流体力学课后习题与解答.pdf

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1、1.1 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 作用于流体的质量力包括：（）（a）压力；（b）摩擦阻力；（c）重力；（d）表面张力。1.3 单位质量力的国际单位是：（）（a）N；（b）P a；（c）N/kg；（d）m/s2,1.4 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1.5 水的动力黏度口随温度的升高：（）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。1.6 流体运动黏度U的国际单位是：（）

2、（a）m /s1；（b）N/；（c）k g/m；（d）N -s/m2,1.7 无黏性流体的特征是：（）（a）黏度是常数；（b）不可压缩；（c）无黏性；（d）符合E=RT。P1.8 当水的压强增加1 个大气压时，水的密度增大约为：（）（a）1/2 0 0 0 0；（b）1/1 0 0 0 0；（c）1/4 0 0 0；（d）1/2 0 0 0 o2.1 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：（

3、）（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6 5 0 0 0 P a,当地大气压为O.IM P a,该点的绝对压强为：（）（a）6 5 0 0 0 P a；（b）5 5 O O O P a；（c）35 0 0 0 P a；（d）1 6 5 0 0 0 P a 2.5 绝对压强P 心与相对压强P、真空度P y、当地大气压之间的关系是：（）（a）Pabs=P+Pp；（b）p=pabs+pa;（c）Pr=p“-Pabs；（d）p=pv+pv 2.6 在密闭容器上装有U形水银测压计，其 中 1、2、3 点位于同-水平面上，其压强关系为：（）

4、（a）p p2 p3；（b）P i=%=P 3；（b）（c）P P 2 V p 3；（d）P1 P3。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h p=1 0 c m,2rp 8为:()(a)1 3.33k P a；(b)1 2.35 k P a；(c)9.8 k P a；(d)6.4 k P a。2.8 露天水池，水深5 m处的相对压强为：()(a)5 k P a；(b)4 9 k P a；(c)1 4 7 k P a；(d)2 0 5 k P a 2.9 垂直放置的矩形平板挡水，水 深3 m,静水总压力P的作用点到水面的距离为:()(a)1.2 5 m；(b)1.5

5、m；(c)2 m；(d)2.5 m。2.1 0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；(c)与潜体淹没的深度成正比;(d)与液体表面的压强成反比。2.1 2用多管水银测压计测压，图中标高的单位为m,试求水面的压强水/水1 乘2.13绘制题图中Z3面上的压强分布图。2.2 3矩形平板闸门4 8,一侧挡水，已知长/=2 m,宽6=lm,形心点水深儿=2m,倾角a=4 5。，闸门上缘Z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7。2.2 4 矩形闸门高/?=3m,宽b=2 m,上游水深=6 m,下游水深力2=4.5 m,试求：（1）作用在闸

6、门上的静水总压力；（2）压力中心的位置。2.2 5 矩形平板闸门一侧挡水，门高A=l m,宽b=0.8 m,要求挡水深用超过2m时，闸门即可自动开启，试求转轴应设的位置J。2.2 6 -弧形闸门，宽 2 m,圆心角a=3 0,半径R=3 m,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。2.2 7 密闭盛水容器，水深用=6 0cm,/?2=1 00cm,水银测压计读值从=2 5 cm,试求半径R=0.5 m 的半球形盖Z B所受总压力的水平分力和铅垂分力。3.1 用欧拉法表示流体质点的加速度）等于：（）(j r ou -(a)T-；(b)；(c)()；(d)+(V)M odr

7、dt dt3.2 恒定流是：（）（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）各过流断面的速度分布相同；（d）迁移加速度为零。3.3 一维流动限于：（）（a）流线是宜线；（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。3.4 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）合加速度为零3.5 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3.6 变直径管，直径&=3 2 0m m,乩=1 6 0m m,流速=L 5 m/s

8、。匕为：（）（a）3 m/s；（b）4 m/s；（c）6 m/s；（d）9 m/s。3.1 3 不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）？(1)ux=2x2+y2；uv-x3-x(y2-2y)(2)uxxt+2y；uy=xr-y t(3)ux=y+2xz；uv=-2yz+xyz；u.=x2z2+x3y42 3.1 4 已知不可压缩流体平面流动，在y 方向的速度分量为%=y 2 -2 x+2 y。试求速度在x 方向的分量火。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：（)24.2伯努利方程中z+匹+”表示：（Pg 2

9、g(a)乩=2 2；P 3 =P 4；(c)z,+-=z2+-;pg pg(d)z3+-=z4+-Pg Pg)（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；（c）单位体积流体具有的机械能；（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：（）(a)P G P2；(b)Pi=p?；(c)/?,/?,；（d）不定。4.4 黏性流体总水头线沿程的变化是：（）（a）沿程下降；（b）沿程上升；（c）保持水平；（d）前三种情况都有可能。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；（d）

10、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M=6 0 m m,求该点流速。4.1 0 水在变直径竖管中流动，已知粗管直径4=3 0（h n m,流速=6加/$。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）。士 TJ;4.1 1 为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径4=2 0 0 m m,流量计喉管直径t/2=1 0 0 m m,石油密度=8 5 0左g/加，流量计流量系数=0.9 5。现测得水银压差计读书/Zp=1 5 0 m m,问此时管中流量。是多少。4.1 7 水由喷嘴射出，已知流量。=0.4机3/5,主管直径。=0.4加/s ,喷

11、口直径d=0.1 m,水头损失不计，求水流作用在喷嘴上 的力。4.1 9 矩形断面的平底渠道，其宽度8为2.7 m,渠底在某断面处抬高0.5 m,该断面上游的水深 为2 m,下游水面降低0.1 5 m,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。-07.1 比较在正常工作条件下，作用水头，直径4相等时，小孔口的流量0和圆柱形外管嘴的流量。“：()(a)(b)Q 9 m；(b)/=(3 4)d,/0 (3 4)d,Ho 9 m；(d)/(3 4)d,o9 m。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)22；(C)Q i=0 2；2）不

12、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4=3 4 ,通过的流量为：（）10=(a)。=。2；(b)&=1.5 2；(c)2=1.7 3 0；)2=32。_2_a 7.5 并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是：（）(a)hfA B=hf i+h/2+hf 3；(b )hjA B=2 ；(C)hfA B=+hf3；(d)hfA B=hfi=hj2 卜 力 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；（c）总能量损失相等；（d）通过的流量相等。7.7 并联管道阀门为K全开时各段流量为Q、0、0，现关小阀门K,其他条件不变，流量的变化

13、为：（）（?）（a）9、&、2 都减小：（b）Q 减 小,A 不变，且 减小;（C）。减小，。2 增加，0 3 减小;（d）不变，&增加，0 减小。7.1 0 水箱用隔板分为N、8两室，隔板上开一孔口，其直径4=4 c m,在 8室底部装有圆柱形外管嘴，其直径d 2=3 c m。已知H=3 m,A3=0.5 m,试求：（1）九，h2；（2）流出水箱的流量。7.11 有一平底空船，其船底面积。为 8小,船舷高工为0.5m,船自重2 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。7.14 虹吸管将Z 池中的水输入8 池，已知长度/】=3m,/2=5 m

14、,直径目=75m m,两池水面高差H=2 m,最大超高%=1.8m,沿程摩阻系数4=0.02,局部损失系数：进口？“=0.5,转弯 =0.2,出 口 =1,试求流量及管道最大超高断面的真空度。7.16 水从密闭容器4,沿直径d=25m m,长/=10m 的管道流入容器8 ,已知容器力水面的相对压强P i=2 at,水面高”Im,”2=5m,沿程摩阻系数4=0.025,局部损失系数：阀门乙=4.0,弯头装=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；（b）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；（

15、b）壁面粗糙系数最小的断面；（c）过水断面积一点，湿周最小的断血；（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 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 在流量一定，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，临界底坡乙将：（）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。8.12 梯形断面土

16、渠，底宽b=3m,边坡系数加=2,水深 =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0=9.7/7?/s,底坡i=0.001,试按水力最优断面设计断面尺寸。答案1-1-1-8 dcdbb aca 2-1 2-10 acbdc cbbca2-12 解:p0=p4-（3.0-1.4）pg=P5+（2.5-1.4）P gg-（3.O-1.4）0g=,+（2.3-1.2）-（2.5-1.2）+（2.5-1.4）-（3.0-1.4）pa+（2.3+2.5-1.2-1.4）pHgg （2.5+3.0-1.2 1.4）pg=%+

17、（2.3+2.5 1.2 14）x13.6-（2.5+3.0 1.2 1.4）/g p g=+265.00（kPa）答：水面的压强p0=265.00 kPa。2-1 32-2 3 W：pA=hc-s in 45 pg=12.68(kPa)PB(I、c+-sin45。pg=26.55(kPa)i 2 J/、lb(12.68+26.55)x2x1P=(PA+P -=-1=39.23(kN)对A点取矩，有片+鸟 4 3 -T ZB-cos 45=0I i 2pAlb-+(pl-pAl-x b x-l：.T=-2-乙-/cos 450212.68x1x1+(26.55-12.68)x1X3cos 45

18、0=3 1.0 0 9 (k N)答：开启闸门所需拉力r=3 1.0 0 9 k N。2-2 4 M：(1)图解法。压强分布如图所示：=0=(4-)-(%-切/g=(4-2)席=(6-4.5)x 1 0 0 0 x 9.8 0 7=1 4.7 1 (k P a)p=p./.6 =1 4.7 1 x 3 x 2 =8 8.2 6 3 (k N)合力作用位置：在闸门的几何中心，即距地面(1.5 m,2)处。2-2 5 解：当挡水深达到时，水压力作用位置应作用在转轴上，当水深大于九时，水压力作用位置应作用于转轴上，使闸门开启。P =4 -g)p g.泌=1.5 x 1 0 0 0 x 9.8 0 7

19、 x 1 x 0.8 =1 1.7 6 8 4 (k P a)=1.5 +I21.5 x 1 21.5 5 6 (m)转轴位置距渠底的距离为：2-1.5 5 6 =0.4 4 4 (m)可行性判定：当增大时增大，则 -减 小，即压力作用位置距闸门I 2；ycA形越近，即作用力距渠底的距离将大于0.4 4 4 米。答：转轴应设的位置歹=0.4 4 4 m。号 ,(7?si n a)2(3 x si n 3 0 j?2-2 6 解：(1)水平压力：P,=、-Lpg.b=-X 2 X 9.8 0 7=22.066(kN)(一)(2)垂向压力：P：=V p g =pgjrR2-7?sina-/?cos

20、f，T T X W 宇、=9.807x-sin300cos30a x2I 12 2 J=7.996(kN)(t)合力：p =2+2=V22.0662+7.9962=23.470(kN)p0-arctan =19.924答：作用在闸门上的静水总压力尸=23.470kN,6=19.92。3-1 3-6 dbcbc c加 a”、3.13 解：(1).一+Y=4 x-x(2 y-2)W0dx dy不能出现。(2);返 +也=/一/=0dx dy能出现。(3)V+=2Z-2Z+X2Z+X2Z0dx dy dz不能出现。3.14 解：.返 +也=0dx dy，二 一(2+2歹)oxux=-(2 +2j/)

21、x+c(y)=-2 x-2 y+c(j)答：速度在x方向的分量v=-2%-2孙+c(y)。4-1 4-5 cacad4-8 解：u=J2g(-=J 2X9.807X122X60X10-3=3.85(m/s)P V P答：该点流速V=3.85 m/s。410解：以过下压力表处的水平面为基准面，列伯努利方程如下：2 2马+红+也=Z?+互+也+%2p g 2 g -p g 2 g儿 _ 2 =0 ,%=3 m,z2=0取 药=%，当P l=。2 时，有：=2 g z,+v,2=2 x 9.8 0 7 x 3+62=9 4.8 4 2v2=9.7 4 (m/s)由连续性方程匕“2=匕4(m m)答：

22、细管直径为2 3 5.5 mm。=0.0 5 1 1 5 7 5 (m3/s)=5 1.2 (/s)答：此时管中流量。=5 1.2 s。4-1 7 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:P!aiVl _ Q j a2V2p g 2g 2 g2/,4*=资7)=0不乙乙 J1(0X(5 0.932-3.182)=1291.85 4(k P a)0.4x4万 x0.42=3.18(m/s)_Q _ 0,4x4“A2%xO.f=5 0.93(m/s)（2）取控制体如图所示，列动量方程。V=fPQ(V2V)=PAF：.F =plA-p Q(v2-vi)T T X f)4?

23、=1291.85 4x-1x0.4x(5 0.93-3.18)=143.239(k N)答：水流作用在喷嘴上的力为143.239k N。4-19解：（1）以上游渠底为基准面，列上、下游过水断面的能力方程:2 2I P l 匕 _ i 夕2.Z,d-1-Z,d-1-P g 2g-p g 2 g其中：p、=P z=P a=。，Z =2.0m,z2=2.0 0.15 =1.85 mh=2.0 m,h)=2.0 0.15 0.5 =1.35 m=2.7xl.35 x-%2x9.807x0.15产2=8.47(m3/s)2 =g=业“5 71 A,B%2.7x2(m/s)&=_ _=2.32(m/s)4

24、 Bh?2.7x1.35(2)取控制体如图，列动量方程.PO(v2 f 1)=P1 4 -必4 一 产.F=口4 一 夕242 一。(丫2 一 匕)=P g B-p g B-p Q(v2-v)r 2 一川、=PgB 1 2 一 夕。(匕 一 巧)I，J=1000 x9.807x2.7x(2?-1.35 2、-1000 x8.47x(2.32-1.5 7)2)=22.48(k N)答：(1)渠道的流量。=8.47n?/s；(2)水流对底坎的冲力量=22.48k N。7-1 7-7 b b c c d c c7-10解：要保持，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。

25、Ay2g=J2g(-%)九 伍,4 丫H-4(/nA，0.82 x 0.032)、0.62 x 0.042,=0.548-T4R，日 7 0.548 0.548.1八一/、可解得：h,-H-x3=1.06(m)1 1.548 1.548h2=H hh3=3 1.06 0.5=1.44(m)Q=0.64XX 0 04-,2x9.807x 1.06=3.67(/s)4答：(1)h=1.06m,4=L 3m；(2)流出水箱的流量。=3.67L/s。711解：设船底到水面的水深为。)，船中水深为“，下沉过程是平稳的，则有:”o(/)PgQ=G+p g Q上+，pgQ从孔口流入的流量为C(7)=jUAy

26、12g o (/)-方=,看，为常数。.当船沉没时：=2(/)-TI P g),).Qh 陷 _一%后一8xfo.5-98 X 13 1I 9.8x10 x8；-L*0.62x-x0.1241 /8 6(s)2x9.8x10，答：经过393.6s后船将沉没。7-14解：以下游水面为基准面，从上池水面到下池水面列伯努利方程:2”进2d 2vg2+?b 丁V2+?c2g0.7+1.0+0.02 x3+5 v20.075 J 2gv=/2X9.807X2/_ 3.20(m/s)V/3.o37T iO=vy4=3.20 x-x0.0752=14.14(L/s)4从C过流断面到下池水面列伯努利方程：取%

27、=1Hv=2kzc=_2 c=i.8+2.0+f 1-0.02X 1.0pg Pg I 0.075 J 2g=3.8 0.02x5 3.20*20.5+1.0+4.0+3x0.3+0.025x-100.0252gx(l+2 0-5)l16.4=4.37(m/s)Q=M=4.37x?x0.0252=2.15(/s)答：流量。=2.15 s。8-1 8-3 bcc 8-88-10 bcb8.12 解：A=hb+hm)=1.2x(3+1.2x2)=6.48(m2)Z=Z?+2，2 +(/阴)=h+2A/1+w2=3+2xl.2xV5=8.367(m)AR=0.7745(m),取“=0.0225(见教

28、材.153 页表 6-4)Z2八 加“6.48X0.77455XV0.0002 3Q=-R6 *RiA=-=3.435(*m3/s)n 0.0225答：通过流量。=3.435 m3/s.8.13解：对矩形断面，水力最优断面满足6=2。-x-0.075 2x9.807=3.10 m答：流量。=14.14 L/s,管道最大超高断面的真空度为3.10m。7-16解：以地面为基准面，从 N池面到B池面列伯努利方程:2乜+京+签+（嬴+嬴+盘+3叠取匕=彩=0；,2=0；。进=0.5；=1.0,则有v=2g+-/9I Pg-)/.A=hh=2h2,y=h+2h=4h,:.R=-=4 2,Q=A=R%忑,Ji Z z =0.001,w =0.017n,2/向%=半，消=半=。7=4/4“J 6 25V 7 2 V 0.001h=1.70(m),b =3.40(m)答：断面尺寸为=1.70m,b =3.40m。