西安交大流体力学题及答案.docx

1、西安交大流体力学题及答案一、 选择题(略)二、判断题(略)三、简答题1.等压面是水平面的条件是什么？:连续介质 同一介质 单一重力作用下.2. 同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？ 解：不对，（右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析）3. 图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？ ：（ a）A-A是 （b）B-B不是 （c）C-C 不是， D-D是。四、作图题(略)五、计算题(解题思路与答案)1. 已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强pa=98kN/m2。试将该点绝

2、对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。解： 用水柱高表示（1）该点绝对压强： （2）该点相对压强：（3）该点真空压强： 用水银柱高表示（1）该点绝对压强：599.1mm Hg （2）该点相对压强：-135.4 mm Hg （3）该点真空压强：135.4 mm Hg2. 一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m2，h1=5m，h22m。求A、B两点的静水压强。解：由压强基本公式求解 = mH2o (74 kN/m2) = mH2o kN/m2)3 如图所示为一复式水银测压计，已知，(改为3.5m)。试求水箱液面上的绝对压强？ 解： 找已知点压强(复式水银测压计管右上端) 找出等压面

3、 计算点压强,逐步推求水箱液面上的压强. : = kN/m24 某压差计如图所示，已知HA=HB=1m，H=0.5m。求：。解：找出等压面 求出相对的点压强 列平衡方程式求AB点的压强差. 空气的不计. =47 kN/m2 mH2o)5. 水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）。解：画出相对压强分布图, 计算各侧静水压力, 求静水总压力的大小 列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。 P= 1.267m(作用点到底部的距离)6. 一弧形闸门AB，宽b=4m，圆心角45，半径r=2m，闸门转轴恰与水面齐平

4、。求作用于闸门的静水压力及作用点（改为：作用力的方向）。解：画出压力体图, 计算水平方向分力、铅垂方向分力, 求出合力及作用力的方向 1 述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。答：（略）2. 流体微团体运动分为哪几种形式? 答： 平移 线变形 角变形 旋转变形。3. 写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。 （改为：写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与流速势的关系。）答：流函数具有的性质 流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数。 两流线间的函数值之差为为单宽流量。 平面势流的流函数为一个调和函数。答：流函数与流速势的关系 流函数与势函数为调和函数。 等

5、势线与等流函数线正交。4什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面平均流速？答：与流线正交的断面叫过流断面。过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。5如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？(3)恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？ 答：（1）是恒定流。、是均匀流，是非均匀流。（2）管中为非恒定流。（3）有。管段相当长为

6、渐变流，管段较短为急变流。四、计算题（解题思路）1 恒定二维流动的速度场为 ，其中秒-1。（1）论证流线方程为；（2）绘出C0、1及4m2的流线；（3）求出质点加速度的表达式。解：（1）流线方程为： 代入数值推导 （2）（略）（3）由：代入数值求解。 代入数值求解。答案: 2 试检验下述不可压缩流体的运动是否存在？（1）（2） 解：由连续性微分方程，=0 流体的运动存在,反之流体的运动不存在。 答案:（1）代入数值求解， 流体的运动不存在。（2）代入数值求解，流体的运动存在。3 水流从水箱经管径分别为的管道流出，出口流速，如图所示。求流量及其它管道的断面平均流速。 解：应用连续性方程（1）流量

7、： (2) 断面平均流速 , 。4 如图铅直放置的有压管道，已知d1=200mm，d2=100mm，断面1-1处的流速v1=1m/s。求（1）输水流量Q；（2）断面2-2处的平均流速v2；（3）若此管水平放置，输水流量Q及断面2-2处的速度v2是否发生变化？（4）图a中若水自下而上流动，Q及v2是否会发生变化？ 解：应用连续性方程（1）（2）（3）不变。（4）流量不变则流速不变。5 已知某流场的流速势为，为常数，试求及。 解： 6. 对于，的平面流动，为常数。试分析判断该流动： (1) 是恒定流还是非恒定流？(2) 是均匀流还是非均匀流？(3) 是有旋流还是无旋流？解：应用质点加速度数学表达式

8、 求解。看时间加速度与迁移加速度判别是恒定流还是非恒定流;是均匀流还是非均匀流。答案: （1）是恒定流。 （2）是非均匀流 （3）用无旋流数学表达式求解，是无旋流三简答题1. 说明总流能量方程中各项的物理意义。：（略）2. 写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？ ：（略）3 应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？ 答：因为建立恒定总流的伯努利方程时，把作为常数提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的 。4 在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？答：可以。因为渐变流断面或均匀流断面的。5

9、关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？答：（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。 “水是从压强大向压强小的地方流” （不对），在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。 （2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。（不能单从位能或压能一个角度比较）6 总流的动量方程为，试问：（1）中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？答：（1）一般为表面力、重

10、力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了） （2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即可。四、计算题（解题思路）1在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度为1.5m，过流面积A1为0.05m2；过流断面2-2的面积A2为0.02m2；两断面间水头损失为；管中流量Q为20l/s；z1为2.5m，z2为2.6m。试求断面2-2的测压管高度。（提示：注意流动方向）。（改为1.6m与图相符） 解: 能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。 向未知情况下 ，流动方向可以假定。 先求出 列能量方程求解答案：= (1流向2) ; = mH2o (

11、2流向1)2. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v00），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。 解: (1) 因为不计管路的水头损失,此题为理想流体的流动。 因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。 先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。 答案： （2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤： 因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。 计算各段流速

12、水头。 总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。（测压管水头线及总水头线图，略）3如图一管路，A、B两点的高差z1m，点A处直径dA=0.25m，压强pA=cm2，点B处直径dB=0.5m，压强pBcm2，断面平均流速VB1.2m/s。判断管中水流方向。 解: 判断管中水流方向,，要从单位重量流体总的机械能考虑，总是单位重量流体总的机械能大的位址向单位重量流体总的机械能晓得的地方。（1）计算A点与B点单位重量流体总的机械能。（2）比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。 答案：从A流向B 。4在水平安装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管与喉部压差h为20cm，已知水管直径为10

13、cm，喉部直径为5 cm，当不计水头损失时，求通过流量Q。 解: 可以直接用公式求解，也可以流能量方程推导公式求解。 答案：5为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量Q为多少？在虹吸管顶部s点处的压强为多少？ 解: 此题属理想流体的水力计算，作用水头转化为动能。 s点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转化。 （1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量， （2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，6一平板闸门宽b为2m，当通过流量Q为8m3/s时闸前水深h为4m，闸孔后收缩断面水深hC为0.5m，求作用于平板闸门上的动水总

14、压力（不计摩擦力）。 解: 此题为用动量方程求解作用力。因为流量未知，涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的联合应用。 （1）取控制面（脱离体）（上游过流断面与C-C断面之间）（2）画出相对压强分布图，全面并分析、计算外力（上游过流断面压力P1 ，C-C断面压力P2 ，重力沿水流方向的分力为0，设平板闸门对水的动水总压力为R ，方向向左。（3）因为流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由两个未知量，用连续性方程消掉1个未知量。求出流量、流速。（5）列动量方程求解作用力。答案：作用于平板闸门上的动水总压力R= , 方向向右。7如图溢流坝，上游断面水深h1=1.5m，下游断面水

15、深h2=0.6m，略去水头损失；求水流对2m坝宽（垂直纸面）的水平作用力。注：上、下游河床为平底，河床摩擦力不计，为方便计算取=1000kg/m3，g=10m/s2。 解: 此题与上题解完全相同。 答案：R= , 方向向右。一、选择题 (略)1. 管道中液体的雷诺数与（ ）无关。 A. 温度 B. 管径 C. 流速 D. 管长2. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（ ）。A. 层流 B. 层流向紊流过渡 C.紊流3.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （ ）A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布C.呈椭圆曲线分布 D

16、. 呈双曲线分布4.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（ ）A 倍 3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍5.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（ ）成正比.A. 一次方 B. 二次方 C. 三次方 D. 四次方 6.圆管的水力半径是 ( )A. d/2 B. d/3 C. d/4 D. d/5.7. 谢才公式中谢才系数的单位是（ ）A. 无量纲 B. C. D. 8. 判断层流和紊流的临界雷诺数是A.上临界雷诺数 B.下临界雷诺数C.上下临界雷诺数代数平均 D.上下临界雷诺数几何平均 二、判断题 (略) 1. 层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。( )2. 壁面光滑

17、的管道一定是水力光滑管。( )3. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。( )4. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍（ ）5流体内切应力方向与流体运动方向相同。（ ）6阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。（ ） 三、简答题 1. 圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？答: 层流为抛物线分布,紊流为对数曲线分布.(也可以画图)2. 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数的变化规律。答: 尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数的变化规律,文字表述或数学公式表述.层流:;水力光滑区: ;过渡粗糙区: 粗糙区(阻力平方区) : .3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊

18、流的判别标准？答: 管流: (层流) (紊流) 明渠水流: (层流) (紊流)4.雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？ 答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。5.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小？ 答: 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大； 当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。6.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体

19、，它们的临界雷诺数是否相同？ 答:不一定。7.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？ 答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。四、计算题 （解体思路与答案）1. 有已输油管，管长,管径，已知油的密度，动力粘滞系数。当通过输油管的流量时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失。解：(1) 计算雷诺数判别流态。(2) 计算沿程阻力系数。(3) 计算沿程水头损失。答案：层流 沿程水头损失=25.74m(油柱)2.水管直径，管中水流流速，水温，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为，管中流态又如何？（3）若流速与水温不变

20、，管流由层流转变为紊流时，水管直径为多大？ 解： (1) 查表, 求运动粘滞系数, 计算雷诺数判别流态。 答案：层流（2）同上 答案：紊流（3）设雷诺数等于2000，求管径。答案：3.有一圆管，在管内通过的水，测得通过的流量为，在管长15m的管段上测得水头损失为2cm，试求该圆管内径d。 解：（1）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数表达式并代入数据；（2）将上式再代入达西公式并化简，代入数据求管径。答案：4.水管直径，管中水流流速，水温，试判别其流态。 解：答案：紊流5凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度，明渠底宽为，水深，粗糙系数，计算明渠中通过的流量（分别用曼宁公式和巴氏公式计算）。 解：此

21、渠道为矩形渠道， 计算出水力要素：面积A，湿周，水力半径R， 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C， 谢齐公式计算流速； 计算量答案：（用曼宁公式计算） （用巴氏公式计算）6.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知，管道的当量粗糙度，水温为。若管道的出口流速，求（1）水位H；（2）绘出总水头线和测压管水头线。 解：(1)计算管中的雷诺数判断流态.。（第1条管道在水力光滑区，第2条管道在紊流粗糙区）。（2）用经验公式计算沿程阻力系数（3）两管联接处为突然放大的局部阻力系数，进口局部阻力系数（4）沿程阻力系数选取公式有别，结果可不同。答案：7.某一水池，水位恒定，通过一根管径、管长的管道，

22、已知水池水面和管道出口高差，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数，管道进口是直角进口（）管道全长的沿程阻力系数，试求通过管道的流量。 解：管道作用水头等于沿程水头损失与局部水头损失之和。沿程阻力系数、局部阻力系数已知，可用公式直接求解。答案：答案：q=10.94l/s一、选择题 （略）1. 虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（ ）水柱高。A. 6.0m B. 7.5m C. 9m D.10m 2. 短管淹没出流的计算时，作用水头为（ ）。A. 短管出口中心至上游水面高差；B短管出口中心至下游水面高差；C. 上下游水面高差3外延管嘴正常工作的条件是（ ）A管长大于3-4倍的管径 B.作

23、用水头小于C. 作用水头大于 D. 管长=(3-4)d ，作用水头4按短管进行水力计算的管路是 （ ）( )A.虹吸管 B.环状管网 C.支状管网 D.倒虹吸管二、判断题 （略）1计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（ ）2长管是指几何长度很长的管道。（ ）3孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。（ ） 4管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。（ ） 5同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。（ ） 6 两孔口形状、尺寸完全相同

24、，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。 （ ）三、简答题1 为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？答：因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作用水头，在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。2 写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数的表达式。 答：（略）3 外延管嘴的正常工作条件是什么？ 答：管嘴长：，作用水头 ：4. 为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大？ 答：（与1重复）四、计算题 （解体思路与答案）1有一虹吸管，作用水头，管长，管径，沿程损失系数，进口设拦污栅，进口局部损失系数，弯管局部损失系数。求该虹吸管的过流量、管中最

25、大真空值，并定性绘出其测压管水头线。 解：此题属短管的水力计算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要点有2 。 局部损失系数要考虑周全（共3个）。 此题，管中最大真空值发生在最高处。 答案： 2. 一水塔供水系统如图所示，已知管道末端要求的自由水头Hz=10m，管径d1=450mm，d2=350mm，d3=250mm，管长L1=100m，L2=100m，L3=100m，q1=，q2=，q3=，管道的粗糙系数n=。试确定水塔高度H。 解：此题属短管的水力计算，也可直接用公式求解。要点有3 。 长管公式要记住，应注意修正。 管中（节点）流量要算对。 题目中给出了管道的粗糙系数，意指管流在粗糙区，

26、不必修正，但要记住以下公式， 答案：H=15.1m3. 圆形有压涵管穿过路基，管长，管径，上下游水位差，管路沿程阻力系数，局部阻力系数：进口，弯管，水下出口，求通过流量？ 解：此题属短管的水力计算，也可直接用公式求解。要点是局部损失系数要考虑周全（共4个）答案:一、 选择题 (略)1. 对于管道无压流，当充满度分别为（ ）时，其流量和速度分别达到最大。A. 0.5, B. , C. , 081 D. , 2. 对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（ ）（ ）A所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。B所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。C所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。D所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。3. 跌水的形成条件是（ ） A.从急流过渡到急流 B.从急流过渡到缓流 C.从缓流过渡到急流 D.从缓流过渡到缓流4水跃的形成条件是（ ）A.从急流过渡到急流