工程流体力学习题及答案(李良)

1/1工程流体力学习题及答案(李良)工程流体力学习题

第一部分流体及其物理性质

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。

2、与牛顿内摩擦定律有关的因素是：

A、压强、速度和粘度；

B、流体的粘度、切应力与角变形率；

C、切应力、温度、粘度和速度；

D、压强、粘度和角变形。

3、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。

4、理想液体的特征是：

A、粘度为常数

B、无粘性

C、不可压缩

D、符合RTpρ=。5、流体运动黏度υ的国际单位是：

A、m2/s；

B、N/m2；

C、kg/m；

D、N·s/m2。

6、液体黏度随温度的升高而____，气体黏度随温度的升高而_____。

A、减小，升高；

B、增大，减小；

C、减小，不变；

D、减小，减小

7、下列说法正确的是：

A、液体不能承受拉力，也不能承受压力

B、液体不能承受拉力，但能承受压力

C、液体能承受拉力，但不能承受压力

D、液体能承受拉力，也能承受压力。

8、下列流体哪个属牛顿流体：

A、汽油；

B、纸浆；

C、血液；

D、沥青。

9、液体的黏性主要来自于液体：

A、分子热运动；

B、分子间内聚力；

C、易变形性；

D、抗拒变形的能力。

10、流体是一种物质。

A、不断膨胀直到充满容器的；

B、实际上是不可压缩的；

C、不能承受剪切力的；

D、在任一剪切力的作用下不能保持静止的。

11、简答题

（1）连续介质假设

（2）牛顿流体

（3）流体微团

12、如图所示为压力表校正器。器内充满压缩系数为βp＝4.75×10－101/Pa的

油液，器内压力为105Pa时油液的体积为200mL。现用手轮丝杆和活塞加压，活塞直径为1cm，丝杆螺距为2mm，当压力升高至20MPa时，问需将手轮摇多少转？

解：p0＝105Pa，p＝20MPa，βp＝4.75×10－101/Pa，

V0＝200mL，d＝1cm，δ＝2mm。由式

pVVddp-=β，得

361066p00m1089.11075.410)1.020(10200)(?=???-??=-=β?ppVV

04.12002

.001.014.31089.14426

2=????=?=-δπdVn约需要将手轮摇12转。

13、在相距1mm的两平行平板之间充有某种黏性液体，当其中一板以1.2m/s的速度相对于另一板作等速移动时，作用于板上的切应力为3500Pa。试求该液体的黏度。解：由ddvyτμ=，3d11035002.917Pasd1.2yvμτ-?==?=?

14、

有一块30×40cm2的矩形平板，浮在油面上，其水平运动的速度为10cm/s，油层厚度δ＝10mm，油的动力粘度μ＝0.102Pa·s，求平板所受的阻力。

解：A＝30×40cm2，u＝10cm/s，δ＝10mm，μ＝0.102Pa·s。

根据牛顿内摩擦定律，得平板所受的阻力为N12.04.03.001

.001.0102.0dd=??-?==AyuTμ

第二部分流体静力学

1、水力学中，单位质量力是指作用在单位_____液体上的质量力。

A、面积

B、体积

C、质量

D、重量

2、在重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是

。

A、同一种液体；

B、相互连通；

C、不连通；

D、同一种液体，相互连通。3、压力表的读值是：

A、绝对压强；

B、绝对压强与当地大气压的差值；

C、绝对压强加当地大气压；

D、当地大气压与绝对压强的差值。

4、相对压强是指该点的绝对压强与的差值。A、标准大气压；B、当地大气压；C、工程大气压；D、真空压强。

5、图示容器内盛有两种不同的液体，密度分别为1ρ，2ρ，则有

A、g

pzgpzBBAA11ρρ+=+B、gpzgpzCCAA21ρρ+=+C、gpzgpzDDBB21ρρ+=+D、g

pzgpzCCBB21ρρ+=+

O

6、图示盛水封闭容器中，1、2、3在同一水平面上，则：

A、321ppp>>

B、321ppp>

D、321ppp<=

7、用U形水银测压计测A点压强，mm5001=h，mm3002=h，A点的压强是：

A、637002mN；

B、666402mN

C、695802mN

D、607602mN

8、对于相对平衡液体，有：

A、等压面不一定是水平面；

B、液体内部同一等压面上各点，处在自由液面下同一深度的面上；

C、g

pzgpzρρ2211+=+（对于任意的21,zz）；D、)ddd(dzZyYxXp++=ρ不成立。

9、对于相对平衡液体，说法正确的是：

A、等压面与质量力不正交；

B、等压面不可能为水平面；

C、等压面的形状与液体密度有关；

D、两种液体的交界面为等压面。

10、等压面与质量力关系是：A、平行B、斜交C、正交D、无关

11、露天水池，水深5m处的相对压强为：

A、5kPa、

B、49kPa

C、147kPa

D、205kPa

12、流体处于平衡状态的必要条件是：

A、流体无粘性；

B、流体粘度大；

C、质量力有势；

D、流体正压。

13、液体在重力场中作加速直线运动时，其自由面与处处正交。

A、重力；

B、惯性力；

C、重力和惯性力的合力；

D、压力。

14、简答题

（1）压力的特性

（2）绝对压力、相对压力与真空度之间的关系

15、图示封闭容器中有空气、油和水三种流体，压力表A读数为－1.47N/cm2。

(1)试绘出容器侧壁上的静压力分布图；(2)求水银测压计中水银柱高度差。

解：h1=3m，h2=2m，h3=0.6m，pm0=－1.47N/cm2，S油=0.7。

设油水分界面上的相对压力为pm1，容器底部的相对压力为pm2，U型管左侧汞水分界面上的相对压力为pm3，油深为h1，水深为h2，根据静力学方程，得

Pa5901398107.01047.1410m1m=??+?-=+=hpp油γ

Pa2552129810590121m2m=?+=+=hpp水γ

Pa314076.098102552132m3m=?+=+=hpp水γ

(1)根据以上数据即可绘出容器侧壁上的静压力分布图(上图)；

(2)水银测压计中水银柱高度差为

mm235m235.098106.13314073m==?==

?汞γph16、试按复式水银测压计的读数算出锅炉中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ρHg=13600kg/m3。

解：()phHgp+-=1OH12ρ()212Hg1phhgp+-=ρ

()232OH32phhgp+-=ρ()a34Hg3phhgp+-=ρ

()()212Hg1OH2

phhgphHg+-=+-ρρ()()a34Hg232OH2

phhgphhg+-=+-ρρ

()()a3412Hg321OH2

phhhhgphhhHg+-+-=+-+-ρρ()()()()()

Pa14.3663101013252.15.24.13807.910004.15.22.13.2807.913600a

321OH1234Hg2=+-+-??--+-??=+-++-=phhhHghhhhgpρρ()()()()()Pa366300.683101325

2.15.24.1380665.910004.15.22.1

3.280665.913600a

321OH1234Hg2=+-+-??--+-??=+-++-=phhhHghhhhgpρρ

17、U形水银压差计中，已知h1＝0.3m，h2＝0.2m，h3＝0.25m。A点的相对压力为pA＝24.5kPa，酒精的比重为0.8，试求B点空气的相对压力。

解：因为左右两侧的U型管，以及中部的倒U型管中1、2、3点所在的水平面均为等压面，依据题意列静力学方程，得

3B3hpp汞γ+=，232hpp酒精γ-=，

221hpp汞γ+=，121A)(phhp=++水γ

将以上各式整理后，可得到B点空气的相对压力为

Pa

10906.2)]25.02.0(6.132.08.0)2.03.0[(9810105.24)

()(4332221AB?-=+?-?++?+?=+-+++=hhhhhpp汞酒精水γγγ

以mH2O表示为OmH96.2981010906.224B-=?-==

水γph18、一矩形水箱长为l＝2.0m，箱中静水面比箱顶低h＝0.4m，问水箱运动的直线加速度多大时，水将溢出水箱

?

解：建立坐标系如图所示，水箱中水所受单位质量力分别为

af-=x，0y=f，gf-=z

代入等压面微分方程(2－13)式，积分后得等压面方程为

Czgxa=+

由边界条件：当0=x时，0=z，得0=C。将lx2

1-=，hz=代入上式得加速度为

2m/s924.30

.24.081.922=??==-=lghgxza19、如图所示为绕铰链O转动的倾斜角α=60°的自动开启式水闸，当水闸一侧的水位H=2m，另一侧的水位h=0.4m时，闸门自动开启，试求铰链至水闸下端的距离x。

解：设水闸宽度为b，水闸左侧水淹没的闸门长度为l1，水闸右侧水淹没的闸门长度为l2。

作用在水闸左侧压力为111AghFcpρ=其中

21Hhc=αsin1Hl=α

sin11HbblA==则

α

ραρsin2sin221bgHHbHgFp==作用在水闸右侧压力为2

22AghFcpρ=其中22hhc=αsin2hl=α

sin22hbblA==则

α

ραρsin2sin222bghhbhgFp==由于矩形平面的压力中心的坐标为

lbllbllAxIxxccycD3

22

1223

=+=+=

所以，水闸左侧在闸门面上压力中心与水面距离为α

sin321HxD?=

水闸右侧在闸门面上压力中心与水面距离为α

sin322HxD?=对通过O点垂直于图面的轴取矩，设水闸左侧的力臂为d1，则()xxldD=-+111

得

()αααsin3sin32sin111HxHHxxlxdD-=??

????--=--=设水闸右侧的力臂为d2，则()xxldD=-+222得

()αααsin3sin32sin222hxhhxxlxdD-=??

????--=--=当满足闸门自动开启条件时，对于通过O点垂直于图面的轴的合力矩应为零，因此02211=-dFdFpp

则??

???-=?????-ααρααρsin3sin2sin3sin222hxbghHxbgH????

?-=?????-ααsin3sin322hxhHxH()()

3322sin31hHxhH-=-αh

HhHhHhHhHx+++?=--?=2

22233sin31sin31αα()m0.7954.024.04.02260sin3122=++?+?=

x20、如图所示，在蓄水容器垂直壁的下面有一1／4圆柱面的部件AB，该部件的长度l=1.0m，半径R=0.4m，水深h=1.2m，试求作用在部件AB上的静水总压力，要求绘制水平分力的压强分布图和铅垂分力的压力体图。

21、蓄水容器上有三个半球形的盖，容器中装满水，如图下所示。已知：液

面高H＝2.5m，容器高h＝1.5m，盖的半径R＝0.5m。求：作用于三个半球形盖的水静压力。

22、矩形闸门AB宽为1.0m，左侧油深h1=1m，水深h2=2m，油的比重为

0.795，闸门倾角α=60o，试求闸门上的液体总压力。

解：设油，水在闸门AB上的分界点为E，则油和水在闸门上静压力分布如图所示。现将压力图F分解成三部分1F，2F，3F，而123FFFF=++，

其中

111.155msinsin60hAEα===?222.31msinsin60hEBα===?

Epγ=油10.795981017799Pah=??=

BEppγ=+水277999810227419Pah=??=

1E11I77991.1554504N22FpAE=?=??=

2EI77992.3118016NFpEB=?=?=

3BE11()I(274197799)2.3122661N22FppEB=-?=?-?=

故总压力1234504180162266145.18kNFFFF=++=++=

23、一弧形闸门，宽2m，圆心角α＝30°，半径r＝3m，闸门转轴与水平面齐平，求作用在闸门上的静水总压力的大小与方向(即合力与水平面的夹角)。

解：由图可知

m5.130sin3sin=?==αrh弧形闸门所受的水平分力为

N10207.25.1298102121422x?=???==bhPγ

弧形闸门所受的水平分力为

γαπγbhrrVP)cos21121(2Pz-==N1097.798102)30cos35.121314.3121(32?=?????-??=

总合力为kN46.2397.707.22222z2x=+=+=PPP

总合力与水平面的夹角为

86.1907.2297.7tgtg1xz1===--PPθ

第三部分流体动力学1、用欧拉法表示流体质点的加速度a等于：

A、

2

2

d

dt

r

；B、

v

t

?

?；C、()

vv

??；D、

()

t

?

+??

?

v

vv

。

2、恒定流是：

A、流动随时间按一定规律变化；

B、各空间点上的运动要素不随时间变化；

C、各过流断面的速度分布相同；