工程流体力学习题册.docx
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工程流体力学习题册
（仅供参考）
一、名词解释（本大题共5小题，每小题3分，共15分）
1•比体积：
单位质量的物质所占有的体积称为比体积。
2•体膨胀系数：
当压强保持不变时，单位温升所引起的体积变化率，就称为体积膨胀系数。
3•流线：
某一瞬时的流线是这样的曲线，在改曲线上各点的速度矢量与该曲线相切，流线给出了同一时刻不同流体质点的运动方向。
4•粘性底层：
由于靠近管壁湍流脉动受到限制，黏滞力的作用增强，在紧贴管壁很薄的流层中湍流脉动消失，黏滞力的阻滞作用使流速急剧下降，速度分布比较陡峭,速度梯度大•这一流体薄层称黏性底层。
5•过流断面：
在流束或总流中与所有流线都想垂直的横断面称为过流断面或
有效断面。
1•单位质量力：
单位质量流体所受到的质量力称为单位质量力。
2.体积压缩率：
在温度不变时，单位压升所引起的体积变化率。
3•迹线：
流体质点的运动的轨迹，是某一流体质点在一段时间内经过的路径，是同一流体质点在不同时刻位置的连线。
4.相对粗糙度：
绝对粗糙度与管径的比值称为相对粗糙度。
（管壁粗糙凸起高度&与管子内径D的比值）
5.湿周：
在总流的截面上流体同固体边界接触部分的周长叫湿周。
二、是非题（每题1分，共5分。
正确的打V,错误的打X。
）
1.在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。
（V）
2.串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。
（V）
fUx
0
3•不可压缩液体连续性微分方程：
x門■-z只适用于定常流。
（X）
4.尼古拉兹试验是研究管道沿程水头损失随雷诺数和相对粗糙度的变化关系的
试验。
（X）
5.当管流过水断面流速按抛物线规律分布时，管中水流为紊流。
（X）
1.牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。
（X）
2.温度升高时，空气的粘度减小。
（X）
3.伯努力方程适用于可压缩流体。
4.水力光滑管是指管道内壁光滑。
5.雷诺实验的目的是验证流体粘性的存在。
三、填空题（本大题分6小题，1-5题每空1分，6题每空3分，共15分）
1.描述流体运动的两种方法是拉格朗日法和欧拉
法。
2.只要比较总流中两个缓变流过流断面上单位重量流体的总水头大小，就能判断出流动方向。
3.在相似理论中，要保证力学相似，应该满足几何相似,运
动相似和动力相似。
4.牛顿内摩擦定律表明，决定流体内部切应力的因素是粘度和—剪切变形速度
（速度梯度）。
（角变形速度？
）
5.尼古拉兹曲线将管内流动分为五个区域，分别为：
层流区，过度区，湍流光滑管区，湍流粗糙管过渡区和湍流粗糙管平方阻力区。
6.在堰流的模型试验中模型水流应与原型水流相似，若模型与原型的长度比例
为1:
100，贝U当原型流量为1000mVh时，模型流量为1103m3/h。
（0.01?
）
1.作用于静止（绝对平衡）液体上的表面力有压力，质量力有重力。
2.静止流体内任意点上压强的大小与■乍用面的方位无关。
3.在水力模型实验中，若选用雷诺准则设计模型，其水流受到的主要作用力应
为力。
4.管层流运动沿程水头损失与断面平均流速的___一―次方成正比。
（沿程水头损失Hf=kVAm（层流时，取m=1，即沿程水头损失与流速的一次方成正比；紊
流时，取m=1.75〜2.0，即沿程水头损失与流速的1.75〜2.0次方成正比。
）
5.粘性流体管内流动的能量损失分为两类，分别为沿程损失和局部损失
6.几何相似是力学相似的前提条件，动力相似是决定运动相似的
7.
2
8.已知流体速度分布为u=-（y+t）,v=x+t,w=0，贝Ut=2时经过（0,0）点的流线
方程是（x+2^2+（y+4^2=20。
四、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题
后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.单位质量力是指作用在（B）。
A.单位面积流体上的质量力B.单位质量流体上的质量力
C.单位重量流体上的质量力D.单位体积流体上的质量力
2.
如图所示一封闭盛水容器，其测压管中的液面低于容器液面的高度h=lm.若当地大气压强pa=98kPa则容器液面的绝对压强和真空度分别为（B）。
为（B）
A.B管高于A管B.A管高于B管C.AB两管同高
4•一条长为L的管路，通过的流量为Q时，其阻力损失（压降）为h。
若同样的两条管路并联，并联后两节点间的管路阻力损失（压降）仍为hw，则每条管路通过的流量约是（C）。
A.0.5QB.0.7QC.1.0QD.1.4QE.2Q
5.—直径d=0.2m的输油管道，过流断面的速度分布为ux=1-160r2m/s,若油的密度p=900kg/m3，动力粘性系数卩=0.05Pa-s，则管壁处的切应力t=（）N/mo
A.0.8B.1.5C.1.6D.3.0E.3.2
6.液体与气体统称为流体，它们在静止时不能承受（C）oA.重力B.压力C.剪切力D.表面张力
8.液体在相对平衡时，等压面也可能是水平面，例如，装载液体的敞口容器作
（B）o
A.等加速水平运动B.匀速直线水平运动
C.等减速水平运动D.等角速旋转运动
8.对于等直水平圆管中的粘性流动，用压降△p来表示的能量损失是（A）o
A.单位体积流体的能量损失B.单位质量流体的能量损失C.单位重量流体的能量损失D.单位时间内流体的能量损失
9.当理想不可压缩均质重力流体作定常流动时，沿流线始终保持不变的是
（D）o
A.动能B.相对位能C.压强能D.总机械能
10.在圆管中，粘性流体的流动是层流还是紊流状态，主要依据于（D）o
A.流体粘性大小B.流速大小
C.流量大小D.流动雷诺数的大小1.动能修正系数a等于（C）
•"dA
v2A
C.v3A
u4dA
A
~4
vA
2.一封闭容器,为（B
水表面上气体压强的真空度
）（D?
）
A.-10kPaB.9.6kPaC.19.6kPa
PvJOkPa，水深2m处的相对压强
D.29.6kPa
3.下列流体的作用力中，不属
于质量力的
A.电磁力
B.粘性内摩擦力
C.重力
D.惯性力
4.以大气压强为零点计量的
压强称为（
）（B?
）o
5.
A.计示压强
B.绝对压强C.
临界压强
D.滞止压强
如图所示，有两个长度和断面尺寸相同的支管并联,
管2中加一个调节阀，则水头损失（C）（D?
）
A.九花B.九:
:
:
花C.£二血流线与迹线一定重合的流动是（
A.无旋流动
B•均匀流动
如果在支
D.hii
=hm阀
2
调节陶
连续性方程
的实质是在运
中应用
.动量定理
B.质量守恒定律
C.能量守恒定律
D.
8.管壁的粗糙度对流动的能量损失起主要作用的管道称
.粗糙管
B.光滑管C.水力粗糙管
D.水力光
相对静止（平衡）流体中的
.既可是平面，
也可是曲面
定是平面
定是水平面
D.一定是曲面
10.
欧拉数的表达式为（A
A.
简答题（2小题，每小题6分，共12分）
1•试画出曲面AB和CD的压力体，并分别标明这两个曲面液体总压力垂直方向分力的方向。
（在最后）
2.列出理想流体伯努利方程的两种表示形式,分别说明其物理意义和几何意义。
（1）
vp
gzC
2
位势能和压强势能可以相互转变,
物理意义：
沿着同一根流线单位质量流体动能，
三者之和保持不变（在伯努利方程适用的条件下）
几何意义:
⑵
2
二z•巴=H
2g:
g
物理意义：
几何意义：
沿着同一根流线，流体的速度水头，位置水头，压强水头之和为常数。
六、计算题（共33分）
1、某速度场可表示为Ux=X+tUv=_V+tU，=O。
（8分）X、目J\z
试求
（1）加速度；
（2）流线；
（3）t=0时通过x=-1,y=+1点的流线；
（4）该速度场是否满足不可压缩流体的连续方程？
2.某速度场可表示为*==工+*2$=-少+r；叫=o
试求⑴加速度；⑵流线；⑶尸0时通过x二-1畀二+1点的流线；
（4）该速度场是否满足不可压缩流体的连续方程？
解：
⑴叫丄叫一叽一叫1
+陷++=\+X+t
StSxdydz
dudududu
=—+ax—4-—+us—-
dtdxdydz
写成矢暈即
a=（1十x+/）z+（l+^—z）y
⑴二维流动，由—=^-t
积分的流线：
In（兀十才）=-hi（y-F）+
⑶/==-l.y=I代入流线方程中得常数C2=-1
则Z时刻过（-1,1__.
）点的流线方程=~
⑷不可压缩流休连续方程*方匚恥，打’一
故方程满足口
2如图所示盛U形管，静止时，两支管水面距离管口均为h,当U形
管绕OZ轴以等角速度3旋转时,口的最大角速度3maxo
求保持液体不溢出管
解由液体质量守叵知，I管液体上升高度与口管液体下降高度应相等，且两者液面同在一等压面上，满足等压面方程匕
液休不溢岀，要求勺—％兰2瓜以斤=2弓二必分别代入等压面方程得’
2、有密度p=900kg/m3的油液，在铅直管道中流动，如图5-28所示。
已知管道直径d=0.2m，在相距L=20m的1、2两点处测得pi=0.196Mpa,p2=0.5886MPa试问油液流动方向如何？
水头损失多大？
（答：
向上流动，hf=24.4m油柱）
3、如图5-32所示，将一平板垂直探人水的自由射流中，设平板截去射流的部分流量qv1,并引起射流的剩余部分偏转一角度a,已知射流速度v=30m/s，总流量qv=36L/s，平板所截流量qv1=12L/S。
不计重力及流动损失，求射流加于平板上的力和偏转角度。
（答：
F=456.5Na=30）
解：
用动就积分定理求解
题中指明流体为水，但并未特别提及其力学性质。
为解体，不妨忽略粘性，并假定流体不可
选取如图所示的控制体及坐标系
进入控制体的动虽通暈在X方向的分昂:
：
M；n=pqv-V（p为流体密度）
进入控制体的动虽通最在y方向的分虽：
A/：
＞0
流岀控制体的动毎通屋在x方向的分量：
M爲=p^.^.cosa
流出控制体的动量通量在y方向的分量：
M爲=p^-r2.sin«-pqVx•匕
因忽略粘性，平板和水之间无摩擦力（切向力），所以平板对水的作用力只有沿x方向的分
武，令其为尺
乂丙为大气压沿控制体周界枳分等于零，所以山动毎积分定理有：
耳=M二一M鳥=內叮/cosa-pq『
（1）
0=M爲一M,：
：
=门他•耳•sina-p%人
（2）
可以找到一条从0-0断面到1-1断面的流线，对于该流线可以列出Bernoulli方程：
分旦+£之+上+竺
Pg2gpg2g
因为Pl=P2ap（大气压）
yTV1
故z.+—=z+—
2茗2g
因射流速度较大’可忽畴匝力，可得
同理可得
将以上关系代入（"式和
（2）式'得
巧=#卩（如严龄_升）
（3）
0=勺sinrz-^j
⑷
由（4）式得到，
q齐=%sina
⑸
又因流体不可压，所以
y叫二如一钦
代入證〉式得到，
作=（务_牡）血&
qY
sina=!
——=0.5
%—牡
所以』疣
再由＜3）式求得’
Fx=1000x30x（24cos30u-36）xl0-3=-456.46（A^）
1、一底面积为45x50cm2高为1cm的木块，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚度1cm，斜坡角22.62o（见图示），求油的粘度。
（8分）
_5xV.8xsin22・62
0.4x0-45x
0^001
/y=0,104Ta-s
2、水箱侧壁接出一直径D=0.15m的管路，如图5-24所示。
已知hi=2.1m；h2
=3.0m，不计任何损失，求下列两种情况下A点的压强。
（1）管路末端安一喷
嘴，出口直径d=0.075m，
（2）管路末端没有喷嘴。
（答：
pi=17400Pa,p2=-29400P8
TV
图b-21
WBihf为基准，建立伯努利方程；d卩“匕v；p
ft2+—+二一+—«o+」一卜—22^/上苦F
⑴当下端接喷嘴时，叫观■叫心
解得va=2.54m/SjPA=1194KPa
（2）当下端不接喷嘴时，匚■叫
解^PA=7L13KPa
白努利方程:
（部分放大——）
h{+—+—+0=0+吃+A
2ry
码+仝+空+立=0+圧+匕
22gy2gy
（1）当下端接喷嘴时，va4u=vhA
膵得va=2.54m/s,PA=119.4KPa
（2）当下端不接喷嘴时，气=vft
3.如图5-33所示，一带有倾斜光滑平板的小车，逆着射流方向以速度u运动，若射流喷嘴固定不动，射流断面为A，流速为V，不计小车对地面的摩擦，求推动
小车所需要的功率
图5-33
［陈书7J3变］如图，一带有倾斜平板的小车逆看來自无穷远处的射流以速度v匀速移动。
已知射流断面积为A,体积流量为Q,流体为理想不可压缩的，不计地面的摩擦丿J和帀：
力。
（1）r.:
v=o,求分流流虽。
和。
2与入射总流最0的关系；
<2）若v^O,求推动小车所需的功率。
解：
（1）令上而出流的速度和断而积为：
％,£,有：
«!
=—
4
令下面出流的速度和断面积为：
“2，有：
W2=—
令入流断面的速度为：
有：
“=纟
A
选取一条从入流断面到上面出流断面的流线列出理想流体的伯努利方程:
因〃和P］均为大气压，重力忽略，所以：
W,=U
同理可得：
u2=u
选瑕如图所示的坐标系及控制体。
进入控制体的动量通量在X方向的分量为：
pu2AcosO
进入控制体的动量通量在y方向的分量为：
-pu'/sinO
从1断面处流出控制体的动量通量在x方向的分量为：
一醐&
从2断面处流出控制体的动量通量在x方向的分量为：
pi认因流体为理想流体，故x方向平板的反作用力为零，所以：
pu；人-pu^A^-pu2Acos0=0
即:
一0山1+Qm一Qucos&=0
考虑到：
u=u}=u2,有：
一0i+02-0cos&=0
由质量守恒有：
0=01+02
所以：
Q=¥（1_cos0）,2=¥（1+cos0）
（2）将坐标系固定在小车上，选取与
（1）中相同的控制体。
因流体为理想流体，故x方向平板的反作用力为零，仅需考虑y方向平板的受力。
进入控制体的动量通量在y方向的分量为：
-p（w+v）2Jsin6
流出控制体的动量通量在y方向的分量为零。
所以沿y方向平板的反作用力为：
p（w+v）2Jsin
该力在小车前进方向的分量为：
F=p（u+vfAsin20
所以推动小车所筋的功率为：
P=Fv=p（u+v）2v/isin23=p号+▼）vJsin20
试画出曲面AB和CD的压力体，并分别标明这两个曲面液体总压力竖向分力的
方向。
（12分）
评分标准：
画对一出得4分，方向判对得4分
压力体如阴影都分，AB馆直向上，CD铅直向下
题1图
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