(整理完)流体力学网上作业题参考答案20150627

19、压力体中必须充满液体。 ( × )

20、相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。 (√) 21、绝对压强可正可负。而相对压强和真空压强则恒为正值。( × )

四、简答题

1. 试根据欧拉平衡微分方程推导静压强分布公式 z+解:静止液体中fx?0,fy?0,fz=-g

根据欧拉平衡微分方程dp??(fxdx?fydy?fzdz) 得

p=常数c? ?gdp??(-g)dz

积分得z+

p=c ?g2. 试根据欧拉平衡微分方程证明液体随容器做等加速直线运动时,液体的等压面为一簇斜面?(5分) 解:液体随容器做等加速直线运动时,取x轴为运动方向,竖直向上为z轴方向。 则fx??a,fy?0,fz=-g 根据欧拉平衡微分方程得

dp??(?adx-gdz)

等压面 dp=0 则有dz??adx gz??ax?c g因此,随容器做等加速直线运动的液体等压面为一簇斜面。

3、试根据欧拉平衡微分方程证明液体随容器做等角速度旋转运动时,液体的等压面为一组旋转抛物面?(5分)

解:液体随容器做等角速度旋转运动时,取旋转轴竖直向上为z轴方向。 则fx??x,fy??y,fz=-g 根据欧拉平衡微分方程得

22dp??(?2xdx??2ydy-gdz)

等压面 dp=0 则有dz?12(?xdx??2ydy) gz??22gr2?c

因此,液体随容器做等角速度旋转运动时,液体的等压面为一组旋转抛物面。

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4、 一封闭水箱(见图),自由面上气体压强 为85kN/m2,求液面下淹没深度h为1m处点C的绝对静水压强、相对静水压强和真空度。

解:

C点绝对静水压强为C点的相对静水压强为

相对压强为负值,说明C点存在真空。真空压强为

5、如图,一封闭水箱,其自由面上气体压强为25kN/m2,试问水箱中 A、B两点的静水压强为多少?何处为大?已知h1为5m,h2为2m。

解:A、B两点的绝对静水压强分别为

故A点静水压强比B点大。 6、简述静压强的两个特性。

解:特征一 静止流体不能承受切应力,也不能承受拉应力,只能承受压应力,即压强,压强的作用方向为作用面的内法线方向。

特征二 静止流体中某一点的压强大小与压强作用的方向无关。 7、“均匀流一定是恒定流”,这种说法是否正确?为什么?

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答:这种说法是错误的。

均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言,即运动要素沿流程不变,而恒定流是相对于时间而言,即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。

五、计算题

1、如图所示,弧形闸门的铰轴与水面同高,已知水深H正好等于弧形闸门的半径R=2 m,闸门宽度为b=1 m,θ=90°,求此闸门所受到的总压力F的大小及方向?(10分)

解:闸门所受到的总压力F在x方向的分量

Fx??ghxcAx?1?gH2b?1.96?104N 2闸门所受到的总压力F在z方向的分量

Fz??gV??g?R24b?3.08?104N

闸门所受到的总压力F

Fz?Fx2?Fz2?(1.96?104)2?(3.08?104)2?3.65?104 N

闸门所受到的总压力F与x轴夹角α正切值为

tan??Fz3.08??1.57 Fx1.96闸门所受到的总压力F与x轴夹角α为arctan1.57. 根据合力矩原理,合理F必然通过弧形闸门的铰轴。

2、一块平板矩形闸门可绕铰轴A转动,如图示。已知θ=60°,H=6 m,h1=1.5 m,h=2m,不计闸门自重以及摩擦力,求开启单位宽度b=1 m(垂直于纸面)的闸门所需的提升力F?(10分)

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3、 如图所示,有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30o夹角的倾斜平面向上运动,试求容器中水面的倾角。

解:根据压强平衡微分方程式:

单位质量力:

等压面,

代入

由压强平衡微分方程式,得:

容器中水面的倾角为15o。

4、如图所示,用真空计B测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kPa,若敞口油箱的液面低于水箱液面的高度H=1.5m,油柱高h1=5.6m,水银柱高h2=0.2m,求油的密度。已知水的密度为103kg/m3,水银的密

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