工程流体力学综合复习资料

up©lt^*中国石油大学（华东）现代远程教育《工程流体力学》综合复习资料一、单项选择1、实际流体的最基本特征是流体具有 A、粘滞性B、流动性C、可压缩性 D、延展性2、理想流体是一种 的流体。A、不考虑重量 B、静止不运动C、运动时没有摩擦力3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是 A、表面力B、万有引力 C、分子引力D、粘性力4、静力学基本方程的表达式 。皿皿. P*业心 pu2即立公A、p二常数B、z+=常数C、z++——二常数Y Y2g5、若流体内某点静压强为p绝=0.7at，则其。A、D、二真=0.3x760mmHg7汞p=0.3atB、p=—0.3x9.8x10A、D、二真=0.3x760mmHg7汞“水6、液体总是从大处向这个量小处流动。A、位置水头B、压力C、机械能D、动能7、高为h的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的静水总压力为。A、7h2 B、—7h2 C、2yh2 D、7h28、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面”>d2）上流动参数关系为 A、匕,V2,P]>P2C、匕>V2,P1<P2A、V]>V2,p1>p2C、V]>V2,p1<p2

B、VI<V2,p1<p2D、VI<V2,p1>p2B、VI<V2,p1<p2D、VI<V2,p1>p29、并联管路的并联段的总水头损失等于 A、各管的水头损失之和 B、较长管的水头损失中国石油大学（华东）现代远程教育C、各管的水头损失10、在相同条件下管嘴出流流量 于孔口出流流量，是因为 。A、小，增加了沿程阻力 B、大，相当于增加了作用水头C、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消D、大，没有收缩现象，增加了出流面积二、填空题1、空间连续性微分方程表达式。2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公式（水平分力）和（垂直分力）。3、动能修正系数的物理意义是：。4、长管是指。5、欧拉数表达式为，其物理意义是。6、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数Ah=4cm，通过的流量为2L/s，分TOC\o"1-5"\h\z析当汞水压差计读数Ah=9cm，通过流量为 L/s。7、运动粘度与动力粘度的关系是 ，其国际单位是 。8、因次分析的基本原理是： 具体计算方法分为两种。9、断面平均流速V与实际流速u的区别是 。10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ，其适用条件是 。11、泵的扬程H是指。12、稳定流的动量方程表达式为 。13、计算水头损失的公式为与。14、牛顿内摩擦定律的表达式，其适用范围是 。15、压力中心是指。三、简答题1、静压强的两个特性。2、节流式流量计的工作原理。3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？4、温度对流体粘度的影响。

中国石油大学（华东）现代远程教育5、牛顿内摩擦定律的内容。6、等压面的定义及其特性。7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。9、分析流动阻力产生的原因。10、稳定流动与不稳定流动的定义。11、串联管路的水力特性。12、水力半径的定义式。13、连续介质假设的内容。14、因次分析方法的基本原理。15、欧拉数的定义式及物理意义。16、压力管路的定义。17、长管计算的第一类问题。18、作用水头的定义。19、喷射泵的工作原理。20、动量方程的标量形式。四、计算题1、如图一输水系统，已知4=d2=0.2m，吸入段长度1=15m，水的运动粘度V=1,8X10-6m2/匕水池液面表压强夕0=9800Pa，过滤器两端接汞-水压差计，Ah=0.05m，设流动状态在水力光滑区，Q=0.03m3/s。h=求：（1）吸入段水头损失:吸（2）设泵出口泵压p2=0.8X106Pa，求泵的有效功率。注：1----带保险活门I广注：1----带保险活门I广0.532------弯头&2=°.4°3-----过滤器4-----闸门自4=0.32中国石油大学（华东）现代远程教育2、有泵管路如图所示，流量Q=240m3/垢叫泵的吸入管长Li=15m，沿程阻力系数入广0.03,总局部阻力系数为又1=6；压力管长L2=60m，入1=0.03，22=10，管径为0.25m。求：（1）已知泵入口处真空表读数6.6mH20，求吸入高度h1。（2）两个液面高差h2=24m，求泵的扬程H。压力管一：

一水3、直径257mm的长输管线，总长50km，起点高程45m，终点高程84m，输送相对密度（比重）5=0.88的原油，运动粘度v=0.276x10-4m2/s，设计输量为Q=200"h，求总压降。（按长管计算）五、推导题.试推导流体欧拉平衡微分方程式。.试推导理想流体欧拉运动微分方程式。3、气体中声速C依赖于密度P、压强/、粘度日。试用因次分析法导出声速C的一般表达式。4、试应用伯诺利方程与水头损失公式推导孔口的定水头自由泄流的流量计算公式。中国石油大学（华东）现代远程教育参考答案参考答案一、单项选择题1一、单项选择题1、实际流体的最基本特征是流体具有 A。A、粘滞性B、流动性C、可压缩性D、延展性2、理想流体是一种C的流体。A、不考虑重量B、静止不运动C、运动时没有摩擦力3、作用在流体的力有两大类，一类是质量力，另一类是AA、表面力 B、万有引力C、分子引力D、粘性力4、静力学基本方程的表达式 B。A、P=常数A、P=常数B、z+P=常数YC、z+P+u2=常数Y2g55、若流体内某点静压强为P绝=0.7at，则其Bpp表=0.3atp=—0.3x9.8x104Pa表—^==0.3x760—^==0.3x760mmHg7汞6、液体总是从大处向这个量小处流动。A、位置水头 B、压力C、机械能D、动能7、高为h的敞口容器装满水，作用在侧面单位宽度平壁面上的静水总压力为 B A、7A、7h2B、27h2 C、27h2D、7h8、理想不可压缩流体在水平圆管中流动，在过流断面1和2截面”>d2）上流动参数关系为 D9、并联管路的并联段的总水头损失等于 CA、各管的水头损失之和 B、较长管的水头损失中国石油大学（华东）现代远程教育C、各管的水头损失10、在相同条件下管嘴出流流量B 于孔口出流流量，是因为。A、小，增加了沿程阻力 B、大，相当于增加了作用水头C、等，增加的作用水头和沿程阻力相互抵消D、大，没有收缩现象，增加了出流面积二、填空题apa（pu）s（pu）a（pu）1、空间连续性微分方程表达式—f+——+ + 一=0_。at axayaz2、静止液体作用在曲面上的总压力计算公 式（水平分力）_£=7hA_和（垂直分力）_F=yV一zp3、动能修正系数的物理意义是：总流有效断面的实际动能与按照平均流谏算出的假想动能的比值_。4、长管是指和沿程水头损失相比，流谏水头和局部水头损失可以忽略的流动管路。5、欧拉数表达式为—Eu=p-—，其物理意义是压力与惯性力的比值。pV26、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数Ah=4cm，通过的流量为2L/s，分析当汞水压差计读数Ah=9cm，通过流量为 3 L/s。7、运动粘度与动力粘度的关系是流体的运动粘度为动力粘度与同温度下该流体密度 P之比v=也/p，其国际单位是 面/S 。8、因次分析的基本原理是：很多物理量都是有因次的，若干物理量总能以适当的幂次组合构成无因次的数群：任何物理方程总是齐因次的。 具体计算方法分为两种量纲分析法（瑞利法）和n定理。9、断面平均流速v与实际流速u的区别是过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流谏在过流断面上是相等的。10、实际流体总流的伯诺利方程表达式为—Z+P+竽=Z+P+孚+h ,1丫 2g 2丫2g敢其适用条件是一定常（稳定），不可压缩，质量力只有重力，两个计算断面均为缓变流断面，且两个计算断面之间有共同的流线经过11、泵的扬程H是指一单位重量流体通过泵后所获得的机械能（水头） 。中国石油大学（华东）现代远程教育12、稳定流的动量方程表达式为—2F=PQ62-彳）。TOC\o"1-5"\h\z 7 cLv2 “v213、计算水头损失的公式为—h=^-——与 h=q——。于d2g j2g、 du14、牛顿内摩擦定律的表达式—工=±口 ，其适用范围是牛顿流体，层流运动 。dy15、压力中心是指_体中的平面或曲面所受流体压力的合力的作用线同该平面或曲面的交点。三、简答题1、静压强的两个特性。静压强方向永远沿着作用面内法线方向。静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小相等，与作用面方位无关。2、节流式流量计的工作原理。节流式流量计是由节流装置（孔板、喷嘴、文氏管）、引压导管和差压计三部分所组成，流体通过孔板或其他节流装置时，流通面积缩小，流速增加，依据伯努利方程，压强减小，依据节流装置两侧的压差，可以测出流速，并可折算为流量3、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？答：所谓水力比涓管是指管潦中粘性底层的每度淹没管壁绝对粗糖度，管壁粗糙度对素流核心区的流动凡乎没有影响的管路二门）所谓水力粗栓管是指管流中粘性底层的厚度不足以潼盖管壁绝对粗精度,管壁粗值度对素流核心区的流动撕响显著；。［两者并不是固定不变的・粘性底层厚度随着雷诺数的变化川改变.水力光滑管与水力粗循管之间可以相.互转化.4、温度对流体粘度的影响。温度对于流体粘度的影响比较显著，温度升高是液体的粘度会升高，而气体的粘度会随着温度的升高而增加，这是由于液体的分子间距离较小，相互吸引力其主要作用，当温度升高时，间距增大，吸引力减小。气体分子间距离较大，吸引力影响较小，根据分子运动理论，分子的动量交换因温度升高而加剧，因而切应力也随之增加。5、牛顿内摩擦定律的内容。取无限薄的流体层进行研究，坐标为y处的流速为u，坐标为y+dy处的流速为u+du，显然在厚度为dy的薄层中速度梯度为du/dy。液层间的内摩擦力T的大小与液体性质有关，并与速度梯度du/dy以及接触面积A成正比，而与接触面上的压力无关，即中国石油大学（华东）现代远程教育up©lt^*中国石油大学（华东）现代远程教育T=±|iAdudy，符合这样内摩擦定律的流体叫牛顿流体，这种定律就叫做牛顿内摩擦定律。6、等压面的定义及其特性。等压面是指静止流体当中压力相等的点组成的面。（1）等压面与质量力相正交，（2）等压面不能相交，（3）两种互不相溶的流体的交界面是等压面，（4）水平面为等压面的三个条件一一同种、连续、静止流体7、静止流体作用在曲面上的总压力计算公式。作川」.一曲而k的静水总压力F的水平分力F”为:产,=£肝工=£P电=P=h亚&作用「I向而I-的静水总H力F的乖jT分力F工为；产£=J =J_ =pg\hdA.=pgVX{ifiA^=PSVP式"1，Vp 压力体体积作用在他面上的静水总压力F为:8、写出实际总流的伯努利方程并说明适用条件和各项意义。答:口）攻:际泡但总酒的伯努利方程是&+五+2=露+区+也+瓦I.2适用斛件;不可压新流体、穗仁札质精3只仃用力、所取断面为爆变流断面、所取斯加川L.府共.「国浦线口n 斤1U"各4意义17 IL位能*L—此用能*——一比动能；—水头损失Y %9、分析流动阻力产生的原因。流动阻力产生的根本原因时流体质点摩擦所表现的粘性和流体质点碰撞所表现的惯性10、稳定流动与不稳定流动的定义。流体在管道中流动时，在任一点上的流速、压力有关物理参数都不随时间而改变，这种流动称为稳定流动；若流动的流体中，任一点上的物理参数，有部分或全部随时间而改变，这种流动称为不稳定流动11、串联管路的水力特性。中国石油大学（华东）现代远程教育串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。串联管路总水头损失等于串联各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。12、水力半径的定义式。R=A为流体在管道中流动时断面面积与湿周长度的比值13、连续介质假设的内容。即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充满全空间的介质组成，物质的宏观性质依然受牛顿力学的支配。这一假设忽略物质的具体微观结构，而用一组偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，数度，压力等）。这些方程包括描述介质性质的方程和基本的物理定律，如质量守恒定律，动量守恒定律等。14、因次分析方法的基本原理。很多物理量都是有因次的，若干物理量总能以适当的幕次组合构成无因次的数群；任何物理方程总是齐因次的。15、欧拉数的定义式及物理意义。欧拉数定义式为Eu= ，其物理意义为压力与惯性力的比。pV216、压力管路的定义。凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。17、长管计算的第一类问题。已知管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确定起点所需的压头，或计算水力坡降。18、作用水头的定义。任意断面处单位重量水的旨量，等于比能除以比重。含位置水头、压力水头和速度水头。单位曲19、喷射泵的工作原理。利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速液体后形成负压来吸取液体的装置称喷射泵。喷射泵的工作原理是利用较高能量的液体，通过喷嘴产生高速度，裹挟周围的流体一起向扩散管运动，使接受室中产生负压，将被输送液体吸入接受室，与高速流体一起在扩散管中升压后向外流出。20、动量方程的标量形式。

中国石油大学（华东）现代远程教育up©lt^*中国石油大学（华东）现代远程教育£F=pQ(v2—%)£F=pQ(v2—%)£F=pQ(v2—\)四、计算题.如图一输水系统，已知d1=d2=02m，吸入段长度1=15m，水的运动粘度V=L8X10-6m2/s，水池液面表压强P0=9800Pa，过滤器两端接汞-水压差计，Ah=0.05相，设流动状态在水力光滑区，Q=0.03m3/s求：（1）吸入段水头损失h（2）设泵出口泵压p2:0.8义106Pa，求泵的有效功率。123-----过滤器4-----闸门q4=0.32（1）吸入段沿程水头损失:0.3164 123-----过滤器4-----闸门q4=0.32（1）吸入段沿程水头损失:0.3164 _8=— =0.01754VReIV2

hr=2 =0.01754xJd2g15V1 V =1.3155—局部水头损失:h=q上=j3 32g2g5d2=q生=2=12,6Ah3兀2d4g丫兀2d4g 3.142义0.24*9.8] —义12.6Ah= 义12.6义0.05=13.548*0.03210中国石油大学（华东）现代远程教育up©ll^*中国石油大学（华东）现代远程教育2 2 ,2 2h=C——=(莓-2,+A+一=(0.53—2x0.40+13.54+O32)L=15,19工--2gL-- 2g. 2g* 0954儿员=%十为=（1.3155+15.19）一=16.5O55X— 0.768附（2）水池液面到1-1断面列伯努利方程：0+0+0=3+2+二+h，解得p=-27582.41Pay2g 攻吸 1列1-1.2-2两断面伯努利方程：0+^-+--pH=0-n^-+—为一Pi0.8x10s+27582.41H= = =34,45^?y 9800XN『冷H=9800>0,03>84.45=24828.31y=24.83ATFT.有泵管路如图所示，流量Q=240m3/h°〃，泵的吸入管长L1=15m，沿程阻力系数入1=0.03，总局部阻力系数为江=6；压力管长L2=60m，入1=0.03，笈=10，管1 2径为。25m。求：（1）已知泵入口处真空表读数&6mH2。，求吸入高度h1。（2）两个液面高差h（2）两个液面高差h2=24m，求泵的扬程H。（1）取a、b两断面伯努利方程:11中国石油大学（华东）现代远程教育,,一+,,一+—十「一。y2g+此十二十日,2404x 4■忆,AJrd-3.14M吐25kV 151 =0.03 :℃。用2g 0.252M9芯h-L=一=6 =0.565m/t，判2g 2K5g]359"nI)=用一66十 十Q.J70-h0.5652X9.K口4-5.77m（2）取a、c两断面伯努利方程:乙」△十上二十斤二't—I—k= +%，=。」70+L二。」7。十。,03也空二。笔加—。斯工?0.25k= +%，=。」70+L二。」7。十。,03也空二。笔加—。斯工?0.252一181劳下

(J.565+10——=1.507m

2^9-8=>//=/?..+0.85+1.507=244-0.85+1.5073.直径257mm的长输管线，总长50km,起点高程45m，终点高程84m，输送相对密度（比重）$=0.88的原油，运动粘度v=0.276x10-4m2/s，设计输量为Q=200t/h,求总压降。（按长管计算）解：管道内流体雷诺数4 200x1034x 0.88x103x36003.1416x257x10-3x0.276x10-4=11332查表得A=0.15mm计算得2x0.15£= =1.167x10-325759.7 59.7887 (1.167x10-3)87-=13424312up©li^*中国石油大学（华东）现代远程教育2000<Re<up©li^*中国石油大学（华东）现代远程教育2000<Re<59.7可得.0.3164

人=—―4Re°「3164:0.0314.11332LLv2 8LQ2=A =人 d2g 兀2gd5根据伯努利方程V2+——+h可得2gw可得AP=P—P=y(Z2-Z1+h)=§Pg((Z-Z)+A^Q~)攻2 1兀2gd58x50x10008x50x1000x(=0.88x1000x9.8x((84-45)+0.031x200x1030.88x103x3600)23.14162x9.8x(257x10-3)5=4224035Pa五、推导题.试推导流体欧拉平衡微分方程式。答：如图，在平衡液体在中，取微小六面体，为研究方便，使其各边分别平行与坐标轴，边长取为dx、dy和dz，其形心点位M（x，y，z），点M的压强为p（x，y，z）。分析作用于六面体表面的力：分析作用于六面体表面的力：（1）表面力：只有静水压力由于六面体各面的形心到M的距离很小，压强在M点附近的变化可以为泰勒级数表示，且可忽略二阶以上的微量，于是：13中国石油大学（华东）现代远程教育■a心，七，面上的中心，点1Vli（工-Mr/2.y＞怎）■其压弓虽为工N.■a心，七，面上的中心，点1Vli（工-Mr/2.y＞怎）■其压弓虽为工N.qO&cTS_t的中心、点N［工乐强为：♦作用于c珍H'e'而上的静

水总压力为I—― 0kN■作用于□加fc面上的静

水总压力为*已上）Ex尸H &xN（2）质量力♦作用「。2日七口得上口勺静

水胫压力为工工口- r5bf2■作用于a&de面上的静

水怠压力为:上力了上/_¥JA-I 百上之根据平衡条件ZF*=O,则有:&pdx 8dx(p— ydydz—(p+ ydydz+pdxdydzK.=0dx2dx2除以dxdydz,得到:dP——^—=O

日为——^-=O三不qN———=O不工14中国石油大学（华东）现代远程教育up©lt^.n中国石油大学（华东）现代远程教育.试推导理想流体欧拉运动微分方程式。答在空间疣场中，助一边长分别足公，dy,上的微元六面体如图6-5所示,该大面体的各八边与步标轴平行，方设A值,/）点为该六面体的顶点u（1）作用在微元上的表面力设A点出的压强为P，由于dx、dy和dz都很小，可以认为包含A点的三个微元体的边界面上，压强均为P，则由于数学中的泰勒级数展开，对应的三个界面的压强为：p（工一d工一了国=P+里必TOC\o"1-5"\h\z+ —dyP5y：£+dz）=p—dz[p-趴工+dx,y5z）]dydz=一?dxdydz设X方向的