电大流体力学形成性考核册答案1234Word格式文档下载.docx
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（3）:
水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g和惯性力。
作图题（略）计算题（解题思路与答案）1.已知某水流流速分布为u=O.72y1/10,u的单位为m/s,y为距壁面的距离，单位为
（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；
（2）若水的运动粘滞系数v=0.1010cm2/s，计算相应的切应力。
解：
（1）:
求出点流速，设y的增量dy=0.0lmy=y+dy处的点流速，求出求解流速梯业=0.54771dys,0.1332-,0.07169sPa;
1.345X10“Pa;
0.7240厘Pa。
2.已知温度已知温度20C时水的密度时水的密度P=998.2kg/m3，动力粘滞系数，动力粘滞系数=1.0010Ns/m2，求求其运动粘滞系数V?
直接用公式解，注意单位制。
V=1.0038X10m2/s一、选择题（略）1、某点存在真空时,（A）（D）该点的绝对压强为正值B、该点的相对压强为正值该点的绝对压强为负值D、该点的相对压强为负值2、流体静压强的（B）方向与受压面有关、大小与受压面积有关C、大小与受压面积方位无关3、流体静压强的全微分式为（C）dp=p（Xdx+Ydy+Zdz）、P=P（x，y，z）4、压强单位为N/mf时，采用了哪种表示法应力单位、大气压倍数、液柱高度5、密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面高于容器内液面B、低于容器内液面、等于容器内液面二、判断题1、等压面与质量力垂直。
（错误2、某点存在真空，是指该点的压强小于大气压强（错误3、静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。
（正确）4、相对压强的数值可为正值，也可以是负值。
（错误5、静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。
（正确）6、和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。
（正确）7、相对静止的液体的等压面一定是水平面。
（正确）三、简答题1.等压面是水平面的条件是什么?
:
连续介质同一介质单一重力作用下.2.同一容器中装两种液体，且P/P?
，在容器侧壁装了两根测压管。
试问:
图中所标明的测压管中液面位置对吗？
为什么?
不对，（右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析）3.图中三种不同情况，试问：
A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？
哪个不是等压面？
为什么？
D-（C）盛有不同种类溶液的连通器IIiirHillCi油C:
壬壬L-D水:
（a）A-A是（b）B-B不是（C）C-C不是,D-D是。
四、作图题（略）0A卢JIICJjJ土A方方20JEF+BLLV.*iHC9）（ftI（C（rf）五、计算题（解题思路与答案1.已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强pa=98kN/m2。
试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。
用水柱高表示
（1）该点绝对压强:
8.16mH2O
（2）该点相对压强:
-1.84mH2O（3）该点真空压强:
1.84mH2O用水银柱咼表示
（1）该点绝对压强:
599.1mmHg
（2）该点相对压强:
-135.4mmHg（3）该点真空压强:
2.一圭寸闭水箱自由表面上气体压强135.4mmHgpo=25kN/m,h1=5m,h2=2n。
求AB两点的静水压强。
由压强基本公式P=Po+Pgh求解2）2）71=2.3m,V2=1.2m,V3=2.5m,V4=1.4m,上的绝对压强p0=?
1Pa=7.551mH2。
（74kN/mPb=4.551mH2。
（44.6kN/m3如图所示为一复式水银测压计，已知巳=1.5m（改为3.5m）。
试求水箱液面解：
找已知点压强（复式水银测压计管右上端）找出等压面计算点压强，逐步推求水箱液面上的压强P0.P=273.04kN/m24某压差计如图所示，已知HA=HB=1mH=0.5mo求：
Pa-Pb。
o解：
找出等压面求出相对的点压强列平衡方程式求AB点的压强差.空气的Pg不计.Pa-Pb=47kN/m2（4.8mH2o）5.水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m右侧水深20。
试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）解：
画出相对压强分布图，计算各侧静水压力，求静水总压力的大小列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。
P=24.5kNe=l.267m（作用点到底部的距离）o6.一弧形闸门AB宽b=4m圆心角0=45，半径r=2m，闸门转轴恰与水面齐平。
求作用于闸门的静水压力及作用点（改为：
作用力的方向）解：
画出压力体图,计算水平方向分力Px、铅垂方向分力Pz，求出合力及作用力的方向P=92.59kNa=25.04选择题作业2答案（第3章、第4章）1、流体运动的连续性方程是根据（C）原理导出的。
2、动量守恒B、质量守恒C、能量守恒D、力的平衡流线和迹线重合的条件为（C恒定流B、非恒定流C、非恒定均匀流二、判断题1、以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。
（正确）2、恒定流一定是均匀流。
（错误）3、涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。
（正确）4、无旋流就是无涡流。
（正确）5、非均匀流一定是非恒定流。
（错误）三、简答题1、述流体运动的两种方法是什么？
简述其内容。
（略）2.流体微团体运动分为哪几种形式答：
平移线变形角变形旋转变形。
3.写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。
（改为：
写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与流速势的关系。
流函数具有的性质
（1）流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数。
（2）两流线间的函数值之差为为单宽流量。
（3）平面势流的流函数为一个调和函数。
流函数与流速势的关系
（1）流函数与势函数为调和函数。
（2）等势线与等流函数线正交。
4.什么是过流断面和断面平均流速？
为什么要引入断面平均流速?
与流线正交的断面叫过流断面。
过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。
引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。
5.如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问:
（1）当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？
是均匀流还是非均匀流?
（2）当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流?
（3）恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系?
阀门|答：
（1）是恒定流。
I、川是均匀流，n是非均匀流。
（2）管中为非恒定流。
（3）有。
管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。
四、计算题（解题思路）1.恒定二维流动的速度场为Ux=ax,Uy=-ay，其中a=1秒-1。
（1）论证流线方程为xy=C;
（2）绘出C=0、1及4m的流线；
（3）求出质点加速度的表达式。
解:
（1）流线方程为:
dx=代入数值推导UxUy
（2）（略）（3）由：
aWUxCt+Ux竺+Uy竺代入数值求解。
excyCUyCUyCUyCUyay=二-+Ux=+Uy代入数值求解。
Ctexcy答案：
答案：
=axay=ay2试检验下述不可压缩流体的运动是否存在?
2
（1）Ux=2x+y,2Uy=2y+z,Uz=4（x+y）z+xy
（2）Ux=yzt,Uy=xzt,uz=xyt解：
由连续性微分方程,=0流体的运动存在，反之流体的运动不存在。
Sxdycz答案：
（1）代入数值求解，流体的运动不存在。
（2）代入数值求解，流体的运动存在。
3水流从水箱经管径分别为dt=10cm,d2=5cm,d3=2.5cm的管道流出，出口流速Vs=1m/s，如图所示。
求流量及其它管道的断面平均流速。
V=Jm/a解：
应用连续性方程
（1）流量：
流量：
Q=V3A3=4.91X10l/s断面平均流速断面平均流速V,=0.0625m/s,v0.25m/s。
4如图铅直放置的有压管道，已知di=200mmd2=100mm断面1-1处的流速vi=1m/s。
求
（1）输水流量Q
（2）断面2-2处的平均流速V2；
（3）若此管水平放置，输水流量Q及断面2-2处Q及V2是否会发生变化?
的速度V2是否发生变化？
（4）图a中若水自下而上流动,2-tl2（a解：
应用连续性方程
（1）Q=31.4丨丨/sV2=4m/s不变。
流量不变则流速不变。
5已知某流场的流速势为半=a（x22-y2）,a为常数，试求ux及Uy。
Ux=axUy=ay6.对于Ux=2xy,Uy=a2+X22y的平面流动，a为常数。
试分析判断该流动：
（1）是恒定流还是非恒定流?
（2）是均匀流还是非均匀流？
（3）是有旋流还是无旋流?
应用质点加速度数学表达式ax+UxCUxEUxexayCUyaaex求解。
看时间加速度与迁移加速度判别是恒定流还是非恒定流；
是均匀流还是非均匀流。
（2）是非均匀流（3）用无旋流数学表达式Qz1u-少）求解，是无旋流选择题1、总流伯努力方程适用于恒定流B、非恒定流、可压缩流体2、总水头线与测压管水头线的基本规律是:
（A）（C）总水头线总是沿程下降的、总水头线总是在测压管水头线的上方测压管水头线沿程可升可降、测压管水头线总是沿程下降的判断题1、N-S方程为理想流体运动的微分方程。
（正确）2、毕托管是量测流体电流速的一种仪器。
（正确）简答题1.说明总流能量方程中各项的物理意义。
（略）2.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别?
3应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段?
因为建立恒定总流的伯努利方程时，把（Z+P）作为常数提到积分号外面，只有Pg渐变流断面或均匀流断面的Z+=c。
pg4在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？
可以。
因为渐变流断面或均匀流断面的z+E=c。
pg5关于水流流向问题有如下一些说法：
“水一定由高处向低处流”；
“水是从压强大向压强小的地方流”；
“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。
这些说法是否正确？
为什么？
如何正确描述?
（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。
“水是从压强大向压强小的地方流”（不对），在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。
（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。
（不能单从位能或压能一个角度比较）6总流的动量方程为ZF=Q2V2-），试问:
（1）2F中包括哪些力？
（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题?
（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）
（2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。
四、计算题（解题思路）1.Pg在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度単为1.5m,过流面积A为0.05m2;
过流断面22-2的面积A为0.02m2;
两断面间水头损失h为05乙；
管中流量Q为20l/s;
Z1为2.5m,时2gZ2为2.6m。
试求断面2-2的测压管高度电。
（提示：
注意流动方向）。
（z2改为1.6m与图相Pg符）解：
能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。
求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。
向未知情况下，流动方向可以假定。
先求出先求出v1,v2列能量方程求解答案:
也=-2.289mH2o（1流向2）;
P2=-1.473mH2o（2流向1）Pg2.如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是Ai=0.05m2,A=0.03m3,A=0.04m2,若水池容积很大，行近流速可以忽略（V0-0）,当不计管路的水头损失时，试求：
（1）出口流速V3及流量Q
（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。
EAsw-|
（1）因为不计管路的水头损失，此题为理想流体的流动。
因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。
先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。
V3=9.90m/Sq=0.396m3/s
（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤:
因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。
计算各段流速水头。
2g总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。
（测压管水头线及总水头线图,略）3.如图一管路，A、B两点的高差z=1m点A处直径dA=0.25m,压强pA=7.84N/cm2,点B处直径dB=0.5m,压强Pb=4.9N/cm2，断面平均流速Vb=1.2m/s。
判断管中水流方向。
判断管中水流方向,要从单位重量流体总的机械能考虑，总是单位重量流体总的机械能大的位址向单位重量流体总的机械能晓得的地方。
（1）计算A点与B点单位重量流体总的机械能。
（2）比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。
从A流向B。
4.h为20cm,已知在水平安装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管与喉部压差水管直径d1为10cm,喉部直径d2为5cm,当不计水头损失时，求通过流量Q解：
可以直接用公式答案：
Q=0.01425m3/s5.为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量Q为多少？
在虹吸管顶部S点处的压强为多少?
此题属理想流体的水力计算，作用水头转化为动能。
S点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转化。
（1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量,Q=0.1355m3/S
（2）列上游水面到S点处的能量方程求S点处的压强，匕=5mH2oPg6.一平板闸门宽b为2m当通过流量Q为8ni/s时闸前水深h为4m,闸孔后收缩断面水深he为0.5m，求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）解：
此题为用动量方程求解作用力。
因为流量未知，涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的联合应用。
P1，C-C断面压
（1）取控制面（脱离体）（上游过流断面与e-e断面之间）
（2）画出相对压强分布图，全面并分析、计算外力（上游过流断面压力R，方向向左。
力P2,重力沿水流方向的分力为0，设平板闸门对水的动水总压力为（3）因为流量未知先列能量方程求流速。
（4）流速。
列出的能量方程由V1,V2两个未知量，用连续性方程消掉1个未知量。
求出流量、列动量方程求解作用力。
（5）方向向右。
作用于平板闸门上的动水总压力R=93.5kN,7.如图溢流坝，上游断面水深h1=1.5m,下游断面水深h2=0.6m，略去水头损失；
求水流对2m坝宽（垂直纸面）的水平作用力。
注：
上、下游河床为平底，河床摩擦力不计，为方便计算取32P=1000kg/m,g=10m/s。
此题与上题解完全相同。
R=3.46kN,方向向右。
作业3答案（第5章、第6章）、选择题1.管道中液体的雷诺数与（D）无关。
A.温度B.管径C.流速D.管长2.某圆管直径d=30mm其中液体平均流速为20cm/s。
液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（B）。
A.层流B.层流向紊流过渡C.紊流3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是A呈抛物线分布B.呈对数线分布C.呈椭圆曲线分布D.呈双曲线分布4.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（A1.0倍B.1/3倍C.1/4倍D.1/25.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比.6.7、A.一次方B.二次方C.圆管的水力半径是（A）A.d/2B.d/3C.d/4D.d/5.谢才公式中谢才系数的单位是（A.无量纲B.mz/s判断层流和紊流的临界雷诺数是A.上临界雷诺数B.C.上下临界雷诺数代数平均二、判断题1.2.3.4.C.D.三次方D.四次方mVsD.m2/s下临界雷诺数上下临界雷诺数几何平均层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
壁面光滑的管道一定是水力光滑管。
在过流断面突变处一般发生局部水头损失。
正确）错误）正确）等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍（正确）5.流体内切应力方向与流体运动方向相同。
（错误6阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。
（正确三、简答题1.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同?
层流为抛物线分布，紊流为对数曲线分布.（也可以画图2.简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数入的变化规律。
尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数入的变化规律，文字表述或数学公式表述K层流：
几层流：
几=f（Re）;
水力光滑区：
几水力光滑区：
过渡粗糙区：
Z=f（Re,）d粗糙区（阻力平方区）：
f（）.d3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准?
.-pl答：
管流：
Re=Re2000（紊流）（紊流）VVR明渠水流：
明渠水流：
Re=Re500（层流）（层流）Re500（紊流）（紊流）V4.雷诺数Re的物理意义？
它为什么能用来判别流态?
雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。
层流时惯性力不大，而粘性力占主导，受粘性力的约束，流体质点做规则运动。
紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。
5.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？
当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小?
当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大;
当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。
6.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同?
答:
不一定。
7.能量损失有几种形式？
产生能量损失的物理原因是什么?
有沿程能量损失和局部能量损失两种。
一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。
四、计算题（解体思路与答案）1.有已输油管，管长丨=100m,管径d=5cm，已知油的密度P=930kg/m3，动力粘滞系数4=0.072NSm2。
当通过输油管的流量Q=0.005m3/s时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失hf。
（1）计算雷诺数判别流态。
（2）计算沿程阻力系数入。
（3）计算沿程水头损失hf。
层流沿程水头损失hf=25.74m（油柱）2.水管直径d=10mm,管中水流流速V=0.2m/s,水温T=100C,
（1）试判别其流态；
（2）若流速与水温不变，管径改变为30mm，管中流态又如何？
（3）若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，水管直径为多大?
（1）查表，求运动粘滞系数V,计算雷诺数判别流态。
层流
（2）同上答案：
紊流（3）设雷诺数等于2000,求管径。
d=13.06mm3.有一圆管，在管内通过V=0.013cm2/s的水，测得通过的流量为Q=35cm2/s，在管长15m的管段上测得水头损失为2cm,试求该圆管内径d。
（1）
（2）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数入表达式并代入数据;
l2将上式再代入达西公式hf=入一二并化简，代入数据求管径。
d2g答案：
d=14.2mm4.水管直径d=100mm，管中水流流速，管中水流流速v=100cm/s，水温，水温T=100C，试判别其流态。
，试判别其流态。
5.凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度J=0.0009，明渠底宽为，明渠底宽为b=2m，水深，水深h=1m，粗，粗糙系数n=0.014，计算明渠中通过的流量（分别用曼宁公式和巴氏公式计算）解：
此渠道为矩形渠道,计算出水力要素：
面积A,湿周7,水力半径R,用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C,谢齐公式计算流速;
计算量答案：
Q=2.7m3/s（用曼宁公式计算）dj=150mm，d75mm，Q=3.03m3/s（用巴氏公式计算）6.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。
已知I=50m，管道的当量粗糙度，管道的当量粗糙度K=0.6mm，水温为，水温为20C。
若管道的出口流速。
若管道的出口流速V2=2m/s，求
（1）水位H;
（2）绘出总水头线和测压管水头线。
（1）计算管中的雷诺数判断流态.。
（第1条管道在水力光滑区，第2条管道在紊流粗糙区）。
匚=0.5
（2）用经验公式计算沿程阻力系数几（3）两管联接处为突然放大的局部阻力系数，进口局部阻力系数（4）沿程阻力系数几选取公式有别，结果可不同。
H=12.93m7.匚=0.3，管道进口某一水池，水位恒定，通过一根管径d=100mm、管长l=800m的管道，已知水池水面和管道出口高差H=20m，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数是直角进口（匚=0.5）管道全长的沿程阻力系数A=0.025，试求通过管道的流量。
管道作用水头等于沿程水头损失与局部水头损失之和。
沿程阻力系数、局部阻力系数已知，可用公式直接求解。
q=10.94l/s、选择题1.虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（B）水柱高。
A.6.0mB.7.5mC.9mD.10m2.短管淹没出流的计算时，作用水头为（B）。
A.短
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