dA??umcos(?by)dy?bum?2bsin(y)?um ?b?b?2b2 由?b2b?u0?um?0，可得um?u0
42?BP4.3.1 在大气中一股空气射流以速度V吹到一与之垂直的壁面上（见图BP4.3.1示），壁
面上的测压孔与U形管水银计相通。设测压计读数Δh = 3.5 mmHg，空气密度ρ=1.293 kg / m3，试求空气射流的速度V。 提示：U形管测到的是射流总压强。
答：V =26.9 m/s
解：U形管测压计测到的是总压强，按伯努利方程有
p0?p?1?V2 2 水银液位差Δh相应于流体动压强 p0?p?1?V2??mg?h 2V?(2?m?gΔh)1/22(13.6?103kg/m3)2-31/2?[(9.81m/s)(3.5?10)]?26.9m/s 31.293kg/mBP4.3.2 一梯形薄壁堰如图BP4.3.2所示，底宽为b，两侧边倾斜角均为θ，水面高恒为h，
试求水流的体积流量Q。
提示：本题与三角堰流量计属同一类型，设法利用三角堰的结果可简化计算 答：Q?242gh3/2(b?htan?) 3582g(tan?)h5/2 1522gzbdz?2gbz3/23h0解：左右两块三角形正好拼成孔口角为2θ的三角堰，按例B4.3.1B Q1? 矩形部分流量为 Q2? 总流量为
?h0?22gbh3/2 3 Q?Q1?Q2?82242g(tan?)h5/2?2gbh3/2?2gh3/2(b?htan?) 15335BP4.3.3 为测量水管中的流速，在管壁和轴线上安装U形管测压计如图所示。水管直径d =
50 cm，U形管内液体的密度为ρ1= 800 kg/m3，液位差为Δh =30 cm，试求轴线上的速度V。
提示：本题是另一种形式的毕托测速管装置，U形管内的工作液体比水轻。 答：V =1.08 m/s
解：沿轴线列伯努利方程，O点为驻点 p0?p?1?V2，V?[2(p0?p)/?]1/2 (a) 2 设U形管中左、右液面为2、3，左液面离管壁距离为b，由静力学关系轴心压
强为
p?p2??g(b?d/2)?p3??1g?h??g(b?d/2) p0?p3??g(?h?b?d/2)
p0?p?(???1)g?h 代入（a）式可得
1/21/2??? V??(1?1)2g?h????800????(1?)2(9.81m/s2)(0.3m)?1000???1.08m/s
BP4.3.4 集流器通过离心式风机从大气中吸取空气，在d = 200 mm的流通管壁上接单管测
压计到一水槽内，如图所示。若水面上升高度为 h = 250 mm ，试求集流器中的空气流量Q，空气密度为ρ=1.29 kg/m3。
提示：取无穷远处为一参考点；集流器壁测压管口的压强为负压强。 答：Q =1.94 m/s
解：取无穷远处为参考点列伯努利方程，且对静止大气 V∞= 0, p∞= 0
3
V?2p?V2p????0,V??2p/?
2g?g2g?g 设水的密度为ρ1，单管测压计测得p = -ρ1g h V?2gh?1/??2(9.81m/s2)(0.25m)(1000/1.29)?61.7m/s
Q?VA?V?4d2?(61.7m/s)π(0.2m)2?1.94m3/s 4BP4.3.5 图BP4.3.5示一虹吸管将贮水池A的水吸出，流入下方的贮水池B。虹吸管直径
为6.8 cm，A池水面离管出口垂直距离为H = 3m，虹吸管最高处C点与A池水面的垂直距离为h = 3 m，不计流动损失，试求（1）虹吸管中的体积流量Q（m3/h）；（2）最高处C的压强（m H2O）；(3)若将虹吸管出口延伸至B池水中，试讨论管内流量应由什么因素决定？以上计算对已知条件是否有限制？
提示：（3）将虹吸管出口延伸到池水中后，取两池的水面为参考位置列伯努利方程；限
制条件可考虑保证管内流动连续的条件。
答：Q =100 m3/h，pc=-6 mH2O 解：（1）对①，②截面列伯努利方程
V12p1V22p?z1???z2?2 2g?g2g?g
由V1= 0，p1 = p2 = 0， V2?2g(z1?z2)?2gH?2(9.81m/s2)(3m)?7.67m/s
Q?V2A?(7.67m/s)π(0.068m)2?0.028m3/s?100.3m3/h 4 （2）对②，③截面列伯努利方程
V32p3V22p?z3???z2?2 2g?g2g?g 由V2 = V3，p2 = 0,
p3?z2?z1??(h?H)??6m ?g（3）当虹吸管伸入B池水中后管内流量由两池液位差决定；限制条件是 h + H ≤10 m
BP4.3.6 图示一大水池水深h = 5m，池底有一根排水管长l = 10 m，出口处装有闸门。放水
前水池中的水保持平静，闸门突然打开后，水池水位逐渐下降，试求出水口的流速随时间变化的规律（不计流动损失）。 提示：本题为一维定常流，取大水池液面和排水管出口为参考位置列不定常伯努利方程。 答：V = 9.9tanh (0.495t)
解：对①，②截面列不定常流伯努利方程
V12p1V22p1?z1???z2?2? 2g?g2g?gg?V?0?tdsl （a）
排水管内速度V2沿l不变，积分项可得
?VdV2 ds?l?0?tdtlV22dV?l2?g(z1?z2)?gh 由V1= 0，p1 = p2 = 0，由（a）式2dt或
dV2dt ?2gh?V222l 积分得
1Vttanh?1(2)??C （b）
2l2gh2gh-
当t = 0时V2 = 0, tanh 10 = 0, C= 0；
2gh?2(9.81m/s2)(5m)?9.9m/s
2gh9.9m/s??0.495s-1，由（b）式可得 2l2?10m2ghtanh(2ght)?9.9tanh(0.495t) 2l V2?BP4.4.1 有多个出入口的密封贮水容器如图所示，各出入口的流量与平均速度分别为Q1 =
19.8 l/s，V1= 45.7 m/s；Q 2 =28.3 l/s，V2=18.3 m/s；Q 3 =31.2 l/s，V3=30.5 m/s；Q4= 22.7 l/s，V4= 36.6 m/s。试求使该容器保持静止所需加的力F 。
提示：取包围贮水器的控制体，所求之力F为作用在控制体上的外合力，用具有多个
出入口的动量方程求解。
答：Fx= 829.3 N，Fy= 130.1 N
解：取包围容器的控制体CV, 建立y轴垂直向上的坐标系oxy由动量方程
?V)?(mout?V)in?F ??(m x方向分量式为
(??Q2V2sin45???Q4V4sin60?)?(??Q3V3cos60?)?Fx
因ρQ1=（103 kg/m3）(19.8×10 – 3 m3/s) = 19.8 kg/s, ρQ2=28.3 kg/s, ρQ3=31.2 kg/s, ρQ4=22.7 kg/s
Fx = (-28.3 kg/s) (18.3 m/s) 0.707 + (22.7kg/s) (36.6m/s)0.866 + (31.2kg/s)
?(30.5m/s) 0.5 = -366.1N + 719.5 N + 475.8 N = 829.3 N
y方向分量式为
(??Q2V2cos45???Q4V4cos60?)?(??Q1V1??Q3V3sin60?)?Fy Fy = (-28.3 kg/s) (18.3 m/s) 0.707 + (22.7kg/s) (36.6m/s)0.5 + (19.8kg/s) (45.7m/s) -(31.2 kg/s) (30.5 m/s) 0.866 = -366.1N + 415.4 N + 904.9N -824.1 N =
130.1N
BP4.4.2 图示为人腹主动脉示意图，血液从腹主动脉1流入右左髂总动脉2、3。已知血管
直径为d1=1.764 cm，d2 = 1.18 cm，d3 = 1.173 cm；平均流量与流速为Q1 = 5 cm3/s；V1= 2 cm/s； Q 2 = 2.52 cm3/s, V2 = 2.3 cm/s; Q3 = 2.48 cm3/s, V3 =2.29 cm/s；右左分叉角为α
2 =27.8°，α3 =33.4°。试求血流对腹主动脉的冲击力（不考虑压强影
响），血液密度为ρ=1055 kg/m3。
提示：取包围血管的控制体，所求之力F为作用在控制体上的外合力的负值，用具有
多个出入口的动量方程求解。
答：Fx?4.5?10N,?6Fy?1.4?10?6N
解：取包围血管的控制体CV，设血流冲击力F如图示，忽略重力，不考虑压强影响、
由动量方程式