第三章 流体动力学基础

??d1?103?0.3?0.15Re???4.48?104?3000?3?1.005?10

可见做湍流流动。

3、√ 分析:烟囱可看作一个管道,其气体的排出量,即流量Q跟烟囱低处与高处压强之差(P1-P2)成正比,烟囱越高,压强差就越大,流量就越大,通风效能就越好。

4、×

分析:铝球在深海中下落过程中,受到三个力的作用:一个是向下的重力mg,另外两

4?gR3个是向上的浮力3和粘滞阻力6π?R?;粘滞力随着下落速度的增加而增大,当铝球

自身的重力大小等浮力和粘滞力之和时,铅球将匀速下落。

5、√

分析:流速越大,压强越小,所以机翼上表面压强小于下表面压强。 6、√

分析:流体的内摩擦力和固体间接触面的摩擦力都是相对运动而产生,其共同的效果都是阻碍相对运动;但流体是很容易产生相对运动的,说明流体的内摩擦力不存在最大的静摩擦力。

三、填空题

1、流进;流出

2、种类;杂质浓度;降低

3、绝对不可压缩、完全没有粘性

4、流速场中各点的流速不随时间而变化的流动

5、曲线上每一点的切线方向与流体质点经过该点的流速方向一致 6、流管对流体的流动产生的总阻力

四、简答题

1、答:连续性方程成立的条件是不可压缩流体在同一流管中作稳定流动。 伯努利方程适用的条件是理想流体在同一流管中作稳定流动。

2、答:水从龙头流出下落过程中,流速不断增大,由连续性方程可知,流速越大,横截面积越小,所以水在下落过程中逐渐变细。

3、答:不一定;可由伯努利方程加以说明。

11PB???B2??ghB?PC???C222(视C点hC=0)

可见,只要SB/SC足够大,使vC足够大,就会有可能使

11??C2??B2??ghB2≥2

必然有PC≤PB。

4、答:两艘船靠近并行时,两船之间的水流速度较大,压强较两船外侧小,在压力差的作用下,会使两船相碰撞。

5、答:前后压强差获得。 五、计算题 1、 解:小孔流速仅仅与小孔到液面的高度h有关,且?=2gh,两种情况h相同,小孔流速相等。

(1)开始时,质量流量相等,即:

ρ1S1v1=ρ2S2v2 (这里

S1?1S22)

则 (2)体积流量的比值

?12=?21

S1??21??S2??12

(3)设第二个桶排出x高度的液体时,这时,两小孔的体积流量相等,即S1v1=S2v2

2、解:设水管最初处的横截面积S1,流速v1=2m/s,压强P1=P0+104 Pa,另一处的横截面积S2,流速v2,压强P2,已知

由连续性方程,得 又由伯努利方程,得

S1?2gh?S2?2g(h?x)

3x?h4

S2?1S12 S?2=1?1?4m/sS2

代入已知数值得:

11P1???12??gh1?P2???2222

3、解:已知S1=5cm,v1=4m/s,P1=P0+1.5×10Pa,S2=10cm,P2=P0+3.3×104Pa,

设原来高度为h1,后来的高度为h2,

由连续性方程,得

1P2?P0?104??103(22?42)?103?10?1=1.4?104Pa2

242

?2=S1?1=2m/sS2

11P1???12??gh1?P2???22??gh222写出伯努利方程 11h2?h1?3[(3.3?1.5)?104??103(42?22)]?2.4m10?102

1?A=?B4 4、解:由SAvA=SBvB,得

由伯努利方程,若得PA=PB得

将vB = 4vA代入,得vA= 2 m/s

体积流量 QV =SAvA=πRA2vA=6.28×10-2 m3/s

5、解:由连续性方程,得最细处的流速由伯努利方程,可求出最细处的压强

11??A2??gh???B222

22?B??A?2gh

?1=S2?2=6m/sS1

11P1???12?P0???2222

11+?(?22-?12)=1.01?105??103(22?62)2则P1=P02=0.85×105 Pa

最细处的压强P1

6、解:因毛细管中心的血液流速为v = 0.066cm/s,血管壁边缘流速视为0,则其平均流速

?=?12

121πR???3.14?(2?10?4)2?0.066?4.14?10?9cm-3/s22

Q8310N???2.0?10Q14.14?10?9体内毛细血管的总数

Q1?7、解:左心输出单位体积血液所做的功

24小时左心室射血所做的功为

11WL?P????26660??1.05?103?0.4?26870J/m322

W?WL?V?WL??26870?m?

8、解:由流阻的定义,得

0.07?75?24?601.05?103?1.935?106J

8?L8?3.0?10?3?0.20Z???1.53?104Pa?s/m4?24πR3.14?(1.0?10)

P1-P2=Q·Z=1.0×10-4×1.53×10-4=1.53 Pa

由泊肃叶定律,得

9、解:水滴在上升的气流中,受到三个力的作用:向下的重力

的粘滞力f = 6πηvr和空气浮力(相对较小,可忽略不计),计算

重力

mg?43πR?g3,向上

粘滞力

可见f >mg,所以不会落下地面。 10、解:(1)由连续性方程,可得未变窄处的平均血流速度

41mg??3.14?(?10?5)3?103?10?0.52?10?11N32

1f?6?3.14?1.8?10?5?2?10?2??10?5?3.4?10?11N2

d22420)?2?()2?5.0?cm/sd169

3?2?3??d1.05?10?5?10?6?10Re???105?2000?3?3.0?10(2)计算雷诺数:

?1=(所以,狭窄处不会发生湍流。

11、解(1)由收尾速度公式可得:

12?10?(?10?3)22gr2?=?=?0.9?10?39?9?0.15

2=3.33×10-3 m/s

(2)若空气泡在水中上升,则

12、解:均匀下降1.0cm所用的时间

12?10?(?10?3)22gr2?=?0=?103?0.556m/s?39?9?1?10

2t?S??9?S22gr(???)9?3.0?10?3??1.0?10?2?6232?10?(2.0?10)?(1.3?1.05)?10?2.7?105s?2gr2?(???(这里红细胞沉降速度9?))

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