完整版工程流体力学习题及答案doc.docx
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第1章
绪论
选择题
(a)流体的分子;(b)流体内的固体颗粒;
【1.1】按连续介质的概念,流体质点是指:
(c)几何的点;(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。
解:
流体质点是指体积小到可以看作一个几何点,但它又含有大量的分子,且具有
诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。
(d)
【1.2
】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是:
(a)切应力和压强;(b)切应力和剪切变
形速度;(
c
)切应力和剪切变形;()切应力和流速。
d
dv
dv
解:
牛顿内摩擦定律是
dy,而且速度梯度dy是流体微团的剪切变形速度
d
d
dt
,故
dt。
(b)
【1.3
】流体运动黏度
υ的国际单位是:
(a)m2/s;()N/m2
;()kg/m;(
)N·s/m2。
b
c
d
解:
流体的运动黏度υ的国际单位是m2/s。
(a)
p
【1.4
】理想流体的特征是:
(a)黏度是常数;(b)不可压缩;(c)无黏性;(d)符合
RT
。
解:
不考虑黏性的流体称为理想流体。
(c)
【1.5
】当水的压强增加一个大气压时,水的密度增大约为:
(a)1/20000
;(b)
1/1000;(c)1/4000
;(d)1/2000。
解:
当水的压强增加一个大气压时,其密度增大约
d
kdp
0.5109
1
105
1
20000。
(a)
【1.6
】从力学的角度分析,一般流体和固体的区别在于流体:
(a)能承受拉力,平衡时
不能承受切应力;()不能承受拉力,平衡时能承受切应力;
(
)不能承受拉力,
b
c
平衡时不能承受切应力;(d)能承受拉力,平衡时也能承受切应力。
解:
流体的特性是既不能承受拉力,
同时具有很大的流动性,
即平衡时不能承受切
应力。
(c)
【1.7
】下列流体哪个属牛顿流体:
(a)汽油;(b)纸浆;(c)血液;(d)沥青。
解:
满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
(a)
【1.8
】15oC时空气和水的运动黏度
空气
15.2106m2/s,
水
1.146
106m2/s,这
说明:
在运动中(a)空气比水的黏性力大;(b)空气比水的黏性力小;(c)空气
与水的黏性力接近;()不能直接比较。
d
解:
空气的运动黏度比水大近
10倍,但由于水的密度是空气的近
800倍,因此水
的黏度反而比空气大近
50
倍,而黏性力除了同流体的黏度有关,还和速度梯度有
关,因此它们不能直接比较。
(d)
【1.9】液体的黏性主要来自于液体:
(a)分子热运动;(b)分子间内聚力;(c)易变形性;(d)抗拒变形的能力。
解:
液体的黏性主要由分子内聚力决定。
(b)第2章流体静力学
选择题:
【2.1】相对压强的起算基准是:
(a)绝对真空;(b)1个标准大气压;(c)当
地大气压;(d)液面压强。
解:
相对压强是绝对压强和当地大气压之差。
(c)
【2.2】金属压力表的读值是:
(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。
解:
金属压力表的读数值是相对压强。
(b)
【2.3】某点的真空压强为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为:
(a)65000Pa;(b)55000Pa;(c)35000Pa;(d)165000Pa。
解:
真空压强是当相对压强为负值时它的绝对值。
故该点的绝对压强
pab0.11066.510435000Pa。
(c)
【2.4】绝对压强pab与相对压强p、真空压强pv、当地大气压pa之间的关系是:
(a)pab
p
pv;(b)ppab
pa;(c)pv
papab;(d)ppvpa。
解:
绝对压强-当地大气压=相对压强,
当相对压强为负值时,
其绝对值即为真空
压强。
即pab
pa
ppv,故pv
papab。
(c)
【2.5】在封闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上,
其压强关系为:
(a)p1>p2>p3;(b)p1=p2=p3;(c)p1
解:
设该封闭容器内气体压强为p0,则p2
p0,显然p3
p2,而
p2气体hp1
Hgh,显然p1p2。
(c)
p0
A
h
B
3
2h1
hp
水
汞
习题2.5图习题2.6图
【2.6】用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差,水银面高度hp=10cm,
pA-pB为:
(a)13.33kPa;(b)12.35kPa
;(c)9.8kPa
;(d)6.4kPa
。
解:
由于
pAH2Oh
H2Ohp
pB
H2Oh
Hghp
故
pApB(Hg
H2O)hp
(13.6
1)98070.112.35kPa
。
()
b
【2.7】在液体中潜体所受浮力的大小:
(a)与潜体的密度成正比;(b)与液体
的密度成正比;(c)与潜体的淹没深度成正比;(d)与液体表面的压强成
反比。
解:
根据阿基米德原理,浮力的大小等于该物体所排开液体的重量,故浮力的大小与
液体的密度成正比。
(b)
【2.8】静止流场中的压强分布规律:
(a)仅适用于不可压缩流体;(b)仅适用
于理想流体;(c)仅适用于粘性流体;(d)既适用于理想流体,也适用
于(c)
于)重
于a)流体无粘性;(b)流体粘度大;
于粘性流体。
解:
由于静止流场均可作为理想流体,因此其压强分布规律既适用于理想流体,也
适用于粘性流体。
(d)
【2.9】
静水中斜置平面壁的形心淹深hC与压力中心淹深hD的关系为hC
hD:
(a)大于;(b)等于;(c)小于;(d)无规律。
解:
由于平壁上的压强随着水深的增加而增加,因此压力中心淹深
hD要比平壁形
心淹深hC大。
(c)
【2.10】流体处于平衡状态的必要条件是:
((c)质量力有势;(d)流体正压。
解:
流体处于平衡状态的必要条件是质量力有势
【2.11】液体在重力场中作加速直线运动时,其自由面与处处正交:
(a
力;(b)惯性力;(c)重力和惯性力的合力;(d)压力。
解:
由于流体作加速直线运动时,质量力除了重力外还有惯性力,由于质量力与等
压面是正交的,很显然答案是(c)
计算题:
【2.12】试决定图示装置中
A、B
两点间的压强差。
已知h1=500mm,h2=200mm,
h3=150mm,h
4=250mm
,h5
=400mm,酒精γ1=7848N/m3,水银γ2=133400
N/m3,水γ3=9810N/m
3。
A
酒精
B
水
4
水
h5
h1
2
h4
h3
h2
3
3
1
1
水银
习题2.12
图
解:
由于
pA
3h1
p2
2h2
而
p3
p2
1h3
pB
(h5
h4)3
2h4
因此
p2
pB
(h5
h4)3
2h4
1h3
即
pA
pB
2h2
3h5
h4
2h4
1h33h1
3(h5
h4)
2h4
1h3
3h1
133400
0.2
9810
(0.4
0.25)
133400
0.25
78480.1598100.5
55419.3Pa55.419kPa
3
1
z
A液体
2
y
M
p1
B液体
p3
习题2.13图
【2.13】试对下列两种情况求A液体中M点处的压强(见图):
(1)A液体是水,B液体是水银,y=60cm,z=30cm;
(2)A液体是比重为0.8的油,B液体是比重为1.25的氯化钙溶液,y=80cm,z=20cm。
解
(1)由于p1p2Bz
而
pMp3
Ay
Bz
Ay
1340000.398100.646.086kPa
(2)pMBzAy
1.2598100.20.898100.88.731kPa
【2.14】在斜管微压计中,加压后无水酒精(比重为0.793)的液面较未加压时的
液面变化为y=12cm。
试求所加的压强p为多大。
设容器及斜管的断面分别
a
1
1
为A和a,A
100,
sin
8。
p
A
y
h
p=0时液面
a
γ
习题2.14图
y
h
解:
加压后容器的液面下降A
p(ysin
h)
(ysin
ya)
则
A
0.793
9810
(0.12
0.12)
126Pa
8
100
【2.19】矩形闸门AB宽为1.0m,左侧油深h=1m
,水深h
=2m,油的比重为0.795
,
1
2
闸门倾角α=60o,试求闸门上的液体总压力及作用点的位置。
解:
设油,水在闸门
AB上的分界点为E,则油和水在闸门上静压力分布如图所
示。
现将压力图F分解成三部分F1,F2,F3,而F
F1F2F3,
AE
h1
1
1.155m
sin
sin60
其中
EB
h2
2
2.31m
sin
sin60
pE
h1
0.795
9810
1
7799Pa
油
pB
pE
h2
77999810
2
27419Pa
水
F1
1pEAEI
1
7799
1.155
4504N
2
2
F2
pEEB
I
7799
2.3118016N
F
1(p
B
p)EB
I
1
(27419
7799)
2.3122661N
3
2
E
2
故总压力F
F1
F2
F3
4504
18016
22661
45.18kN
设总压力F作用在闸门AB上的作用点为
D,实质是求水压力图的形状中心离
开A点的距离。
2
1
2
由合力矩定理,
F
AD
F13
AE
F2(
2
EB
AE)
F3(
3
EB
AE)
450421.155
18016(1
2.31
1.155)
22661
(2
2.31
1.155)
AD
3
2
45180
3
故
2.35m
或者hDADsina2.35sin602.035m
O'
A
pA
A
h1
油
pEF1
水
F
E
hH
F
F1
O
F2
h2
F3
F2
a
pB
D
pB
B
By
习题2.19
图
习题2.20
图
【2.24】如图所示一储水容器,容器壁上装有3个直径为d=0.5m的半球形盖,设h=2.0m,H=2.5m,试求作用在每个球盖上的静水压力。
Vpa
a
Vpc
FzaH
cFzch
Fxc
Fzb
Vpbb
习题2.24图
解:
对于a盖,其压力体体积Vpa为
Vpa
(H
h)d2
1
1d3
2
4
2
6
(2.5
1.0)
0.52
1
0.53
0.262m3
4
12
Fza
Vpa
9810
0.262
2.57kN(方向↑)
对于b盖,其压力体体积为Vpb
Vpb
(H
h)d2
1
d3
2
4
12
(2.5
1.0)
0.52
1
0.53
0.720m3
4
12
Fzb
Vpb
9810
0.720
7.063kN(方向↓)
对于c盖,静水压力可分解成水平及铅重两个分力,其中
Fxc
H
d2
9810
2.5
0.52
4.813kN
水平方向分力
4
4
(方向←)
Fzc
Vpc
9810
0.53
0.321kN
铅重方向分力
12
(方向↓)
【2.30】某空载船由内河出海时,吃水减少了20cm,接着在港口装了一些货物,
吃水增加了15cm。
设最初船的空载排水量为1000t,问该船在港口装了
多少货物。
设吃水线附近船的侧面为直壁,设海水的密度为ρ=1026kg/m3。
解:
由于船的最初排水量为1000t,即它的排水体积为1000m3,它未装货时,在海水中的排水体积为
V1000974.66m3
1.026,
按题意,在吃水线附近穿的侧壁为直壁,则吃水线附近的水
S
1000
974.66
126.7m2
线面积为
0.20
因此载货量W
126.7
0.15102619.50t191.3kN
第3章流体运动学
选择题:
d2r
v
;(c)(v
)v;
【3.1
】用欧拉法表示流体质点的加速度a等于:
(a)dt2
;(b)t
v
)v
(v
(d)t
。
a
dv
v
v
dt
t
解:
用欧拉法表示的流体质点的加速度为
v(d)
【3.2
】恒定流是:
(a)流动随时间按一定规律变化;(b)各空间点上的运动要
素不随时间变化;(c)各过流断面的速度分布相同;(d)迁移加速度为
零。
解:
恒定流是指用欧拉法来观察流体的运动,在任何固定的空间点若流
体质点的所有物理量皆不随时间而变化的流动.
(b)
【3.3
】一元流动限于:
(a)流线是直线;(b)速度分布按直线变化;(c)运
动参数是一个空间坐标和时间变量的函数;(d)运动参数不随时间变化
的流动。
解:
一维流动指流动参数可简化成一个空间坐标的函数。
(c)
【3.4】均匀流是:
(a)当地加速度为零;(b)迁移加速度为零;(c)向心加
速度为零;(d)合加速度为零。
解:
按欧拉法流体质点的加速度由当地加速度和变位加速度(亦称迁移
加速度)这两部分组成,若变位加速度等于零,称为均匀流动
(b)
【3.5
】无旋运动限于:
(a)流线是直线的流动;(b)迹线是直线的流动;(c)
微团无旋转的流动;(d)恒定流动。
解:
无旋运动也称势流,是指流体
微团作无旋转的流动,或旋度等于零的流动。
(d)
【3.6
】变