工程流体力学A第1次作业

1、dya.以为流体的运动黏度b.n为流体的动力黏度c.上为运动流体的剪切变形dyd.为运动流体的剪切变形速率dy网络教育工程流体力学课程作业第1章绪论一、单项选择题1 .理想流体是指忽略（c ）的流体。a.密度b.密度变化c.黏度d.黏度变化2 .不可压缩流体是指忽略（ b ）的流体。a.密度b.密度变化c.黏度d.黏度变化3 .下列各组流体中，属于牛顿流体的是（ a ）。a.水、汽油、酒精 b. 水、新拌碎、新拌建筑砂浆c.泥石流、泥浆、血浆 d. 水、水石流、天然气4 .下列各组力中，属于质量力的是（ c ）。a.压力、摩擦力 b.重力、压力 c.重力、惯性力 d.黏性力、重力5 .在工程流

2、体力学中，单位质量力是指作用在单位（ c ）上的质量力。a .面积 b .体积 c .质量 d .重量二、多项选择题1 .下列关于流体黏性的说法中，正确的是（ abcde ）。a.黏性是流体的固有属性b.流体的黏性具有传递运动和阻碍运动的双重性c.黏性是运动流体产生机械能损失的根源d.液体的黏性随着温度的升高而减小e.气体的黏性随着温度的升高而增大2 .牛顿内摩擦定律e = ndu中的（bde ）。e.吆为运动流体的流速梯度dy三、判断题单位质量力是指作用在单位体积流体上的质量力。（x ）四、简答题简述流体的形态特征和力学特征。形态特征：流体随容器而方圆，没有固定的形状。力学特征：流体主要承受

3、压力，静止流体不能承受拉力和剪力。五、计算题1.某流体的温度从 0c增力口至20c时，其运动黏度 v增加了 15%,密度p减小了 10%,试求其动力黏度n将增加多少（百分数）？【解】设0c时，流体的动力黏度、运动黏度、密度分别为n、p； 20c时，各物理量将均产生一增量，即分别为n+”、v+av、p + ap。联立3 = pvf+an =( p+ap)(y + av)anapav=(1 +)(1+)-1 p将；n pv代入上式，得av二-10%,=15%v=(1 -10%)(1 15%) -1 =3.5%2.若某流体的动力粘度n =0.1n.s/m2,粘性切应力7=3.5 n/m2,试求该流体

4、的流速梯度du dydu dy【解】由牛顿内摩擦定律.二du ,得 dy3.5 -3 = 35/s0.1第2章流体静力学、单项选择题1 .金属压力表的读数为( b )a.绝对压强p b.相对压强p c.真空压强pv d.当地大气压pa2 .重力作用下的流体静压强微分方程为dp = ( a )a.-pgdzb. pgdz c.-(p/g) dz d.(p/g) dz3 .静止液体作用在曲面上的静水总压力的水平分力px = pcax = hca,式中的(d )a. pc为受压面形心处的绝对压强b. pc为压力中心处的相对压强c. a为受压曲面的面积d. ac为受压曲面在铅垂面上的投影面积4.重力作

5、用下的流体静力学基本方程为z+e = ( a )ya. c b. c(x) c.c(y) d. c(x,y)1m时（虚线位置）5 .有一倾斜放置的平面闸门，如图所示。当上下游水位都上升闸门上的静水总压力（a ）。d.无法确定a.变大b.变小c.不变6 .绝对压强p、相对压强p、真空压强pv及当地大气压强pa之间的关系是（ a ）a. p - p pa b. p =p-pac. p = pv pad. p = pv - ra7 .下列关于压力体的说法中，正确的是（ a ）a.当压力体和液体在曲面的同侧时，为实压力体，pz jb.当压力体和液体在曲面的同侧时，为虚压力体，pzc.当压力体和液体在曲

6、面的异侧时，为实压力体，fzd.当压力体和液体在曲面的异侧时，为虚压力体，pz jfz ,则圆柱体在该浮力作用下将d.固定不动8.如图所示圆柱体，其左半部在静水作用下受到浮力（d ）。a.匀速转动 b.加速转动c.减速转动、多项选择题1.1 个工程大气压=（ abc ）。a. 98kpa b. 10mh2oc. 1.0kgf/cm2 d. 101.3kn/m2 e. 760mmhg2 .下列关于流体压强的说法中，正确的有（ abe ）。a.绝对压强不能为负b.相对压强可正可负c.相对压强只能为正d.真空压强可正可负e.真空压强不能为负3 .如图所示形状各异的盛水容器的底面积和水深均相等，但盛水

7、量各不相同，则作用在容器底面的静水总压力相等的有（ abcde ）。三、判断题静止流体的法向应力等于零。（x ）四、简答题简述静止流体中的应力特征。特征1:方向性，即静止流体的应力方向垂直指向作用面。特征2:大小性，即静止流体内任一点的应力大小与作用方位无关，只与改点的空间坐标有关,p = p(x,y,z)。五、计算分析题1 . 一封闭水箱如图所示，已知金属测压计读数p表=4900pa,金属测压计中心和容器内液面分别比a点高0.5m和1.5m,试求液面的绝对压强p0和相对压强p0。【解题要点】由pa = p0 +1.5尸=p表+0.5?得水箱液面的相对压强p0 = p +(0.5-1.5)尸=

8、4900 + (0.5-1.5)x9800=-4900pa绝对压强 |p0 = p0 + pa = -4900 + 98000= 93100pa或 93.1kpa2 .如图所示为测量容器中 a点压强的真空计。已知z = 1.0m, h =2.0m ,试求a点的真空压强pv及真空度hv o空”【解题要点】真空计的测压管中压缩空气内压强变化可忽略不计。由题意pa - z 二 pa - h得 a点真空压强pv = pa pa =y(h z) = 9800m (21)=9800pa及真空度h pvhv 一98009800= 1mh2o3 .如图所示绕校链 c转动的自动开启式矩形平板闸门。 已知闸门倾角

9、为 日=60 ,宽度为 b=5m，闸门两侧水深分别为 h =4m和h=2m ,为避免闸门自动 开启，试求车t轴c至闸门 下端b的距离x。【解题要点】为避免闸门自动打开，由理论力学知必有关系hhp左（x-：）“右（x-：） 3sin -3sin -式中 隹=工bh 2,隹=工bh2h3 -h3x -zz3(h2 -h2)sin 口224- = 1.796m3(42 -22)sin 604 .利用检查井作闭水试验检验管径d = 1200mm的市政排水管道施工质量。已知排水管堵头形心高程为256.34m,检查井中水面高程为 259.04m,试求堵头所受的静水总压力大小。【解题要点】排水管堵头形心处的

10、相对压强pc = hc=9800 (259.04-256.34) = 26460pa堵头所受的静水总压力2p = pca =26460 - 1.22 =29926n : 29.93kn5 .试绘制图中 ab壁面上的压力体。(b)8图(b)为虚压力体b(a)【解】图(a)为实压力体(c)图(c)为虚压力体6.如图所示盛水(重度为 不)容器由半径为 r的两个半球用n个螺栓连接而成，已知测压管水位高出球顶 h，试求每个螺栓所受的拉力f。1.2.3.vl =v2压力体图【解题要点】取上半球为隔离体，由fz fz=0,得t=fzn式中pz为静止液体作用在上半球面上的总压力的铅垂分力，由上半球面的压力体计

11、算得pz = vp = ： r2（h r/3）故每个螺栓所受的拉力为t = r （h r/3）n第3章流体动力学理论基础，、单项选择题在恒定流中，流线与迹线在几何上（ d ）。a.相交 b.正交c.平行d.重合均匀流过流断面上各点的（b ）等于常数。pp u2 c p u2a. p b. z -c. d. z g:g2g2 2g已知突然扩大管道突扩前后管段的管径之比区=0.5 ,则突扩前后断面平均流速之比d 2(a )。a. 4b. 2c. 1d. 0.54 .皮托管测量测量（a）仪器。a.点流速 b. 点压强 c.断面平均流速d. 流量5 .文丘里管是测量（d）的仪器。a.点流速 b. 点压

12、强 c.断面平均流速d. 流量6 .关于水流流向的正确说法是（ d ）。a.水一定是从高处向低处流b.水一定是从流速大处向流速小处流c.水一定是从压强大处向压强小处流d.水一定是从机械能大处向机械能小处流7.流速水头的表达式为（b ）222- 2a. j b. l c.史 d. 士2- 2g22g8.应用恒定总流的动量方程pq（ p2v2- p1v1） =z f解题时，f f中不应包括（a）。a.惯性力b.压力c.摩擦力d.重力二、简答题何谓渐变流？恒定渐变流过流断面上具有哪两个重要特性？答案要点：渐变流是指各流线接近于平行直线的流动渐变流过流断面近似为平面z+p/ 丫 =常恒定渐变流过流断面

13、上流体动压强近似地按静压强分布，即同一过流断面上三、计算分析题1 .某供水系统如图所示，已知圆筒水箱直径d =1000 mm,水管直径d = 100 mm,若某时刻测得水管中断面平均流速 v2 =2.0m/s,试求该时刻水箱中水面下降的速度v1。【解题要点】据连续性方程12:2d v1 = d v244v1 = ()2v2 =()2 2.0 = 0.02m/sd1.02.某输水管路的过渡段如图所示。已知管径da = 200mm,db = 400mm ,相对压强pa =98kpa,pb =49kpa,断面平均流速 vb =1.0m/s, a、b两点高差z = 1.0m。试判明管内水流流向，并计算

14、管路过渡段的水头损失hw。【解题要点】据连续性方程4-dbvb4_/db、2va = （_；） vbda0.4 2=（）1.0=4.0m/s 0.2取0-0基准面，则a、b两断面的机械能分别为ea =022pa 二 ava 八 98000 1.0 4yaa a = 010.82m2g298002 9.8eb = 2 1bvb =1.02g_249000 1.0 1.026.05m98002 9.8因ea aeb ,故知水流流向为 a- b。管路过渡段的水头损失由伯努利方程22pa二 ava7pb二 bvb.0 一五二红一zhw2hw=（0 压詈a）-（.-10.82-6.05-4.77m3.如

15、图所示水流流经等径直角弯管。已知管径 d =200 mm,管轴上a、b两点高差400mm, u形水银差压计读数 h=300mm,管流速度v=1.5m/s,相对压强pa=196.0kpa,。银/。=13.6,试求相对压强pb和a、b两断面间的机械能损失hwo【解题要点】由差压计原理（za e）.（zb 典）=（-1）h水水水ypb =水(za -zb)+ pa 水(.：银1)h水= 9.8 0.4 196.0-9.8 (13.6-1) 0.3=162.9kpa由伯努利方程22za4般 2g 4 2g w考虑到a a =o（b, va =vb,得a、b两断面间的机械能损失i_ / + pa + p

16、b、 /，7k银hw =(za )=(zb )=(水水水-1)h = (13.6-1) 0.3 = 3.78m4.如图所示，为测流需要，在宽度b =2.7 m的平底矩形断面渠道的测流段，将渠底抬高0.3m。若测得抬高前的水深为1.8m,抬高后水面降低0.12m,水头损失hw经率定按抬高后流速水头的一半计算，试求渠道流量 q。【解题要点】上游水深 h1 =1.8m,下游水深h2 =1.8 0.30.12 =1.38m据连续性方程q = bh1v1 = bh2v2h21.38v1 = -v2 =v2 = 0.77v2（1）hi1.8取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）和计算点（过流断

17、面与液面的交点） 列伯努利方程（a1 =口2 1 ）h1 02v2g22二 (h2 0.3) 0 * 返2g 4g(2)v2 =1.5v2 -2g(h1 -h2 0.3)联立（1）、（2）两式，得2g(hi -h2 -0.3)1.5-0.7722 9.8 (1.8-1.38-0.3)21.5-0.772=1.61m/s故渠道流量q=bh2v2=2.7 1.38 1.61=6.0m3/s第4章量纲分析与相似理论、单项选择题1 .下列各组物理量中，属于同一量纲的是（a. 密度、运动黏度、动力黏度b.c.压强、压力、切应力d.2. 下列各组合量中，不属于无量纲量的是（a p v ：ud-a. b.

18、gh -d ）。流速系数、流量系数、渗流系数 管径、水深、水头损失d ）。w f vdz-、pv ma d.pv2pudggv2 gh v3.已知压力输水管模型试验的线性比尺九1 =8,若原、模型采用同一流体， 则其流量比尺 九q和压强比尺分别为（a ）。pc 11a. 8, -b. 16,4.弗劳德数的物理意义在于反映了（a.黏性力与惯性力c.压力与重力多项选择题1 .下列命题中，正确的有（ abda.单位表征物理量的大小c.基本物理量的选取具有唯一性e.表面张力系数仃是无量纲量2 .水力相似一般应包括（ abcde11c.32, d. 64,-b ）之比。b.惯性力与重力d.重力与黏性力）

19、。b.量纲表征物理量的类别d.基本量纲的选取具有独立性）。a.几何相似d.边界条件相似b.运动相似e.初始条件相似c.动力相似gm = 10 n ,当浪(wj、计算分析题1.用石料进行某城市堆石防波堤模型实验。已知模型石料每块重hm =30cm时防波堤破坏。若原型中防波堤需承受浪高 hp = 6m,试求每块石料的最小重量 gp。【解题要点】假定ne与其它各物理量之间呈指数形式的乘积组合，即ne =k aqbhc这里k为无量纲系数。将上式写成量纲方程dim ne = dim (k-/aqbh c ) = dim (了 ； dim (q dim (h j以基本量纲(m, l, t)表示式中各物理量

20、量纲，有 abml2t-3 = ml tl3tlc由物理方程的量纲和谐原理可知，等式两端同名量纲的指数应相等，即m: 1=al: 2=-2a+3b ct:-3= -2a-b解此三元一次方程组，得 a=l,b=1,c = 1,故临界流速 ne的公式结构为ne =k qh式中，无量纲系数k由实验确定。2.为研究某铁路盖板箱涵无压过流的水力特征，拟取线性比尺 九1=20进行水工模型实验。已知原型涵洞的宽度bp=3.5m ,高度hp =4.2 m ,洞内设计水深hp=2.5m和设计流速pppvp =2.0m/s。试确定模型的几何尺寸和模型流量。【解题要点】线性比尺 为hpj。因原、模型采用同一材料，所

21、以 七=，v =，l3gp=gmg=10 203 =80 103 n=80 kn第5章流动阻力与水头损失一、单项选择题1 .边长为a的有压方管与直径为 a的有压圆管的水力半径之比r方/% ( b )。a .1b. =1c. 1b. =1c. 1d.无法确定3 .已知某变径有压管段的管径之比d1/d2 =0.5,则相应的雷诺数之比 re1/re2= （ b ）。a.1b.2c.3d.44 .水深h等于半径院的半圆形明渠的水力半径r= （ a ） %。a.1/2b.1/3c.1/4d.1/55 .圆管层流运动过流断面上的最大流速umax与平均流速v之比umax/v= （ c ）。a.4b.3c.2

22、d.16 .下列关于沿程水头损失hf与断面平均流速 v的关系，不正确的是（ c ）。a. 层流区，hfocv1.0b.紊流光vt区，hf oc v1.75c.紊流过渡区，hf oc v1.5d.紊流粗糙区，hf oc v2.07 .下列关于流体切应力的说法中，不正确的为（ c ）a.静止流体，7=0b.理想流体，t=0c.层流运动流体，t = pl2（曲）2d.紊流运动流体，e = n型+ pl 2（包）2dydy dy二、计算分析题1 .有一长l =3m、管径d =2cm的输油管道，已知油的运动 v = 0.35cm2/s ,流量43.q =2.5父10 m /s ,试求该管段的沿程水头损h

23、f。,一，、.q 25 10【解题要点】流速v = q =, = 0.8m/s二d2/43.14 0.022/4雷诺数 re = vd =。-0.0： = 457 0.21.86 =0.0584m /s=58.4l/s442. 一城市排污渠道采用倒虹吸管穿过河流，如图所示。已知污水流量q=100l/s ,管道沿程阻力系数 九=0.03,管道进口、弯头和出口的局部阻力系数分别为，e=0.6、，b = 0.5,管长l =50m ,上、下游渠道的流速均为v0 =0.8m/s。为避免污物在管中沉积，要求管中流速不得小于1.2m/s，试确定倒虹吸管的管径 d及倒虹吸管两端的水位差h 。ld【解题要点】据

24、题意取标准管径0.1=2=2二 d2 /43.14 0.32/4=1.42m/s取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点（与液面交点），从1 -2列伯努利方 程2h 0也2g22w l . v=00 -0( e 2 j 2g d2g.(v-v。)22g考虑到31 =0(2 =1.0 ,得h -( -d50、= (0.030.6 2 0.5)0.31.4222 9.8(1.42 -0.8)20.7m2 9.8第7章明渠恒定流动、单项选择题1 .明渠中不可能出现的流动为a.恒定均匀流c.非恒定均匀流2 .对于有压管道均匀流,b.d.必有c ）。恒定非均匀流非恒定非均匀流c ）。a

25、. i=jp b.c. j = jp d. i = jp = j3.梯形断面渠道的正常水深a. f(q,b,m)b.f(q,b,m,n) c. f(q,b,m,i) d.f (q,b,m,n, i)4.水力最优断面是指（a.造价最低）的渠道断面。b.糙率最小a. 1.5 b. 1.0c. 0.75 d. 0.5m应为（c ）。c.在q、i、n 一定时，过流面积 a最大d.在a、i、n 一定时，通过流量 q最大5 .欲使水力最优梯形断面渠道的水深和底宽相等，则渠道的边坡系数6 .有过水断面面积、糙率、底坡均相同的四条矩形断面棱柱形长直渠道，其底宽b与均匀流水深ho有以下几种情况，则通过流量最大的

26、渠道是( c )。a.bi= 4.0 m ,hoi=1.0mb.b2 =2.0m,ho2 = 2.0mc.b3= 2.8 m ,ho3 = 1.4md.b4 = 2.6m ,ho4 = 1.5m二、计算分析题1. 某铁路路基排水采用梯形断面渠道，已知底宽b=0.4m ,边坡系数m=1.0,粗糙系数n =0.025 ,渠底坡度i = 0.002 ,设计水深h = 0.6m，试求渠道的通过能力 q。【解题要点】过流面积a=(b mh)h=(0.4 1.0 0.6) 0.6 = 0.6m2水力半径 r a =0.6= 0.286mb 2 ,1 m2h 0.4 2j 1.02 0.6流速v =r2/3i1/20.2862/3 0.0021/2 = 0.777m/sn0.025流量 q - av-0.6 0.777-0.466m3/s2. 试按水力最优条件设计一路基排水沟的断面尺寸。设计流量q = 1.0m3/s,沟底坡度依地形条件采用i =0.004 ,断面采用边坡系数 m=1.0的梯形，并用小片石干砌护面(粗糙系数n =0.020 )。【解题要点】将 ph =- =2(j1 +m2 -m) =2(j1 +1.02 1.0) =0.828和r=h/2代入明渠均匀流 h基本公式q = ac j ri =1ar2/3 i 2,得= 22/3 0.020 1.03/