流体力学1和2讲解.docx
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流体力学1和2讲解
流体力学试卷及答案一
一、判断题
1、根据牛顿内摩擦定律，当流体流动时，流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。
2、一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压强的平均值。
3、流体流动时，只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。
4、在相同条件下，管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。
5、稳定（定常）流一定是缓变流动。
6、水击产生的根本原因是液体具有粘性。
7、长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。
&所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。
D—d
9、外径为D,内径为d的环形过流有效断面，其水力半径为^
4
10、凡是满管流流动，任何断面上的压强均大于大气的压强。
二、填空题
1、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数=4cm，通过的流量为2L/s，分析当汞水压差计读数
.h=9cm，通过流量为l/s。
2、运动粘度与动力粘度的关系是，其国际单位是
3、因次分析的基本原理是：
；具体计算方法分为两种。
4、断面平均流速V与实际流速u的区别是。
5、实际流体总流的伯诺利方程表达式为，
其适用条件是。
6、泵的扬程H是指。
7、稳定流的动量方程表达式为。
&计算水头损失的公式为与。
9、牛顿内摩擦定律的表达式—，其适用范围是。
10、压力中心是指。
三、简答题
1、稳定流动与不稳定流动。
2、产生流动阻力的原因。
3、串联管路的水力特性。
4、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？
5、静压强的两个特性。
6、连续介质假设的内容。
7、实际流体总流的伯诺利方程表达式及其适用条件。
&因次分析方法的基本原理。
9、欧拉数的定义式及物理意义。
10、压力管路的定义。
11、长管计算的第一类问题。
12、作用水头的定义。
13、喷射泵的工作原理。
14、动量方程的标量形式。
15、等压面的特性。
16、空间连续性微分方程式及其物理意义。
17、分析局部水头损失产生的原因。
18、雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及物理意义。
19、流线的特性。
四、计算题
1、如图所示，将一平板垂直探入水的自由射流中，设平板截去射流的部分流量Q=0.012m3/s，并引起射流的剩余部分偏转一角
度0（。
已知射流速度为30m/s，总流量Q=0.036m3/s，不计重量及水头损失。
求射流加于平板上的力？
Go
Qi
2、有泵管路如图所示，流量Q二240m/hour，泵的吸入管长L1=15m，沿程阻力系数■r=0.03，总局部阻力系数为-^=6；压力管长L2=60m，■=0.03，.一-2=10，管径为0.25m。
求:
（1）已知泵入口处真空表读数6.6mH2O，求吸入高度hr。
（2）两个液面高差h?
=24m，求泵的扬程H。
3、水平直管半径为R,不可压缩流体作层流流动，其半径
r处点流速为u，并等于管内平均流速v
求证:
d二0.5m，h=2m，H=2.5m。
试分别求出作用在两个球
4、如图所示一贮水容器。
器壁上有两个半球形盖，设
5、如图水泵进水系统，h=3m管径d=0.25m,1、2断面间的总水头损失hw
V2
=85——，断面2处的真空度为
'2g
匹=4.08mH2O，求流量。
Y
参考答案
一、判断题
xVxVxxxxVx
二、填空题
1、
3L/s
2、
2
，斯（m/s）
3、
4、
因次和谐的原理，n定理
过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速在过流断面上是相等的
5、
力，
6、
2
乙P坐—h2
12g心
所取断面为缓变流动
单位重量液体所增加的机械能
2
P2a2V2
V
+z2，稳定流，不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重
2g
7、
j5ndA八F
hf
IV2
d2g
，hj
Vg
9、
10、
三、简答题
1、
Mdu
T二"A，是指在温度不变的条件下，随着流速梯度的变化，
dy
总压力的作用点
值始终保持一常数
稳定流动与不稳定流动。
---在流场中流体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间改变，这种流动称为稳定
流；反之，通过空间点处得流体质点运动要素的全部或部分要素随时间改变，这种流动叫不稳定流。
---外因：
水力半径的大小；管路长度的大小；管壁粗糙度的大小。
内因：
流体流动中永远
质点摩擦所表现的粘性，以及质点发生撞击引起运动速度变化表现的惯性，才是流动阻力产
2、产生流动阻力的原因。
存在质点的摩擦和撞击现象,生的根本原因。
3、串联管路的水力特性。
---串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。
串联管路总水头损失等于串联各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。
4、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？
---不是固定不变的。
通过层流边层厚度与管壁粗糙度值
的大小进行比较。
―八水力光滑管；'：
：
：
：
「：
水力粗糙管。
5、静压强的两个特性。
---1.静压强的方向是垂直受压面，并指向受压面。
2.任一点静压强的大小和受压面方向无关,
或者说任一点各方向的静压强均相等。
6、连续介质假设的内容。
---即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充满全空间的介质组成，物质的宏观性
质依然受牛顿力学的支配。
这一假设忽略物质的具体微观结构，而用一组偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，数度,
压力等）。
这些方程包括描述介质性质的方程和基本的物理定律，如
2
丄PlX印⑷
实际流体总流的伯诺利方程表达式为（乙11丄
-12g
质量守恒定律,动量守恒定律等。
7、
2
知管乜"适用条件是
稳定流，不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动。
8、因次分析方法的基本原理。
---就是因次和谐的原理，根据物理方程式中各个项的因次必须相同，将描述复杂物理
现象的各个物理量组合而成无因次数群n从而使变量减少。
9、欧拉数的定义式及物理意义。
Eu
其物理意义为压力与惯性力的比
10、压力管路的定义。
---凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。
11、长管计算的第一类问题。
一一已知管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确定起点所需的压头，或计算水利坡降。
12、作用水头的定义。
----任意断面处单位重量水的能量，等于比能除以重力加速度。
含位置水头、压力水头和速度水头。
单位为m。
13、喷射泵的工作原理。
喷射泵主要由喷嘴、吸入室和扩散室等组成。
工作流体在压力作用下经管子进入喷嘴,
并以很高的速度由喷嘴出口喷出。
由于喷出的工作流体速度极高，因此使喷嘴附近的液体
Fr
作流体不断地喷射，便能连续不断地输送液体（或气体）
14[PUxUndA=£F，[PUyUndA=^F，fPUzUndA=ZFz三个方程为动量方程
csxcsycs
的标量形式。
15、等压面的特性。
…作用于静止流体中任一点上的质量力必定垂直于通过该点的等压面。
肿£（PUx）点（PUy）8（PUz）门
16、空间连续性微分方程式及其物理意义。
---xz0，其物理意义为：
Stexcycz
流体在单位时间内经过单位体积空间流出与流入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。
17、分析局部水头损失产生的原因。
---（a）任何断面形状的改变，都必将引起流速的重新分布，因而附加了流体间的相
对运动和流体质点的急剧变形，结果导致质点间附加摩擦和相互撞击，使流体能量受到损失，液流中流速重新分布。
（b）流速的重新分布，总是伴随有流动分离和旋涡的形成，在旋涡区由于粘性的存在，便有摩擦的能量损失，在旋涡中粘性力
作功。
（c）在旋涡区中，又有质点被主流所带走，即有动量交换，因而消耗运动流体的能量，流体质点的混掺引起的动量变化。
18、雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及物理意义。
---
rVLfVDRe二
惯性力与粘性力之比
雷诺数：
-
19、流线的特性。
---
（1）在定常流动时，因为流场中各流体质点的速度不随时间变化，所以通过同一点的流线形状始
终保持不变，因此流线和迹线相重合。
而在非定常流动时，一般说来流线要随时间变化，故流线和迹线不相重合。
（2）通过某二空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交和分支。
否则在同一空间点上流体质点
将同时有几个不同的流动方向。
只有在流场中速度为零或无穷大的那些点，流线可以相交，这是因为，在这些点上不会出
现在同一点上存在不同流动方向的问题。
速度为零的点称驻点，速度为无穷大的点称为奇点。
（3）流线不能突然折转，是一条光滑的连续曲线。
（4）流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大，稀疏的地方，表示该处的流速较小。
四、计算题
1、参见教材p.77
2、参见教材p.63/p.70
3、参见教材p.111
4、解：
上面的盖为a盖，对于a盖，其压力体体积Vpa为
=（2.5-1.0）—0.52-丄二0.53=0.262m3
412
Fza=Vpa=98100.262=2.57kN
左面水平的盖为c盖，对于c盖，静水压力可分解成水平及铅重两个分力，其中
…2"：
.2
Fxc=YH—d2=9810汉2.5汉一疋0.52=4.813kN
水平方向分力44（方向―）铅重
3
Fzc二Vpc=98100.5=0.321kN
方向分力12（方向J）
5、解：
列自由液面1-1和2-2断面的伯诺利方程:
名词解释。
1、雷诺数2、流线3、压力体4、牛顿流体5、欧拉法6、拉格朗日法
7、湿周8、恒定流动9、附面层10、卡门涡街11、自由紊流射流
12、流场13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流
17、浓差或温差射流18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、自动模型区
是非题
1.
流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。
（
）
2.
平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。
（
）
3.
附面层分离只能发生在增压减速区。
（
）
4.
等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。
（
）
5.
相对静止状态的等压面一定也是水平面。
（
）
6.
平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。
（
）
7.
流体的静压是指流体的点静压。
（
）
8.
流线和等势线一定正交。
（
）
9.
附面层内的流体流动是粘性有旋流动。
（
）
10.
亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。
（
）
11.
相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。
（
）
12.
超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。
（
）
13.
壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。
（
）
14.
相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。
（
）
15.
附面层外的流体流动时理想无旋流动。
（
）
16.
处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。
（
）
17.
流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升
（）
高粘滞
性减少；温度降低粘滞性增大
18.
流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。
（
）
三、填空题。
1、1mmH3=Pa
2、描述流体运动的方法有和
3、流体的主要力学模型是指、和不可压缩性。
4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时
与的对比关系。
5、流量Q1和Q2阻抗为S1和S2的两管路并联，则并联后总管路的流量Q为，总阻抗S为。
串联后总
管路的流量Q为，总阻抗S为。
6、流体紊流运动的特征是，处理方法是。
7、流体在管道中流动时，流动阻力包括和。
8、流体微团的基本运动形式有：
、和。
9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了
与的相对比值。
10、稳定流动的流线与迹线。
2
pup
11、理想流体伯努力方程z常数中，其中z称为水头。
r2gr
12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在，因而一切平面流动都存在，但是,
只有无旋流动才存在。
13、雷诺数之所以能判别，是因为它反映了
禾口的对比关系。
14、流体的主要力学性质有、、
、和。
15、毕托管是广泛应用于测量和一种仪器。
16、流体的力学模型按粘性是否作用分为和。
作用与液上的力包括，。
17、力学相似的三个方面包括、与。
18、流体的力学模型是模型。
..PU2
理想气体伯努力方程p-（Z!
-Z2）^:
g）中，
称，称全压，称总压。
20、紊流射流的动力特征是。
21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式，u的单位为。
22、浓差或温差射流的热力特征是。
23、流体微团的运动是由运动，运动，运动和运动四种基本运动形式符合而
成。
24、几何相似是力学相似的，运动相似是模型实验的，动力相似是运动相似的。
25、欧拉准数是和的相对比值。
26、马赫数M反映了惯性力和相对比值。
27、流体流动的状态分为和。
28、弗鲁得准数反映了和相对比值。
四、选择题。
1、按连续介质的概念，流体质点是指。
A、流体的分子B、流体内的固体颗粒C、无大小的几何点
D、几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体
2、一下哪种流体为非牛顿流体。
A、空气B、清水C、血液D、酒精
3、绝对压强Pabs、相对压强P、真空值pv、当地大气压强Pa之间的关系是
A、Pabs=P+PvB、P=Pabs+PaC、Pv=Pa-Pabs
4、圆管层流过流断面的流速分布为。
A、均匀分布B、对数曲线分布C、二次抛物线分布
5、一下那些概念属于欧拉法。
A、流线B、迹线C、液体质点D、液体微团
6、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数■。
A、与雷诺数Re有关
A
C与Re和有关
d
7、速度V、长度l、时间
vt
A
B、与管壁相对粗糙度一有关
d
D、与和管长I有关
t的无量纲组合是。
II
A、一B、C、D、
Itvlvt2vt
8、圆管断面直径由d1突然扩大到d2,若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失
A、减小B、不变C、增大
9、在圆管流动中，层流的断面速度分布符合。
A、均匀规律B、直线变化规律C、抛物线变化规律D、对数曲线规律
10、流线与流线通常情况下。
A、能相交也能相切B、仅能相交不能相切
C仅能相切不能相交D、既不能相交也不能相切
11、速度v，密度「，压强p的无量纲集合是。
:
v2
:
:
v
12、
C惯性力与表面张力D、惯性力与粘性力
13、压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量的
1111
A、B、C、D、
25816
14、一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的条件是。
A、理想流体B、粘性流体C、可压缩流体D、不可压缩流体
15、弹簧管压力表的读数是。
A、绝对压强B、相对压强
C、绝对压强加当地大气压D、相对压强加当地大气压
16、静水中斜置平面壁的形心淹没深hc与压力中心淹没深hD的关系是
A、大于B、小于C、等于D、无规律
17、某风管的断面尺寸为300mm200mm，则该风管的当量直径是
A、240mmB、250mmC、300mmD、200mm
18、有一变直径管流，小管直径d1,大管直径d2=2d1，则两断面雷诺数的关系是
五、
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
六、
1
、Re〔Re?
B、Re〔二Re?
C、Re〔二1.5Re?
D、Re〔二2Re?
2
19、
下列流体哪个属于牛顿流体。
A、汽油B、纸浆C、血液D、沥青
简答题。
、流体静压强的特性是什么？
、尼古拉兹实验分区级意义是什么？
、附面层提出的意义？
、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？
、附面层分离的原因是什么？
、运动粘滞系数r的物理意义是什么？
、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么？
、元流的特性是什么？
2
pu
、伯努利方程z常数中各项的物理意义？
r2g
、管网水力计算遵循的原则是什么？
、水击（水锤）现象及产生的原因是什么？
、管嘴出流产生真空的原因和条件是什么？
、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？
、射流弯曲产生的原因？
、绕流升力产生的原因？
、毕托管是广泛应用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意图，并说明其工作原、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。
、下式不可压缩流体N-S方程中，各项的物理意义是什么？
X丄卫.：
2Ux：
：
2比『Uz）_dUx
P故dx2dy2cz2dt
计算题。
82
数为15.0x10m/s，判断管内气体的流态?
2、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为10cm，管道直径为4ocm，水在管中流量q为0.4m3/s,
求管嘴对水流的作用力。
22
3、已知不可压缩流体的流速分量为：
ux=x-y,uy=—2xy,u^0,问该流动是否为无旋流动？
22
4、已知平面流动的速度分量为：
ux=xt，uy--y•t;求：
当t=i是过m（1,1）的流线方程。
5、一车间用直径为0.5m的风口送风，风口风速为6.0m/s，如长度比例常数为4，确定实验模型风口风速。
若在模型
内测得某点气流速度为3.0m/s，则车间相应点的速度为多少？
（已知空气的运动粘滞系数为0.0000157m/s）
6、对某一桥墩采用模型比例为—进行实验。
已知模型中水流速度为0.76m/s，实测模型桥墩受水流作用力为
In16
4N。
求原型中相应的流速与作用力。
7、在水平放置的管线中接弯管，直径从600mm逐渐减小到300mm，水流方向偏转60°如图所示，在直径较大一端
压强为172kN/m,求作用于弯管上的力的大小和方向，①当水不流动时；②当通过的流量为876L/S时；
60
&一弧形闸门ab宽4m，圆心角为45°，半径为2m,闸门转轴恰好与水面平齐，求作用于闸门的水静压
9、如下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为50mm的短管，形成管嘴出流，已知作用水头H=5m，管嘴出流流量
系数u=0.82，试问：
①管嘴出流流量q②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么？
③合适的管嘴长度是多少？
H
丄|►I
‘Q
10、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为Q0,密度「，直径为d0,求：
①平板所受的冲击力。
②流量Q1
和Q2。
Vo，Qo
Q2,V2
ii、如下图所示：
水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道，已知d1=200mm，d2=100mm，两管短长
均为L=50m,H=10m，沿程阻力系数，=0.01,A=0.3,B=0.2,求：
管道中水的流量、流速
di
X
1d2
参考答案：
一、名词解释。
1、雷诺数：
是反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系。
2、流线：
流场中，在某一时刻，给点的切线方向与通过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。
3、压力体：
压力体是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面，顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面，中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。
4、牛顿流体：
把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
5、欧拉法：
研究流体力学的一种方法，是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。
6、拉格朗日法：
通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。
7、湿周：
过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。
8、恒定流动：
流场中，流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。
9、附面层：
粘性较小的流体在绕过物体运动时，其摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层内，这个薄层即为附面层。
10、卡门涡街：
当流体经绕流物体时，在绕流物后面发生附面层分离，形成旋涡，并交替释放出来，这种交替排列、有规则的旋涡组合称为卡门涡街。
11、自由紊流射流：
当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时，形成的流动即为自由紊流射流。
12、流场：
充满流体的空间。
13、无旋流动：
流动微团的旋转角速度为零的流动。
14、贴附现象：
贴附现象的产生是由于靠近顶棚流速增大静压减少，而射流下部静压大，上下压差致使射流不得脱离顶棚。
15、有旋流动：
运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。
16、自由射流：
气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。
17、浓差或温差射流：
射流介质本身浓度或温度与周围气体浓度或温度有差异所引起的射流。
18、音速：
音速即声速，它是弱扰动波在介质中的传播速度。
19、稳定流动：
流体流动过程与时间无关的流动。
20、不可压缩流体：
流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。
21、驻点：
流体绕流物体迎流方向速度为零的点。
22、自动模型区：
当某一相似准数在一定的数值范围内，流动的相似性和该准数无关，也即原型和模型的准数不相等，流动仍保持相似，准数的这一范围称为自动模型区。
二、是非题。
1、错误2、正确3、正确4、错误5、错误6、正确7、正确
8、正确9、正确10、正确11、正确12、正确13、正确14、正确
15、正确16、错误17、错误18、错误
三、填空题。
1、9.807;
2、欧拉法；拉格朗日法；
3、连续介质；无粘性；
4、惯性力；粘性力；
111
5、Q=Q1+Q2;=；Q=Q仁Q2;S=S1+S2
..S.S1..S2
6、脉动现象；时均法；
7、沿程阻力；局部阻力；
8、平移运动；旋转流动；变形运动；
9、惯性力；弹性力；
10、重合；
11、测压管；
12、流线；
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