2022年学时工程流体力学复习题与答案.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -32 学时流体力学课复习题一、填空题1、流体是一种受任何微小的 剪切力作用时 都会产生连续 变形 的物质；2、牛顿内摩擦定律 = 其中的比例系数称为 动力黏性系数 动力粘度 ；3、作用于流体上的力按其性质可以分为 表面力 力和 质量力4、水力学中,单位质量力是指作用在单位_质量 _ 液体上的质量力；5、单位质量力的量纲是 L/T2；6、对于不同的流体,体积弹性系数的值不同,弹性模量越 大,流体越不易被压缩；7、某点处的肯定压强等于该处的 大气压强 减去该处的 真空度；8、某点处的真空等于该处的 大气压强 减去

2、该处的 肯定压强；9、某点处的相对压强等于该处的 肯定压强 减去该处的 一个大气压；10、依据 粘性 的大小,粘性流体的流淌状态可分为 层流 和 紊流；11、依据流体是否有粘性,流体可分为 粘性流体 和 抱负流体；12、依据流淌参数随时间的变化,流体流淌可分为 定常 流淌和 非定常 流淌；13、连续性方程是 质量守恒 定律在流体力学上的数学表达形式；14、总流伯努利方程是 机械能守恒定律 在流体力学上的数学表达形式；15、运算局部阻力的公式为：；运算沿程阻力的公式为：；16、相像条件包括 几何相像、运动相像 和 动力相像；17、沿程阻力主要是由于 流体内摩擦力 引起的, 而局部阻力就主要是由于

3、 流淌边界局部外形急剧变化 引起的；18、连续性方程表示掌握体的 _质量 _守恒；19、液体随容器作等角速度旋转时,重力和惯性力的合力总是与液体自由面 _垂直 ；20、圆管层流中断面平均流速等于管中最大流速的 1/2二、简答题1、简述液体与气体的粘性随温度的变化规律,并说明为什么？答: 温度上升时 液体的黏性降低,由于液体的粘性主要是分子间的内聚力引起的,温度上升时,内聚力减弱,故粘性降低,而造成气体粘性的主要缘由在于气体分子的热运动,温度越高,热运动越强烈,所以粘性就越大2、请具体说明作用在流体上的力；作用在流体上的力按其性质可分为表面力和质量力,表面力是指作用在所讨论流体表面上的力,它是由

4、流体的表面与接触的物体的相互作用差生的,质量力是流体质点受某种力场的作用力,它的大小与流体的质量成正比3、简述连续介质假说；连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成,占满空间而没有间隙,其物理特性和运动要素在空间是连续分布的；从而使微观运动的不匀称性、离散性、无规律性与宏观运动的匀称性、连续性、规律性达到了和谐的统一；（宏观无限小 微观无限大）4、何谓不行压缩流体？在什么情形下可以忽视流体的压缩性？除某些特别流淌问题,工程实际中将液体看作是密度等于常数的不行压缩流体,当气体的速度小于70m/s 且压力和温度变化不大时也可近似地将气体当作不行压缩流体处理5、流体静压力有哪两个重要特点？细心整

5、理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -特点一：在平稳的流体中,通过任意一点的等压面,必与该点所受的质量力相互垂直；特点二：当两种互不相混的液体处于平稳时,它们的分界面必为等压面；6、不同外形的放开的贮液容器放在桌面上,假如液深相同,容器底部的面积相同,试问作用于容器底 部的总压力是否相同？桌面上受到的容器的作用力是否相同？为什么？容器底部的总压力 =液体压强 x 面积,而压强由液深打算（同种液体）,所以作

6、用于容器底部的总压力相 同；桌面上所受力是整个储有液体容器的重力,桌面上受到的容器的作用力因容器总重量不同而不同；此题目也有漏洞：不同外形的放开的贮液容器,体积关系不能确定,其总重量不肯定相同或也不肯定不 同；7、相对平稳的液体的等压面外形与什么因素有关？质量力（在平稳点流体中,通过任意一点的等压面必需与该店所受的质量力相互垂直）8、静力学的全部内容适用于抱负流体仍是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？流体处于静止或相对静止状态时,各流体质点间没有相对运动,速度梯度等于零,切向应力也等于 零,这样流体的粘性就显现不出来了 9、表达帕斯卡原理,试举例说明它在工程中的应用；帕斯卡定律：加在密闭液体

7、任一部分的压强能够大小不变的被液体向各个方向传递公式： P1=P2 即 F1 S1（F 为施加的力）应用：千斤顶,液压机,液压制动10、何谓压力体？压力体由哪些面围成的？F2S2（S 指大小活塞的面积）由于液体重量产生对物体表面压力的体积称为压力体 压力体所论曲面；过曲面周界上一切点的铅垂线所构成的曲面；与液面重合的水平面；12、简述沿程阻力系数随雷诺数的变化规律,并画出其趋势图；尼古拉兹试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 : . 14、在串联管道、并联管道中,各管段的流量和能量缺失分别满意什么关系？

8、串联管路的特点：各条管路中的流量相等,等于总流量；各管的水头缺失之和等于管路的总缺失；并联管路的特点： 各条管路中的流量之和,等于总流量； 各管的水头缺失之相等,等于管路的总缺失；15、简述水力光滑管和水力粗糙管的定义；为什么？一根确定的管子是否永久保持为水力光滑管或水力粗糙管？水力光滑管：在紊流中存在层流底层,当层流底层厚度 l5 时,粗糙高度几乎全被层流底层埋没管壁对紊流区流体的影响很小,这与流体在完全光滑的管道中流淌类似,这种情形的管子叫做水力光滑管；水力粗糙管：当层流底层厚度 l0.3 时,管壁上几乎全部的凸峰都暴露在紊流中,紊流去的流体质点与凸峰相互碰撞,阻力增加,此时的管子叫做水利

9、粗糙管；16、简洁表达沿程阻力和局部阻力的定义,试分析产生这两种缺失的缘由；沿程阻力：再过流断面沿程不变的匀称流道中所受的流淌阻力流体与壁面的摩擦产生 沿程缺失缘由 :由于流体与壁面的摩擦而产生的. 局部阻力 :流体在流淌过程中由于方向转变或速度转变以及经过管件而产生的阻力细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -局部缺失的缘由 :因流体与壁面的冲击和流体的质点之间的碰撞而形成的17、何谓缓变流和急变流

10、？在缓变流截面上,压强分布有何规律？当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时,流线近似为平行直线,这样的流淌称为缓变流 , 否就称为急变流；在接近于直线的流淌中,沿法线方向的压力分布规律与平稳流体中的相同,均听从于流体静力学基本程18、写出总流伯努利方程,并简述其物理意义；其中： Z 表示总流过流断面上某点（所取运算点）单位重量流体的平均位置势能表示总流过流断面上某点（所取运算点）单位重量流体的平均压强势能；表示总流过流断面上某点（所取运算点）单位重量流体的平均动能；缺失表示总流过流断面上某点（所取运算点） 单位重量流体的平均机械能缺失,称为总流水头代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能代

11、表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能物理意义 在符合限定条件下, 单位重量流体的机械能 19、简述流线的定义,并写出流线方程；流线就是在流场中某一瞬时作出的一条空间曲线,位能、压力能和动能 可以相互转化, 但总和不变；使这一瞬时在该曲线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合同一时刻流场中连续各点的速度方向线 20、何谓系统和掌握体？它们有何区分与联系？众多流体的质点的集合称为系统；掌握体是指流场中某一确定的空间；区分：系统的位置和外形是可以变化的,而掌握体是指流场中的某一确定的空间；联系： 利用掌握体可以推导出流体系统所具有的某种物理量随时间的变化率,得出流体力学中如干

12、重要方程三、运算题1、 一块平板距离另一块固定的平板 0.5mm,两平板间布满某种流体,上平板在 4.8N 的力作用下,以0.25m/s 的速度移动；假如上平板的面积为 2.4m 2,求该流体的粘度；解假设板间流体中的速度分布是线性的 ,就板间速度梯度可计 4x 第 2 题 uPa.s2、 一底面积为 45 x 50cm 2,高为 1cm 的木块,质量为 5kg,沿涂有润滑 油的斜面对下作等速运动,木块运动速度 u=1m/s ,油层厚度 1cm ,斜坡 22.620 见图示 ,求油的粘度；解 木块重量沿斜坡分力F 与切力 T 平稳时,等速下滑细心整理归纳 精选学习资料 mgsin5T8Adu

13、第 3 页,共 10 页 dymgsin9 .sin22.62Au0 .450. 4501. 001 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -0.0873Pas3、一块平板距离另一块固定的平板 0.5mm,两平板间布满粘度为 0.004PaS 的某种流体,假如上平板的面积为 2. 4m2,求使上平板以 0.25m/s 的速度移动所需的作用力；（4.8N）4、直径 76mm 的轴在同心缝隙为 0.03mm,长度为 150mm 的轴承中旋转,轴的转速为 22

14、6r/min, 测得轴径上的摩擦力矩为 76N.m ,试确定缝隙中油液的动力粘度（1.864 Pa s）5、如强和真空；图所示,U 形管压差计与容器 A 连接,已知 h1=0.25m,h2=1.61m,h3=1m；求容器 A 中水的肯定压强和真空； （肯定压强为94389Pa,真空为 6936Pa；）6、 如下列图,直线行使的汽车上放置一内装液体的U 形管,长L=500mm ；试确定当汽车以加速度a= 0.5m/s 2 行驶时两直管中的液面高度差；（25.51mm）第 6 题图7、图所示为一圆柱形容器,直径 d=300mm,高 H=500mm, 容器内装水,水深 h1=300mm,使容器绕垂直

15、轴做等角速旋转； （1）试确定水正好不溢出时的转速 n1；（2）求刚好露出容器底面时得转速 n2；这时容器停止旋转,水静止后得深度 h2 等于多少？（ n1=178.3rpm,n2=199.3rpm ,h2=0.25m）第 7 题图细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -8、如下列图为绕铰链O 转动的倾斜角 =60 o 的自动开启式水闸,当水闸一侧的水位H=2,另一侧的水位h=0.4 时,如要使闸门自

16、动开启；试求铰链至水闸下端的距离 x；（0.796m）第 8 题图9、圆柱体半径r2 m,长L5 m,如图放置在斜面上；求水作用在圆柱上的力；（作用在圆柱上的力487.415kN ,与水平方向夹角78.4 度；）第 9 题图10、如图,圆柱体直径4m,两边均有水作用,水深如下列图；假如圆柱体长度为12m,试求作用在圆柱体上合力的大小和方向；（作用在圆柱体上合力的大小1320kN ,与水平方向夹角57.98 度；）第 10 题图11、如图,有一圆柱形闸门；已知H=5m , =600,闸门宽度为B=10m；求作用在闸门上的总压力的大小及方向；X 方向细心整理归纳 精选学习资料 FxpCxA xhh

17、Br2B 第 5 页,共 10 页 24 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Z 方向,找出压力体FzFVpF28r2r2sincosBarctanFz39.3 度第11题图22 F z1583kN xFx作用点距离液面的高度ersinx2u xy2xy2,u yjx22y；求流线方程；12、已知平面流淌的速度重量为：（1x31y32xyC）334x2i4y,求证通过任意一个以原点为圆心的同心圆的流13、已知流场的速度分布为vx2y2量都是相等的（z

18、 方向取单位长度） 提示：流场速度用极坐标表示； 14、如图是离心风机的集流器,风筒直径为 200mm；当测压管中的水柱高度为 250mm 时,求集流器的吸气量；空气密度取 1.29 kg/m3（1.93m3/s）15、如下列图,水从井A 利用虹吸管引到井B 中,设已知体积流量qv=100m3/h,H=3m ,z=6m,不计虹吸管中的水头缺失；试求虹吸管的管径 d 及上端管中的负计示压强值 p；（虹吸管的管径 d=67.9mm,上端管中的负计示压强值-58800Pa；）16、如下列图,离心式水泵借一内径 d=150mm 的吸水管以 q=60m 3/h 的流量从一敞口水槽中吸水,并将水送至压力水

19、箱；设装在水泵与吸水管接头上的真空计指示出负压值为 水泵的吸水高度 H；39997Pa；水力缺失不计,试求细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -第 14 题图第 15 题图第 16 题图（水泵的吸水高度4m；）20m/s,油柱的直径为0.1m；求油对17、密度为 830kg/m3 的油水平地射向直立的平板；已知油的速度为平板的打击力； （2608N）18、连续管系中的90o渐缩弯管放在水平面上,管径

20、 d1=15cm ,d2=7.5cm,入口处水平均流速v1=2.5m/s,静压 pe1=6.86 10 4 Pa（计示压强）；如不计能量缺失,试求支撑弯管在其位置所需的水平力；（支撑弯管在其位置所需的力Fx=1101.25N ,Fy=537.49N ）19、喷水泉的喷嘴为一截头圆锥体,其长度l=0.5m ,两端的直径d1=40mm,d2=20mm, 竖直装置；如把计示压强 p1e=9.807 104Pa 的水引入喷嘴,而喷嘴的能量缺失的流量 qv 和射流的上上升度 H；（流量 0.00718m3/s,射流的上上升度 26.68m；）hw=1.6m（水柱）；如不计空气阻力,试求喷出20、沿直径

21、d=200mm 的管道输送润滑油,流量 qm=9000kg/h ,润滑油的密度 =900kg/m3,运动粘度冬季为 =0.0001092m2/s,夏季为 =0.0000355 m 2/s；试分别判定冬夏两季润滑油在管中的流淌状态；（均为层流）21、在一水箱距离水面3m 处开一个直径为6cm 的小孔,为了使水箱内的水面保持不变,问每秒必需向水箱内加多少水？（每秒必需向水箱内加水 0.0217m3）22、在直径为 30cm 的水平管道上用水作沿程缺失试验,在相距 120m 的两点用水银差压计（上面为水）测得的水银柱高度差为 33cm,已知流量为 0.23m3/s,问沿程缺失系数等于多少？（0.01

22、92）23、如图,一股射流以速度 V 水平射到倾斜平板上,体积流量为 Q；求射流对平板的打击力和上下两股分射流的流量；（打击力FQVsin,上下两股分射流流量Q 1Q 1cos、Q 1Q 1cos） 第 7 页,共 10 页 22细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -第 23 题图24、水从水箱沿着长为 L = 2 m ,直径 d = 40 mm 的竖直管流入大气,不计管道的入口缺失,管道沿程缺失系数 = 0.04,试求管道

23、中起始断面 A 的压强与水箱内的水位 h 之间的关系式； 并求当 h 为多少时,此断面的压强与水箱外的大气压强相等；（p AgLhL）dL1d第 24 题图25、水泵系统如图,管径 d 200 mm,流量为 Q 0 1. m 3 / s,吸水管与压水管的总长为 30m,沿程阻力系数 0 . 02；吸水管设有带阀门的莲蓬头 阀 2 . 0,全部弯头 弯 0 3.（一共有 3 个弯头）,两水面高差 z 10 . m,求水泵扬程；解： （1）管中流速（2）列 1-1 到 2-2 能量方程3求扬程第 25 题图26、水池中的水从变截面管道排出,前两段的直径依次为100mm 和 75mm；最终一段是渐缩

24、管,出口直径为 50mm；假如排出的质量流量为 14kg/s,求所需的水头 h,并画出测压管水头线； （2.6m）27、嵌入支座内的一段输水管,其直径由 d 1 1 . 5 m 变化到 d 2 1 m（见图示）；当支座前的相对压强1p392kPa,流量Q1.8m3/s时,试确定渐变段支座所受的轴向力R；（不计水头缺失； ） 第 8 页,共 10 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -（支座所受的轴向力 R=384014N

25、 ）第 26 题 第 27 题28、某输油管路长4000m,管径 0.3m,输送运动粘度为2.5 10-4m2/s、密度为 840kg/m3 的原油；当流量Q=240m3/h 时,求油泵为克服沿程阻力所需增加的功率；（克服沿程阻力所需增加的功率 18801.9W ）29、某管路直径 0.2m,流量 Q=0.1m 3/s,水力坡度 i=0.05 ；求该管路的沿程阻力系数；（沿程阻力系数0.0193）.18m和d20.25m的水平管道串联在一起；输送密度为980kg/m3、运30、两根直径分别为d10动粘度为 4 10-4m 2/s 的原油； 假如流量为 Q=0.1m 3/s,管道长度 L 1=5

26、00m,L 2=100m；求原油流经管道的 压强缺失？（ hf1=78.801 ,hj=0.182 ,hf2=4.247；合计压强缺失为 788.3Pa）2.1 流体力学的讨论方法有哪些？各有哪些优缺点？理论讨论方法：精确,清楚,但由于数学进展水平的局限,只能应用于简洁理论模型,而不能应用 于实际复杂的流体运动；试验讨论方法： 牢靠,精确, 具有指导意义； 但是受试验尺度和边界条件限制,有些试验无法开展,或耗资庞大；数值讨论方法：运算复杂流淌问题,耗资少；但需要精确的数学模型,并结合试验数据进行模型验 证；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -

27、第 9 页,共 10 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -2.2 讨论流体运动有哪两种方法？分别论述他们的概念与区分？（1）拉格郎日法：把流体质点作为讨论对象,跟踪一个质点,描述它运动的历史过程,并把足够多 的质点运动情形综合起来,可以明白整个流体的运动；（2）欧拉法：主要讨论流场中的空间点,观看质点流经每个空间上运动要素随时间变化的规律,把 足够多的空间点综合起来得出整个流体运动的规律；2.3 什么是时变加速度和位变加速度？时变加速度：位于所观看空间的流体质点的速度随时间的变化率；位变加速度：流体质点所

28、在空间位置的变化所引起的速度变化率；2.4 分别描述层流与湍流的性质与特点？层流：流体质点互不掺混,作有条不紊的有序的线性运动；1 有序性：水流呈层状流淌,各层的质 点互不掺混,质点作有序的线性运动；2 粘性占主要作用,遵循牛顿内摩擦定律,粘性抑制或约束质点 作横向运动； 3 在流速较小且雷诺数 Re 较小时发生水头缺失；4 与流速的一次方成正比；湍流：流体质点相互掺混,局部速度、 压力等流淌参数在时间和空间中发生不规章脉动的流体运动；1 无序性：流体质点相互掺混,运动无序,运动要素具有随机性；2 耗能性：除了粘性耗能外,仍有更主要的由于紊动产生附加切应力引起的耗能；3 扩散性：除分子扩散外,

29、4 高雷诺数： 湍流运动的规律性同它的随机性 仍有质点紊动引起的传质、传热和动量传递等扩散特性；是相伴存在的,通过运动参数的时均化,来求得其时间平均的规律性,使流体力学讨论湍流运动的有效 途径；2.5 什么是流体微团的散度？并简述其代表的物理意义是什么？散度 :指流体运动时单位体积的转变率；简洁地说,流体在运动中集中的区域为辐合,运动中发散的 区域为辐散；用以表示的量称为散度,值为负时为辐合,此时有利于天气系统的的进展和增强,为正时表示辐散,有利于天气系统的消散；表示辐合、辐散的物理量为散度 间各点矢量场发散的强弱程度；. 散度的重要性在于,可用表征空2.6 拉格朗日法和欧拉法如何描述流体质点的加速度？拉格朗日方法着眼于流体质点,设法描述每个流体质点的位置随时间变化的规律；欧拉法以不同时 刻流场作为描述对象讨论流淌的方法,将个别流体质点运动过程置之不理,而固守于流场各空间点；通 过观看在流淌空间中的每一个空间点上运动要素（如速度、压强等）随时间的变化,把足够多的空间点 综合起来而得出的整个流体的运动情形；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 10 页 - - - - - - - - -