《工程流体力学》综合复习资料.pdf

.工程流体力学综合复习资料 一、单项选择 1、实际流体的最基本特征是流体具有。A、粘滞性 B、流动性 C、可压缩性 D、延展性 2、理想流体是一种 的流体。A、不考虑重量 B、静止不运动 C、运动时没有摩擦力 3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是。A、表面力 B、万有引力 C、分子引力 D、粘性力 4、静力学基本方程的表达式 。A、p 常数 B、z p 常数 p u 2 C、z 常数 2 g 5、若流体内某点静压强为 p绝 0.7at，则其 。A、p表 0.3at B、p表 0.3 9.8 10 4 Pa C、p真 7mH 2 O D、p真 0.3 760mmHg 水 汞 6、液体总是从 大处向这个量小处流动。A、位置水头 B、压力 C、机械能 D、动能 7、高为 h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的 静水总压力为。A、h2 B、1 h 2 C、2 h2 D、h 2 8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面 1 和 2 截面 d1 d 2 上 流动参数关系为 。A、V1 V2,p1 p2 B、V1 V2,p1 p2 C、V1 V2,p1 p2 D、V1 V2,p1 p2 A、V1 V2,p1 p2 B、V1 V2,p1 p2 C、V1 V2,p1 p2 D、V1 V2,p1 p2 9、并联管路的并联段的总水头损失等于 。A、各管的水头损失之和 B、较长管的水头损失 Word 文档.C、各管的水头损失 10、在相同条件下管嘴出流流量 于孔口出流流量，是因为。A、小，增加了沿程阻力 B、大，相当于增加了作用水头 C、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消 D、大，没有收缩现象，增加了出流面积 二、填空题 1、空间连续性微分方程表达式 。2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公式（水平分力）和（垂直分力）。3、动能修正系数的物理意义是：。4、长管是指 。5、欧拉数表达式为 ，其物理意义是 。6、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数h 4cm，通过的流量为 2L/s，分 析当汞水压差计读数 h 9cm，通过流量为 L/s。7、运动粘度与动力粘度的关系是，其国际单位是。8、因次分析的基本原理是：具体计算方法分为两种 。9、断面平均流速 V 与实际流速 u 的区别是 。10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ，其适用条件是 。11、泵的扬程 H 是指 。12、稳定流的动量方程表达式为 。13、计算水头损失的公式为 与 。14、牛顿内摩擦定律的表达式 ，其适用范围是。15、压力中心是指 。三、简答题 1、静压强的两个特性。2、节流式流量计的工作原理。3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？4、温度对流体粘度的影响。Word 文档.5、牛顿内摩擦定律的内容。6、等压面的定义及其特性。7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。9、分析流动阻力产生的原因。10、稳定流动与不稳定流动的定义。11、串联管路的水力特性。12、水力半径的定义式。13、连续介质假设的内容。14、因次分析方法的基本原理。15、欧拉数的定义式及物理意义。16、压力管路的定义。17、长管计算的第一类问题。18、作用水头的定义。19、喷射泵的工作原理。20、动量方程的标量形式。四、计算题 1、如 图 一 输 水 系 统，已 知 d1 d 2 0.2m，吸 入 段 长 度 l 15m，水 的 运 动 粘 度 1.8 10 6 m 2/s，水 池 液 面 表 压 强 p0 9800Pa，过 滤 器 两 端 接 汞-水 压 差 计，h 0.05m，设流动状态在水力光滑区，Q 0.03m3/s。求：（1）吸入段水头损失 hw 吸？106 Pa，求泵的有效功率。（2）设泵出口泵压 p2 0.8 注：1 带保险活门 1 0.53 2-弯头 3-过滤器 4-闸门 2 4 0.40 0.32 Word 文档.2、有泵管路如图所示，流量 Q 240m3/hour，泵的吸入管长 L1 15m，沿程阻力系数 10.03，总局部阻力系数为 16；压力管长 L2 60m，1 0.03，210，管径为 0.25m。求：（1）已知泵入口处真空表读数 6.6mH 2O，求吸入高度 h1。（2）两个液面高差 h224m，求泵的扬程 H。3、直径 257 mm 的长输管线，总长 50km，起点高程 45m，终点高程 84m，输送相对密度（比重）0.88的原油，运动粘度 0.276 10 4 m 2/s，设计输量为 Q 200t/h，求总压降。（按长 管计算）五、推导题 1.试推导流体欧拉平衡微分方程式。2.试推导理想流体欧拉运动微分方程式。3、气体中声速 C 依赖于密度、压强 p、粘度 。试用因次分析法导出声速 C 的一般表达式。Word 文档.4、试应用伯诺利方程与水头损失公式推导孔口的定水头自由泄流的流量计算公式。参考答案 一、单项选择题 1、实际流体的最基本特征是流体具有 A。A、粘滞性 B、流动性 C、可压缩性 D、延展性 2、理想流体是一种 C 的流体。A、不考虑重量 B、静止不运动 C、运动时没有摩擦力 3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 A。A、表面力 B、万有引力 C、分子引力 D、粘性力 4、静力学基本方程的表达式 B 。z p 常数 z p u 2 p 常数 常数 A、B、C、2 g 5、若流体内某点静压强为 p绝 0.7at，则其 B 。p真 7mH 2 O p真 0.3 760mmHg p表 0.3at p表 0.3 9.8 10 4 Pa A、C、水 D、汞 B、6、液体总是从 C 大处向这个量小处流动。A、位置水头 B、压力 C、机械能 D、动能 7、高为 h 的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的 静水总压力为 B。A、h 2 1 h2 2 B、2 C、2 h D、h Word 文档.8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面 1 和 2 截面 d1 d 2 上 流动参数关系为 D。A、v1 v2,p1 p2 B、v1 v2,p1 p2 C、v1 v2,p1 p2 D、v1 v2,p1 p2 9、并联管路的并联段的总水头损失等于 C。A、各管的水头损失之和 B、较长管的水头损失 C、各管的水头损失 10、在相同条件下管嘴出流流量 B 于孔口出流流量，是因为。A、小，增加了沿程阻力 B、大，相当于增加了作用水头 C、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消 D、大，没有收缩现象，增加了出流面积 二、填空题 1、空间连续性微分方程表达式 ux uy uz 0。x y z t 2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公式（水平分力）Fxhc Ax 和（垂直分力）_FzVp 。3、动能修正系数的物理意义是：总流有效断面的实际动能与按照平均流速算出的假想动能的比 值。4、长管是指 和沿程水头损失相比，流速水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。p，其物理意义是 压力与惯性力的比值 。5、欧拉数表达式为Eu 2 v 6、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数 h 4cm，通过的流量为 2L/s，分 析当汞水压差计读数 h 9cm，通过流量为 3 L/s。7、运动粘度与动力粘度的关系是流体的运动粘度为动力粘度与同温度下该流体密度 之比，其国际单位是 /S 。Word 文档 .8、因次分析的基本原理是：很多物理量都是有因次的，若干物理量总能以适当的幂次组合构成无 因次的数群；任何物理方程总是齐因次的。具体计算方法分为两种 量纲分析法（瑞利法）和 定理 。9、断面平均流速 v 与实际流速 u 的区别是过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速在 过流断面上是相等的。P1 1v12 P2 2 10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 2v2，Z1 Z2 hw 2g 2g 其适用条件是 定常（稳定），不可压缩，质量力只有重力，两个计算断面均为缓变流断面，且两个计算断面之间有共同的流线经过 11、泵的扬程 H 是指 单位重量流体通过泵后所获得的机械能（水头）。12 r r r 、稳定流的动量方程表达式为 F Q v2 v1。13 L v2 hj v2、计算水头损失的公式为 hf 与。d 2g 2 g 14、牛顿内摩擦定律的表达式 du，其适用范围是 牛顿流体，层流运动。dy 15、压力中心是指 体中的平面或曲面所受流体压力的合力的作用线同该平面或曲面的交点。三、简答题 1、静压强的两个特性。静压强方向永远沿着作用面内法线方向。静止流体中任何一点上各个方向的静压强大 小相等，与作用面方位无关。2、节流式流量计的工作原理。节流式流量计是由节流装置（孔板、喷嘴、文氏管）、引压导管和差压计三部分所组成，流体通过孔板或其他节流装置时，流通面积缩小，流速增加，依据伯努利方程，压强 减小，依据节流装置两侧的压差，可以测出流速，并可折算为流量 3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？Word 文档.4、温度对流体粘度的影响。温度对于流体粘度的影响比较显著，温度升高是液体的粘度会升高，而气体的粘度会 随着温度的升高而增加，这是由于液体的分子间距离较小，相互吸引力其主要作用，当温度升高时，间距增大，吸引力减小。气体分子间距离较大，吸引力影响较小，根 据分子运动理论，分子的动量交换因温度升高而加剧，因而切应力也随之增加。5、牛顿内摩擦定律的内容。取无限薄的流体层进行研究，坐标为 y 处的流速为 u，坐标为 y+dy 处的流速为 u+du，显然在厚度为 dy 的薄层中速度梯度为 du/dy。液层间的内摩擦力 T 的大小与液体性质 有关，并与速度梯度 du/dy 以及接触面积 A 成正比，而与接触面上的压力无关，即 T=A 律。du dy，符合这样内摩擦定律的流体叫牛顿流体，这种定律就叫做牛顿内摩擦定 6、等压面的定义及其特性。等压面是指静止流体当中压力相等的点组成的面。（1）等压面与质量力相正交，（2）等压面不能相交，（3）两种互不相溶的流体的交界 面是等压面，（4）水平面为等压面的三个条件同种、连续、静止流体 7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。Word 文档.8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。9、分析流动阻力产生的原因。流动阻力产生的根本原因时流体质点摩擦所表现的粘性和流体质点碰撞所表现的惯性 10、稳定流动与不稳定流动的定义。流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力有关物理参数都不随时间而改变，这种流动称为稳定流动；若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时 间而改变，这种流动称为不稳定流动 11、串联管路的水力特性。串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。串联管路总水头损失等于串联 各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流 量。12、水力半径的定义式。Word 文档.A R 流体在管道中流动时断面面积与湿周长度的比值 13、连续介质假设的内容。即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充满全空间的介质组成，物质的宏观性质依然 受牛顿力学的支配。这一假设忽略物质的具体微观结构，而用一组偏微分方程来表达宏观物理 量（如质量，数度，压力等）。这些方程包括描述介质性质的方程和基本的物理定律，如质量守恒 定律，动量守恒定律等。14、因次分析方法的基本原理。很多物理量都是有因次的，若干物理量总能以适当的幂次组合构成无因次的数群；任何物理方 程总是齐因次的。15、欧拉数的定义式及物理意义。欧拉数定义式为 Eu p v2 ，其物理意义为压力与惯性力的比。16、压力管路的定义。凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。17、长管计算的第一类问题。已知管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确定起点所需的压头，或计算水力坡降。18、作用水头的定义。任意断面处单位重量水的 能量，等于比能除以比重。含位置水头、压力水头和速度水头。单位为 m 19、喷射泵的工作原理。利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速液体后形成负压来吸取液体的装置称喷射泵。喷射泵的工 作原理是利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速度，裹挟周围的流体一起向扩散管运动，使接受 室中产生负压，将被输送液体吸入接受室，与高速流体一起在扩散管中升压后向外流出。20、动量方程的标量形式。Fx Q v2 x v1x Fy Q v2 y v1y Fz Q v2z v1 z 四、计算题 1.如图一 输水 系统，已知 d1 d2 0.2m，吸 入段 长度 l 15m，水的 运动 粘度 Word 文档.1.8 10 6 m 2/s，水池液面表压强 p0 9800 Pa，过滤器两端接汞-水压差计，h 0.05m，设流动状态在水力光滑区，Q 0.03m3/s。求：（1）吸入段水头损失 hw吸？（2）设泵出口泵压 p2 0.8 10 6 Pa，求泵的有效功率。注：1-带保险活门 1 0.53 2-弯头 2 0.40 3-过滤器 4-闸门 4 0.32（1）吸入段沿程水头损失：局部水头损失：v2 4Q 2 8Q2 p h=3 12.6 h j 3 3 2g 2g d 2 3 2 d 4 g 3 2 d4 g 12.6 h 3.142 0.24 9.8 12.6 0.05 13.54 8Q2 8 0.032 Word 文档.（2）水池液面到 1-1 断面列伯努利方程：p1 v2 0003 hw吸，解得 p127582.41 Pa 2g 列 1-1.2-2 两断面伯努利方程：2.有泵管路如图所示，流量 Q 240m3/hour，泵的吸入管长 L1 15m，沿程阻力系数 10.03，总局部阻力系数为 1 6；压力管长 L2 60m，1 0.03，2 10，管 径为 0.25m。求：（1）已知泵入口处真空表读数 6.6mH 2 O，求吸入高度 h1。（2）两个液面高差 h2 24m，求泵的扬程 H。（1）取 a、b 两断面伯努利方程：Word 文档.（2）取 a、c 两断面伯努利方程：3.直径 257 mm 的长输管线，总长 50km，起点高程 45m，终点高程 84m，输送相对密 度（比重）0.88的原油，运动粘度 0.276 10 4 m 2/s，设计输量为 Q 200t/h，求总压降。（按长管计算）解：管道内流体雷诺数 4Q Re d 4 200 10 3 0.88 103 3600 3.1416 257 10 3 0.276 10 4 11332 查表得=0.15mm 计算得 Word 文档.2 0.15 1.167 10 3 257 59.7 59.7 134243 8 8 7(1.167 10 3)7 2000 Re 59.7 8 由 7 可得 0.3164 0.3164 0.031 4 Re 4 11332 hf L v2 8LQ 2 d 2g 2 gd 5 根据伯努利方程 P v 2 P2 v 2 Z1 1 Z2 hw 2g 2g 可得 P P1 P2 (Z2 Z1 hw)w g(Z2 Z1)8LQ 2)2 gd 5 8 50 1000(200 103)2 0.88 1000 9.8 (84 45)0.031 0.88 103 3600)3.14162 9.8(257 10 3)5 4224035Pa 五、推导题 1.试推导流体欧拉平衡微分方程式。答：如图，在平衡液体在中，取微小六面体，为研究方便，使其各边分别平行与坐标 轴，边长取为 dx、dy 和 dz，其形心点位 M（x，y，z），点 M 的压强为 p（x，y，z）。Word 文档.分析作用于六面体表面的力：（1）表面力：只有静水压力由于六面体各面的形心到 M 的距离很小，压强在 M 点附 近的变化可以为泰勒级数表示，且可忽略二阶以上的微量，于是：（2）质量力 Word 文档.除以 dxdydz，得到：2.试推导理想流体欧拉运动微分方程式。答 （1）作用在微元上的表面力 设 A 点出的压强为 P，由于 dx、dy 和 dz 都很小，可以认为包含 A 点的三个微元体的边界 面上，压强均为 P，则由于数学中的泰勒级数展开，对应的三个界面的压强为：Word 文档.设 X 方向的表面力合力为：设 Y 方向的表面力合力为：设 Z 方向的表面力合力为：（2）作用在微元体上的质量力 设作用在单位流体的质量力的三个分量分别是 X、Y 和 Z，微元体内的流体质量为 ，则微元体所受的质量力在 x、y，z 三个坐标方向上的分量分别是：（3）根据牛顿第二定律列方程 微元流体在表面力和质量力作用下运动，三个加速度分量分别为，则由牛顿 第二定律，沿 x 方向的运动方程为，得到：同理，可以得到 Y 和 Z 方向的运动方程，最后有：Word 文档.3.气体中声速 C 依赖于密度、压强 p、粘度。试用因次分析法导出声速 C 的一般表达式。解：选取三个影响因素为独立基本量纲则 f(C,P,)0 1 C a1 Pb1 c1 写成量纲式并求解 L1 T 1 M 1L 3a1 ML 1 T 2 b1M 1L 1T 1 c1 a1 b1 c1 0 3a1 b1 c1 1 2b1 c1 1 得 a1 0.5,b1 0.5,c1 0 即 C 1 P 4.试应用伯诺利方程与水头损失公式推导孔口的定水头自由泄流的流量计算公式。证明:定水头自由泄流问题如右图。取 o、c 两缓交流断面列伯努利方程：Word 文档.记作用水头为：则：Word 文档