工程流体力学练习题及答案

1、 工程流体力学练习题及答案流体力学练习题一、填空题1流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介 质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性 流体力学模型。在现实生活中可视为牛顿流体的有水和空气 等。流体静压力和流体静压强都是压力的一种量 度。它们的区别在于：前者是作用在某一面积上 的总压力;而后者是作用在某一面积上的平均压 强或某一点的压强。均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学 规律。和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。6空气在温度为290K，压强为76ommHg时的密 度和容重分别为a 1.2 kg/m3和a 11.77N/m3o7 流体受压，体积缩小，密度土 的性质，称

2、为流体的压缩性；流体受热，体积膨胀，密度 减少的性质，称为流体的热胀性。8压缩系数 的倒数称为流体的弓,以上来表示9.1工程大气压等于 98.07千帕，等于10m水 柱高，等于735.6毫米汞柱高。 静止流体任一边界上压强的变化， 将等值地 传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是也 静压强等值传递的帕斯卡定律。流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法 线方向。液体静压强分布规律只适用于静连续液体。静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。.测压管是一根玻璃直管或u形管，一端连接 在需要测定的容器孔口上， 另一端开口，直接和 大气相通。在微压计测量气体压强时，其倾角为30，测得 I 20

3、cm 贝V h=10cm。16作用于曲面上的水静压力p的铅直分力Pz等 于其压力体内的水重。通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。流线不能相交（驻点处除外），也不能是折 线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一 个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直 线。静压、动压和位压之和以Pz表示，称为总压。液体质点的运动是极不规则的， 各部分流体 相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。21 流体力学是研究 流体平衡 和 运动规律 的 一门科学。根据在理想流体运动中微团有没有旋转角速 度，可以把运动划分为有旋运动和无旋运动。在湍流理论中，通常采用下面三种平均方法 时间平均、空间平均、

4、统计平均。早在19世纪，斯托克斯对粘性流体和亥姆 霍兹对理想流体都指出，对于像流体这样可以变 形的物质的运动可以分解成平移、旋转、变形三 种运动。25 在微压计测量气体压强时，其倾角为30 ,测得i 20 cm贝H h=其压力体内的水重。管路系统分类按能量损失的类型分为长管、 短管。 现象相似的充要条件是，边和初始 条件相似，满足同一微分方程式。液体质点的运动是极不规则的， 各部分流体 相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。表征流体运动状态的物理量称为流体的运动要素。30粘性流体能量损失一般分沿程损失和局部损失_。在静力平衡时不能承受 剪切力一的物质就是 流体。按其工作原理泵可分为容积泵_、叶片

5、泵_、其他类型的泵一。-离心泵按叶轮数目可分为_单级、多级。温度对流体粘性的影响是，随温度的升高， 液体的粘度减小，气体的粘度增大。风机根据风机产生的压力大小可分为-低压 风机_、_中压风机一、_高压风机一。二、判断题当平面水平放置时，压力中心与平面形心重 合。对个工程大气压等于 98kPa,相当于10m水柱 的压强。对静止液体自由表面的压强，一定是大气压。错静止液体的自由表面是一个水平面，也是等 压面。对当静止液体受到表面压强作用后，将毫不改 变地传递到液体内部各点。对当相对压强为零时，称为绝对真空。错某点的绝对压强小于一个大气压强时即称该 点产生真空。对&流场中液体质点通过空间点时，所有的

6、运动 要素不随时间变化的流体叫恒定流。对9 恒定流时，流线随的形状不随时间变化，流 线不一定与迹线相重合。错10.渐变流过水断面上动水压强的分布规律可近 似地看作与静水压强分布规律相同。对流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间 可以相交。错变直径管段，A断面直径是B断面直径的 2倍，则B断面的流速是A断面流速的4倍。对弯管曲率半径Rc与管径d之比愈大，则弯 管的局部损失系数愈大。错流线和迹线实质上是一回事。错实际流体圆管层流的内摩擦力分布是中间 最大，管壁边缘为零的线性分布。错作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直 于通过该点的等压面。对静止流体中任何一点上各个方向的静压力大 小相等，与作用面

7、方位无关。对水力半径R与流动阻力成正比。 错流体静压强的方向不一定重合于受力面的 内法线方向。错在相同的断面面积A与相同的水头H的条件 下，管嘴的出流量大于孔口。对毛细管现象中，液体上升高度与管子直径成 反比，并与液体种类及管子材料有关。对三、简答题什么是粘滞性？什么是牛顿内摩擦定律？不 满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非 牛顿流体？答：粘滞性是当流体流动时，在流体内部显示 出的内摩擦力性质。牛顿内摩擦定律是：T A乎；不满足牛顿内摩dy 7擦定律的流体是非牛顿流体。在流体力学当中，三个主要的力学模型是指 哪三个？答：（1）连续介质；（2）无粘性流体；（3）不可 压缩流体。什么是理想流体

8、？答：理想流体即指无粘性流体，是不考虑流体的 粘性的理想化的流体。什么是实际流体？答：考虑流体的粘性的流体。5什么是不可压缩流体？答：不计流体的压缩性和热胀性的而对流体物理 性质的简化。为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内 法线？答：由于流体在静止时，不能承受拉力和切力， 所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内 法线方向。流体的密度：单位体积流体所包含的质量。 8等压面：在流体中压强相等的点组成的面称 为等压面。定常流动：流场中各空间点上所有流动参数 均与时间变量t无关，称作定常流动。重度：单位体积流体所受的重力称为重度。11膨胀系数：压力不变时，单位温度的变化所 引起的体积的相对变化量称

9、为膨胀系数。系统：众多流体质点的集合称为系统。过流断面：与总流或流束中的流线处处垂直 的断面称为过流断面。四、计算题1 图示为一采暖系统图。由于水温升高引起水的体积膨胀，为了防止管道及暖气片胀裂，特在 系统顶部设置一膨胀水箱，使水的体积有自由膨 胀的余地。若系统内水的总体积V 8m3,加热前 后温差t 50OC，水的膨胀系数 0.0005，求膨胀水 箱的最小容积。50由0.2 m3故 膨胀水箱的最小容积为0.2 m3有一矩形底孔闸门，高 h 3m，宽b 2m, 上游水深hi 6m下游水深h2 5m。试用图解法及 解析法求作用于闸门上的水静压力及作用点？P PhP下he Ahe A9.807 6

10、(4.5 3.5)59 kN作用于闸门中心P h2) A b h9.807 6 59kN宽为1m，长为AB的矩形闸门，倾角为45 , 左侧水深h1 3m，右侧水深h2 2 m。试用图解法 求作用于闸门上的水静压力及其作用点？压强分布图略，根据图计算如下:P2sin 45 2h22.9.807 3211 9.807 222 262.3 27.65 34.65 kP yD R yiP2 y即hi.33m时，闸门便自动打开。5如下图，气缸内壁的直径D = 12厘米，活塞 的直径d = 11.96厘米，活塞的长度1=14厘米，润滑油液的 =1泊，活塞往复运动的速度为1米/秒，试问作用在活塞上的粘滞力为

11、多少?du _ dy n1001/2 (12 11.96)解:5 103将以上数值代入公式，dudy0.15 1035 102N /m2接触面积 A dl 0.1196 0.140.053m2所以 T A 0.053 5 10226.5N6 试按复式水银测压计的读数算出水面上蒸汽 的绝 对压强 p。已知：H=3m,h1=1.4m h2=2.5m,h3=1.2m,h4=2.3m,水银的密度 p =13600kg/m3。解 ：P3=pa+ 汞(h 4-h 3)=1 X 105+13600 X9.8(2.3-1.2)=246608paP 2= p3-水(h2-h3)= 246608-9800 X (

12、2.5-1.2)=233868paP1= P2+ 汞(h2-hi)= 233868+13600 X 9.8 X(2.5-1.4)=380476paP=Pi-水(H-hi)= 380476-9800 X(3-1.4)=364796pa 7下图所示的管段，d仁2.5厘米,d2=5厘米， d3=10厘米。当流量为4升/秒时，求各管段的平均流速。旋动阀门，使流量增加至8升/秒，或使流 3/ 量减少至2升/秒时，平均流速如何变化?解：(1)根据连续性方程=iA= ?A= 3氏,i=Q/Ai= 4 10-3=8.16m/s2.5 10 2 2dd22=8.16 X4225 =2.04 m/s52 23= 1 暑=816 X 15 =51 m/s(2)各断面流速比例保持不变，流量增加至 8升时，即流量增加为2倍，则各段流速亦增加 至2倍，即1 = 16.32 m/s , 2=4.08 m/s, 3=1.02 m/s 流量减少至2升时，即流量减小至1/2,各 流速亦为原值的1/2。即1 = 4.