流体力学课后习题与解答.docx

流体力学课后习题与解答.docx

《流体力学课后习题与解答.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流体力学课后习题与解答.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流体力学课后习题与解答

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）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。

1.2

1.3

作用于流体的质量力包括：

（

（a）压力；（b）摩擦阻力；（c）

单位质量力的国际单位是：

（

重力；（d）表面张力。

）

1.4

1.5

（a）N；（b）Pa；（c）N/kg;

（d）m/s2。

与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：

（）

（a）剪应力和压强（b）剪应力和剪应变率（C）

剪应力和剪应变（d）剪应力和流速

水的动力黏度卩随温度的升高：

（

1.6

（a）增大；（b）减小；（C）不变;

流体运动黏度的国际单位是：

（

（d）不定。

）

1.7

（a）

（a）m/s2；（b）N/m2；

无黏性流体的特征是：

（

黏度是常数；（b）不可压缩;

kg/m；（d）

无黏性；（d）

Ns/m2。

符合卫

RT。

1.8

2.1

静止流体中存在：

（）

（a）压应力；（b）压应力和拉应力；（C）压应力和剪应力;

（d）压应力、拉应力和剪

应力。

2.2

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。

2.3

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

2.4

某点的真空度为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。

2.5

2.6

绝对压强Pabs与相对压强P、真空度Pv、当地大气压Pa之间的关系是：

（）

（a）Pabs=P+Pv；（b）p=pabs+Pa；（C）PV=Pa-Pabs；（d）p=PV+Pv。

在密闭容器上装有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；

（b）（c）P1

当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：

（（a）1/20000；（b）1/10000;（c）1/4000;（d）1/2000。

2.7

用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm,Pa-pB为:

（a）13.33kPa;（b）12.35kPa;（c）9.8kPa;（d）6.4kPa。

2.8

露天水池，水深5m处的相对压强为：

（

（a）5kPa;（b）49kPa;（c）147kPa;（d）205kPa。

2.9

垂直放置的矩形平板挡水，水深

3m，静水总压力

P的作用点到水面的距离yD为:

2.10

（a）

（c）

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;

1.25m;（b）1.5m;

2m;（d）2.5m。

（C）与潜体淹没的深度成正比;

（d）与液体表面的压强成反比。

2.12

用多管水银测压计测压，图中标高的单位为

m，试求水面的压强Po。

PoA3.0

水

2.5

AH

2.13

绘制题图中AB面上的压强分布图。

h2

h1

A

A

B

2.23矩形平板闸门AB，一侧挡水，已知长l=2m，宽b=1m，形心点水深hc=2m，倾角

=45，闸门上缘A处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T。

hc

2.24

矩形闸门高h=3m，宽b=2m，上游水深hi=6m，下游水深h2=4.5m，试求：

（1）作用在闸门上的静水总压力；

（2）压力中心的位置。

h1

1

■

h

1

h2

2.25

矩形平板闸门一侧挡水，门高h=1m，宽b=0.8m，要求挡水深hi超过2m时，闸门

即可自动开启，试求转轴应设的位置

h1

2.26

一弧形闸门，宽2m,圆心角=30，半径R=3m，闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。

R

z

B

2.27

密闭盛水容器，水深h1=60cm，h2=100cm，水银测压计读值h=25cm，试求半径

R=0.5m的半球形盖AB所受总压力的水平分力和铅垂分力。

3.1

3.2

用欧拉法表示流体质点的加速度

（a）£；（b）

dt

2；（C）（U

恒定流是：

（

a等于：

（

r

）u；（d）

r

U+（U）U。

（a）流动随时间按一定规律变化;

（b）各空间点上的流动参数不随时间变化；（C）各

3.3

3.4

3.5

3.6

过流断面的速度分布相同；（d）

迁移加速度为零。

一维流动限于：

（

（a）流线是直线；（b）速度分布按直线变化；（C）流动参数是一个空间坐标和时间变

量的函数；（d）流动参数不随时间变化的流动。

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

无旋流动限于：

（）

（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

变直径管，直径di=320mm,d2=160mm,流速v1=1.5m/s。

V2为：

（

（a）3m/s;（b）4m/s;（c）6m/s;（d）9m/s。

3.13不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）？

2

Ux=2x

Ux=Xt

23.2-,

y；Uy=xx（y2y）

2

2y；Uy=xtyt

2

Ux=y

2xz；Uy

2yzx2yz；Uz=1x2z2

3.14已知不可压缩流体平面流动,

2

在y方向的速度分量为Uy=y-2x+2y。

试求速度在x方

向的分量Ux。

4.1等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参

数有以下关系：

（

pi=p2；（b）P3=P4；

4

*—

2

A

Zi+

「Z2+里；

gg

Z3+2L=Z4+旦。

g

4.2伯努利方程中z+R+-^表示：

（

g2g

（a）单位重量流体具有的机械能；（b）单位质量流体具有的机械能；

有的机械能；（d）通过过流断面流体的总机械能。

4.3水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系:

（c）单位体积流体具

2

2

P2

（a）Pi>P2;（b）Pi=P2;（c）

Pi

4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：

（

（a）沿程下降；

4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：

（a）沿程下降；

）

（b）沿程上升；（C）保持水平；

（

（b）沿程上升；（C）保持水平；

（d）

）

（d）

前三种情况都有可能。

4.8利用皮托管原理，测量水管中的点速度

v。

如读值

前三种情况都有可能。

h=60mm，求该点流速。

汞

4.10水在变直径竖管中流动，已知粗管直径

di=300mm，

流速vi=6m/s。

为使两断面的压

力表读值相同，试求细管直径（水头损失不计）。

di=200mm，流量计喉管直径

=0.95。

现测得水银压差计读书

d1

4.11为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径

3

d2=100mm,石油密度=850kg/m，流量计流量系数

hp=150mm,问此时管中流量Q是多少。

_ILdT

in

4.17水由喷嘴射出，已知流量Q=0.4m3/s，主管直径D=0.4m/s，喷口直径d=0.im，

水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。

4.19矩形断面的平底渠道，其宽度B为2.7m，渠底在某断面处抬高0.5m，该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m，如忽略边壁和渠底阻力，试求：

（1）渠道的流量；

（2）水

流对底坎的冲力。

7.1比较在正常工作条件下，作用水头

H，直径d相等时，小孔口的流量Q和圆柱形外管

0

m

t「

m

0

嘴的流量Qn:

（

（a）Q>Qn；（b）Q

Q=Qn；（d）不定。

7.2圆柱形外管嘴的正常工作条件是:

（）

（a）I=（3~4）d，H0>9m；（b）l=（3~4）d，H0<9m；（c）l>（3~4）d，H0>9m；

（d）l<（3~4）d，H0<9m。

7.3图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系是:

（a）QiQ2;（c）

Qi=Q2;（d）不定。

7.4并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度12=311，通过的流量为：

（）

i

Qi

7.5并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是:

7.6长管并联管道各并联管段的：

（）

（a）水头损失相等；（b）水里坡度相等;

7.7并联管道阀门为

K全开时各段流量为

Qi、

流量的变化为：

（

7.10水箱用隔板分为

（a）

（a）

（b）

Qi=Q2；（b）Qi=1.5Q2;

Qi=1.73Q2;（d）Qi=3Q2。

hfAB=hfi+hf2+hf3；

hfAB=hfi+hf2；（c）hfAB=hf2+hf3；

hfAB=hf1=hf2=hf3。

（c）总能量损失相等；（d）通过的流量相等。

Q2、

Q3，现关小阀门K,其他条件不变,

（a）Qi、Q2、Q3都减小；

（b）

Qi减小，

Q2不变，

Q3减小;

Q2

（c）

Qi减小，

Q2增加，

Q3减小;

TK

（d）

Qi不变，

Q2增加，

Q3减小。

）

Q3

A、B两室，隔板上开一孔口，其直径

di=4cm，在B室底部装有圆柱

，其直径d2=3cm。

已知H=3m，h3=0.5m，

h1

d1

h2

H

d2

h3

u

Iq

'1

流量Q。

形外管嘴

试求:

（1）hi，h2；

（2）流出水箱的

7.11有一平底空船，其船底面积为8m2，船舷高1为0.5m，船自重/为9.8kN，现船底

破一直径10cm的圆孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。

a=0.5，转

7.14虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度l1=3m，l2=5m，直径d=75mm，两池水面高差H=2m，最大超高h=1.8m，沿程摩阻系数=0.02，局部损失系数：

进口弯b=0.2，出口c=1，试求流量及管道最大超高断面的真空度。

C

11

h

2

▼

H

A

1

—

B

7.16水从密闭容器A，

相对压强p1=2at，水面高H1=1m，

沿直径d=25mm,长l=10m的管道流入容器B，已知容器A水面的

H2=5m，沿程摩阻系数=0.025，局部损失系数：

阀门

v=4.0，弯头b=0.3，试求流量。

8.1明渠均匀流只能出现在:

（a）平坡棱柱形渠道;

顺坡棱柱形渠道；（C）逆坡棱柱形渠道；（d）天然河道中。

8.2水力最优断面是：

（

）

（a）造价最低的渠道断面；

（b）壁面粗糙系数最小的断面；（C）过水断面积一点，湿

周最小的断面；（d）过水断面积一定，水力半径最小的断面。

8.3水力最优矩形渠道断面，宽深比b/h是：

（

（a）0.5；（b）1.0；（c）2.0；（d）4.0。

8.8在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将:

（a）增大；（b）减小；（C）不变；（d）不定。

8.9在流量

定，

渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将:

（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。

8.10宽浅的矩形断面渠道，随流量的增大，临界底坡ic将：

（

（a）增大；（b）减小；（C）不变；（d）不定。

3

Q=9.7m3/s，底坡i=0.001，

8.12梯形断面土渠，底宽b=3m，边坡系数m=2，水深h=1.2m，底坡i=0.0002，渠道受到中等养护，试求通过流量。

8.13修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量试按水力最优断面设计断面尺寸。

答案

1-1~1-8dcdbbaca

p4

3.01.4

g

p5

2.5

1.4

Hgg

3.0

1.4

g

pa

2.3

1.2

Hgg

2.5

1.2

g

2.5

1.4

Hgg

3.0

pa

2.3

2.5

1.2

1.4

Hgg

2.5

3.0

1.2

1.4

g

pa

2.3

2.5

1.2

1.4

13.6

2.5

3.0

1.2

1.4

g

2-1~2-10acbdccbbca

2-12解：

p0

pa

1.4g

答：

水面的压强

265.00（kPa）

p0265.00kPa。

2-13

Ph1

1=Ph1

Ph2

▼礼”

eg-hd.-V

A%%

V\—

e（h2"h1）礼

.%■

*

B

■pgh

2-23解：

Pa

hc

-sin45

2

g12.68（kPa）

Pb

hc

丄sin45

2

g26.55（kPa）

lb

Pa

PB

12.6826.5521

39.23（kN）

对A点取矩,

Pi

AD1

P,AD2

ABcos45o0

Pb

Pal

lcos45o

佗681126.55佗6812

cos45o

31.009（kN）

答：

开启闸门所需拉力T31.009kN。

2-24解：

（1）图解法。

压强分布如图所示：

h2hg

hl

h2

4.5

10009.807

hl时，水压力

Ph,£

2

h2rrh2

12

1.5丄1.556（m）

1.512

•••转轴位置距渠底的距离为:

1.5560.444（m）

可行性判定：

当hl增大时

yc

h1

h增大，则

2

Ic

减小，即压力作用位置距闸门ycA

形越近，即作用力距渠底的距离将大于

0.444米。

14.71（kPa）

PPhb14.713288.263（kN）

合力作用位置：

在闸门的几何中心，即距地面（1.5m,-）处。

2

2-25解：

当挡水深达到hi时，水压力作用位置应作用在转轴上，当水深大于

作用位置应作用于转轴上，使闸门开启。

ghb1.510009.80710.811.7684（kPa）

答：

转轴应设的位置y0.444m。

Rsin

2-26解：

（1）水平压力：

Px

o2

sin30o

29.807

22.066

（kN）（7）

（2）垂向压力：

PzVg

1

-RsinRcos

122

9.807

32vT

32

—sin30ocos30o2

2

7.996

（kN）（?

）

合力：

pJp2p2

J22.O6627.9962

23.470（kN）

ar吨口92。

答：

作用在闸门上的静水总压力

23.470kN,

19.92°。

3-1~3-6dbcbcc

4xx

2y

UxUy

3.13解：

（1）v——

x

•••不能出现。

UxUy

•••能出现。

Ux

Uy

Uz

2z

2z

•••不能出现。

3.14解：

•••且

x

Uy

Ux

22y

•-Ux

22yxc

2x2xyc

答：

速度在x方向的分量Ux

2x

2xycy。

4-1~4-5cacad

hJ29.80712.6601033.85（m/s）

初/2pj2gHg

4-8解：

UJJ

答：

该点流速U3.85m/s。

4-10解：

以过下压力表处的水平面为基准面，列伯努利方程如下:

•-hwi

2

V2

V2

P1

g

2gzi

9.74

21V12?

0,Z1

，当P1

Z2

P2

g

2

2V2

2?

hW12

3m,z2

P2时，有:

V122

（m/s）

由连续性方程v2A2

V2

答：

细管直径为

4-11解：

Q

其中:

9.80736294.842

300馬

235.5（mm）

235.5mm。

kJ

Hg

1hp

油

0.95；K

hp0.15（m）

QkJ

Hg

0.950.0359

1hp

竺729.807

40.0359

倍41

V0.1

（13.6僭10.15

V850

0.0511575（m3/s）

51.2（i/s）

答：

此时管中流量Q51.21/s。

4-17解

（1）取过轴线的水平面为基准面，列螺栓断面与出口断面的伯努利方程:

pl

g

2

1V1

2g

2

2V2

2g

•••p,2V；v；

Vi

100050.9323.1821291.854（kPa）

0.44

07

3.18（m/s）

V2A

0.44

0.12

50.93（m/s）

（2）取控制体如图所示,

列动量方程。

P1

vi

P2

—-V2

QV2vi

PiAi

二FpiA

QV2

Vi

I29I.854

0.42

0.450.933.I8I43.239（kN）

答：

水流作用在喷嘴上的力为

4-19解：

（I）

I43.239kN。

以上游渠底为基准面，列上、下游过水断面的能力方程:

Pi

2iV,

其中:

Pi

P2

Pa

Vi

hi

2

Vi

2g

Z2

P2

2g

0，zi

2.0m，z2

2.00.i5i.85m

Q

Bh1

V2

ABh2

2.0m，h2

2.0

0.i5

0.5

i.35m

Q2

1

B2h；

1

B2h12

?

2

Z2

2g

2gZi

Z2

2g

Zi

1

B2h；B2hi2

1h2〈

Z2_

2

Bh2

2.71.35

29.8070.15

8.47

（m3/s）

Q

Vi—

Ai

Q

Bhi

8.471.57（m/s）

2.72

V2—

A2

Q

Bh2

8.47

2.32（m/s）

2.71.35

P2

V2

（2）取控制体如图，列动量方程

Pi

Vi

QV2

ViPiAip2A2

二FpiAi

P2A?

Vi

h2

2

gB

gB

V2Vi

gB

V2

Vi

1000

9.807

2.7

22

1352

-—10008.472.321.57

22.48

（kN）

答：

（1）渠道的流量Q8.47m3/s；

（2）水流对底坎的冲力F22.48kN。

7-1~7-7bbccdcc

7-10解：

要保持H不变，则补充水量应与流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口

流量均为Q。

A低KnAj2gHh

h1

H__h

nAn

~A

0.820.032

0.620.042

0.548

可解得：

h1

整H

1.548

^3

1.06

（m）

h2

Hhl

h3

1.06

0.5

1.44（m）

0.64

0.042

9.8071.063.67（l/s）

答：

（1）h11.06m,h21.44m；

（2）

流出水箱的流量

Q3.67L/s。

7-11解：

设船底到水面的水深为H0t

，船中水深为h

，下沉过程是平稳的，则有:

H0

H0

从孔口流入的流量为

当船沉没时:

AJ至，为常数。

答：

经过

7-14解:

393.6s后船将沉没。

以下游水面为基准面,

2

V

进

2gd2g

lV2

J29.807%.83

CL9.8103

0.53—J

9.8103810008

Y29.8103

o.62-o.12

从上池水面到下池水面列伯努利方程:

b2^

3.20

393.6（s）

2

c—0.71.0

2g

0.02口

0.075

V2

2g

（m/s）

2

vA3.20—0.07514.14

4

从C过流断面到下池水面列伯努利方程：

（L/s）

2g

I^v2

d2g

2

V

C2g

-Vc

PaPc

Pc

1.82.010.02

1.0

0.075

2g

3.80.02

0.075

竺二3.10m

29.807

3.10m。

H1

P1

2

1V1

2g

H2

P22Vg2g

V2

2g

取V1V2

p2

0.5；出

1.0,则有

2g

H1

答：

流量Q14.14L/s，管道最大超高断面的真空度为

7-16解：

以地面为基准面，从A池面到B池面列伯努利方程:

o.5「o4.03o.3o.。

250-015

2g1205%

16.4

4.37（m/s）

2.15（l/s）

2

QvA4.37—0.025

4

答：

流量Q2.15l/s。

8-1~8-3bcc8-8~8-10bcb

8.12解:

hbhm1.2

31.226.48

（m2）

hm2b

2hJ1m232

1.2

8.367（m）

0.7745（m）,取n0.0225