石油工程05期末考试试题.doc

石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、液体粘度随温度升高而减大，气体粘度随温度升高而增小。2、压力表和测压计上测得的压强是绝对压强。3、一块毛巾，一头搭在脸盆内的水中，一头在脸盆外，过了一段时间后，脸盆外的台子上湿了一大块，是由于毛细现象。4、在弯曲断面上，理想流体动压强呈静压强分布特征。5、流线是曲线的流场可能是定常流场。6、只有当过水断面上各点的实际流速均相等时，水流才是均匀流。7、连续性微分方程有以下几种形式：一般形式，恒定流，不可压缩流。8、固体壁面往往可作为零流线来考虑。9、应用能量方程判断下列说法是否正确：水一定从高处向低处流动。10、在位置高度相同，管径相同的同一管道的两断面上，其势能、动能都相等。二、计算题1、某一采暖系统没水的总体积,加热前后水的温差,水的膨胀系数约为,为防止管道及散热器胀裂, 如图增装膨胀水箱,求膨胀水箱的最小容积。1 题图2、一离心泵吸入管直径150mm，排出管直径100mm，若限制吸入管流速不超过0.7m/s，求流量及排出管流速各为多少？3、如图所示，已知流速场为，其中为常数，求流线方程。3题图4、下图为一滚水坝，上游水位因坝的阻挡而抬高，测得断面1-1的水深为，下游断面2-2水深为。略去水头损失，求水流对单位坝宽（垂直纸面方向）的水平作用力。4题图5、试阐述射流泵工作原理射流泵装置如图所示，其原理为：根据伯努利方程，利用泵内喷嘴出口的高速射流，在2-2截面产生真空，将下方容器中液体吸入泵中，与射流一起输往下游。设2-2处高速射流是由上游高位容器中液体出流造成，容器、敞口，容器内液体密度为，截面4-4通大气，已知、和，求射流泵正常工作时，液面1-1必须达到的高度。5题图6、有一条长度的管道将油箱内的运动粘度的油输送到车间，设计流量，已知油箱内液面与管道出口的高差为，试求管径参考答案一、判断题1.错2.错3.对4.对5.对6.错7.对8.对9.错10.错二、计算题1、解：加热前水的体积 m 水的质量为 kg 加热后水的密度 kg/m 加热后水的体积为 m m 膨胀水箱的最小容积为m2、解： 流量为： 排除管流速 3、解：将流速表达式带入流线微分方程即可得积分便可得所求该线方程为，4、解：如图去取控制体 由质量守恒可知及得1-1截面压力由动量定理知又因为水损失为零即由上可知 F=1701N由牛顿第三定律可知水对坝作用力为1701N5、解：水由水箱流入水泵时为泻流，流动可认为是稳定的，则伯努利方程为取由水泵至出口为控制体，由连续性方程可得：由机械能守恒知：6、解：设输油管内流态为层流，管内能量损失为沿程损失，阻力系数，则 将关系代入上式，得，代入已知数据，得，可知，现计算雷诺数 ，处于层流，假设流态正确，因此，管径。一、判断题1、理想流体的特征是粘度是常数。2、与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是切应力和剪切变形。3、若测压管的读数为h1，毛细升高为 h2， 则该点的测压管实际高度（测压管的工作流体分别为水和水银），则，水：h1-h2；水银：h1+h2。4、流线是曲线的流场可能是定常流场。5、均匀流过水断面是一平面，渐变流过水断面近似平面。6、恒定流是指各运动要素不随空间变化而变化。7、流线的性质： a、同一时刻的不同流线，不能相交。 b、流线可以是折线，而是一条光滑的曲线。 c、流线簇的疏密反映了速度的大小（流线密集的地方流速大，稀疏的地方流速小）。作用：便于分析流体的流动，确定流体流动趋势。8、实际流体具有粘性，存在切应力；实际流体的运动微分方程中等式的左边比理想流体运动微分方程增加了由于粘性而产生的切应力这一项。9、不可压缩流体的连续性微分方程说明了动量守恒。10、水一定从压强大的地方向压强小的地方流动。二、计算题1、底面积为的水容器，水面上有一块无重密封盖板，板上放置重为的物体，此时测得水深为。若将板上物体重量加大，试求盖板下降高度。设水的体积弹性系数为。2、如图所示测压管路系统，由真空表中测得真空值为，空气重量忽略不计，水体上下两种液体容重分别为， ，试求测压管内液面的高程及形测压管中水银上升的高差的大小。2题图3、下面给出含有常矢量的速度场，请求出其流线族：，为常矢量，是常数。4、如下图喷水推进船，从前舱进水，然后用泵及直径为的排水管从后舱排向水中。已知船速，推进力。试求水泵的排水量及推进装置的效率。4题图5、水流在一倾斜放置的等径圆管中运动，已知管中截面高出截面，但压力水头比处小，问水流方向？水头损失是多少？ 6、有一条长度的管道将油箱内的运动粘度的油输送到车间，设计流量，已知油箱内液面与管道出口的高差为，试求管径。参考答案一、判断题1.错2.错3.对4.对5.对6.错7.错8.对9.错10.错二、计算题1、解：当时 当增加5000时 m m2、解：管道内真空度为17200 N/mm液压管E的高程为 15-2.507=12.5 m 同理 6860（15.0-11.6）=17200+9800 m 管内液面的高程为 11.6+0.625=12.22 m 6860（15.0-11.6）+9800（11.6-8.0）=17200+15680 m G管内的液面高程为 2.64+8.0=10.64 m 68603.4+9800（11.6-4.0）=17200+ =0.76=0.605 汞柱的液面差为0.605 m3、解：在AB所在平面建立坐标系且设为在x轴 上的投影则 由流线可知即4、解： 根据连续性方程有：推进力是由于反冲作用产生的，由动量守恒得推进装置对水泵作的有用功率为W5、解： 所以水流由B向A一、判断题1、水通常被视为不可压缩流体。2、切应力与剪切变形速率成线性关系的流体一定是牛顿流体。3、测压管的管径通常不能大于1cm。4、因为相对平衡的流体存在惯性力、质量力，只有重力作用下平衡流体的等压面是水平面。5、理想流体受到以下几种力的作用：重力，压应力与剪切力。6、均匀流是指各运动要素不随空间变化而变化。7、均匀流、渐变流中同一断面上各点测压管水头相等，急变流中不相等。8、欧拉运动微分方程组在势流条件下的积分形式的应用与沿流线的积分形式及含义完全相同。9、流函数存在条件是不可压缩平面流。10、在应用恒定总流动量方程时需要考虑水头损失。二、计算题1、设活塞的直径，活塞长度，活塞与缸体之间的间隙，其中充满着油，当活塞以速度运动时受到油的摩擦力，试确定油的粘性系数。2、一密封水箱如图所示，若水面上的相对压强，当地大气压为,求：(1) 值；(2) 求水下处M点的压强，要求分别用绝对压强、相对压强、水柱高表示；(3) 点相对于基准面00的测压管水头。 2题图3、设速度场为其中为常数，求散度及旋度。4、一段渐缩圆管，进出口半径分别为，若有空气在管中流动，其轴向速度分布与半径的关系是，设空气被视为具有不可压缩性，问出口平均流速是多少？5、如图所示，密度为的理想流体定常通过一水平分叉管道。进口截面积为，两出口截面积为，夹角为，若进口绝对压强为，两出口为大气压，不计重力。（1）证明两出口平均速度相等；（2）求流体作用于分叉管道杀管道上的合力。5题图6、如图所示为两平行平板，两板间为粘性不可压缩流体，设上板不动，下板以速度向右运动，如果运动定常，沿流动方向流场压力梯度为常数，求两板间流体的速度分布、流量和作用在下板上的摩擦力。6题图参考答案一、判断题1.对2.错3.错4.对5.错6.对7.对8.错9.对10.错二、计算题1、解：油受到的摩擦力 ，油的粘度2、解：(1) 以1-1 截面为等压面，有（2）在水下0.3m处KN/m KPa水柱高 m(3) 以0-0截面为基准面， 考虑1-1截面位置水头：m压力水头：m1-1截面上的测压管水头：m3、解：散度 带入数据得旋度带入数据得4、解： 5、解：（1）根据能量守恒，由上式可知：（2）对于整个分岔管，满足连续性方程，有所以对于总控制体，应用动量方程X方向： Y方向：sin所以所以流体作用在分岔管道上的力为：6、解：不可压缩流体在无重力条件下的纳维-斯托克斯方程可写为：因为流体为一维不可压缩定常流，所以所以，便得到：根据边界条件： 得一、判断题1、最小真空度等于大气压强与汽化压强的差值。2、如管的内径过小，就会引起毛细现象，毛细管内液面上升或下降的高度较大，从而引起过大的误差。3、潜体的平衡稳定条件是重力和浮力大小相等，且重心在浮心之下。4、平面流体流动中的固体壁面可以看作是一条势函数等值线。5、在均匀流中，质点运动速度不随时间变化，所以时变加速度等于零。6、均匀流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。7、在流体力学中为了便于研究,常常采用控制体的方法,将描述系统的力学基本方程转化成对控制体的方程,这个过程就是输运定理。8、运动水流的测压管水头线可以沿程上升，也可以沿程下降。9、流体力学基本方程组受到流体流动性质的影响，如定常流与非定常流。10、每个相似准则都要表征惯性力。二、计算题1、对一容器中单位质量的空气进行压缩，使气体压强由增至，温度从升到，若将容器中空气近似认为是理想气体，问其体积减小了多少？2、由于腔内高压作用，假设将腔室连在一起在截面需要直径为的螺栓20根，求在截面需要螺栓多少根？其中，2题图3、已知流场的速度分布为（1）属几元流动；（2）求点的加速度。4、设轴向上，若一不可压缩流场的流速，要求同时满足连续方程和纳维斯托克斯（）方程，则常数需满足什么条件？5、水流定常通过一固定弯管，如图所示。已知水流流量，截面，转折角，若流动为不可压缩一维定常，忽略粘性、体积力，试求固定此弯管所需的力。5题图6、不可压缩粘性流体在倾斜放置的两块无限大平行板间由上向下作定常层流流动，如图所示，试用NS方程求解一下两种情况下该层流运动的流速分度规律：（1）上下平板均固定不动；（2）下平板固定不动，上板以速度沿沿流动方向平行运动。6题图参考答案一、判断题1.错2.对3.对4.错5.错6.错7.对8.对9.错10.对二、计算题1、解：由理想气体状态方程，得单位质量气体状态方程，则：，气体体积相对减少：2、解：在空腔内压强是处处相等的，根据作用力与反作用力原理，AB弧所承受的压力等于20根螺母所承受的力。 AA 面所承受的压力 BB 面所承受的压力 n=20 3、解：该流场属于三元流动。加速度当地加速度迁移加速度 带入数据：在的加速度4、解： 由题意可知即满足连续性方程又因为为不可压缩流体压强，带入纳维-斯托克斯方程，成立。故a，b为任意值均能满足连续性和纳维-斯托克斯方程。5、解： 由质量守恒知：由动量定理知，在x轴方向投影所以，固定管所需要的力大小为5165.6N，方向与x轴正向夹角为126.2度。6、解：（1） x轴方向上的N-S方程此时连续性方程化简为由于重力场是不变的 x轴方向上的NS方程当y0时，（2）上板以速度v沿流向运动时，由边界条件得： 石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、液体粘度随温度升高而减大，气体粘度随温度升高而增小。2、荷叶上的露珠总是呈球形是由于毛细现象。3、在静止流体中，各点的测压管水头相等。4、流体的切应力与剪切变形速率有关，而固体的切应力与剪切变形大小有关。5、均匀流时时变加速度等于0。6、流线是曲线的流场不可能是均匀流场。7、势函数存在条件是有势流。8、由于水流在流动过程中总有能量损失，因此水流只能从能量大的地方流向能量小的地方，而位置的高低、压强的大小、流速的大小不是确定液体流动方向的依据。9、不可压缩总流的连续性方程与连续性微分方程无联系。10、因为总流过水断面上各点的流速是相等的。二、计算题1、整筒机油质量，油桶直径，高，试求机器油的密度、相对密度。2、一离心泵吸入管直径150mm，排出管直径100mm，若限制吸入管流速不超过0.7m/s，求流量及排出管流速各为多少？3、速度场由给出，当时求质点的速度及加速度。4、如下图喷水推进船，从前舱进水，然后用泵及直径为的排水管从后舱排向水中。已知船速，推进力。试求水泵的排水量及推进装置的效率。4题图5、水流在一倾斜放置的等径圆管中运动，已知管中截面高出截面，但压力水头比处小，问水流方向？水头损失是多少？6、如图所示两固定平行平板间距为，动力粘度的油在平板中作层流运动，最大速度，试求：(1)单位宽度上的流量；(2)平板上的切应力和速度梯度；(3)前后的压差及处的流体速度。6题图参考答案一、判断题1.错2.错3.对4.对5.错6.对7.对8.对9.错10.错二、计算题1、解：=相对密度2、解：m3/s 流量为： m3/s m/s 排除管流速 m/s3、解：及，因此, 当，且在处 , 4、解：根据连续性方程有：推进力是由于反冲作用产生的，由动量守恒得推进装置对水泵作的有用功率为W5、解： 所以水流由B向A6、解：（1）如图所示建立坐标系因此x，y，z方向上的NS方程化简为：此时连续性方程化简为又 由图，y0时， m3/s（2）（3） 石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、理想流体有能量损失。2、自来水水龙头突然开启或关闭时，水为可压缩流体。3、等压面是指流体中压强相等的各点所组成的面。只有重力作用下的等压面应满足的条件是：静止、连通、连续非均质流体、同一水平面。4、欧拉法以质点为研究对象，拉格朗日方法以流体流场为研究对象；在工程中，欧拉法是可行的。5、恒定流时流线迹线重合，且时变加速度等于0。6、均匀流及非均匀流，该分类与过流断面上流速分布是否均匀有关系。7、连续性微分方程有以下几种形式：一般形式，恒定流，不可压缩流。8、若是平面势流则均满足拉普拉斯方程形式。9、应用能量方程判断下列说法是否正确：水总是从流速大的地方向流速小的地方流动。10、在位置高度相同，管径相同的同一管道的两断面上，其势能、动能都相等。二、计算题1、若水的体积弹性系数，使水的体积减小及时，应增大压强各为多少？ 2、如图示，蓄液池直径是管子直径的8倍，当池内上方为大气压时，管中自由液面在位置1；当池内上方压力升高，管中自由液面由位置1移动到位置3，上升距离为50。求此时池内上方压力？其中液体密度为800。2题图3、一速度场用描述，求（1）加速度的欧拉描述；（2）先求矢径表示式，再由此求加速度场的拉格朗日描述；（3）流线与迹线。4、理想不可压缩流体密度为，定常地通过一水平分岔管道流出，如下图所示，进口截面积为，两个出口截面积均为，分岔管轴夹角，进出口参数均匀，进口压力为，速度为，出口压力为，已知， ，求流体作用在分岔管道上的作用力。4题图5、水在如图所示的管道中作定常流动，已知，平均流速，设流动为无粘性不可压缩一维流动，高度差。试求当1、2两截面处压力表读数相同时，2处的管道直径？若流动反向，对结果是否有影响？5题图6、某输油管道，管内径，已知输油管中油的质量流量，油的密度为，油的运动粘度为，试确定管中油的流动是层流还是紊流。参考答案一、判断题1.对2.错3.错4.错5.对6.错7.对8.错9.错10.错二、计算题1、解：由题意可知又因为所以Pa同理当时2、解：以管子与蓄液池接口处为等压面质量守恒：N/m3、解：由题意可知(1) (2) 由积分同理得 当时，知 可知（3）将已知流速带入流线方程得积分即所求流线方程为将已知流速带入迹线方程得 4、解： 根据能量守恒， 对于整个分岔管，满足连续性方程，有 由上式可知：对于总控制体，应用动量方程 sin由以上方程知：根据作用力与反作用力原理，水对分岔管道的作用力为：5、解：（1），根据质量守恒，有， 根据伯努力方程：所以 （2）由于第一问得解题过程没有方向性，因此流动反向时没有影响6、解：管中油的平均速度为 管中流动雷诺数为 所以管中油的流动为层流流动。石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、理想流体的特征是粘度是常数。2、与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是切应力和剪切变形。3、若测压管的读数为h1，毛细升高为 h2， 则该点的测压管实际高度（测压管的工作流体分别为水和水银）水：h1-h2；水银：h1+h2。4、在弯曲断面上，理想流体动压强呈动压强分布特征。5、只有当过水断面上各点的实际流速均相等时，水流才是均匀流。6、流线是曲线的流场不可能是定常流场。7、连续性微分方程有哪几种形式？一般形式，均匀流，不可压缩流。8、固体壁面往往不能作为零流线来考虑。9、输运定理反映了自然界中物质运动必须遵守的一些普遍规律，如质量守恒原理、动量定理和能量守恒原理等。10、应用能量方程判断下列说法是否正确：水不一定从高处向低处流动。二、计算题1、两平行平板的间距，其中充满油，当两板间的相对运动速度时，作用于板上的切应力为，试求油的粘性系数。2、已知一宽度为的矩形平板呈倾角放置在水下，如下图，板上、下缘深度分别为，求上板面受到的静水总压力的大小及作用点。2题图3、有一流场的流速为，试判断其运动类型。4、试考虑不可压缩流场，若此流动满足连续方程和不计重力的方程，问系数所应满足的条件。5、水流定常通过一固定弯管，如图所示。已知水流流量，截面，转折角，若流动为不可压缩一维定常，忽略粘性、体积力，试求固定此弯管所需的力。5题图6、某输油管道，管内径，已知输油管中油的质量流量，油的密度为，油的运动粘度为，试确定管中油的流动是层流还是紊流。参考答案一、判断题1.错2.错3.对4.错5.错6.错7.错8.错9.对10.错二、计算题1、解：2、解：设 y轴沿板面方向，原点在o点 由题意可知上板面所受的静水总压力，所以其中KN= 所以m3、解： 平面二维流动 有旋流动 二维定常有旋流动4、解： 不可压缩液体连续性方程：即：AD0纳维斯托克斯方程：在不计重力的条件下代入满足纳维斯托克斯方程AD05、解： 由质量守恒知：由动量定理知，在x轴方向投影所以，固定管所需要的力大小为5165.6N，方向与x轴正向夹角为126.2度。石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、液体粘度随温度升高而减大，气体粘度随温度升高而增小。2、压力表和测压计上测得的压强是绝对压强。3、一块毛巾，一头搭在脸盆内的水中，一头在脸盆外，过了一段时间后，脸盆外的台子上湿了一大块，是由于毛细现象。4、与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是切应力和剪切变形。5、均匀流中同一断面上各点测压管水头相等，渐变流、急变流中不相等。6、流线是表示某一瞬时流体各点流动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。7、欧拉运动微分方程组在势流条件下的积分形式的应用与沿流线的积分形式与含义完全相同。8、流函数存在条件是不可压缩平面流。9、在应用恒定总流动量方程时需要考虑水头损失。10、每个相似准则不都要表征惯性力。二、计算题1、已知海平面上海水的密度，在海面以下深度处的海水压力比海平面上压力高，海水的体积弹性模量（），试确定在深处海水的密度。2、一离心泵吸入管直径150mm，排出管直径100mm，若限制吸入管流速不超过0.7m/s，求流量及排出管流速各为多少？3、验证下列速度场是否有旋：(1)，；(2) ,； (3) ； (4) 。4、如下图喷水推进船，从前舱进水，然后用泵及直径为的排水管从后舱排向水中。已知船速，推进力。试求水泵的排水量及推进装置的效率。4题图5、试阐述射流泵工作原理射流泵装置如图所示，其原理为：根据伯努利方程，利用泵内喷嘴出口的高速射流，在2-2截面产生真空，将下方容器中液体吸入泵中，与射流一起输往下游。设2-2处高速射流是由上游高位容器中液体出流造成，容器、敞口，容器内液体密度为，截面4-4通大气，已知、和，求射流泵正常工作时，液面1-1必须达到的高度。5题图6、实际问题中，的水（）以平均速度流过直径为的光滑管道。若以的空气（）来模拟，则流过同样的管道，空气流速需要多大才能保证两者动力相似？ 参考答案一、判断题1.错2.错3.对4.错5.错6.对7.错8.对9.错10.错二、计算题1、解：海水的温度为常数，且密度的变化仅是压力的函数，且 在深800处海水的密度为1028.5 kg/m2、解： 流量为： 排除管流速 3、解：（1） 无旋流动（2） 有旋流场（3） 无旋流动（4） 有旋流场4、解：根据连续性方程有：推进力是由于反冲作用产生的，由动量守恒得推进装置对水泵作的有用功率为W5、解：水由水箱流入水泵时为泻流，流动可认为是稳定的，则伯努利方程为取由水泵至出口为控制体，由连续性方程可得：由机械能守恒知：6、解：两者动力相似，只需两种流动对应点的雷诺数相同即所以石油工程05期末考试试题科目：流体力学 共2页一、判断题1、水通常被视为不可压缩流体。2、切应力与剪切变形速率成线性关系的流体一定是牛顿流体。3、测压管的管径通常不能大于1cm。4、因为相对平衡的流体存在惯性力、质量力，只有重力作用下平衡流体的等压面是水平面。5、理想流体受到以下几种力的作用：重力，压应力与剪切力。7、流线是曲线的流场不是定常流场。8、实际流体具有粘性，存在切应力；实际流体的运动微分方程中等式的左边比理想流体运动微分方程增加了由于粘性而产生的切应力这一项。9、不可压缩流体的连续性微分方程说明了动量守恒。10、应用能量方程判断下列说法是否正确：水一定从压强大的地方向压强小的地方流动。二、计算题1、输水管，直径，作水压试验。使管中压强达到后停止加压，经历1小时，管中压强降到。如不计管道变形，问在上述情况下，经管道漏缝流出的水量平均每秒是多少？水的体积压缩率。2、自水箱接出一个水龙头，龙头前有压力表。当龙头关闭时，压力表读数为0.8大气压；龙头开启时，压力表读数降低为0.6大气压。如果管子直径为12mm，问此时的流量为多少？ 3、流体的运动用表示，求速度的欧拉描述。4、下图为一滚水坝，上游水位因坝的阻挡而抬高，测得断面1-1的水深为，下游断面2-2水深为。略去水头损失，求水流对单位坝宽（垂直纸面方向）的水平作用力。4题图5、不可压缩粘性流体在倾斜放置的两块无限大平行板间由上向下作定常层流流动，如图所示，试用NS方程求解一下两种情况下该层流运动的流速分度规律：（1）上下平板均固定不动；（2）下平板固定不动，上板以速度沿沿流动方向平行运动。5题图6、某输油管道，管内径，已知输油管中油的质量流量，油的密度为，油的运动粘度为，试确定管中油的流动是层流还是紊流