流体力学试题例卷

、选择题（20分）1理想流体是a）粘性大的流体c）没有粘性的流体1理想流体是a）粘性大的流体c）没有粘性的流体2在恒定流中a）流线一定互相平行c）不同瞬时流线有可能相交a)3m/s4m/s6m/s9m/sb）服从牛顿内摩擦定律的流体d）具有粘性的不可压缩流体（b）断面平均流速必定沿程不变d）同一点处不同时刻的动水压强相等3一封闭容器，水表面上气体压强的真空度Pv=1。kPa，水深2m处的相对压强为（a）-10kPa b）9.6kPac）19.6kPa d）29.6kPaTOC\o"1-5"\h\z4速度v、密度外压强p的无量纲集合是 （ ）pp Pv pv2 pa）v b）p c）p d）pv25 流动中，一定存在流函数。 （ ）a）可压缩流体二元 b）不可压缩流体二元c）不可压缩流体三元 d）可压缩流体三元6变直径管路，直径d〔=320mm， d2=160mm，流速v]=1-5m/s,v2为 ( )()()7某棱柱形矩形渠道渠底宽b=4.0m，则水力最优时的水深h是()()8圆柱形外管嘴正常工作的条件是b)l=(3〜4)d,Ho>9mc）l>（3~4）d,Ho<9m9堰流是c）l>（3~4）d,Ho<9m9堰流是a）无压缓流经障壁溢流c）无压均匀流动10渗流模型与实际模型相比较（）b）无压急流经障壁溢流d）有压均匀流动（）a）流速相同 b）流量相同c）各点压强不同 d）渗流阻力不同二、简答题（30分）1简述流体静压强的两个特性。2简述渐变流。3如图所示，两简单管道：（a）图自由出流，（b）图淹没出流，若两管道的作用水头H，管长L，管径d及沿程阻力系数入均相同，试问：两管中通过的流量是否相同？为什么?

4写出断面单位比能e的表达式，并定性画出流量一定时棱柱形渠道中e与水深h的变化关系曲线。5定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。（各渠段均充分长，各段糙率相同）三、（10分）一弧形闸门AB，宽b=6m，圆心角中=300，半径r=2m，闸门转轴恰与水面齐平，求水对闸门的总压力。四、（10分）一大水箱中的水通过一铅垂管与收缩管嘴流入大气中，直管直径d为10cm，收缩管嘴出口断面直径dB为5cm，不计水头损失，求直管中A点的相对压强pA。铅垂方向的尺寸如图所示。五、（15分）高压水管经喷嘴射入大气，已知管道直径D=40cm，喷嘴直径d=10cm，流量Q=0.4m3/s，不计水和喷嘴的重量，计算喷嘴受到的作用力。

lc=300m，各管直径分别为dA=250mm六、（15分）如图所示管路系统，已知流量lc=300m，各管直径分别为dA=250mmdB=300mm，dc=250mm，沿程阻力系数分别在不计局部水头损失的情况下，试求：（1）节点M、N人A=0-024，人b=0.029，人C=在不计局部水头损失的情况下，试求：（1）节点M、N间的水头损失；（2）各支管中的流量。、填空题（本题共9小题，每空1分，共20分） 得分1、 牛顿内摩擦定律适用的条件是特性流体和层流流动。2、 比较重力场（质量力只有重力）中，水和酒精所受单位质量力f水三/•酒精（填大于、等于或小于）。3、 描述液体运动的方法有拉格朗日法和欧拉法两种。4、 从水头角度考虑，则称下列各量为z位置水头，P压强水头，于谏度水头。5、 雷诺实验发现了流体在运动时，可能呈现运动状况截然不同的两种流态，这两种流态一般称为层流和紊流。6、 管道水头损失计算方法的不同，管道可分为长管和短管。7、 弗诺得数表征惯性力与重力的相对比佰。8、 根据叶片出口安装角度的不同，离心式泵与风机的叶型可分为：前向、径向和后向叶型。9、 离心式泵与风机的机内损失包括：水力损失、容积损失和机械损失。二、是非题（正确的划“J”，错误的划“X”）（本大题分10小题，每小题1.5分，共15分）得分水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（X） 均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流（X）水力粗糙管是表示管道的边壁比较粗糙。（X）当管道过水断面流速符合对数规律分布时，管中水流为层流。（X）串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。（V）在管道水力计算中，所谓“长管”就是说管很长，所谓“短管”就是管道很短。（X）

根据达西公式h,=XL~，层流沿程水头损失与流速的平方成正比。（X）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。（V）两个液流只要在相应点速度和加速度的大小成比例，则两个液流就是运动相似的。（X）比转数是反映泵与风机在最高效率点的转数、流量和扬程的一个综合性参数。（V）三、选择题（本大题共10小题，每小题1.5分，共15分）下列流体哪个属牛顿流体？（A） 得分A.汽油B.纸浆C.血液D.沥青在平衡液体中，质量力与等压面（D）A.重合B.平行C.相交D.正交静水中斜置平面壁的形心淹深hc与压力中心淹深hD的关系为hcChD。A.大于 B.等于 C.小于 D.无规律文丘里管用于测量流量时的主要工作原理是（C）A.连续性方程B.运动方程 C.伯努利方程D.动量方程在（C）流动中，流线和迹线重合。A.无旋B.有旋C.定常D.非定常运用沿总流的伯努利方程时所选取的两个断面（C）。A.可以是任何断面 B.必须是均流断面C.之间可以有急变流D.之间必须是缓变流有压管道的管径与管流水力半径的比值d/R=（B）A.8 B.4 C.2 D.1已知液体流动的沿程水力摩擦系数人与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有管，则可以判断该液体流动属于（C层流区B.紊流光滑区C.紊流过渡区D.紊流粗糙区对于两水箱水位差为4.9m的薄壁小孔口（孔径为20mm）淹没出流，流经孔口的流量（A）A.1.91l/sB.2.521/sC.3.08l/sD.6.56l/s离心式泵与风机在定转速下运行时，为了避免启动电流过大，通常在（C）A.阀门稍稍开启的情况下启动B,阀门半开的情况下启动C,阀门全关的情况下启动D,阀门全开的情得分况下启动四、简答题：（本大题共2小题，每小题8分，共16分）1、 伯努利能量方程解释为什么在炎热的夏天，当火车开动后，车厢里顿时会有风从车厢两侧吹进？（8分）答：当火车开动后，车厢内的空气获得一定的流速，该流速远大于火车周围的空气流速。（2分）由伯努利方程z+P+12=c，流速v增大，从而压强变小，（4分）这样，车厢与周围空气形成一定1 2g的压差，在压差的作用下，空气从车厢两侧吹进厢内。（2分2、 解释为什么雷诺数可以用来作为判别流态的一般准则。（8分）答：层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，扰动就受到粘性的阻滞而衰减下 来，层流就是稳定的；当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动衰减下来，于是流动便变为紊流。（3分）

因此，流动呈现什么流态，取决于扰动的惯性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。（2分）雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力与粘性力的对比关系I惯性力］据】3曰2/匕］『儿］r1（3分）系,BT!=协］2r］/上广0］=临」刀五、计算题（本大题共3小题，共34分）1、AB曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m，宽度（垂直纸面）B=0.8m，水深H=1.2m，液体密度p=850kg/m3，AB曲面左侧受到液体压力。求作用在AB曲面上的水平分力和铅直分力。（10分）解：（1）水平分力：p=yhA=pg（H-艮）-RB （3分）=850x9.8x（1.2—02）x0.2x0.8=1466.1N，方向向右（2分）。2（2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则"V=pg（HY泪¥•.........（3分）=850X9-8X（1.2-0.2）X睡+汽心X0.8=回.1，方向向下（2分）。2、一吸水装置，水池N的水位不变，已知水位h「h2和h3的值，若不计损失，问喉部断面面积A1和喷嘴断面面积％满足什么关系才能使水从水池M引入管流中。解：对池N的液面、喉部截面1列伯努利方程，有h+h= ① （2分）1 2 2g对0-0和1-1断面列伯努利方程

h1=」+『② .......（2分）当水刚好从水池M引入管流时的喉部压强：TOC\o"1-5"\h\zp=-yh③ （2分）由②③可得，h+h=比④ （2分）1 3 2g由连续性方程vA=vA，联立①④求解，得1 1 2 24|7,7少=、=「^±4 （4分）A2 v1 »匕+h33、油泵从开口油池将油压送到右端表压强p=196.2kPa的密闭油箱中。油泵流量Q=3.14x10-3m3/s，油泵总效率门=0.8，油的密度p=800kg/m3，油的运动黏度v=1.25cm2/s，油管直径d=2cm，油面高度差h=2m，油管总长度l=2m，油管总局部阻力系数*匚=2，试确定油泵的功率N。（12分）3.14x10-3兀—x0.0224=103.14x10-3兀—x0.0224=10（2分）udRe=一10x0.02 =16001.25x10-4（2分）显然，流动为层流，故有64 =0.041600（2分）阻抗为=3.1=3.1x106（2分）由能量方程方程，易得油泵的扬程H由能量方程方程，易得油泵的扬程Hj为p 。 196200 匕 c匕Hj=fh+SQ2= +2+3.1x106x3.142x10-6=57.6m故油泵的功率为（2分）yQH.T~800yQH.T~800gx3.14x10-3x57.60.8=1.77kW （2分）一.名词解释（共10小题，每题2分，共20分）粘滞性；迹线与流线；层流；质量力；偶极流；排挤厚度；顺压力梯度；时均速度；输运公

式；连续介质假说二・选择题（共10小题，每题3分，共30分）绝对压强pabs与相对压强p、真空度pv、当地大气压pa之 IiPa间的关系是： _|Apabs=p+pv； B.p^abs—DaC.p§?3一DabsD.pFabs+Da H如图所示 I A.p0=pa； B.p0>pa； C.p0<pa； D.无法判断。 应图在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为（）。A.牛顿流体及非牛顿流体； B.可压缩流体与不可压缩流体；C.均质流体与非均质流体；D.理想流体与实际流体。比较重力场（质量力只有重力）中，水和水银所受的单位质量力f水和f水银的大小？Af水寸水银；B.f水=f水银；C.f/f水银；D、不一定。 水水银流动有势的充分必要条件是（）。A.流动是无旋的； B.必须是平面流动；C.必须是无旋的平面流动； D.流线是直线的流动。雷诺数Re反映了（）的对比关系A.粘滞力与重力B.重力与惯性力C.惯性力与粘滞力D.粘滞力与动水压力水柱（）。一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为2.2m，设当地大气压水柱（）。C.8mD.—2m为C.8mD.—2mA.2mB.1m8.如图所示，心豚，Az8.如图所示，心豚，Az+-z+下述静力学方程哪个正确?下列压强分布图中哪个是错误的?粘性流体总水头线沿程的变化建二沪。A.沿程下降A.沿程下降B.沿程上升C.保持水平D.前三种情况都有可能。三・计算题（共3小题，共50分）如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30°夹角的倾斜平面向上运动，30°试求容器中水面的倾角，并分析p与水深的关系。（15分）30°有一30cmx15cm的文德利管，接入铅垂的输油管上，油的流动方向朝上。已知喉部与进口截面间的高度差为30cm，图中U形管读数为25cm水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。（Pg=8825N/m2）（20分）不可压缩平面流动的流函数为xy+2X-3y+10，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。（15分） ！I—一.名词解释（共10小题，每题2分，共20分） 用题二-2图粘滞性一一流体在受到外部剪切力作用时发生变形（流动），其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形式表现出来，这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性或粘性迹线一一流体质点的运动轨迹曲线流线一一同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线方向与流体在该点的速度矢量方向一致层流一一流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混量纲和谐一一只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和项的量纲必须是相同的，等式两边的量纲也必然是相同的偶极流一一由相距2a的点源与点汇叠加后，令a趋近于零得到的流动排挤厚度——粘性作用造成边界层速度降低，相比理想流体有流量损失，相当于中心区理想流体的流通面积减少，计算时将平板表面上移一个厚度，此为排挤厚度顺压力梯度一一沿流动方向压力逐渐降低，边界层的流动受压力推动不会产生分离8.时均速度 湍流的瞬时速度随时间变化，瞬时速度的时间平均值称为时均速度输运公式——将系统尺度量转换成与控制体相关的表达式连续介质假说——将流体视为由连续分布的质点构成，流体质点的物理性质及其运动参量是空间坐标和时间的单值和连续可微函数。二・选择题（共10小题，每题3分，共30分）1BC；2B；3D；4B；5A；6C；7D；8B；9B；10A A三计算题（共3小题，共50分） 心盆底30°题三-130°题三-1图如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30°夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角，并分析p与水深的关系。解：根据压强平衡微分方程式：务+也）（1分）单位质量力：X=-acos30°X=0+为(2分)在液面上为大气压强，也代入（1分）由压强平衡微分方程式，得：-acos30°dx-(g+asin30°)dz=0-acos30°x-(g+(3sin30°)z=c代入：x二0,e二0,得：C=0自由面工二工m自由面方程：-acos30°x=(g+(3sin30°) (?分)（2（2分）题三-w题三-w•图任意点：学=p(-acos30°dx-gdz-asin30°dz)/.p--pacos30°-pazsin30°+Cx=0,z=0;t?=0■C=0«=一四*30°x-E呻洒30口以分)代入自由面方程得：%■=cos30°dx-(g+asm30°)dz+CI浦入u。，z=0;时p=0得C二0言=-acos30°x-(g+asin30°)P=p(g+asm30°)hp与淹深成正比。 （3分）

有一30cmx15cm的文德利管，接入铅垂的输油管上，油的流动方向朝上。已知喉部与进口截面间的高度差为30cm,图中U形管读书为25cm水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。（Pg=8825N/m2）解：d解：d=30cmQ=706.86x176.71<706.862—176.712Q=706.86x176.71<706.862—176.712v2x981x352.8=151832cm3/s（5分）（2）Q151832V=—= 1a706.861=214.8cm/s（1分）a=—x302=706.86cm2TOC\o"1-5"\h\z故14 （1分）d=15cma=—x152=176.71cm2故2 4 （1分）Az=30cm（2分）h=25cm水银柱=25乂（ 所戮）=352.8cm油柱（2分）（1） （2分）Q151832=859.2cm/=859.2cm/s（1分）2a176.712由伯努力方程，知（4分）214.82 *_p^ = 30+859.22 十p^2x9.81pg— 2x9.81pg （1分）P1—P1=406.3—23.5=382.8cm=3.828m油柱所以Pg （2分）不可压缩平面流动的流函数为+2，-3丫+10，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。解：（1）此流动无旋，存在势函数4。2分V蓦%=一¥"2冶d4=vdx+vdy&P=（x-3）dx-^-（-y-2）dy 3分少=：-号-3x—2丫 1分第一章流体质点一微光上足够大而宏观上又充分小的流体分子团。流体力学研究的对象是流体，从物质结构的角度来看，流体是由大量的分子构成的，这些分子都在做无规则的热运动。流体承受的力一压力，剪切力。静止则只有压力，没有剪切力。都没有拉力。流体力学的研究方法大体上有理论，数值和实验三种。隔离体一从流体中分离出一封闭表面包围的流体。表面力一是通过直接接触没作用在所取流体表面上的力。表面力分一法向力（垂直力），切向力（水平力）。流体的物理性质决定流动状态的内在因素，与流体运动有关的主要物理性质是惯性，粘性和压缩性。重度一（容重）单位体积流体所具有的重量。KG/m3。惯性是物体保持原有运动状态的性质，改变物体的运动状态，都必须克服惯性的作用，表示惯性大小的物理量是质量，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。水银的密度为13600KG/m3。内摩擦力=切向力=粘性。粘性一是流体在运动过程中出现阻力，产生机械性能损失的根源。是流体阻抗剪切变形速度的特性。质量力一是作用所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成正比，故称质量力。（单位m/s2）流速在流层法线方向的变化率，称为速度梯度。速度du/dy实际为流体微团的剪切变形速度。u是比例系数，称为动力粘度。简称粘度，（单位是Pa.stf/s）。（数值查表）压缩性一是流体受压，分子间距离减小，体积缩小的性质。膨胀性事流体受热，分子间距离增大，体积膨胀的性质。水的粘度随着温度升高而减小，气体则相反。增加一个大气压，则乘以二个大气压。水密度则变成1/20000.第二章静止流体性质一1.应力方向沿作用面的内法线方向。2.静压强的大小与作用面方位无关。在静止流体中，各点单位质量流体所受表面力与质量力相平衡。等压面一流体中压强相等的空间点构成的面（平面或曲面）称为等压面。等压面的一个重要性质，等压面与质量力正交。绝对压强是以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强，以符号Pabs表示，相对压强是以当地大气压为基准起算的压强，以符号p表示。Pa则是一个当地大气压。P=Pabs-Pa真空度（Pv）=-P，是当地大气压Pa减去绝对大气压Pabs。压力表读出来的都是当地压强。压强大小=受力面的压强*受力面的面积。第三章恒定流，非恒定流一以时间为标准，若个空间点上的运动参数（速度、压强、密度）都不随时间变化，这样的流动时恒定流，反之非恒定流。流线一流线是表示某时刻流动方向的曲线，曲线上各点的速度矢量都与该曲线相切。流线是表示某时刻流动方向的瞬时线，而在恒定流中，因各空间点上的速度矢量不随时间变化，则流线的形状和位置不随时间变化；在一般情况下流线不相交，流线不能使折线，是光滑的曲线或直线，在零点可能相交，通常称为驻点，速度无穷大的点，通常称为奇点以及流线相切点。流体质点在一段时间内的运动轨迹叫迹线。流场速度方向不随时间变化，只是速度大小随时间变化，这是流线和迹线仍相重合。水断面一在流束上作出的与所有流线正交的横断面是过流断面。元流一过流断面无限小的流束，几何特征与流线相同。总流一过流断面为有限大小的流束。流量一单位时间通过流束某一过流断面的流体量称为该断面的流量。动压强一因为流体无粘性，运动时内部流层间不出现剪应力，只有压应力，既动压强。动压强的大小与作用面的方位无关。均匀流一速度方向平行，速度分布大小相同。动量一质量与速度的乘积（MV）是运动强度的度量。动量是矢量，与速度方向无关。作用在控制体内流体上的外力等于单位时间控制体流出动量与流入动量之差，即净流出的动量。总流量方程应用条件一恒定流动，过流断面为渐变流断面，不可压缩流体。第四章说头损失一总流单位重量流体平均的机械能损失称为水头损失。沿程阻力一在边界沿程无变化（边壁形状，尺寸，流动方向均无变化）的均匀流段上，产生的流动阻力称为沿程阻力或摩擦阻力。局部水头损失一在边界沿程急剧变化，流速分布发生变化的局部区段上，集中产生的流动阻力称为局部阻力。由局部阻力引起的水头损失称为局部水头损失。层流一表明玻璃管内的水，一层套一层呈层装流动，各层质点互补掺混，这种流态称为层流。紊流一表明此时质点的运动轨迹极不规则，各层质点相互掺混，这种流态称为紊流。湿周一过流断面上流体与固体接触的周界，称为湿周。过流断面上流速呈抛物线分布，是圆管层流的重要特征之一。动能修正系数一即圆管层流的平均流速最大流速一半。紊流脉动一压强、浓度等量也随时间无规则的变化，这种现象称为紊流脉动。质点掺混、紊流脉动式紊流的特征，也是研究紊流的出发点。粘性底层一紧靠壁面存在一个粘性剪应力起控制作用的薄层，这一薄层称为粘性底层。第一区紊流区（RE函数有关）第二区向紊流过渡区（RE函数）第三区紊流光滑区，圆管流层（RE函数）第四区紊流过渡