工程流体力学课后习题答案 袁恩熙 石油工业出版社.docx
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工程流体力学课后习题答案袁恩熙石油工业出版社
工程流体力学
一、名词解释（10分）
1.理想流体：
完全没有粘性的流体。
2.控制体：
流场中某一确定不变的区域。
3.压力中心：
总压力的作用点。
4.水力光滑：
层流底层厚度大于绝对粗糙度，阻力系数只是雷诺数的函数。
5.流线：
同一瞬间相邻各点速度方向线的连线。
6.层流：
流动中粘性力影响为主，流体质点间成分层流动主要表现为摩擦。
7.水力坡度：
沿流程单位长度的水头损失。
8.扬程：
由于泵的作用使单位重力液体所增加的能量，叫泵的扬程。
9.湿周：
与液体接触的管子断面的周长。
10.当量长度：
把局部水头损失换算成相当某L当管长的沿程水头损失时，L当即为当量长度。
11.流体：
易流动的物质，包括液体和气体。
12.迹线：
流体质点运动的轨迹。
13.系统：
包含确定不变流体质点的任何集合。
14.水力粗糙：
当层流底层的厚度小于管壁粗糙度时，即管壁的粗糙突起部分或全部暴露在紊流区中，造成新的能量损失，此时的管内流动即为水力粗糙。
15.压力体：
是由受压曲面、液体的自由表面或其延长面和由该曲面的最外边界引向液面或液面延长面的铅垂面所围成的封闭体积。
16.短管：
计算中不可以忽略的局部水头损失和流速损失的管路。
17.紊流：
雷诺数大于2000的流动，表现的是液体质点的相互撞击和掺混。
18.粘性：
是流体阻止发生变形的一种特性。
19.当量直径：
对于非圆形的管路，当量直径等于水力半径的1/4倍。
20.水力半径：
管路的断面面积与湿周之比。
21.真空压力：
是指流体的绝对压力低于大气压力产生真空的程度。
22.绝对压力：
是以绝对真空为基准计量的压力。
23.虚压力体：
压力体和液体在受力曲面的异侧，此压力体称作虚压力体。
24.位变加速度：
由位置变化引起的加速度。
25.质量流量：
单位时间内通过有效断面的流体质量。
26.实际流体：
具有粘性的流体。
27.密度：
流体单位体积内所具有的质量。
28.压缩性：
在温度不变的条件下，流体在压力作用下体积缩小的性质。
29.膨胀性：
在压力不变的条件下，流体温度升高时，其体积增大的性质。
30.等压面：
自由液面、受压曲面和受压曲面各端点向上引至自由液面构成的封闭曲面所围成的体积。
31.水头：
液柱的高度。
32.表压：
以当地大气压为基准而计量的压力。
33.浮体：
漂浮在液面上的物体。
34.潜体：
完全淹没在液体中的物体。
35.稳定流：
流场中每一空间点所有的运动参数均不随时间变化。
36.流束：
充满在流管内部的流体。
1
37.体积流量：
单位时间内所通过的流体体积。
38.缓变流：
指流线之间的夹角比较小和流线曲率半径比较大的流动。
39.动能修正系数：
实际动能与理想
40.量纲：
用来表征各种物理量性质和种类的。
41.单位：
用来度量各种物理量数值大小的尺度。
42.雷诺数：
表示惯性力与粘滞力的比。
43.自由液面：
与大气相通的液面。
44.重度：
流体单位体积内所具有的重量。
45.相对密度：
某液体的密度与标准大气压下4℃（277K）纯水的密度之比。
46.粘性：
是流体阻止发生变形的一种特性。
47.实压力体：
压力体和液体在受力曲面的同侧，此压力体称作实压力体。
48.时变加速度：
因时间变化引起的加速度。
49.流管：
在流场中作一封闭曲线，通过该曲线上各点作流线所构成的管状表面。
50.有效断面：
流束或总流上垂直于流线的断面。
51.有压管流：
液体完全充满的管路。
52.简单管路：
单一一条管线，无任何分支的管路。
53.长管：
可以忽略管路中的局部水头损失和流速损失的管路。
54.孔口出流：
液体自容器壁或底上的孔洞泄出。
55.小孔口：
当孔口的高度小于孔口形心在液面以下深度的1/10时，此孔口叫做小孔口。
56.自由出流：
孔口出流于大气中的流动。
57.淹没出流：
出流于液体中的流动。
58.流速系数：
实际流速与理想流速之比。
59.流量系数：
实际流量与理想流量之比。
60.管嘴：
在孔口上接一段长度为3-4倍孔口直径的短管。
二、填空（10分）
1．液体和气体具有相同的特性，即（不能保持一定的形状，有很大的流动性）；2．液体的分子距比气体的分子距（小）；
3．（粘性）是流体阻止发生变形的一种特性；
4．当流体处于（静止或相对静止）状态时，不存在内摩擦力；
5．作用在流体上的力分为（质量力）和（表面力）两大类；
6．流体包括（液体）和（气体）；
7．流体静压力是由（流体自由表面上的静压力）和（从该点到自由表面的单位面积上的液柱重力）两部分组成；
8．流体密度ρ=960kg/m3，则相对密度δ=（0.96）；
9．流体相对密度δ=0.95，则密度ρ=（950）kg/m3；
10．静力学基本方程式的适用条件是（重力作用下的连续、均质、平衡流体）;11．流体密度ρ=1000kg/m3、粘度μ=10-3PA.s，v=（10-6）m2/s;
12．液体中斜平面的压力中心在形心之（下）；
13．绝对压力=表压力+（大气压力）；
14．真空度=大气压力-（绝对压力）；
15．单位重量静止流体的总比能为（比位能）与（比压能）之和。
16．流体粘度μ=10-3PA.s、v=10-6m2/s,ρ=（1000）kg/m3;
17．液体中垂直平面的形心在压力中心之（上）；
2
18．压力体是由（受压曲面）、（液体的自由表面或其延长面）和（由该曲面的最外边界引向液面或液面延长面的铅垂面所围成的封闭体积）三部分组成的。
19．静止流体中任何一点上各个方向的静压力（大小相等），与作用方向无关；
20．静压力的方向永远（沿着作用面的内法线方向）；
21．用欧拉法描述流体的流动时，加速度由（时变加速度）和（位变加速度）两部分组成；22．流线不能相交也不能（折转）；
23．单位时间内通过的流体体积，称为（体积流量）；
24．动能修正系数是（实际动能）和（理想动能）的比值；
25．物理量流量Q的量纲为（[L3/T]）；
26．物理量速度v的量纲为（[L/T]）；
27．物理量密度ρ的量纲为（[M/L3]）；
28．雷诺数的物理意义为（惯性力）与（粘滞力）的比；
29．圆管中的流体由层流变成紊流的临界雷诺数是（2000）；
30．圆管层流断面的平均流速是最大流速的（0.5）倍；
31．圆管层流断面的最大流速是平均流速的
（2）倍；
32．水力半径=（断面面积）/（湿周）；
33．对于圆管来说，水力半径越大，阻力（越小）；
34．流体流动存在两种流动状态，即（层流）和（紊流）；
35．雷诺数越大，表明（惯性力）占主要地位；
36．紊流流动可分为三部分，即（层流底层）、（过渡区）和（紊流核心区）；37．管路中全流程总的水头损失等于所有（沿程水头损失）与（局部水头损失）的总和；38．从层流转变到紊流时的临界流速称为（上临界流速）；
39．从紊流转变到层流时的临界流速称为（下临界流速）；
40．流体流动阻力分为（沿程阻力）和（局部阻力）两类；
41．圆管层流断面的最大流速是在（圆管轴心）处；
42．在圆管层流中的水力摩阻系数λ等于（64/Re）；
43．管路中的局部水头损失和流速损失在计算中可忽略不计，该管路称为（长管）；44．在长输管路中在某一区间加大管径来降低（水力坡度），以达到（延长输送距离）的目的；
45．在长输管路中在某一区间并联管线，以达到（降低水头损失）和（增大输送量）的目的；46．发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有（惯性）和（压缩性）；
47．串联管路的各管段的（流量）相等；
48．串联管路的全管段的总水头损失等于（各管段水头损失之和）；
49．并联管路中各分段管路的（水头损失）相等；
50．并联管路的全管段的总流量等于（各分段管路的流量之和）；
三、选择题：
（10分）
1、下列那个物质不是流体（C离心泵）；
2、流体只能抵抗（A压力）；
3、流体不具有的特点是（D分子间引力较大）；
4、能形成自由表面的流体是（B聚合物溶液）；
5、下列哪个不是作用在流体上的质
量力（D压力）；
6、流体静压力的方向永远沿着作用面的（A内法线方向）；
3
7、下列哪个不是等压面的特性（B等压面垂直与等势面）；
8、以绝对真空为基准计量的压力是（C绝对压力）；
9、流体作用在平面的总压力与下列哪个因素无关（B容器的形状）；
10、对于水平平面来说，压力中心位于（D面积形心处）；
11、下列哪个是实压力体的特点（A液体在曲面之上）；
12、下列哪个是虚压力体的特点（B压力体内无液体）；
13、用欧拉法描述流体流动时，由于位置变化而引起的加速度称为（C位变加速度）；14、用欧拉法描述流体流动时，时变加速度和位变加速度之和称为（B全加速度）；15、理想流体的流动和实际流体的流动是按照流体是否有（A粘性）的性质而分的；16、不可压缩流体的流动和可压缩流体的流动是按照流体是否有（B压缩性）的性质而分的；
17、下列哪个不是流线的特点（D稳定流时，流线与迹线不重合）；
18、下列哪个不是流管的特点（C流管内外有流体质点交换）；
19、下列哪个不是流体力学的三大方程（C流线方程）；
20、下列哪个不是总流的伯努力方程适用条件（D所取断面为任意断面）；
21、下列哪个不是系统界面的特性（C不存在能量交换）；
22、下列哪个不是控制体周界的特性（A形状、大小可改变）；
23、下列哪个是流体力学常用的基本量纲（B[L]）；
24、下列哪个是流体力学常用的导出量纲（D[L/T]）；
25、若x为任一物理量，其量纲可表示为[x]=[LαMβTγ]。
若α≠0，β=γ=0，则x称为（B几何学量纲）；
26、若x为任一物理量，其量纲可表示为[x]=[LαMβTγ]。
若α≠0，β≠0，γ=0，则x称为（C运动学量纲）；
27、若x为任一物理量，其量纲可表示为[x]=[LαMβTγ]。
若α≠0，β≠0，γ≠0，则x称为（D动力学量纲）；
28、若x为任一物理量，其量纲可表示为[x]=[LαMβTγ]。
若α=0，β=0，γ=0，则x称为（A无量纲量）；
29、下列运算中可以用有量纲量的是（D幂函数运算）；
30、流体流动阻力产生的根本原因在于（A流体内部运动特性）；
31、流体流动表现为液体质点的摩擦与变形，称为（B层流状态）；
32、流体流动表现为液体质点的相互碰撞与掺混，称为（C紊流状态）；
33、上临界流速（C大于）下临界流速；
34、判别层流和紊流的标准是（D下临界雷诺数）；
35、流体运动时，雷诺数较小，说明（B惯性力较弱）；
36、流体运动时，雷诺数较大，说明（C惯性力较强）；
37、圆管层流的最大流速是平均流速的（D2）倍；
38、圆管层流的平均流速是最大流速的（A0.5）倍；
39、圆管层流的沿程水头损失与平均流速成（B二次方）的关系；
40、圆管层流的沿程水力摩阻系数仅取决于（C雷诺数）；
41、当量直径是水力半径的（D4）倍；
42、当孔口的高度小于孔口形心在液面以下深度的（D1/10）时，称为小孔口；43、当孔口的高度大于孔口形心在液面以下深度的（D1/10）时，称为大孔口；44、在长输管路中常在某一区间加大管径来（B降低水力坡度），以达到延长输送距离的目的；
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45、在输油管路中常铺设并联的付线，以达到（A增大输送量）的目的；
四、简答题：
（10分）
1.液体和气体有哪些不同性质？
答：
（1）液体的分子距较难缩小，不易压缩；液体能形成自由液面。
（2）气体的分子距较大，易压缩；气体不能形成自由液面，需密封在容器内且均匀充满容器。
2.流体和固体有哪些不同性质？
答：
（1）流体只能抵抗压力，不能抵抗拉力和切力，不能保持一定的形状。
（2）固体具有抵抗压力、拉力和切力三种能力，在外力作用下仅发生很小变形，而且到一定程度后变形就停止。
3.牛顿内摩擦定律的内容是什么？
答：
流体内摩擦力的大小与流体的性质有关，与流体的速度梯度和接触面积成正比。
4.液体和气体的粘性有何区别？
原因是什么？
答：
答：
（1）温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加。
这是因为液体的粘性主要是由分子间的内聚力造成的。
温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。
（2）温度升高时，气体的粘滞系数增大。
造成气体粘性的主要原因时气体内部分子的热运动。
当温度升高时，气体分子的热运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量和动量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增大。
5.作用在流体上的力，包括哪些力？
答：
作用在流体上的力，按力的表现形式分为质量力和表面力两类。
质量力包括重力、直线惯性力和离心惯性力；表面力包括压力和切力。
6.流体静压力有哪些特性？
答：
（1）静压力方向永远沿着作用面的内法线方向；
（2）静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用方向无关。
7.等压面及其特性是什么？
答：
静压力相等的各点所组成的面称为等压面。
等压面的特性有：
（1）等压面是等势面；
（2）等压面与质量力互相垂直；（3）两种互不相溶的流体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。
8.何谓压力体？
答：
压力体是由受压曲面、液体的自由表面或其延长面和由该曲面的最外边界引向液面或液面延长面的铅垂面所围成的封闭体积三部分组成的。
9.欧拉法中加速度如何表示？
答：
用欧拉法描述流体的流动时，加速度由两部分组成：
时变加速度和位变加速度。
10、通常根据什么将流动分为稳定流动和不稳定流动、理想流体的流动和实际流体的流动？
答：
通常根据流体的流动要素是否随时间变化，将流动分为稳定流动和不稳定流动；通常根据把流体看作是否具有粘性，将流动分为理想流体的流动和实际流体的流动。
11、流线有何特点？
答：
（1）不稳定流时，流线形状随时间变化；
（2）稳定流时，流线形状不随时间变化，流线与迹线重合；（3）流线不能相交也不能折转，只能平缓过渡。
12、连续性方程的物理意义是什么？
答：
流体在单位时间流出和流
入单位体积空间的质量差与其内部质量变化的代数和为零。
13、欧拉运动微分方程的适用条件是什么？
答：
（1）理想流体；
（2）可压缩和不可压缩流体；（3）稳定流和不稳定流。
14、节流式流量计的基本原理是什么？
答：
当管路中液体流经节流装置时，液流断面收缩，在收缩断面处流速增加，压力降低，使节流装置前后产生压差，可通过测量压差来计量流量的大小。
15、常用的节流式流量计有哪些？
答：
常用的节流式流量计有孔板、喷嘴和文丘利管。
16、什么叫无量纲量？
答：
当某一物理量的量纲可简化为零时，该物理量称为无量纲量。
17、什么叫量纲和谐原理？
答：
一个正确、完整的反映客观规律的物理方程中，各项的量纲是一致的，叫量纲和谐原理。
18、什么叫π定理？
答：
任何一个物理过程，如果包含有n个物理量，涉及到m个基本量
5
纲，则这个物理过程可由n个物理量组成的（n-m）个无量纲量所表达的关系式来描述。
由于这些无量纲量用π来表示，这个定理叫π定理。
19、液流阻力是怎样产生的？
答：
流体在管道内流动，由于管壁界面的限制，使流体与壁面相接触，发生流体质点与管壁之间的摩擦与撞击而消耗能量，形成阻力。
20、液流阻力表现为哪些形式？
答：
液流阻力分为沿程阻力和局部阻力两大类。
21、液流阻力是怎样分类的？
答：
根据流体运动边界状况的不同，把流体流动的阻力分成类。
在边壁沿程不变的管段上，流动阻力只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力；在边界急剧变化的局部区段，会产生较大的局部阻力。
22、为什么可用水力半径表示断面对阻力的影响？
答：
通常把与液体接触的管子断面的周长叫湿周，湿周越长，阻力越大。
但是只靠湿周并不能全面地表明管径大小和形状对阻力的影响，管路断面面积的大小也是影响阻力的一个重要因素。
水力半径是断面面积与湿周的比值，它标志着管路的几何形状对阻力的影响。
23、层流有什么特点？
答：
层流主要表现为流体质点的摩擦与变形。
24、紊流有什么特点？
答：
紊流主要表现为流体质点的相互撞击与掺混。
25、为什么用雷诺数判别流态能够说明流动阻力的物理本质？
答：
雷诺数能同时反映出流速、管径和流体物理性质对流态的影响，综合了引起流动阻力的内外因，揭示了流动阻力的物理本质。
26、在工程上为什么采用下临界雷诺数作为判别流态的标准？
答：
实验表明，不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数接近常数，但上临界雷诺数很不稳定，所以，通常采用下临界雷诺数作为判别流态的标准
27、简述绝对粗糙度、平均粗糙度和相对粗糙度的区别？
答：
（1）壁面的粗糙突出部分的高度称为绝对粗糙度；
（2）把所有壁面的粗糙突出部分的高度取平均值，该平均值称为相对粗糙度；（3）绝对粗糙度与管子直径（或半径）的比值称为相对粗糙度。
28、水力光滑与水力粗糙如何划分的？
答：
（1）当层流底层的厚度大于壁面的绝对粗糙度时，层流底层以外的紊流区域完全感受不到壁面粗糙度的影响，流体好象在完全光滑的管子中流动一样，称为水力光滑；
（2）当层流底层的厚度小于壁面的绝对粗糙度时，壁面粗糙度将对紊流流动发生影响，这种管内流动称为水力粗糙。
29、何谓有压管路？
答：
管道中流体过水断面边界完全与壁面接触，不存在自由表面的流动管路。
30、长管和短管是如何划分的？
答：
在管路的水力计算时，根据沿程水头损失和局部水头损失所占的比例，可以把管路分为长管和短管两大类。
如果管路中的局部水头损失和流速水头所占的比例很小，在计算中可以忽略不计，这种管路称为长管。
反之，如果管路中的局部水头损失和流速水头所占的比例较大，在计算中可以不能忽略，这种管路称为短管。
31、长管的水力计算通常有哪几类问题？
答：
长管的水力计算通常有三类问题：
（1）已知流量、管道尺寸、管件，计算管路系统的阻力损失；
（2）给定流量、管长、所需管件和允许压力降，计算管路直径；（3）已知管道尺寸、管件和允许压力降，求管路中流体的流速或流量。
32、串联管路有何特点？
答：
（1）串联管路中各个管段的流量相等；
（2）全管段的总水头损失为各段水头损失的总和。
33、在输油管上，串联管路可用来解决哪些问题？
答：
在流量一定的情况下，由于串联的大管径比小管径的水力坡度要小，所以在长输管路上常在某一定区间加大管径来降低水力坡度，以达到延长输送距离的目的。
34、并联管路有何特点？
答：
（1）并联管路中流量的总和等于各个支管段的总流量；
（2）并联管路中各个支管段的水头损失相等。
35、在输油管路上，并联管路可用来解决哪些问题？
答：
在输油管路上，常常利用铺设并联
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的付线，以达到增大输送量和降低水头损失的目的。
36、分支管路的流动特点是什么？
答：
（1）对于不可压缩流体，总管的流量等于各支管流量之和；
（2）由于支管的存在，主管内各部分流量不同，主管的阻力损失必须分段加以考虑；（3）流体在某一分支点处无论其以后向何处分流，其机械能为一定值。
37、什么叫管路特性曲线？
答：
在已知管长、管径和液体性质的情况下，给定不同的流量，即可算出相应的水头损失与流量的关系曲线，称为管路特性曲线。
38、孔口出流有何特点？
答：
液流经孔口时，流线不能折转，所以出流后将形成收缩断面，其位置一般在距孔口高度的1/2处。
39、什么叫收缩系数？
答：
当全部和完善收缩时，收缩断面的面积将最小，把收缩断面的面积与孔口的断面面积之比，称为收缩系数。
40、在同样水头和面积的情况下，为什么通过管嘴的流量比通过孔口的流量大？
答：
由实验证明，在同样水头和面积的情况下，因为管嘴的流量系数大于孔口的流量系数，所以通过管嘴的流量比通过孔口的流量大。
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