流体力学综合练习一至五习题及答案.docx
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流体力学综合练习一至五习题及答案
流体力学综合练习1
1.气体与液体的粘度随若温度的升高分别（增大、减小）。
2.2.流体运动的连续性方程是根据（质量守恒）原理导出的.
3.3.等直径圆管中层流的过流断而流速分布是（V.抛杓线分布）
4.下列属于质量力的是（币:
力
5.总水头线与测JR管水头线的基本规律之-，是：
（总水头戏总是企测压管水头戏的L方）。
6.理想流体与实际流体的区别仅在于.理想流体具仃不可压缩性。
错
7.相对静止的液体的等压面一定是水平面。
错
8.在恒定流情况下.流线与迹线重合。
对
9.阻力平方区内阻力系数与宙诺数无关.对
10.壁面光滑的管道一定是水力光滑管。
估
11.计算阻力损失时.短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程砸力损失,长管计算同样也要考虑这两项损失情
解：
（a）连通容器中.A-A是等压面,因为符合静止、同种、连续介质的条件o（b）连通器被隔断中.B-B不是等压面，因为流体被阳断了，不连续，（c）盛有不同种类液体的连通容器中，GC不是等压面，因为GC面上有两种液体：
D-D是等压面，因为符合静止、同种、连续介质的条件。
13.如图所示，水流通过由两段等钺面及一段变裁面组成的管道，试问：
（1）当阀门开度一定，上潞水位保持不变，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？
（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。
14..关于水流流向何题有如下一■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？
答：
（1〉*水一定由高处向低处流”，（不对），对明集水流是对的，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“
3.图示为-分义管道位于同一水平面，已知逾・=枷螭瑚，峰=神皈物，AA断面压强的』=做瀛‘‘"，管中流量宓=痕•遍愆&两支管流量相同。
局部水头损失不计，求水流对镇墩的水平推力R=?
答：
⑴求叉管中流量及各管中流速：
Q2=Q3=Q/2=0.3m3/s
vi=4Q/（ndi2）=4x0.6/3.14/0.72=1.56m/sV2=v3=4Q2/（TTd22）=4x0.3/3.14/0.52=1.53m/s
⑵求B-B.C-C断而压强及A-A.B-B.C-C压力，列A-A,B-B能量方程:
0+pA/pg+avi2/2g=0+pB/pg+av22/2g
pB/pg=PA/pg+vi2/2g-v22/2g=70/9.8+1.562/2/9.8-1.532/2/9.8=7.18m
因为叉管对称，所以Pb=Pc
pB=pc=7.18X9.8=70.364kN
pA=PAndi2/4=70x3.14x0.72/4=26.9255kN
pB=pc=PBnd22/4=70.364x3.14x0.52/4=13.81kN
（3）列动彘方程求水流对镇墩的水平推力：
（pQ2P2V2COs30°+pQ3p3V3COs30°）-pQiPiVi=pa-Pbcos300-Pccos30°-R
R=26.9255-2x13.8cos30°-（2x0.3x1,53cos30°-0.6x1.56）
=26.9255-23.9023-（0.795-0.936）=3.164kN
水流对镇墩的水平推力为3.164kN
流体力学综合练习4
1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：
作用在该六面体上的力有（正压力、重力
2.在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，当水箱内水面不变、阀门开度一定时，管中水流为（恒定均匀流
3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（呈对数线分布
4.流体内部某点存在真空，是指（该点的相对压强为负值
5.总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是：
（总水头线总是沿程下降的
1.理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体不具有粘滞性。
对
2.流体中某点的静压强大小与受压面方位无关。
对
3.恒定流一定是均匀流。
错
4.对于均匀流，过流断面上动水压强分布符合静水压强分布规律。
对
5.临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。
错
6.明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水（水跌）。
错
1.什么叫流体的粘滞性？
写出切应力的计算公式，并指出其物理意义？
答：
流体的粘滞性是指流体具有抵抗剪切变形的特性。
切应力的计算公式：
T=Mlu/（dy）,其其物理意义是切应力的大小与流体的种类和流速梯度有关。
2.何种流动叫恒定流？
答：
若流体中任一点的运动要素与时间无关，或曰：
流体中任一点的运动要素不随时间变化,即为恒定流。
3.圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？
答：
圆管中层流断面流速分布为抛物线状，而圆管中紊流断面流速分布为对数曲线，紊流的断面流速分布均匀化了。
4.管路如图示，当阀门关闭时，试问：
（1）各测压管中水面高度如何？
（2）标出个点的位置水头、压强水头和测压管水头。
答：
（1）各测压管中水面高度与水箱中的水面齐平。
1.弧形闸门如图所示，门宽2m,其他尺寸如图，求：
（1）作用于闸门上的静水总压力？
（2）总压力与水平面的夹角？
答：
（1）画出压力体图
（2）计算水平方向分力:
Px=pghcAx-1000x9.8x（3»1）x（2x2）-l568kN
（3）计算钳垂方向向力1
23
压力体体枳V・以四分之一W1+A矩形）b«2.0（1/4xnx2*2x3）-182801°
Pz=pgV=1000x9.8x18,28=179.14kN
2222
力：
P=\（Px+Pz）=<（156.8+179.14）=238.07kN
-11
⑸怠压力与水平面的央角；o=tanP2.Px-tan-X179.14/156.8-488*
作用于闸门上的静水怠压力P-238.07kN
忌Hi力与水平面的央角；0=46.8°
2.如图所示平地渠道，断面为矩形，宽粉=』顶谕渠道某处抬高P=05嬲，坎前渐变流
断面处水深盘=2盅部，坎后水面跌落既5*,坎顶水流为渐变流，水头损失为罢@,求该渠道中的流量Q?
答：
（1）画出过流断面1-1,2-2,选上游渠底为基准面。
（2）列出能量方程，求断面平均流速：
H+0+aiVi2/2g=（p+Az）+0+a2V22/2g+0.5vi2/2g
由连续性方程：
V2=AiVi/A2=Hb/（H-AZ-P）/bxvi=1.8/（1.8-0.3-0.5）xvi=1.8vi
所以上式得出:
H+aiVi2/2g=（p+Az）+a2（1.8Vi）2/2g+0.5vi2/2g
取ai=a2=1.0,代入数据，H-P-Az=1.74v12/2g
Vi=1/Vl.74x^[2g（H-P-Az）]=1/>/l.74xV[2x9.8（1.8-0.5-0.3）]=3.356m/s
求流量：
Q=AiVi=Hbw=1.8x1x3.356=6.04m3/s
该渠道中的流量Q为6.04m3/So
3.图示离心水泵，抽水流量为卷，吸水管长$'=跚，管径滤=）直沿程阻力系数矣•=）直就落，底阀局部阻力系数£回=愈慰，弯头局部阻力系数言国=窘旦，安装高也=鬟蛔求：
（1）水泵进口压强？
（2）若水泵允许真空高度为=簇■快勰（水柱），该水泵安装是否合理？
广压力管
2\离心泵
答：
（1）取1-1-2-2断面，以下游水平面为基准面，列能量方程:
0+0+0=hs+p2/pg+avi2/2g+hw
P2/pg=hs+（a+AI/d+<阀+：
W）V22/2g
又因为管中流速：
v=4Q/（nd2）=4x360/3600/3.14/0.252=2.04m/s
代入数据，p2/pg=-3.0-（1+0.025行、0.25+8+0.4）2.042/2/9.8=-5.123m水柱
（2）因为水泵进口压强为-5.123m（水柱），即真空高度为5.123m
小J•水泵允许真空同度为hv=6.0m水柱所以该水泵安装合理。
答：
水泵进口压强为-5.123m（水柱），该水泵安装合理。
流体力学综合练习5
1.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：
作用在该六面体上的表面力有（正压力）
2.在水箱上接出一条逐渐收缩锥形管道，末端设有阀门已控制流量，若水箱内
水面随时间变化，当阀门开度一定时，管中水流为（非恒定非均匀流）
3.外延管嘴的正常工作条件是（管长左（34）d,作用水头小于9米水柱）
4.按长管进行水力计算的管路是（给水管路）
5.水跃的形成条件是（从急流过渡到缓流）
二、判断题（每小题2.5分，共15分）
1.流体内部切应力的大小不仅与流速梯度有关，还与流体的种类有关。
对
2.相对压强的数值可为正值，也可以是负值。
对
3.非均匀流一定是非恒定流。
错
4.应用总流伯努利能量方程时，过流断面只能取均匀流或渐变流断面。
对
5.长管是指管道凡何长度较长的管道。
错
6.对于短管，若管路（管径、管长及布置）完全相同、作用水头相等，自由出流与淹没出流的流量是相同的。
对
1.何种流动叫均匀流？
答：
流线为相互平行的直线称之为均匀流，既位变加速度为0。
2.层流与紊流的内部切应力有何不同？
答：
层流的内部切应力仅为粘性引起的切应力，T=udu/（dy）；紊流的内部切应力有两项组成，一项为粘性引起的切应力，另一项为紊动引起的切应力，即t=udu/（dy）+p12（du/dy）%
3.进行水力计算时，“长管”和“短管”是如何定义的？
答:
若沿程水头损失占主导地位，局部水头损失和流速水头可忽略不计，则按“长管”进行水力计算，定义为“长管”；若沿程水头损失、局部水头损失和流速水头各占相当比重，都可忽略不计，则按“短管”进行水力计算，定义为“短管"。
4.图示的供水系统，己知&=鑫，崎=勤，缉问那条管道流量大？
为什
么？
答：
11管流量大。
因为12号管比11号管长，局部水头损失相同的情况下，12号管的沿程水头损失大，故11管流量大于12号管的流量。
1.倾角60。
的矩形闸门AB,上部油深遍=",缢=涝咋?
坤；下部水深
遍=*＞求作用在闸门每米宽度上的静压力及其作用点。
答：
（1）画出压强分布图，压强分布图分为三部分。
（2）计算各部分压力：
Pi=p油
gh/2xh/sin60°=779x9.8xl/2xl/sin60°=4.41kN（方向向右）
P2=p油ghxh）/sin60°=779x9.8xlx2/sin60°=17.63kN（方
向向右）
P广pghi/2xhi/sin60°=1000x9.8x2/2x2/sin60°=22.63kN
（方向向右）
（3）总压力：
P=P|+P2+P广4.41+17.63+22.63=44.67kN
（4）求作用点：
设R作用点的位置距B点的距离为:
li=hi/sin60°+h/3sin60°=2.694m
设Pi作用点的位置距B点的距离为:
l2=h,/2sin60°=1.155m
设P.作用点的位置距B点的距离为:
l3=hi/3sin60°=0.77m
总压力作用点的位置距B点的距离为e,
Pe=P1L+P2I2+P3I3
6—（Plll+P2l2+P3l3）/P=（4.41x2.691+I7.63xl.155*22.63x0.77）/41.67=1.IIm
静压力P=44.67kN,总压力作用B点的位置距点的距离e=l.llmo
2.如图所示溢流坝，坝宽勾=上翊,上游断面水深电=0.6m,下游断面水深0.6m,略去水头损失，求水流对该坝的水平推力？
（上下游河床在同一水平面上，不计摩擦力，水的密度.钏=』伽邮瓯命亡辑=冬州成怂"
1
答：
（1）以渠底为基准面，列上下游两断面间的能量方程，求流量：
hi+O+aiVi2/2g=h2+0+a2V22/2g
（1）
v2=bhi/（bh2）xvl=hi/h2xvi=l.5/0.6xvi=2.5vi
（2）
取ai=a2=1.0,将
（2）式代入
（1）得
hi-h2=l.5-0.6=0.9=5.25vJ/2g
Vi=l/75.25xV（2gx0.9）=1.88m/s
Vz=2.5vi=2.5x1.88=4.7m/s
Q=AiVi=l.5x3x1.88=8.46m7s
（2）列动量方程求水流对该坝的水平推力R
P户Pgh,72xb=1000x9.8x1.572x3=33.075kN
P2=PghU/2xb=l000x9.8x0.672x3=5.292kN
PQ（v2-V]）=P1-P2-R
R=P1-P2-pQ（v2-V1）=33.075-2.292-8.46（4.7-1.88）=6.2
95kN
水流对该坝的水平推力，方向向右。
3.如图所示为嵌入支座内的输水管，管径蜘=1-8,电=”淑，支座前断面相对压强%=顿曲:
，管中通过流削。
=1岛舞忌,不计水头损失，求支座所受到的轴向力？
答：
（1）求管中流速:
vfQ/Af4Q/（jidr）=4x1.8/（h1.52）=1.02m/s
v2=Q/A2=4Q/（nd22）=4xl.8/（n1.02）=2.29m/s
（2）应用能量方程求2-2断面压强（以管轴线所在平面为基准面）0+p）/pg+aiV!
2/2g=0+p2/Pg+a2v22/2g
取al=a2=1.0
P2/Pg=P,/Pg+vi2/2g-v22/2g=400/9.8+1.0272/9.8-2.2972/9.8=40.82+0.053-0.268=4.06m水柱
P2=40.6x1000x9.8=397.9kpa
（3）应用动量方程求作用力：
外力：
P.=PiAf400xjid.74-706.5kN
P2=P2A2=397.8xnd：
/4=312.35kN
设支座对水流的反力为R,方向向左，取Pi=P2=1.0则，PQ（v2-v,）=Pi-P2-R
R=P1-P2-PQ（V2-V,）=706.5-312.35-1.8（2.29-1.02）=391.86kN
设支座受轴向力R=391.86kN,方向向右。
（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重堂流体能星大的位置流向单位•重虽流体能虽小的位翌。
（不能氓从位能或压能
•个角度比较）
15.写出管流和明渠水流缶诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？
答：
管流：
Re=vd/v,Re>2000（紊流）Re<2000（层流）・
明渠水流：
Re=vR/v.Re>500（紊流）Re<500（层流）°
16.在某供水管路上装一夏式U形水银测压计，如图所示。
己知测压计显示的各液面的标高和A点的标高为
孳"=询叫宅=敝蜘『卞=久珈瓦尊=眼新!
5洛=驾='迎，试确定管中A点压强
，螭-梦秘，蹄*淤=侦：
XO砂巍^瀛*、】8仆，
解：
已知断面1上作用若当地大气压强，因此可以从点1开始，通过等压面，并应用流体静力学基本方程式逐点推算，最后便
可求得A点压强，
因2-2、3-3、4-4为等压面.（6分——每个等压面2分）
哉=污*勤他、酸金一亨4夕
善春=新=豚3一.徊度情一孳,£*（5分）
联立求得
泓=必捕％一吼;I一蹭网-宪*览版落您一繁疾一踏:
!
％一挈心,3分）
将已知值代入上式，得pA=298.5kPa
答：
A点斥强为298.5kPa（1分）
17.水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m,闸门宽度2m°试求作用在闸门上静水总压力的大小及作用点位置。
（1）画出静压强分布图。
（4分）
（2）计算两侧静水压力及静水总压力：
=1。
。
。
8x3・3X2=88.2kN机=嶂泌2=l°°0X斜8x2・2X2=39.2kN
p=p!
—p2=88.2—39.2=49.2kN
（3）求静水总压力的作用点.（设作用点距渠底的距离为e）
仁=^=g=l.Om
3S（1分）
（1分）
49.2
pE—piS—88.2X1—39・2X0.67_
（3分）
答：
静水总压力p=39.2kN,方向向右。
（1分）静水总压力的作用获在闸门的对称轴上，距渠底的距离e=1.26m
18.如图所示，左伽为密闭水箱，水通过一管道流入右侧水箱，已知左水箱内自由表面相对压强p=29.4kPa,两水箱液面高差H=2.0m.管长l=5m.管径d=0.20m.管路沿程水头损失系数入=0.02,在恒定流情况下.求通过流量。
部损失C=管中流速V（取对基准面给3分〉
解:
以右水箱水面为基准而，取a=LO,管道进「I局部损失£=0.5,管道出口局
2+3=（。
.5+0.02岛+1.0埸
（1）把左水糟内自由表面压强换算成液柱高度（2分）
V—土JZ&・5=7.Om/s
匝（7分）
（3）流量3
。
=半寸="・:
2'-7=0.2198m3./s=219.8Z/s
答：
通过流量Q=0.2198m3/s°
（1分）
流体力学综合练习2
1.在静水中取•六面体，分析其所受的外力：
作用在该六面体上的表面力有（正压力、重力
2.流体中某点存在真空时，（该点的绝对压强为正值
3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（呈对数线分布
4.对于实际流体，总水头线总是（沿程下降
5.水跃的形成条件是（从急流过渡到急流
1.在恒定流情况下，流线与迹线重合。
对
2.总流伯努利能量方程只适用于恒定流。
对
3.水力最佳断面是进行渠道设计必须遵循的标准。
错
4.在进行管路水力计算时，“长管”是指管道凡何长度长的管道。
错
5.下游水位超过堰顶时一定会形成淹没式堰流。
错
6.明渠中均匀流一定是恒定流。
对
1.等压面是水平面的条件有哪些？
答:
等压面是水平面的条件有：
必须是同一介质，必须是连续的，必须是单一重力作用。
2.写出实际流体恒定总流动量方程应用时主要注意事项？
答：
实际流体恒定总流动量方程应用时主要注意事项为：
1.选择控制面（脱离体），过流断面应为渐变流或均匀流断面。
2.全面分析外力，注意力的方向。
3.选择坐标系，动量方程一般写为分量形式，注意各物理量的方向。
3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达时，并说明其层流、紊流的判别标准？
答：
管流雷诺数的表达式：
Re=vd/v,层流：
Rev2000,紊流：
Re>2000
明渠水流雷诺数的表达式：
Re=vR/v,层流：
Rev500，紊流：
Re>500
4.明渠恒定均匀流的水流特征有哪些？
答：
1.过流断面面积、水深、断面平均流速及流速分布沿程不变。
2.总水头线、水面线、底坡线相互平行，即J=Jp=i3.水体重力沿水流方向的分力等于摩阻力，或者：
重力功等于阻力功。
1.如图所示，一封闭的容器中装有水，右侧安装一个U形管，U形管内水银.&=坛做1疯萨矿华=心5版；结=腹呵a点与水箱内水面高差为0.4m,
求水箱内水而的相对压强耕孔
答：
画出1—2等压面。
p2=pa+pHgAh2
pi=po+pgxO.4+pHgAhi
Vpi=p2
・•・po=pHgAh2-pgx（O.4+Ahi）=13.6x9.8x0.85-9.8（0.4+0.4）=105.45kN/m2
水箱内水面的相对压强po为105.45kN/m2
2.如图所示，一条管道，A、B两点的高差金=1腿，A点处直径盛浏=耽筌'吧A点压
强％=挪部静，B点处直径嘎5曲岫，B点压强斗=眼舔誓武管中流量政=散顺制也，试判断管中水流方向？
答：
判断水流流向，要比较单位重量流体总的机械能。
Ea=zA+pA/pg+avi2/2g
2
Eb=zB+pB/pg+av2/2g
vi=4Q/TTdi2=4x0.06/3.14/0.252=1.22m/spA/pg=7.8/9.8=0.796m水柱
v2=4Q/nd22=4x0.06/3.14/0.42=0.478m/spA/pg=4./9.8=0.5m水柱
Ea=0+0.796+1.222/2/9.8g=0.845m水柱
Eb=1+0.5+0.4782/2/9.8g=1.5117m水柱
因为Eb>ea,所以水流是从B流向Ao
3.某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽2m,当闸门在某一开度时，闸
门前水深盘=%为筋，闸孔后收缩断面水深愁闸孔出流局部水头损失为cc断面
答：
（1）以渠底为基准面，列能量方程，求通过流量：
h+O+vo/2g=hc+O+vc2/2g+O.5vc2/2g
Vc=BHvo/（Bhc）=Hvo/hc=2.5vo/O.5=5Vo
2.5+vo2/2g=O.5+1.5vc2/2g=0.5+1.5（5vo）2/2g=O.5+37.5vo2/2g
36.5vo2/2g=2.OV0=1.037m/s
流量：
Q=hBvo=2.5x2x1.037=5.18rr）3/s
（2）选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动力总压力：
pi=1/2xpgh2B=0.5x9.8x2.52x2=61.25kN（方向向右）
p.：
=1/2xpghc2B=0.5x9.8x0.52x2=2.45kN（方向向右）
列动量方程：
pQ（p2Vc-plVo）=pi-pc-R
R=P1-pc-pQ（Vc-Vo）=61.25-2.45-5.18（5.18-1.037）=37.34kN
作用于平板闸门上的动水总压力为37.34KN,方向向右。
3.等直径圆管中层流的过流断面流速分布是（呈抛物线分布
4.外延管嘴的正常工作条件是（管长1=（3〜4）d,H<9m（水柱））
5.宽顶堰形成淹没出流的充分条件是（，勾*队做:
。
）
1.理想流体与实际流体的区别在于，理想流体不具有粘滞性。
对
2.无论流体作何种运动，水平面都是等压面。
错
3.非恒定流一定是非均匀流。
对
4.水力最佳断面不是进行渠道设计必须遵循的标准。
对
5.对于短管，若管路（管径、管长及布置）完全相同、作用水头相等，自由出流与淹没出流的流量是相同的。
对
6.按尼古拉滋试验曲线分析程沿程阻力系数的变化规律时，把紊流分为三个区。
对
1.说明描述流体运动的两种方法（拉格朗口法与欧拉法）的主要区别。
答:
拉格朗H法是以研究个别流体质点的运动为基础,通过对每个流体质点运动规律的研究,获得整个流场流体运动规律。
而欧拉法是以在空间设点，研究不同流体质点通过固定空间点运动，掌握整个流场流体运动规律。
2.写出实际流体恒定总流能量方程应用时主要注意事项？
答：
1.选择基准面（以方便为原则）O
2.选择过流断面（一定是渐变流或均匀流断面）
3.选择计算点（代表点）（以方便为原则）。
3.圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？
答：
圆管中层流断面
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