第一章 流体力学基本概念
1、设流体运动以欧拉法给出
将此转换到拉格朗日观点中去,并用两种观点分别求加速度。
2、对下列流动求其流线和迹线。
(1)
是常矢量,ω是常数。
(2)
。
(3)
,V∞、a是常数。并证明r = a是一条流线。
(4)已知
,t = 0时(x, y)=(a, b),求用拉格朗日变数表示的速度分布。
3、已知流场为
,问当t = 10时质点在(2,4,3)处的加速度是多少?
4、根据以下拉格朗日法描述的流动,判断是否恒定流?是否有旋流?流体是否可压缩?
(1)
(2)
5、两个流速场给定如下,试分别求通过以原点为球心、半径为R的球面的流体体积流量。
(1)
; (2)
.
其中:
;
为球坐标中θ方向的单位矢量。
6、设 ux = uy = 0,uz = b(a2 – x2 –y2 ),求变形率张量及旋转角速度。
7、某平面S过点M,该点单位法向矢量
,应力张量
,其求在点M处作用于平面S的应力矢量
。
第二章 流体力学基本方程组
1、一维明槽流动的断面面积A=A(x, t)(即水面可以变动),设:水流速度u = u (x, t) ,某物理量的密度为?(x, t),均在断面上均匀分布。现取t时刻明槽中单位长度的水体为物质体,试证明物质体积分的随体导数为
2、 二维浅水流动的水深h=h(x, y, t)(水面可变动),设:水流速度分量ux = ux (x, y, t) 、ux = ux (x, y, t),某物理量的密度为?(x, y, t),均沿水深方向均匀分布。现取水面面积为dx×dy、从底部到水面的水体为物质体,
(1)试证明物质体积分的随体导数为
(2)如果?=水的密度ρ,且水的质量守恒,从上式可以得到什么结果?
(3)如果?=溶解在水中的某种污染物的浓度,且其增长速率为s?(x, y, t),又可以得到什么结果?
3、已知
问这是否为不可压缩流体的流动?如果是,请求压强梯度 ▽p,假设质量力和粘性可忽略。
4、已知一不可压缩流体的流动,在壁面附近有
ux = 10(2y/δ–y2/δ2) , uz = 0, 且 uy(x, 0) = 0,
其中 δ?= Cx4/5 。如果x = 1000 m处 δ = 8 m ,(1)求 uy (x, y) ;(2)求(1000, 0)处的应力张量的分量,已知μ = 2×10-5 N·s/m2 和p = 100 kPa。.
5、 若二维流动的轨迹为 x = ae t,y = be -t,试分别以拉格朗日观点和欧拉观点证明ρ?=?xy是不可压缩流体的密度。
6、有一剖面y = kx1/2 在静止流体中以常速度U向左运动。试证明在边界上的流体绝对运动速度分量满足
7、试给出以下情况的连续性方程
(1)极坐标系的连续性方程(平面流动);
(2)空间辐射性流动的连续性方程。
8、一不可压缩流体的无旋流动,已知
,求uz 。
9、已知某一不可压缩粘性流体流动为
,且μ = 0.008 Pa·s,求其各个切应力。
10、两无限大平行平板间距h = 25 cm,下板固定,上板运动速度U = 15 cm/s,两平板之间充满μ = 0.001 Pa·s的不可压缩流体,流速分布
,求流场中每单位体积流体的内能随时间的增加率。忽略热传导和外部热源。
第三章 涡旋运动
1、已知流场
,求涡量场和涡线。
2、平面流动
,Γ0、ν为常数。求:
(1)涡量Ω的分布;
(2)沿任一圆周r = R的速度环量Γ;
(3)通过全平面的涡通量。
分析
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Ω、Γ?随r、t的变化规律。
3、证明在理想不可压缩流体的平面流动中,若质量力有势,则:
(1)沿质点轨迹有
;
(2)恒定流动中Ω在同一流线上为为常值。
4、试说明海陆风的形成机理及其在白昼和黑夜的风向。
5、在原来静止的不可压缩流体无界流场中给定一个涡量分布
求诱导速度。
6、不可压缩流体平面无界流场中有一对等强度Γ、方向相反的线涡,分别在(0,h)和(0,-h),无穷远处来流速度为V∞ ,恰好使这两个涡停留不动,求流速场和流线方程。
思考题
吴望一《流体力学》各有关章节习题中的思考题。