流体力学课后习题与解答

1、按连续介质的概念，流体质点是指：（） （a）流体的分子；（b）流体内的固体颗粒；（c）几何的点；（d）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。1.2作用于流体的质量力包括：（）1.3（a）压力；（b）摩擦阻力；（C）重力；（d）表面张力。 单位质量力的国际单位是：（）(a) N； (b) Pa； (c) N /kg ; (d) m/s2。1.4与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（）（a）剪应力和压强（b）剪应力和剪应变率（c）剪应力和剪应变（d）剪应力和流速1.5水的动力黏度卩随温度的升高：（1.6（a）增大；（b）减小；（c）不变;流体运动黏度 的国际单位是：（d）不定。）1

2、.7(a)(a) m/ s2； (b) N /m2 ；无黏性流体的特征是：（黏度是常数；（b）不可压缩;(c)(c)kg /m ；( d)无黏性；（d）N s/m2。符合卫RT。1.82.1静止流体中存在：（）（a）压应力；（b）压应力和拉应力；（c）压应力和剪应力;（d）压应力、拉应力和剪应力。2.2相对压强的起算基准是：（）当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（ (a) 1/20000 ；( b) 1/10000 ；( c) 1/4000 ；( d) 1/2000。（a）绝对真空；（b） 1个标准大气压；（c）当地大气压；（d）液面压强。2.3金属压力表的读值是：（）（a）绝对压

3、强（b）相对压强（c）绝对压强加当地大气压（d）相对压强加当地大气压2.4某点的真空度为65000Pa,当地大气压为，该点的绝对压强为：（）(a) 65000Pa；( b) 55000Pa；(c) 35000Pa；(d) 165000Pa。2.52.6绝对压强Pabs与相对压强P、真空度PV、当地大气压Pa之间的关系是：（）（a）Pabs= P+Pv；（b）p=p abs+ Pa ；（ C）Pv= Pa - Pabs ；（ d） p =Pv+Pv。在密闭容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系(a)P1> P2> P3 ；(b) P1= P2 = P3

4、 ；(b)( c)P1<P2 <P3 ；( d )P2<P1<P3。2.7用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm, Pa- pB为:(a)； ( b)； ( c)； (d )。2.8露天水池，水深5 m处的相对压强为：（2.92.10在液体中潜体所受浮力的大小：（）(a) 5kPa; (b) 49kPa; (c) 147kPa; (d) 205kPa。垂直放置的矩形平板挡水， 水深3m,静水总压力P的作用点到水面的距离 yD为：（）(a); (b)； (c) 2m; (d )。（a）与潜体的密度成正比；（b ）与液体的密度成正比；（C）与

5、潜体淹没的深度成正比;（d）与液体表面的压强成反比。2.12用多管水银测压计测压，图中标高的单位为m,试求水面的压强p0。2.13P0 a3.0 £水2.5 a .卅a 41.2 I绘制题图中 AB面上的压强分布图。AAB2.23 矩形平板闸门 AB，一侧挡水，已知长 I =2m宽b=1m,形心点水深 hc=2m,倾角=45，闸门上缘 A处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T 。T- 1hcAbBa12.24矩形闸门高h=3m宽b =2m上游水深hi=6m下游水深h2=，试求：（i）作用在闸 门上的静水总压力；（2）压力中心的位置。h1h22.25矩形平板闸门一

6、侧挡水，门高h=1m宽b =,要求挡水深h1超过2m时，闸门即可自动开启，试求转轴应设的位置2.26一弧形闸门，宽 2m圆心角=30，半径R=3m闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。RaL1a.hB2.27密闭盛水容器，水深 h1 =60cm, h2=100cm,水银测压计读值h =25cm,试求半径 R =的半球形盖 AB所受总压力的水平分力和铅垂分力。h1B-H-h23.1用欧拉法表示流体质点的加速度a等于:（3.23.3d2；（a）肝；（b）恒定流是：（a）流动随时间按一定规律变化;过流断面的速度分布相同；（d）一维流动限于：（)u ； (d)rU+(U)U。（

7、b）各空间点上的流动参数不随时间变化；（C）各迁移加速度为零。（a）流线是直线；（b）速度分布按直线变化；（C）流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d）流动参数不随时间变化的流动。3.4均匀流是：（a）当地加速度为零（b）迁移加速度为零（C）向心加速度为零（d）合加速度为零3.5无旋流动限于：（a）流线是直线的流动（b）迹线是直线的流动（C）微团无旋转的流动（d）恒定流动3.6变直径管，直径 di =320mm,d2 =160mm流速Vi =s。v2为:（a） 3m/s ； （ b） 4m/s ； （c） 6m/s; （d） 9m/s。不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件

8、）？2(1) ux=2x(2) Ux = Xt23.2_,y ； Uy=xx(y 2y)22y ； Uy = xtyt(3) Ux= y22 12 22xz ； Uy= 2yz x yz ； Uz =_ x z已知不可压缩流体平面流动，在y方向的速度分量为2Uy= y -2 x+2y。试求速度在x方向的分量ux。等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、 以下关系：（）（a）3、4为面上各点，各点的流动参数有pi = P2 ；( b)P3= P4 ；(C)Z1 +-P- = Z2 + -P2 ；gg(d)z+_£ = z+皿。1B4B 3*亠2A2伯努利方程中Z+l表示：

9、（g 2g（a ）单位重量流体具有的机械能；（b）单位质量流体具有的机械能;有的机械能；（d）通过过流断面流体的总机械能。水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系：（c ）单位体积流体具1P1 二22P 2(a)pi>P2;(b)pi=P2; (c)pi < P2; (d)不定。黏性流体总水头线沿程的变化是：（a）沿程下降；（b）沿程上升；（c） 黏性流体测压管水头线的沿程变化是：（a）沿程下降；（b）沿程上升；（c） 利用皮托管原理，测量水管中的点速度）保持水平；（ ） 保持水平；（d）前三种情况都有可能。（d）前三种情况都有可能。v。如读值 h =60mm

10、求该点流速。汞水在变直径竖管中流动，已知粗管直径di =300mm流速v1 =6 m/s。为使两断面的压力表读值相同，试求细管直径（水头损失不计）。di =200mm流量计喉管直径=。现测得水银压差计读书d1为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径3d2 =i00mm石油密度=850 kg/m，流量计流量系数hp =150mm问此时管中流量 Q是多少。_IL dTin水由喷嘴射出，已知流量 Q = m3/s，主管直径 D =m/s，喷口直径d =0.im,水头损失不 计，求水流作用在喷嘴上的力。矩形断面的平底渠道，其宽度B为2.7m，渠底在某断面处抬高0.5m，该断面上游的水深为 2

11、m下游水面降低0.15m，如忽略边壁和渠底阻力，试求： （1）渠道的流量；（2）水流对底 坎的冲力。0mtm0比较在正常工作条件下，作用水头H，直径d相等时，小孔口的流量 Q和圆柱形外管嘴的流量Qn :（(a) Q>Qn ；(b)Q<Qn ；Q=Qn ；（ d）不定。圆柱形外管嘴的正常工作条件是:1=( 34) d，Ho<9m； (c) 1>( 34) d， Ho>9m；（a） 1=（ 34） d， H 0 >9m （ b）（d） l<（34） d，H0<9n。图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系是:(a) Qi <Q

12、2 ； (b) Qi>Q2 ; ( c)并联管道1、2,两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度12=311，通过的流量为：（）1Qt 并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是:(a)(c)(a)Qi=Q2 ； ( b)Qi =Q2 ; (d)Q1 =Q2 ；Qi =3 Q2。hfAB = hfi + hf2 + hf3 ；(b)hfAB = hfi + hf2 ； ( c)hfAB = hf 2 + hf 3 ；hfAB = hfi = hf2 = hf3。Qi=Q2 ； ( d)不定。长管并联管道各并联管段的：（a）水头损失相等；（b ）水里坡度相等;（c）总能量损失相等；（d）通过

13、的流量相等。并联管道阀门为K全开时各段流量为Qi、Q2、Q3，现关小阀门K,其他条件不变，流量 的变化为：（Q2TK(a)Qi、Q2、Q3都减小；(b)Qi减小，Q2不变，Q3减小;(c)Qi减小，Q2增加，Q3减小;(d)Qi不变，Q2增加，Q3减小。水箱用隔板分为A、Q3B两室，隔板上开一孔口，其直径6=4。口，在B室底部装有圆柱形外管嘴，其直径d2=3cm。已知H =3m h3=0.5m，试求：（1）， h? ； （2）流出水箱的流量 Q 。J11h1dih2Hd2h3J1 Q有一平底空船，其船底面积为8m2，船舷高卸为0.5m，船自重_丄为，现船底破一直径10cm的圆孔，水自圆孔漏入船

14、中，试问经过多少时间后船将沉没。a=，转弯 b=，出口C =1，虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度11 =3m l2 =5m直径d =75mm两池水面高差H =2m 最大超高h=1.8m，沿程摩阻系数=，局部损失系数：进口 试求流量及管道最大超高断面的真空度。C11h2HA1B水从密闭容器 A，沿直径d=25mm长l =10m的管道流入容器 B，已知容器A水面的相对压强pi =2at，水面高Hi=1m, H2 =5m沿程摩阻系数=，局部损失系数：阀门v =，弯头b=，试求流量。明渠均匀流只能出现在：（）（a）平坡棱柱形渠道；（b）顺坡棱柱形渠道；（C）逆坡棱柱形渠道；（d）天然河道中。水力最

15、优断面是：（a）造价最低的渠道断面；（b）壁面粗糙系数最小的断面；（C）过水断面积一点，湿周最小的断面；（d）过水断面积一定，水力半径最小的断面。水力最优矩形渠道断面，宽深比b/h是：（a）；（ b）；（ c）；（ d ）。在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将:（a）增大；（b）减小;（C）不变；（d）不定。在流量一定，渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将:（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。宽浅的矩形断面渠道，随流量的增大，临界底坡ic将：（a） 增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。梯形断面土渠，底宽 b=3m边坡系数m

16、=2,水深h=i.2m, 试求通过流量。底坡 i =，渠道受到中等养护，修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量Q=m /s，底坡 i =，试按水力最优断面设计断面尺寸。答案1-11-8 dcdbb aca2-12-10 acbdc cbbca2-12 解： p0 p43.0 1.4 gp52.51.4Hg g3.01.4gpa2.31.2Hgg2.51.2g2.51.4Hgg3.0pa2.32.51.21.4Hgg2.53.01.21.4gpa2.32.51.21.413.62.53.01.21.4gpa1.4 g答：水面的压强265.00 （ kPa）p0265.00kPa 。2-

17、13Ph11= Ph1322Ph2礼”eg-hd. - VA %V pg(h2-h1).% *Bpgh2-23 解：pAhC-si n45o2g 12.68 (kPa)Pbhc丄 sin 452g 26.55 (kPa)lbPaPB12.68 26.552 139.23 (kN)对A点取矩,P ADiP? AD2AB cos45o 0Pa l£2l cos45oPbPa l佗68 1 126.55 佗681 2cos45o31.009 (kN)答：开启闸门所需拉力 T 31.009kN。2-24解：（1）图解法。压强分布如图所示：h2 h ghlh24.51000 9.80714.7

18、1 (kPa)P P h -14.71 3 288.263 (kN)合力作用位置：在闸门的几何中心，即距地面(1.5m,-)处。2hl时，水压力P h, £2h2 rr h 2121.5 丄 1.556 (m1.5 12转轴位置距渠底的距离为:1.556 0.444 (m)可行性判定：当 hl增大时ych1h增大，则2Ic减小，即压力作用位置距闸门 ycA形越近，即作用力距渠底的距离将大于0.444 米。2- 25解：当挡水深达到hi时，水压力作用位置应作用在转轴上，当水深大于作用位置应作用于转轴上，使闸门开启。g hb 1.5 1000 9.807 1 0.811.7684(kPa

19、)答：转轴应设的位置 y 0.444m。2-26解：（1）水平压力：PxRSino 2sin 30o2 9.80722.066(kN)(7)(2)垂向压力：Fz V gRsin R cos12 29.807于 vT32 sin 30ocos30o227.996(kN) (?)合力：P JP2 P2J22.O662 7.996223.470 (kN)ar吨 19.920答：作用在闸门上的静水总压力23.470kN,19.92°。3- 13-6 dbcbc cUx Uy4xx 2y不能出现。Ux Uy能出现。UxUyUz2z2z不能出现。解：xUx2 2y- Ux2 2y x c2x 2

20、xy c y答：速度在x方向的分量Ux2x4- 14-5 cacadJ2 9.807 12.6 60 10 33.85 (m/s)4-8 解：U J-P j2gHg答：该点流速U 3.85m/s。4-10解：以过下压力表处的水平面为基准面，列伯努利方程如下:2P1g- hwi2V21V1P22V2.2gZ2hw1 2g2g0 ,Z13m z20，当P1P2时,有：V1229.8073 6294.8422222gzi(m/s)V29.744由连续性方程v2A2300馬235.5 (mm答：细管直径为235.5mm4-11 解：QkJHg1 hp油其中:0.95 ; K竺 J2 9.80740.0

21、359d2V 0.1hp 0.15 (m)Hg1 hp0.95 0.0359 J 13.6 1000 10.15V8500.0511575 (m/s ) 51.2 (l /s )答：此时管中流量Q 51.21/s。4-17解（1）取过轴线的水平面为基准面，列螺栓断面与出口断面的伯努利方程:pig21V12g22V22gp,2 V；v；Vi100050.9323.1821291.854( kPa)0.4 4073.18 (m/s)V2 A0.4 40.1250.93 (m/s)(2)取控制体如图所示,列动量方程。P1viP2-V2Q v2viPiAi二 F piAQ V2ViI29I.8540.

22、420.450.93 3.18143.239 (kN)答：水流作用在喷嘴上的力为4-19 解：(1)I43.239kN。以上游渠底为基准面，列上、下游过水断面的能力方程:Pi2 iV|其中:PiP2PaVihi2Vi2gZ2P22g0，zi2.0 m, z22.0 0.I5i.85 mQBh1，V2A Bh22.0 m, h22.00.I50.5i.35mQ21B2h；1B2h12Z22g2g ZiZ22gZi1 1B2h；B2hi21 h2Z2_2Bh2?22.7 1.352 9.807 0.158.47(m/s)QVi AiQBhi8.471.57（ m/s）2.7 2V2A2QBh28.

23、472.32（ m/s）2.7 1.35P2V2(2)取控制体如图，列动量方程PiViQ V2ViPiAip2 A2二 FpiAiP2 A?Vih22gBgBV2VigBV2Vi10009.8072.7221 352-1000 8.47 2.32 1.5722.48（kN）7-17-7 bbccd cc7-10解：要保持H不变,答：(1)渠道的流量Q 8.47 m/s ； (2)水流对底坎的冲力F 22.48kN。则补充水量应与流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均为Q 。A低K nAj2g H hh1H_hnAnA0.82 0.0320.62 0.0420.548可解得：h1整H1.54831.06h2Hhlh31.060.51.44 ( m0.640.04272 9.807 1.063.67 (l /s )答：(1) h11.06 mh21.44 m；流出水箱的流量Q3.67 L/s。7-11解：设船底到水面的水深为H0t ，船中水深为h ,下沉过程是平稳的，则有:H0H0从孔口流入的流量为A J至，为常数。当船沉没时:答：经过7-14 解:CL 9.8 1030.5 3J9.8 103 81000 8Y2 9.8 103