《流体力学》复习参考答案2015年整理.pdf

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《流体力学》复****参考答案2015年整理
流体力学<br****题解答
ﻬ
选择题:
1、恒定流是:(a)流动随时间按一定规律变化;(b)流场中任意空间点上的运动
要素不随时间变化;(c)各过流断面的速度分布相同。(b)
2、粘性流体总水头线沿程的变化是:(a)沿程下降
(a)沿程下降;(b)沿程上升;(c)保持水平;(d)前三种情况都可能;
3、均匀流是:(b)迁移加速度(位变)为零;
(a)当地加速度(时变)为零;(b)迁移加速度(位变)为零;
(c)向心加速度为零;(d)合速度为零处;
4、一元流动是:(c)运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数;
(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;
5、伯努利方程中各项水头表示:(a)单位重量液体具有的机械能;
(a)单位重量液体具有的机械能;(b)单位质量液体具有的机械能;
(c)单位体积液体具有的机械;(d)通过过流断面流体的总机械能。
:.
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6、圆管层流,实测管轴线上流速为4m/s,则断面平均流速为::(c)2m;(a)4m;
(b);(c)2m;
7、半圆形明渠,半径r=4m,其水力半径为:(a)4m;(b)3m;(c)2m;(d)1m。
8、静止液体中存在:(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。
(1)在水力学中,单位质量力是指(c、)
a、单位面积液体受到的质量力;b、单位体积液体受到的质量力;
c、单位质量液体受到的质量力;d、单位重量液体受到的质量力。ﻫ答案:c
(2)在平衡液体中,质量力与等压面()ﻫa、重合;b、平行c、斜交;d、正交。ﻫ答案:
d
(3)水力学中的一维流动是指()ﻫa、恒定流动;b、均匀流动;
c、层流运动;d、运动要素只与一个坐标有关的流动。
答案:d
(4)有压管道的管径d与管流水力半径的比值d/R=()ﻫﻫa、8;b、4;c、2;d、
1。
答案:bﻫ(5)同种液体通过两根相同长度,但粗糙高度不同的等直径长直管道,当雷诺数Re
相同时,它们的水头损失在()内是相同的。
a、层流;b、层流至紊流过渡区;c、紊流光滑区;
d、紊流过渡区;e、紊流粗糙区
答案:a、b、cﻫ(6)在缓坡明渠中不可能发生的流动是()
a、均匀缓流;b、均匀急流;c、非均匀缓流;d、非均匀急流。
答案:a、c、dﻫ(8)渗流研究的对象是()的运动规律ﻫa、重力水;b、毛细水;c、气态水;
d、薄膜水。ﻫ答案:a
9、圆柱形外管嘴的正常工作条件是:
l(3~4)d,;H9m
a、0b、c、
d、
。
:.
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。

,其断面的平均速度等于最大速度的__A___倍。

。

,。

,1标准大气压atm近似于________。


。

。
=Q1+=hf1+==V
1+V2
,一根输水,一根输油,两根管中的流速也不同,由和水的下临界雷诺
数分别为Re和,Re则它们的关系是(c)
c1c2
&gt;Rec2;&lt;Rec2;=Rec2;
法确定。
1、流体的动力粘度μ与(D)有关。
、温度、、压力、体积
、温度、、温度、压力
2、理想流体指的是(C)。


:.
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3、表面力是指作用在(B)的力。


4、重力作用下流体静压强微分方程为dp=(A)。
A.gdzB.gdzC.dzD.gdz
5、当液体为恒定流时,必有(A)等于零。

6、若含有n个变量的函数关系式中基本物理量为m个。根据π定理。可将该函数关系式组
合成(B)个无量纲的函数式。
+-+m--n
7、皮托(Pitot)管用于测量(C)的仪器。

8、对流动流体应用质量守恒定律可导出(D)。

9、已知某流体在圆管内流动的雷诺数Re2000,则该管的沿程阻力系数λ=(A)。

56
10、层流的沿程水头损失与管截面上的平均流速的(D)成正比。

11、边界层的基本特征之一是(B)。


12、指出下列论点中的错误论点:(C)


三、判断题
。(F)
。(F)
、可降。(F)
。(T)
6、有压管路中管径d与水力半径R的比值d/R=4。(T)
7、平底坡可能产生均匀流。(F)
:.
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9、恒定流中流线与迹线重合。(T)
10、任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。()答案:错
11、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。()答案:错误
12、同样条件下直接水击比间接水击更不安全。()答案:正确
13、在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。()答案:错误
14、在并联管道中,若按长管考虑,则支管长的沿程水头损失较大,支管短的沿程水头损
失较小。(F)
15、在恒定均匀流中,沿程水头损失与速度的平方成正比。(F)
16、液体的粘滞性只在流动时才表现出来。(T)
17、对于液体而言,质量力与液体体积成正比,故质量力又称为体积力。(T)
在相对静止的同种、连通、均质液体中,等压面就是水平面。(F)
水力坡度是指单位长度流程的水头损失。(T)
急变流不可能是均匀流。(T)
恒定流是指流场内任意两点间的流速矢量相等。(F)
对于已经建成的渠道,无论其过流量是多少,底坡的性质(缓坡、陡坡、或临界坡)均已确
定。(F)
尺寸相同的收缩管中,总流的方向改变后,水头损失的大小并不改变。(F)
1、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。(√)
2、管道突然扩大的局部水头损失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出
的。(╳)3ﻫ、当管流过水断面流速按抛物线(对数)规律分布时,管中
水流为紊流。(╳)4ﻫ5)√(。流定恒非是上质实流紊、ﻫ、液体的粘性是
引起液流水头损失的根源。(√)
6、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。(╳)
7、水跃只能发生于平底明渠中。(╳)
8、其它条件相同时,实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。(√)
9、区别薄壁堰、实用堰和宽顶堰,只取决于堰壁厚度δ。(╳)
10、在渗流模型中,任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断
面平均流速u小。(√)11ﻫ、流网存在的充分必要条件是恒定渗
流。(╳)12ﻫ、牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。(╳)
13、有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。(√)
14、串联长管道各管段的水头损失可能相等,也可能不相等。(√)ﻫ15、均匀缓流只能
在缓坡上发生,均匀急流只能在陡坡上发生。(√)16ﻫ、当下游水位高于薄壁堰顶时,一定
是淹没出流。(√)17ﻫ。流定恒于用适只程方分微性续连体液缩压可不、ﻫ(╳)
。ⅹ(油漆)
。ⅹ
XdxYdyZdz0√

。ⅹ
。√
,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。√
Re
。ⅹ
:.
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v2
h
j2g
√
,这种流动称为均匀流动。ⅹ
,实际流体微小流束的伯努力方程为
pv2pv2
z11z22
12g22g
ⅹ
1、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。(√)
2、管道突然扩大的局部水头损失系数ζ的公式是在没有任何假设的情况下导出的。
(╳)
3、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。(╳)
4、紊流实质上是非恒定流。(√)5、液
体的粘性是引起液流水头损失的根源。(√)
6、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。
(╳)
7、水跃只能发生于平底明渠中。(╳)
8、其它条件相同时,实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。(√)9、区别薄壁堰、
实用堰和宽顶堰,只取决于堰壁厚度δ。(╳)
10、在渗流模型中,任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断面
平均流速u小。(√)
11、流网存在的充分必要条件是恒定渗流。(╳)
12、牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。(╳)13、
有压长管道是认为水头全部消耗在沿程水头损失上。(√)
14、串联长管道各管段的水头损失可能相等,也可能不相等。(√)
15、均匀缓流只能在缓坡上发生,均匀急流只能在陡坡上发生。(√)
16、当下游水位高于薄壁堰顶时,一定是淹没出流。(√)17、不可压
uuu
xyz0
xyz
缩液体连续性微分方程只适用于恒定流。
(╳)
,压力中心与平面形心重合。对
,相当于10m水柱的压强。对
,一定是大气压。错
,也是等压面。对
,将毫不改变地传递到液体内部各点。对
,称为绝对真空。错
。对
,所有的运动要素不随时间变化的流体叫恒定流。对
,流线随的形状不随时间变化,流线不一定与迹线相重合。错
。对
,不能是折线,流线之间可以相交。错
,A断面直径是B断面直径的2倍,则B断面的流速是A断面流速的4
倍。对
:.
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,则弯管的局部损失系数愈大。错
,管流壁面粘性底层的厚度也愈大。错
。错
,即孔口的局部水头损失及收缩断面出突然缩小
产生的局部水头损失。错
,则动能修正系数的值接近于零。错
,动能修正系数的值越小。错
,湿周愈大,水力半径愈小。对
。错
,必须把物体做成流线型。错
,所谓粗糙区是指粘性底层的实际厚度Δ小于粗糙高
度。对
、供水流量和水头损失。对
、流速分布均匀,各点作用水头可以认为是一常
数。错
18、下列压强分布图中哪个是错误的?18B;
1
9、如图所示,,下述静力学方程哪个正确?19B;
第1章绪论
为7000N/m3,求它的密度。
7000N/m3
解:由g得,

:.
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=,运动黏度=&#215;10-6m2/s,求它的动力黏度。

解:v得,106m2/s104Pas

,,
,为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N/m2,
求这两块平板间流体的动力黏度。
解:假设板间流体中的速度分布是线性的,则板间流体的速度梯度可计算为

500s1
103
du
由牛顿切应力定律,可得两块平板间流体的动力黏度为
dy
dy
4103Pas
du
第2章流体静力学
。

600
,其宽度b=2m,倾斜角,
铰链中心O位于水面以上C=1m,水深h=3m,求闸门开启时所需铅直向上的提升力T,设
闸门重力G=&#215;105N。
解:建立坐标系O-xy,原点在O点,Ox垂直于闸门斜向下,Oy沿闸门斜向下,浸在水中
的闸门上的作用力(不计大气压力)为
hbh
FhA
C2sin60
设压力中心为D到ox轴的距离为z,则有
D
bh
()3
hJCh12sin60C2h
z0zC
DsinCzAsin602sin60hbhsin603sin60
C()
2sin60sin60
当闸门转动时,F与G产生的合力矩与提升力T产生的力矩相等,则有
:.
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T(Ch)bh2C2hhC
()G
tan602sin60sin603sin602tan60
则T大小为
bh2C2h/3G9810232123/105
T105N
sin2Ch2sin120132
,为一储水设备,在C点测得绝对压强为p=19600N/m2,h=2m,R=1
m,求半球曲面AB的垂直分力。

h
pp
解:由题意得AB2,解得
pSFG
AB
h2R2
FpSG(p)S
AB23
1、矩形平板闸门AB,一侧挡水,已知长L=2m,宽b=1m,形心点水深h=2m,倾角α=
c
45&#176;,闸门上缘A处设有转轴,忽略闸门自重及门轴摩擦力,求开启闸门所需拉力T。
l
对举行荷载:F(hcos45)lb(1)
1c2
(lcos45)T
对三角形荷载:Flb(2)
22
对A点取力矩得:
hA
c
b
l2lorpghlb
FFTlcos45(3)c
1223
I
4yyc
T(3)/2cos45
3cL
α
答:

,内盛密度为的液体,试求H为多少时,
F/F1/2
上、下半球面所受静止液体总压力的铅垂分力之比z上z下?
解:
2
FR2HRR3
z上3

2
FR2HRR3
z下3

:.
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根据题意1
F/F解得HR
z上Z下2
第3章流体运动学
123
Q0
abcd
C
123
AB
DQQQQ

,已知d=45cm,d=30cm,d=20cm,d=1
ABCD
5cm,v=2m/s,v=4m/s,试求v,v。
ACBD
解:由公式QAuconst得
Avd2v
AvAv,得vAAAA
AABBBAd2
BB
AvAvd2vd2v
AvAvAv,得vAACCAACC
AACCDDDAd2
DD
&#215;50cm,求通过a,b,c,d四个送风口向室内输送空气。
已知送风口断面面积为40cm&#215;40cm,气体平均速度为5m/s,试求通过送风管过流断面1
-1、2-2、3-3的流速和流量。
1
解:由于a,b,c,d四个送风口完全相同,则QQQQQ
abcd40
流断面1-1、2-2、3-3的流量分别为:
311
QQQQQ,QQQQ,QQQ
11bcd4022cd2033d40
由Av4Av,得四个送风口的流速为v
12
:.
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AvAv
由AvAvAv得,断面1-1流速v12
1211111A
1
Av2Av
由Av2AvAv得,断面2-2流速v12
1212222A
1
Av
断面3-3流速v2
33A
1
ﻬ第4章流体动力学基础
,如图。今测得其中水银高差h=80m
m,已知D=10厘米,d=5厘米,汾丘里流量计的流量系数μ=。问水通过流量计的实际
流量为若干?

2gh
解:由文丘流量计流量公式QAuA(21)得
11121
d1
2ghD22gh
QA(21)(21)
121421
d1d1
ADg
其中21()24,222
dAdg1
2111

实际流量为Q&#39;

,冲击一斜放的光滑平板,如图所示,试求流量分配及作用在平
板上的力。(按理想流体计),不计水流重力,已知v0,A0,。

:.
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解:建立直角坐标系O-xy,Ox轴沿光滑平板斜向上,Oy轴垂直于平板斜向左上
列质量守恒方程:vAvAvA,即AAA①
000102012
同时,取0-0,1-1和2-2截面间的控制体,列x方向的动量守恒方程(因忽略摩擦力,所
F0Fqvqvqvcos
以):
xxm11m22m00
即v2Av2Av2Acos0②
112200
AA
通过式①和②可得到A0(1cos),A0(1cos)
1222
对控制体,列y方向的动量守恒方程:
F0qvsin
ym00
即作用在平板上的力为:Fv2Asin
y00
,虹吸管将A池中的水输入B池,已知管长l3m,l5m,直径
12
d75mm,两池的水面高差H2m,最大超高h,进口阻力系数ξen=,出
口阻力系数ξex=,转弯的阻力系数ξ=,沿程阻力系数λ=,求流量Q及管道C
b
点的真空度。

解:取A池液面为位置水头零位,对面1—1、2—2列Bernoulli方程
pu2u2pu2lu2
01enh21(u0)
2g2g2gd2g1
取B端为位置水头零位,对面2—2、3—3列Bernoulli方程
pu2pu2lu2u2u2
(hH)202
2g2gd2gb2gex2g
联立解得:p73560Pa,u
2
d2
流量QAuu
4
C点的真空度为73560Pa
,已知进口d=25cm,p=180KPa,Q=,出
AAA
口d=20cm,求水流对弯管壁的作用力。不计水头损失。
B
QQ
解:进口端流速为uAA,
AAd24
A
:.
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QQ
进口端流速为uAA
BBd24
B
pu2pu2
列Bernoulli方程1A2B,得p
g2gg2g2
FpA(0Qv)
水流对弯管壁的作用力的分力1AAA
FpB(Qv0)
2BAB
所以水流对弯管壁的作用力为FF2F2
12

DD
,如图所示,1=200mm和2=100mm,喷嘴进口水的绝对压强为34
p
5kPa,出口为大气,a=,出口水速为22m/s。求固定喷嘴法兰螺栓上所受的力为
多少?假定为不可压缩定常流动,忽略摩擦损失。
[解]螺栓上所受的力等于水对喷嘴的作用力,与喷嘴对水的作用力大小相等方向相反.
设喷嘴对水的作用力为R
取喷嘴入口、出口和喷嘴壁面为控制面,列控制体内水的动量方程:
q(vv)pApAR
V211122(a)
又由连续性方程:
qvAvA
V1122(b)
解(a)、(b)可得:R-(N)
则,
3如图,水以V=10m/s的速度从内径为50mm的喷管中喷出,喷管的一端则用
螺栓固定在内径为100mm水管的法兰上,如不计损失,试求作用在连接螺栓上的
拉力。

Vd2Vd2
14142
解:由连续方程
水pV
dF
111d
2
V
1:.
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22
d50
VV210
1d100

故1
ﻩﻩ对喷管的入口及出口列总流伯努利方程
pV2pV2
11
2g2g
ﻩﻩﻩ
p0
ﻩﻩ其中

22222
pVV10001046875N/m
121
ﻩ得ﻩﻩﻩ
ﻩ。F为力用作的体流对管喷设,图如标坐立建并,面制控取ﻩ动量定理为
FVVdA
xnx
A

Fpd21000(V)Vd21000VVd2
141114142
ﻩ即ﻩ

F4687510001000102
故444

ﻩ
NF
.
4、矩形断面的平底渠道,,,抬高前的水深为2
m,,如忽略边壁和底部阻力。
试求(1)渠道的流量。(2)水对抬高断面的作用力。

解:A2
1
A
A(2)v2
212A2m
1
列1-1和2-2断面能量方程:

20102v
2g2g2
QvA
22

vFF&#39;Q(vv)

F&#39;FFQ(vv)gbh2/2gbh2/2Q(vv)
p1p2211221

:.
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,直径为100mm的管道,在管中间安装
一个闸阀(处于半开),。当水头H=,
5,试求此时的流量,井绘出水管的总水头线和测压管水头线。
解:,所以由
u2u2lu2
H,
2g2gd2g
流速u
流量为QuA
水管的总水头线和测压管水头线为:
,已知直径d=5cm,直径d=10cm,管中水流量
12
Q=。试求U形水银压差计中的压差读数△h。

解:U形水银压差计两口之间伯努利方程为:
pu2u2pu2
11222
2g2g2g
AQQ
局部阻力系数(21)29,流速u,u
A1A