《工程流体力学》复习题答案-72721426571249513

中国石油大学 北京 远程教育学院 工程流体力学复习题答案 一 判断题 1 当温度升高时液体的动力粘度系数 一般会升高 2 连续性假设使流体的研究摆脱了复杂的分子运动 而着眼于宏观机械运动 3 对于静止流体来说 其静压力一定沿着作用面内法线方向 4 N S 方程适于描述所有粘性流体的运动规律 5 欧拉法是以研究个别流体质点的运动为基础 通过对各个流体质点运动的研究来获得整个流 体的运动规律 6 流线和迹线一定重合 7 通常采用雷诺数作为判断流态的依据 8 欧拉数的物理意义为粘性力与惯性力的比值 9 在牛顿粘性流体的流动中 px py pz 3p 10 长管指的是管线的距离较长 11 流体和固体的显著区别在于当它受到切力作用时 就要发生连续不断的变形即流动 12 压力体中必须充满液体 13 流体总是从高处流向低处 14 不可压缩流体的平面流动一定具有流函数 15 正确的物理公式一定符合量纲合谐性 齐次性 原理的 16 理想流体即使在运动中其所受的剪切应力也为 0 17 串联管路各管段的流量相等 18 理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时 沿流线总机械能守恒 19 从层流过渡到湍流和从湍流过渡到层流的临界雷诺数是相同的 20 尼古拉兹曲线是利用人工粗糙管得到的实验数据绘制的 20 发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和压缩性 21 并联管路各管段的水头损失不相等 22 流体质点是指微观上足够大 宏观上足够小 且具有线性尺度效应的分子团 23 气体的粘度一般随着温度的升高而增大 24 达西公式既适用于层流 也适用于紊流 二 单选题 1 动力粘度系数的单位是 A A Pa s B m2 s C s m2 2 静止流体的点压强值与 B 无关 A 位置 B 方向 C 流体的密度 3 在缓变流的同一有效截面中 流体的压强分布满足 A A B P C CZ g p C D C 2g v g p 2 C 2g v Z g p 2 4 串联管路 AB 有 3 段组成 设水头损失 hf1 hf2 hf3 摩阻系数相等 管线长度也相等 中间 无流体引入引出 则三段管线的流量之间的关系是 B A Q1 Q2Q2 Q3 5 动量方程不可以适用于 C A 粘性流体的的流动 B 非稳定流动 C 以上两种说法都不对 6 N S 方程不可以适用于 D A 不可压缩粘性流体的流动 B 不可压缩理想流体的非稳定流动 C 不可压缩理想流体的稳定流动 D 非牛顿流体的运动 7 下列说法中正确的是 B A 液体不能承受压力 B 理想流体所受的切应力一定为 0 C 粘性流体所受的切应力一定为 0 8 己知某管路截面为正方形 边长为 12cm 其水力半径为 C A 12cm B 6cm C 3cm 9 其它条件 流体和管材 管径和管壁厚度等 均相同的情况下 当管路中液体流速增加 则水 击压力会 A A 增加 B 减小 C 不变 10 单位时间内 控制体内由于密度变化引起的质量增量等于从控制面 D A 流入的质量 B 流出的质量 C 流入与流出质量之和 D 流入与流出质量之差 11 以下关于流体静压力说法中错误的是 C A 静压力沿着作用面的内法线方向 B 流体与固体的接触面上静压力将垂直于接触面 C 静止流体中任一点的静压力大小与作用方向无关 因此静止流体对固体接触面上的作用力是一 个标量 12 雷诺数表征 C 之比 A 压力与粘性力之比 B 惯性力与重力这比 C 惯性力与粘性力之比 13 静止的水仅受重力作用时 其测压管水头线必为 A A 水平线 B 向下直线 C 斜线 14 流体连续介质假设包含 C A 质量分布假设 B 质量分布假设 运动连续假设 C 质量分布假设 运动连续假设 内应力连续假设 15 A 的沿程阻力系数与雷诺数无关 A 阻力平方区 B 紊流光滑区 C 层流区 三 简答题 1 试写出欧拉平衡方程式 并分析其适用条件 111 000 ppp XYZ xyz 适用于绝对静止状态和相对静止状态 适用于可压缩流体和不可压缩流体 2 试写出理想流体的伯努利方程 并解释其中每一项的含义 2 2 pv zC gg 三项分别是压力水头 速度水头和位置水头 分别代表压力能 动能和重力势能 3 试比较流体力学研究中欧拉法和拉格朗日法的不同 研究流体运动的方法主要有两种 1 拉格郎日法 把流体质点作为研究对象 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况综合起来 可以了解整个流体的运动 2 欧 拉法 主要研究流场中的空间点 观察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 4 试叙述什么是连续性假设 在流体力学领域内 一般不考虑流体的微观结构 而且假设流体是充满整个空间而不留任何空隙的 即把流体看作连续介质 这样就可以把大量离散分子和原子的运动问题近似为连续充满整个空间的 流体质点的运动问题 5 粘性及粘性的表示方法 流体微团发生相对运动时产生切向阻力的性质称为流体的粘性 常用的表示方法 动力粘度 运动粘度 也可以用相对粘度表示 不扣分 6 什么是系统和控制体 系统是一团流体质点的集合 它始终包含着相同的流体质点 而且具有确定的质量 控制体是指流 场中某一确定的空间区域 这个区域的周界称为控制面 控制体的形状和位置相对于所选定的坐标 系统是固定不变的 它所包含的流体的量可能时刻改变 7 层流和紊流的区别以及判别准则 流动状态主要表现为流体质点的互相摩擦和变形 这种流体质点互不干扰各自成层的流动称为层流 流动状态主要表现为流体质点的互相掺混 这种流体质点之间互相掺混杂乱无章的流动称为紊流 一般时认为是层流 即可认为流动为紊流 2000e R2000e R 8 试叙述压力体的概念 压力体是由液体的自由表面 承受压力的曲面和该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面或其延伸面 的各表面所围成的体积 9 什么是势流叠加原理 理想不可压缩流体平面势流具体包含哪些简单流动形式 通过势流叠 加原理可得到哪些复杂流场 试分别写出其名称 至少分别写出两种 答 势流叠加原理 叠加两个或更多的流动组成一个新的复合流动 要想得到该复合流动的流函数 势函数 只要把各原始流动的流函数 势函数 简单代数相加起来即可 理想不可压缩流体平面势流简单流动形式 均匀直线流动 点源 点汇 纯环流运动等 通过 叠加可以得到偶极流 源环流动 汇环流动 绕圆柱体的无环量流动 绕圆柱体的有环量流动等 10 通过漏斗吹乒乓球 球会被吹起来吗 为什么 答 不会 在乒乓球紧贴漏斗壁的情况下 吹气时气流沿漏斗壁流出 吹气气体流速快 于是乒乓 球下端空气流速较上方大 由流体力学伯努利原理可知下端气压小于上方气压 这样由于空气压力 作用 乒乓球不会被吹起来 四 计算题 1 如图所示 一铅直矩形阀门 己知闸门上缘距液面 h1 1m 闸门高 h2 2m 宽 b 2 5m 求闸 门上的静水总压力 h2h1 b 解 取坐标系 y 方向向下 则 dFgyb dy 所以积分得kNhgbhF c 98 2 如图所示 一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用 已知 h1 4 5m h2 2 5m 闸门宽 度 1m 求作用在闸门上的静水总压力大小及作用点 10 分 解 作用在闸门上的总压力为两测水压力之差 即 68670N 2211 AhAhP cc 作用点离底部距离 L 为 mL8 1 3 己知平面流动的速度分布为 试确定流动是否满足连续性yxxu42 2 yxyv22 方程 是否有旋 解 02222 xx y v x u 所以流动符合连续性方程 0242 2 1 2 1 yy y u x v z 所以流动是有旋的 4 相对密度 0 9 的原油 沿内径 300mm 壁厚 10mm 的钢管输送 输量 204t h 钢管弹性模量 为 2 06 1011Pa 原油弹性系数为 3 32 109Pa 试计算原油中的水击波速和最大水击压力 己知 0 1 E c DE eE 答案 求解水击波速 9 0 3 32 10 1921 900 E cm s h1 h2 0 1921 300 3 32 1 1 10 206 c c DE eE 运算得到结果 1577 cm s 求解油的流速 3 204 3600 0 063 0 9 Qms 23 44 0 063 0 892 3 14 0 3 Q vm s d 求解水击压力 900 1577 0 892pcv 运算得到结果 6 1 266 101 266pPaMPa 5 某一管路的管径为 0 02m 若温度为 15 的水通过此管时 平均流速为 1m s 问流动状态是层 流还是紊流 水的粘度为 0 0114 10 4m2 s 解 Re ud v 0 02 1 0 0114 10e 4 17500 2000 为紊流 6 已知 1 平面流动的流速为 问 流动是否连续 2 yxxu42 2 yxyv22 平面流动的流速为 问 流动是否连续 jxyiyxV 322 23 解 连续22 22 0 uv xx xy 连续 22 660 uv xyxy xy 7 下图所示是一种酒精和水银的双液测压计 当细管上端接通大气时 酒精液面高度读数为 0 当酒精液面下降时 求细管上端的相对压强 己知mmh30 1 D1 5mm D2 20mm D3 50mm 酒精密度为 800kg m3 水银密度为 13 6kg L D1 D3 D2 解 当细管酒精液面下降时 因为移动的液体体积相等mmh30 1 中间酒精下降的高度 因此 2 11 2 22 DhDh mm D D hh875 1 20 5 30 2 2 2 2 1 12 同理可以得到 2 11 2 22 2 2 2 33 DhDhDDh 因此 mmh357 0 2050 5 30 22 2 3 所以相对压力为 Pahhghhgp518 211232 8 今欲以长 800ml 内径 50mmd 的水平光滑管道输油 问输油流量欲达135L min 用以输油的油泵扬程为多大 设油的密度 3 920kg m 粘度 0 056Pa s 解 平均流速 3 22 135 10 m 1 146 s 600 05 44 Q V d 流动雷诺数 1 146 0 05 920 941 0 056 Vd Re 2 300为层流 沿程水头损失 222 f 64648001 146 72 84m 229410 052 9 81 l Vl V h dgRe dg 因此输油油泵的扬程为 mf 72 84mHh 油柱 9 假设水在管径 d 0 06m 管长 l 2500 的管道中 其运动粘度系数为 1 3 10 6m3 s 管路的绝 对粗糙度 己知流动处于水力光滑区 且水头损失为 66 57m 试求水的流量 mm05 0 解 因为已知流动处于水力光滑区 所以 5 分 75 4 75 1 0246 0 D LQ hf 因此可以得到 5 分 sm L Dh Q f 0035 0 0246 0 3 75 1 1 75 4 10 下图所示为消防水龙头