流体力学复习.docx
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流体力学复习
流体力学（机械类）第1次作业
一、单项选择题（只有一个选项正确，共5道小题）
1.在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为
（A）
牛顿流体及非牛顿流体
（B）
可压缩流体与不可压缩流体
（C）
均质流体与非均质流体
（D）
理想流体与实际流体
正确答案：
D
解答参考：
2.相对压强是指该点的绝对压强与_
（A）
标准大气压
（B）
当地大气压
（C）
工程大气压
（D）
真空压强
的差值
正确答案：
B
解答参考:
3.粘性流体总水头线沿程的变化是
解答参考:
解答参考：
5.圆管均匀层流过流断面上切应力分布为
（A）
（B）
（C）
抛物线分布，管壁处为零，管轴处最大直线分布，管壁处最大，管轴处为零均匀分布
对数分布
（D）
正确答案：
B
解答参考:
四、主观题（共5道小题）
6.
底面和为LM，的薄様在液面上水平移动速度为16m/s・液层厚度为4mm.權休的动力粘度A为O.OOlPa-S.假定液层内速度为直线分布规律，试求移动平板的力F为多大?
参考答案：
F十A皿1"6N7.
如图所示的矩形闸门AB将水（P1=1000kg/mO和甘油（P2-1264kg/n?
）分隔，试求
作用在单位宽度闸门上的总压力及作用点°
▽
=1+8^
▽
1.请
—
水2^\
A甘油
B
2nJ
参考答案:
F]=p逛hjAi=（b8+IJ+2/2）x9S07x2=78456N
IIbhVl^-
畑=加+孟讥+諡“+后=4+云+8«n
h]=yDi—（l^8+12）=4.08-3-1.08111
F；=p.gh^.Ai=1264x9:
807X（1.2+2/2）x2=54542.6N
b=¥b+=hb+=2.2+bh比=22+——2=2.35m
4上y^AGh^A2.2x212x22x2
h]=—12=2.35—i.2=1.15111
Fy^Eh,-EK
23913.4y=78456xk08-54542.6x1.15
y=0.92m
2.8个大气压强。
而当将阀门全
8.有一贮水装置如图所示，贮水池足够大，当阀门关闭时，压强计读数为开，水从管中流出时，压强计读数是0.6个大气压强，试求当水管直径
d-12cin时，通过出口的体积流量％（不计流动损失儿
IJ
*
参考答案:
H+匹+0“+心坐+竺pgPS2g
p*+pgH-p,+2.8p.
0・6pJ
pg」
（
Vr=2eH-亠11A
q冒=fd'V?
=0J85x0.12"x20.78=0235（m7s）
0.6x98060
2x9.806x（2.8-
\I9806
=20.78（m/s）
H=込二竺密jnHQ）pg9806亠
如图所示水箱孔口出流，p=0.5atni,hl=2111,=40iTim,=0.62,
参考答案:
十冒E=h「h厂E
■y2gY
Q：
=mAJ2g（h厂h厂p/y）
（1）
比=出&呂（h?
+%）⑵
h,=5,OSmJQ=4*7SL/s
10.水平管路路直径由dI=i0cm,突然扩大到d2=i5cm，水的流量Q=2in'/nim。
（1）试求突然扩大的局部水头损失；
（2）试求突然扩大前后的压强水头之差。
14Q
S述-创血84
Y2g72g2gyg
Vj=4.244m/s,v,=L886ms—__=0455ni
参考答案：
f
流体力学（机械类）第2次作业
2
++f0.--石）=丹+21+屮中的九円分别代表（）
1.不可压缩气体总流能量方程2£”
解答参考:
2.
动量方程式中流速和作用力
解答参考:
3.管道中紊流运动，过流断面流速分布符合
（A）
均匀分布
（B）
直线变化规律
（C）
抛物线规律
（D）
对数曲线规律
正确答案：
D
4.在紊流粗糙管中
层流底层覆盖粗糙高度
（A）
（B）
沿程阻力系数只取决于雷诺数
（C）
沿程水头损失与流速的平方成正比
（D）
正确答案：
C
阻力系数与相对粗糙无关
解答参考:
解答参考:
5.水力半径是（）
湿周除以过水断面积
（A）
（B）
过水断面积除以湿周的平方
（C）
过水断面积的平方根
过流断面积除以湿周
（D）
正确答案：
D
解答参考：
四、主观题（共16道小题）
6.在流体力学当中，三个主要的力学模型是指哪三个?
参考答案：
答：
（1）连续介质；
（2）无粘性流体；（3）不可压缩流体。
7.
三元不可压缩流场中，已知耳V厂-（xy+w+zx）,且已知Z=0处
V,=0,试求％的表达式。
坐七，蛍—Z
&8
汛理.
—-H+-==-=0
-X）dz=-——X2+C
2
参考答案:
V^V-0
2
C=0'V,=-XZ+—二2
8.
如图所示，消防水管直径di,喷嘴出口直径d2=0.03m,设计流量
=—=1,6977m/sV.=—424413m/s
A]A：
p：
=p]-Pjp（v；-Vf）-8.9919xlO^Ps
F=p；A]-pQ（V：
-Vj=14668N
有一并联管道如图所示.若已知Qv=300mVh,dj=100nim,=40m,
d?
二50mm,L2=30m,二ISOmm,L3二50m,心="-、=0.03心试
Qv-Qvi+4斗2+q耳3
（a）
求各支管中的流量qvi.qv2^及并联管道中的水头损失.
hf严hf2=hf3
{4qviY
0.03x^x,,
0.12x9.8061^71x0.1'
=0.03x^x、
0.052x98061tix（X0<）f4qv3Y
4qv2
Qv2=02qvi
Qv3=2.46qyjJ
Cb）
=0.03冥仝X
0,152x9,8061^TtxOJS-
—=iiUAd—（—）=心-0
dhdhh5—h*（h6-h-）-
6-0.
参考答案:
-I
10.
在距离为5的两平行壁面之间充满动力粘度为卩的液体，在液体中有一边长为L的薄板以速度V沿薄板
所在平面内运动。
假定沿铅直方向的速度分布是直线规律：
（1）当薄板距下侧壁面距离为h时，求薄板运动时的液体阻力？
（2）若h可变，求h为多大时，薄板运动阻力最小？
最小阻力为多少？
h6-hh{6-h）
11.
圆弧形闸门长b=5m，圆心角，半径R=4m，如图所示。
若弧形闸门的转轴与水面齐平，求作用
在弧形闸门上的总压力及其作用点的位置。
参考答案:
13.如图所示的
12.
点的流线方程。
参考答案:
U形压差计测量弯管的局部水头损失系数Z。
已知管径
d=0,25in,水流量Q=03n?
/s，U形管的工作液体密度为=1600kg/m',U形
管左右两侧液面高差Ah=70mm，求匚
参考答案:
ZL也亠匸-Z亠Zl+^+hLhl"厂6+7
pg2g4pg2gpg
Pl亠Pg（Zi—6+h+Ah）=p2十pgh+pgAh
h]
14.
d2gRed2g9410.052x9.81
==（2—l）Ah=0.042=>r=l2405
'2gp'
今要以长L=80m，内径d=50mm的水平光滑管道输油，若输油流量要
0.056
比=hf=72.84mG由柱）
等于135L/min,用以输油的油泵扬程为多大？
（设油的密度P=920kg/ni',粘度
jj=0.056Pa・s）
参考答案:
15.
从水管向左箱供水，然后经面积为细.流量系数为山的孔口流向右箱，再从右箱经面
积为A］、流量系轴4的孔口流出.恒定猛量为Q.試求两个水位高度H】和碍.
参考答案:
H产莎I疋+莎淸
GT
16.试述流体静压强的两个重要特性。
参考答案：
流体静压力的方向沿作用面的内法线方向；静止流体中任一点的流体静压强大小与其作用面在空间的方位无关。
17.何谓流线？
试写出流线的微分方程式。
参考答案：
流场中某一瞬时流体质点的速度方向线；
dxdyrfz
18.粘性流体在圆管中作层流流动时，其速度分布与切应力分布有何规律?
参考答案：
答（简）：
速度分布为抛物线分布，切应力分布为线性分布。
19.紊流分成哪三个区，沿程阻力系数各有什么特点？
参考答案：
答（簡）：
（1）紊流光滑区；L=f（R€）；⑵紊流过渡区Z=/（R匕扌）；（3）紊流粗造区几=/（》
20.一个圆柱体沿管道内壁下滑，圆柱体直径
d=,长£=?
00用用，自重G=1CLVq管道直径Z）=10b7jm,倾角0=45°,内壁涂有润滑
油B如图，测得圆柱体下滑速度r=0.23m/5,求润滑油的动力粘性系数戸？
U
r=a——
■<5
UGsin0=u—miL
S
SGsind
R=-—■=0.1631Pq*s
参考答案：
祖u
21.如图，一弧形闸门宽2m，圆心角
◎=30。
，半径厂=3机，闸门轴与水面齐平，求作用在闸门上的静水总压力。
7\=——30°）亠Xb
2
飞㈣25^2=22。
"
1rir*打1
=浮-/（一阳打—cosffsina）b=尹韦（cos30^sin30®）
1223.22
=9810x3'x2（—-lcos30^siii30°）=7998N
122
F=+F；-722073+7998-23477N
流体力学（机械类）第3次作业
三、主观题（共14道小题）
1.一股由喷管流出的自由射流，沿水平方向冲入固定导流片水平入口，如图所示。
水流截面积
J=40cW-,速度01=45僭心.设水流沿导流片偏转一角度0后流出，忽略底量力和鹿擦力，试求
射流对固定导流片的作用力角的关系。
解：
乞+£1居丄
2P2P
•/P1=6=0,「•卩1=冬=卩根据连续性方程妁=A.=AF=pr<4（%-K）
Fh-一Vcos6）=-1000X45x40xl0"^x45x（l-
F"=pVAVsine=sin（9=8100sin6?
V
F=Jf：
+F；=£lOOj2（l-cos0）N◎=沁一1（仁./化）=tarT】
2.水平管路直径由d1=10cm,突然扩大到d2=15cm,水的流量°=乃""'血°
（1）试求突然扩大的局部水头损失；
（2）
试求突然扩大前后的压强水头之差。
Plv；p.V；1."一Pf—Pl1z:
—+—=—+—+—fv'-v3=>—一—=—-V：
T2gY2g2g“7g二亠
P、一卩1
¥]=4244m/s,Vn=1.886inZs^=0.455111
参考答案：
Z|=lOOft?
/,d'=03"?
Zn=1500ffj,
c/t=0.25?
//T-i800mfrfj-0J8/I1,
各管的沿程损失系数都是A=0,028.
参考答案:
（1）串联H=S.y^S,Q^
84L.82L_；
nk百評=H
71gdjS
代入数据Q=0.0744ni7s
（2）串联+并联
H=S&+S虫;（orS©）
£
SjQ；=S©
（2）
Q_=Q：
+Qg⑶
＞由⑵得QAg■处
Q厂虧7叫
Q]二Qz+L2119Q,=2.2119©
Q,-0.462Q
H=舁■住+茅①4訝）Ql江gd”d]
Q；=CL122m/s
Qs^0.452x0.122二CL0551
Qd=0.066S
4.如图，水箱上有两个完全相同的孔口，H1=6m,H2=2m试求密封容器上的计示压强
*
L
凤
1
-.■=.r勺
1
1
参考答案:
=即得31=伞
—+7/.
p__
5.流体静力学的基本方程式/
的几何意义是什么?
pg亠「pg
参考答案:
第一项为压强水头、第二项为位置水头，两项相加为侧压管水头；同种、连续、静止的均质流体中各点的侧压管水头为常数。
6.
在均匀流过流断面上，压强分布有何规律?
参考答案：
答（简）：
过流断面上压强服从静止压强分布规律，亦即同一过流断面上各点的测压管水头相等
7.
粘性流体的流动可以分为哪两种流动状态？
为什么雷诺数可以用来判断流态
参考答案:
答（简）：
层流和紊流；雷诺数反映的是惯性力与粘性力作用的比值。
入与哪些因素有关?
8.尼古拉兹实验曲线图中，可以分为哪五个区域？
在五个区域中，
答（^）：
CD层流Z=/（Re）；C2＞层流向紊流过渡,〔3）紊流光滑区乂=才（^亡）；
C4）紊流过渡区z=/XR亡上卄（5＞紊流粗造区z=/■（-）•
参考答案：
£刃
9.有两个同心圆筒，长
L=600rnnt,间隙J=IOwjwj，间隙中充满=Q.23APa-5
的油T内筒半径r=100m?
?
?
它以转速^7=95.5r/imn转动，求施加于内筒的转矩Jf°
参考答案:
解:
V
r=//•—
S
2t-n
Vr
60
F=/Z-—・j-^Zj
5
..2如/60尸、_
..hi=牡工曲Lf
5
M=0.234X"3」4x9m百OxOJ0.6x0.1=O.gS.V•m
0X1"
10.如图，矩形闸门宽度B=3m,上缘A处设有固定铰轴，已知=60°,ii=2W,Z=2.5w.液体Z=9807.V.
忽略闸门自重，求开启闸门所需提升力1\
心J
■
z/
/L
参考答案:
SS；P=p^A—^sincLZj+—\-BL
I
…+—+%八』.131斗
小比血it12比12比
P{Vq-厶）=rVeosa
丁_皿-九1
Leos3
=/tanoB
AT哙-4厶弓
1J
=tsn厶Z+—
—了tanczff+十+—ij—‘
=9S07x3xL732（15+2.08）=233383.84N
11.大管直径d1=5m，小管直径d2=2m，已知大管中过流断面上的速度分布为~6.25-r（m>j）,
式中r表示点所在半径。
试求管中流量及小管中的平均速度。
参考答案:
参考答案：
12.如图所示，水以
100mm水管的法兰上。
Q三f/wX2时缶三［（625-旷二）2帀£厂
25
-61.36^7^
0
y
V=10m/s的速度从内径为50mm的喷管中喷出，喷管的一端则用螺栓固定在内径为如不计损失，试求作用在连接螺栓上的拉力。
Pl
三£（厂】）=0.5x1000x（10--2.5^}=46^15Pa
-F+Fi-d；=iooox（-f；X-^*+iooorr巴
444"
F=46875x-x0.f+1000x2.5^x-x0.P-lQ0Oxl0^x-x0'.O5^=22O.8.-V
444
T
亠
=10x
11100丿
匕+2+尸
Z陀Z2莒
解:
13.采用如图所示的装置测定90°弯头的局部阻力系数
Ci已知段管长L=10m,管径d=50w3w,z=0.03o
测得两段面测压管水头差2=0,72^,管路水流流速为%,
求弯头的局部阻力系数5•
参考答案:
解:
A-B建立能S方程
+—+-—-0+—+—愆2畧PS2s
"Pa=pg{^+^\戸£=愆（丙+e』）
（.L
Id-J2g
-0.03X
严_2£施rL_2x9.S07x0.72
_=A—=
■V'd
14.如图所示的具有并联、串联管路的虹吸管，已知
H—40昵厶=200m,厶=100喘
*
Jt
3
II
厶=500忧，=0.2翊，力2=0.1w,坊二右=2]=0.02,=0.025,
参考答案:
I,上堂仏仝吃/比一启玄
2g'<2g卩屛严片4十卩川由⑵式得I胃=代;入式（3）得匕=土邑齐兰0一那;
由式
（1）得
<2雷
AT；
_—严碎T运
P；=3.E841w/j,a=M=0.1220w^^j,陷=二3107知H上Q"厲=0.1525wv^j
0r=On-Oi=0.0305^2''■J
rw■VJ〜■丄
流体力学（机械类）第4次作业
三、主观题（共12道小题）
1.流体静压强的方向必然是沿着_
参考答案：
作用面的内法线方向
2.均匀流过流断面上压强分布服从于参考答案：
水静力学规律
3.
，流线只能是一条光滑
流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为
的
参考答案：
流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量
如图，液面上有一面积吕=CU6卅的平板，以尹=0*心的速度作水平移动*形成平板间液体的层
流运动，平板下液体分两层，它们的动力粘滞系数与厚度分别为“1"一142・¥』叩】，知严L0叽
址“圧“小存，电"期叽假定速度分布为直线规律，计算平板上所受的内摩擦力厂P
+J
+J
r=Hi
F=rxj=38.34x0,16=6A3N^
参考答案:
7.
有一圜滚n,长度£=10朋，直径D=4用，上游水深局=4性下游水深H：
=2怡、求作用于圜滚门上的水平和铅直分压力.¥
+J
理三卑一£三一ydfHf-HJ）=_x9a7>cl0x（f-F）-590貯
22
22jr
=；/-r=z-.4-Z=/---;rJ?
^-/=—x9.£07x4xl0=920kN^
参考答案：
’44""
8.
高压管末端的喷嘴如图，出口肓径d=lQcfn,管段直径D=40cwj,流Sg=CUn/F「喷嘴和管以法兰盘连接，扶用M螺栓，不计水和管嘴的重量「求惫上螺栓受力多少？
」
解》—妁+戸八；1尸/4=怂厲=珂卄
齐二QQDS4）=3一匹加I冬=0/（頑'"书=血9曲"內3g+XCg）=£「（2g〉
0=p（r；一吁）F2=10、x（50'.9'-3.】8》V=n9QkPa卫‘二hBkMR、占=
冷二戸仃0=14.3心『
参考答案:
9.
如图所示的^形压差计测量弯管的局部水头损失系数疔.已知管径d=CL25m,水流量
O-0.05wP/j,t/形管的工作液体密度为//“600焙/用'，f/形管左右两侧液面高差A/j=70m^n,
10.
11
参考答案:
PlV*prV：
V,,,Pl-P:
空1+竺+——=Zr+1+——+h.hL=21-21+
dPg2g"pg趣pg
Pl+pgO]—5+h+Ah）=p；+pgh+pyAh
—-lllh=0.042mV—0/4=1.02w/s
Ip丿
二管路系统如I图所示，各支管的长度，直径及沿稈损朱系数为:
厶=3'0（血L、=150m,厶=250?
?
?
£斗WlOOw,
叭=225mm,
—125mm,亠
边=150?
Mm,
d斗=175?
nw,
Zj=0.03
z.=0.038亠*j
A=0-032
A,=0.042
管路系统在节点处流出屮、端点母处流出g店=50£人的流量，试确定：
4
⑴水位高；!
；爭
（2）节点W处的水头h,2
参考答案:
解2由流量连续性原理，按题图所示各管段序号有4
Qjq=gp电+q阳=35+50—8-L]S
gF号=9门+即：
对水力长管，水箱中的水位高应等于沿程损朱之利，即右彳也Tri久斗£^g盒
又根据管路并联特征，有hr*
•V
解得
2屯2L45Z/J八
A:
厶gr:
r兀匚丄/如玉~?
「2-
于是得到水箱水位高为k=0.082彳人护十空尹十号2卜21.72^4
节点A处水头为卉一耐=恵一0327空学丄=12_39w*
12.
如图.二联水箱上装有三个处于同一高度Jg瞬同为流量系数同为06的孔口，进水流量为
那=3£/—在定常流动情况下，试求：
如1、和"如,、H\、甘丄各为多少？
4
+J
+J
*
■-T•*
II
参考答案:
q巧=血ij2露（H]-
+J
9巧=困1
由知=餉可得：
H]=牛#
q、'+?
耳+知二如症呻]+0』旳=0jgJ7i（i+d）
3x10-^=0.6x3xlWX{1+QX79.81x7/1
H\=4.858w
H）二岂=2.429w
参考答案:
3.气体自
静止、同种、连续液体
参考答案:
所形成的流动，称为气体淹没射流。
气体自孔口、管路或条缝向外喷射所形成的流动，称为气体淹没射流。
4.
之和称为总压
参考答案:
静压
动压和位压之和称为总压
5.速度的
12
发生变化而引起的能量损失，称为局咅遡失。
参考答案：
速度的大小、方向或分布发生变化而引起的能量损失，称为局部损失。
论述尼古拉兹实验的结论和意义。
参考答案:
亀尼古拉兹实验归纳总-结出了流动阻力与雷诺数除和相对粗糙度^的关系，将沿程阻力系4
a
数的变化归纳为五个区.层流区；z=/（Rt）i临畀过渡区，Z=/（Rt）;光滑管区；x-/IRe）；湍
流过渡区；心彳昭务湍流粗糙区；宀/分尼古拉兹实验比较完整地反映了沿程阻力
系数丄的变化规律，揭露了影响2变化的主要因素，它对上和断面流速分布的测定，推导湍流的半经验公式提供了可靠的依据.-
7.
设粘度为"的流休，在半径圧的圆管内作恒定流动，流量为e。
圆管截面上轴向速度分布为"鈞俗_小・试案管截面上的切应力分布MfA壁面切应力管轴上的切应力命的表达式」
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