工程流体力学题及答案.docx

1、工程流体力学题及答案工程流体力学题及答案工程流体力学试题(一) 一、填空 1我们所学的流体力学中描述流体运动的方法常采用( )法。 2. 伯努利方程是()定律在流体力学中的应用。 3管道的总水力损失等于( )之和。 4流线是某一瞬时在流场中假想的曲线, 在这条曲线上的各流体质点的速度方向都与该曲线()。 5在虹吸管中，压力最低点的数值，不能低于( )，否则液体汽化，从而破坏虹吸现象。 6等压面上的每一空间点上的单位质量力，必与等压面 7皮托管原理依据是()，而文丘里流量计(或喷嘴、孔板流量计等) 原理依据则是()。 8等压面上任一点的质量力方向是()等压面。 9根据雷诺数可以判断流体的流动状态

2、，如管内流动时，Re()为层流。 10当流体的流动处于紊流粗糙管区时，其沿程损失系数与无关，只与相对粗糙度有关。 11描述流体运动的方法有拉格朗日法和。 12流场中运动的流体若存在加速度，它包括加速度和迁移加速度。 13紊流流场中流体不仅受到摩擦切应力作用，还受到切应力作用。 14工程上，流体在流管中流动时，雷诺数时，流动为层流。 15. 流体是无数的一个紧挨一个的( )组成的稠密而无间隙的连续介质, 这就是流体的( )假设。 16. 不考虑粘性的流体是( )流体, 反之是(), 符合牛顿内摩擦定律的流体是()流体, 反之是( )流体。 17. 在平衡流体中, 静压力相等的各点所组成的面称()

3、, 并且通过每一点的等压面与该点所受的()力互相垂直。 18. 流线是某一瞬时在流场中假想的曲线, 在这条曲线上的各流体质点的速度方向都与该曲线(); 涡线是角速度场中一条假想的曲线, 在同一瞬时处在这条曲线上的所有流体质点旋转角速度都与该曲线()。 二、判断并改错 1理想流体是指不考虑粘性的流体；不可压缩流体是指忽略密度变化的流体。这两种近似处理和流体连续介质假设一样都是流体力学中主要的力学模型。( 2质量力只有重力的静止流体，其等压面一定是水平面。( ) 3迹线与流线是两个不同的概念。因此，对于流体的任何流动都不能把两者混为一谈。() 4流体都具有黏性，只是大小不同，因此一定都有内摩擦力。

4、 5边界层分离不会出现在减速增压区，只可能出现在加速降压区。 6判断流动状态的标准是雷诺数。 7流体作定常流动时，流体的速度不随时间改变，因此加速度等于零。 8系统是流体质点的集合，一经划定，其质量、形状和体积将不再变化。 9管道入口段以后的流动是各截面速度分布相同的均匀流动。 10临界雷诺数的大小与流体的性质无关。 11按程沿程阻力系数的变化规律,尼古拉滋试验曲线分为三个区。 12、温度升高时，水的表面张力减小。 13、温度升高时，空气的粘度减小。 14、对于可压缩的流体，在定常流动时流线与迹线是重合的。 15、在相同位置湍流边界层内的壁面切应力比层流的小。 16、伯努力方程适用于可压缩流体

5、。 17、雷诺数表征了流体运动的惯性力与粘性力之比值。 18、流体力学中用欧拉法研究每个质点的轨迹。 19. 一切流体都是牛顿流体。 20. 流体静压强的方向不一定垂直于受力面的内法线方向。 21. 平衡流体等压面微分方程为Xdx?Ydy?Zdz?0 22. 过水断面都是平面。 23. 实际流体圆管层流的平均流速是最大流速的一半。 24. 在紊流状态下，能量损失包括流体层之间的内摩擦力损失和流体层之间相互混杂、能量交换而引起的附加损失。 25. 尼古拉茨试验的水力光滑管区阻力系数?与雷诺数Re无关。 26. 只要流体流过的面积的大小和形状不变的过水断面，这种流动称为均匀流动。 27. 在质量力

6、只有重力作用下，实际流体微小流束的伯努利方程为 2v12p2v2z1? ?z2?2g?2gp128. 液体的粘度随温度的升高而降低，随压力的升高而增大。 29. 平衡流体中任意点的静压强值只能该点的坐标位置来决定，而与该压强的作用方向无关。即作用于同一点上各方向的静压强大小相等。 30. 若平衡流体在x、y、z方向的单位质量力分别为X =5、Y =4、 Z =3，则等压面方程为5x?4y?3z?0。 31. 流线和迹线实质是一回事。 232. 理想流体在有势质量力的作用下作定常流动时，函数(W?p?u)的值在任一?2点上保持不变。 33. 同一水头作用下，出流直径相同的管嘴与孔口，管嘴出流量大

7、于孔口出流量。 34. 实际流体流经水力半径小的过水断面时，流动阻力小。 35无黏性流体的特征是黏度为常数。 36流体的“连续介质模型”使流体的分布在时间上和空间上都是连续的。 37静止流场中的压强分布规律仅适用于不可压缩流体。 38. 实际流体圆管湍流的断面流速分布符合对数曲线规律。 39. 湍流附加切应力是于湍流元脉动速度引起的动量交换。 40. 尼古拉茨试验的水力粗糙管区阻力系数?与雷诺数Re和管长l有关。 41、在连续介质假设的条件下，液体中各种物理量的变化是连续的。 42、当管流过水断面流速按抛物线规律分布时，管中水流为紊流。 43、紊流实质上是非恒定流。44、液体的粘性是引起液流水

8、头损失的根源。45、尼古拉兹试验是研究管道沿程水头损失随雷诺数和相对粗糙度的变化关系的试验。46、牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。 47、有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。 三、选择 1. 温度升高时，液体的粘度()。 a.升高 b.降低c.不变 d.时升时降 2. 在重力作用下的液体内部静压强随深度h按()变化。a.直线 b.抛物线 c.对数曲线 d.双曲线 3. 不可压缩理想流体在重力场中作稳定流动的系统中，总能头线是( )，而实际流体的总能头线是()。 a.下降 b.上升 c.水平 d.可上可下 按连续介质的概念，流体质点是指：流体的分子；流体内的固体颗粒；几何的点；几何

9、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。 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：切应力和压强；切应力和剪切变形速度；切应力和剪切变形；切应力和流速。 dvdv?dy，而且速度梯度dy是流体微团的剪切变形速度解：牛顿内摩擦定律是d?d?dt。 dt，故 流体运动黏度的国际单位是：m2/s；N/m2；kg/m；Ns/m2。 2解：流体的运动黏度的国际单位是m/s。 理想流体的特征是：黏度是常数；不可压缩；无黏性；p符合。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 当水的压强增加一个大

10、气压时，水的密度增大约为：1/20 000；1/1 000；1/4 000；1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约d?1?kdp?10?9?1?105?20 000。从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：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，平衡时不能承受切应力；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。 下列流体哪个属牛顿流体：汽油；纸浆；血液；沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 ?62?62?10m/s?10m/s，15C 时

11、空气和水的运动黏度空气，水?RT这说明：在运动中空气比水的黏性力大；空气比水的黏性力小；空气与水的黏性力接近；不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但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。 液体的黏性主要来自于液体：分子热运动；分子间内聚力；易变形性；抗拒变形的能力。 解：液体的黏性主要分子内聚力决定。1 连续介质假设意味着。 (A) 流体分子互相紧连 (B) 流体的物理量是连续函数 (C) 流体分子间有间隙 (D) 流体不可压缩 8的流体称为理想流体。 (A) 速度很小 速度很大 (C

12、) 忽略粘性力 密度不变 9的流体称为不可压缩流体。 (A) 速度很小 速度很大 (C) 忽略粘性力 密度不变 10.用一块平板挡水，平板形心的淹深为hc，压力中心的淹深为hD，则hchD。 (A) 12油的密度为800kg/m3，油处于静止状态，油面与大气接触，则油面下处的表压强为kPa。 (A)(C) 14大气压pa=105 Pa，如果某点的真空度为105 Pa，则该点的绝对压强为Pa。 (A) 51103 149103 (C) 105 105 15用一块垂直放置的平板挡水，其挡水面积为A，形心淹深为h，平板的水平倾角为，该平板受到的静水压力为。 (A) (C) ghA 16欧拉法研究的变

13、化情况。 (A) 每个质点的速度 每个质点的轨迹 (C) 每个空间点的流速 每个空间点的质点轨迹 18水从一个水池经一条管道流出大气，应对这两个截面应用伯努利方程较好。 (A) 管道的入口和出口 水池面和管道入口 (C) 水池面和管道出口 管道内任意两截面 19在定常管流中，如果两个截面的直径比为d1/d2 = 2，则这两个截面上的雷诺数之比Re1/Re2 =。 (A) 2 4 (C) 1/2 1/4 20定常流动中，。 (A) 加速度为零 流动参数不随时间而变 (B) 流动参数随时间而变 速度为常数 21在流动中，流线和迹线重合。 (A) 定常 非定常 (C) 不可压缩 无粘 23在定常管流

14、中，如果两个截面的直径比为d1/d2 = 3，则这两个截面上的速度之比V1/ V2 =。 (A) 3 1/3 (C) 9 1/9 24文丘里管用于测量。 (A) 点速度 压强 (C) 密度 流量 26流量为Q，速度为V的射流冲击一块与流向垂直的平板，则平板受到的冲击力为。 (A) QV QV2 (C) QV QV2 27沿程损失系数的量纲为。 (A) m m/s (C) m2/s 无因次量 28圆管流动中，层流的临界雷诺数等于。 (A) 2320 400 (C) 1200 50000 29层流中，沿程损失与速度的次方成正比。 (A) 1(C) 2 35按连续介质的概念，流体质点是指 A .流体

15、的分子； B. 流体内的固体颗粒； C . 无大小的几何点； 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。 38水的粘性随温度升高而 A . 增大； B. 减小； C. 不变。 43以下关于流体粘性的说法中不正确的是 . 粘性是流体的固有属性；. 粘性是在运动状态下流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度 . 流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重作用；. 流体的粘性随温度的升高而增大。 57用U形水银差压计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm ,pA-pB为 A. A.；B. ；. 8kpa 。 58垂直放置的矩形挡水平板，深为3m,静水总压力P的作用点到水面的

16、距离yD为 A 5m ；B ； C D 。 62一元流动是 A. 均匀流；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。 68粘性流体总水头线的变化规律是 A沿程下降；沿程上升；保持水平；前三种情况都有可能。 84圆管流动过流断面上的切应力分布为： 在过流断面上是常数；管轴处是零，且与半径成正比； 管壁处为零，向广轴线性增大；抛物线分布。 86在圆管层流中，过水断面流速分布符合 均匀规律；直线变化规律；抛物线规律；对数曲线规律。 93理想液体在流动过程中,流层之间的切应力为 零；粘性切应力1；惯性切应力2；12。 94实际液体在紊流状态，其流层间的切应力为 零；粘性切应力1；

17、惯性切应力2；12。 95在紊流状态下，流场固定空间点的瞬时流速为 时间平均流速u;脉动流速u；断面平均流速v ；u+u。 表示 2gA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； C单位体积流体具有的机械能； D通过过流断面的流体所具有的总机械能。 相对压强的起算基准是：绝对真空；1个标准大气压；当 地大气压；液面压强。 解：相对压强是绝对压强和当地大气压之差。 1伯努利方程中 z?p?v2金属压力表的读值是：绝对压强；相对压强；绝对压强加当地大气压；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。某点的真空压强为65 000Pa，当地大气压为，该点的绝对压强为：65

18、000 Pa；55 000 Pa；35 000 Pa；165 000 Pa。 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pab?106?104?35 000Pa。 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：pab?p?pv；p?pab?pa；pv?pa?pab；p?pv?pa。 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?p?pv，故pv?pa?pab。 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：p1p p3；p1=p= p3；p1解：设该封闭容器内气体压强为p0，

19、则p2?p0，显然p3?p2，而p2?气体h?p1? p03水Hgh，显然p1?p2。 AhhpB2h1汞习题图 习题2.图6 用形水银压差计测量水管内、两点的压强差，水银面高度hp10cm， pA-pB为：；。 解：于pA?H2Oh?H2Ohp?pB?H2Oh?Hghp 故 在液体中潜体所受浮力的大小：与潜体的密度成正比；与液体的密度成正比；与潜体的淹没深度成正比；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。静止流场中的压强分布规律：仅适用于不可压缩流体；仅适用于理想流体；仅适用于粘性流体；既适用于理想流体，也适用于粘

20、性流体。 解：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pA?pB?(?Hg?H2O)hp? (?1)?9 807?。想流体，也适用于粘性流体。 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：大于；等于；小于；无规律。 解：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。 流体处于平衡状态的必要条件是：流体无粘性；流体粘度大；质量力有势；流体正压。 解：流体处于平衡状态的必要条件是质量力有势液体在重力场中作加速直线运动时，其自面与 处处正交：重力；惯性力；重力和惯性力的合力；压力。 解：于流体作加速直线运动时，质量力除了重力外

21、还有惯性力，于质量力与等压面是正交的，很显然答案是 d2r?v2 用欧拉法表示流体质点的加速度a等于：dt；?t；?v?(v?)v(v?)v；?t。 dv?va?v?dt?tv解：用欧拉法表示的流体质点的加速度为 恒定流是：流动随时间按一定规律变化；各空间点上的运动要素不随时间变化；各过流断面的速度分布相同；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.一元流动限于：流线是直线；速度分布按直线变化；运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；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。

22、均匀流是：当地加速度为零；迁移加速度为零；向心加速度为零；合加速度为零。 解：按欧拉法流体质点的加速度当地加速度和变位加速度这两部分组成，若变位加速度等于零，称为均匀流动无旋运动限于：流线是直线的流动；迹线是直线的流动；微团无旋转的流动；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。变直径管，直径d1?320mm，d2?160mm，流速V1?/s。V2为：3m/s；4m/s；6m/s；9m/s。 V1?4解：按连续性方程，2d12?V22?42d2，故 ?d?320?V2?V1?1?6m/s?160?d2? 平面流动具有流函数的条件是：理想流体；无旋流动；具

23、有流速势；满足连续性。 解：平面流动只要满足连续方程，则流函数是存在的。 恒定流动中，流体质点的加速度：等于零；等于常数；随时间变化而变化；与时间无关。 解：所谓恒定流动是用欧拉法来描述的，指任意一空间点观察流体质点的物理量均不随时间而变化，但要注意的是这并不表示流体质点无加速度。 在流动中，流线和迹线重合：无旋；有旋；恒定；非恒定。 解：对于恒定流动，流线和迹线在形式上是重合的。 流体微团的运动与刚体运动相比，多了一项运动：平移；旋转；变形；加速。 解：流体微团的运动以下三种运动：平移、旋转、变形迭加而成。而刚体是不变形的物体。 一维流动的连续性方程VA=C成立的必要条件是：理想流体；粘性流

24、体；可压缩流体；不可压缩流体。 解：一维流动的连续方程VA?C成立的条件是不可压缩流体，倘若是可压缩流体，则连续方程为?VA?C 流线与流线，在通常情况下：能相交，也能相切；仅能相交， 但不能相切；仅能相切，但不能相交；既不能相交，也不能相切。 解：流线和流线在通常情况下是不能相交的，除非相交点该处的速度为零，但通常情况下两条流线可以相切。 欧拉法描述流体质点的运动：直接；间接；不能； 只在恒定时能。 解：欧拉法也称空间点法，它是占据某一个空间点去观察经过这一空间点上的流体质点的物理量，因而是间接的。而拉格朗日法是直接跟随质点运动观察它的物理量 不可压缩流体；平面连续；所有无旋；任意平面。 解

25、：速度势函数存在的条件是势流 流体作无旋运动的特征是：所有流线都是直线；所有迹线都 是直线；任意流体元的角变形为零；任意一点的涡量都为零。 解：流体作无旋运动特征是任意一点的涡量都为零。 如图等直径水管，AA为过流断面，BB为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的运动参数有以下关系：p1?p2；p3?p4；z1?p1ppp?z2?2z3?3?z4?4?g?g。 ?g?g；AB3124AB习题图 解：对于恒定渐变流过流断面上的动压强按静压强的分布规律，即 pppz?cz1?1?z2?2?g?g ? ，故在同一过流断面上满足 paV2z?g2g表示单位重量流体具有的机伯努利方程中械能；单位质量流

26、体具有的机械能；单位体积流体具有的机械能；通过过流断面流体的总机械能。 p?v2z?g2g表示单位重量流体所具有的位置势能、解：伯努利方程压强势能和动能之和或者是总机械能。故 水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心的压强，有以下关系：p1?p2；p1?p2；p1?p2；不定。 解：水平放置的渐扩管于断面1和2形心高度不变，但V2?V1因此p1?p2粘性流体总水头线沿程的变化是：沿程下降；沿程上升；保持水平；前三种情况都有可能。 解：粘性流体于沿程有能量损失，因此总水头线沿程总是下降的 粘性流体测压管水头线沿程的变化是：沿程下降；沿程上升；保持水平；前三种情况都有可能。 解：粘性流体测压管水

27、头线表示单位重量流体所具有的势能，因此沿程的变化是不一定的。lvv1 速度v、长度l、重力加速度g的无量纲集合是：g；gl；lv2gv；gl。 解：。 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：雷诺准则；弗劳德准则；欧拉准则；其它。 解：对于有压管流进行水力模型实验，主要是粘性力相似，因此取雷诺数相等 雷诺数的物理意义表示：粘性力与重力之比；重力与惯性力之比；惯性力与粘性力之比；压力与粘性力之比。判断层流或紊流的无量纲量是：弗劳德数Fr；雷诺数Re；欧拉数Eu；斯特劳哈尔数Sr。 解：判断层流和紊流的无量纲数为雷诺数，当Re?2300为层流，否则为紊流。解： 四、计算题 1

28、 图示为水自压力容器定常出流，压力表读数为10atm，H=，管嘴直径D1=，D2=，试求管嘴上螺钉群共受多少拉力？计算时管嘴内液体本身重量不计，忽略一切损失。 2、 有一直径d=200mm供油管道，输送质量流量qm=25kg/s的石油，石油的密度=900kg/m3，冬季石油的运动粘性系数=/s，管道全长l=300m,求管道的沿程阻力损失是多少？3、黏度=102Pas的黏性流体沿壁面流动，距壁面y处的流速为v=3y+y2，试求壁面的切应力 4、在相距1mm的两平行平板之间充有某种黏性液体，当其中一板以/s的速度相对于另一板作等速移动时，作用于板上的切应力为3 500 Pa。试求该液体的黏度。 5

29、、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，h4=250mm ，h5=400mm，酒精1=7 848N/m3，水银2=133 400 N/m3，水3=9 810 N/m3。 A水2h211h33水银习题图6、试对下列两种情况求A液体中M点处的压强：A液体是水，B液体是水银，y=60cm，z=30cm；A液体是比重为的油，B液体是比重为的氯化钙溶液，y=80cm，z=20cm。 z312 A液体y MB液体 酒精4h43B水h5h1习题图 7、如图所示，底面积为b?b?的方口容器，自重G=40N，静止时装水高度h=，设容器在荷重W=200N的作用下沿平面滑动，容器底与平面之间的摩擦因数f=，试求保证水不能溢出的容器最小高度。 zHhOaxTW习题图 8、一流动的速度场为 v?(x?1)t2i?(y?2)t2j 试确定在t=1时通过点的轨迹线方程和流线方程。9、已知流场中的速度分布为 试