流体力学各种类型题

一、填空题流线不能相交（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）。由紊流转变为层流的临界流速七小于由层流转变为紊流的临界流速v:，其中v:称为（上临界）速度，七称为（下临界）速度。圆管层流的沿程阻力系数仅与（雷诺数）有关，且成反比，而和管壁粗糙程度无关。对圆管来说，临界雷诺数值Rek=（2000）。根据沿程阻力系数人变化特征，尼古拉兹实验曲线可分为五个阻力区，分别是（层流区）；（临界区）；（紊流光滑区）；（紊流过渡区）和（紊流粗糙区）。流体受压，体积缩小，密度（增大）的性质，称为流体的（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）。圆管层流中断面平均流速等于最大流速的（一半）。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（静止）、（同种）、（连续）的液体。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）。在现实生活中可视为牛顿流体的有（水）和（空气）等。文丘里管用于管道中（流量）的测定。在工程常用的温度和压强范围内，温度对流体粘度的影响很大，液体粘度随温度的升高而（减少），气体粘度随温度的升高而（增大）。作用在流体上的力有（表面力）和（质量力）两种。同流体有关的主要物理性质有流体的（惯性）、（压缩性）、（粘性）、（表面张力）等。判断等压面的原则，在重力场中（静止）、（连续）、（同种）的等压面是水平面。某种油的运动粘度是4.28X10-7m2/s，密度是678kg/m3，则其动力粘度为（2.9X10-4）Pa・S。流体流动时，引起能量损失的重要原因是（流体的粘性）流线与迹线一定重合的流动是（恒定流动）。流体在圆管中满流时，最大摩擦切应力在（管壁处），最小摩擦切应力在（轴线上），最小流速在（管壁处），最大流速在（轴线上）。任何实际流体的流动都存在（层流）和（紊流）两种截然不同的状态，这两种流态是通过（雷诺数）来划分的。描述流体运动的两种方法是（拉格朗日法）和（欧拉法）。半径为r的圆形过流断面，其水力半径（r/2）。矩形的断面300mmX400mm，风量为27000m3/h，则断面平均流速为（62.5 ）m/s。管道内水流速度突然变化的因素（如阀门突然关闭）是引发水击的条件，水本身具有（惯性和压缩性）则是发生水击的内在原因。善于发射的物体同时也善于（吸收）灰体与其他物体辐射换热时，首先要克服（表面热阻）达到节点，而后再克服（空间热阻）进行辐射换热。实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比，称为物体的（黑度）。傅立叶导热基本定律的数学表达式（Q=X七孑F）凡波长入=0.38~100四m的电磁波，属于（热射线）。1-831.在辐射换热系统中8F称为（表面热阻）。32.由两根同心圆管组成的间壁式换热器称为（管壳式换热器）。二、判断题当平面水平放置时，压力中心与平面形心重合。对一个工程大气压等于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，所有的运动要素不随时间变化的流体叫恒定流。对恒定流时，流线的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。错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。错一变直径管段，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。对粘滞力是物体固有的物理性质，它只有在液体静止状态下显示出来，并且是引起液体能量损失的根源。错实际流体中总水头线总是沿程下降的，而测压管水头线在一定条件下会沿程上升。对流体是一种承受任何微小的切应力都会发生连续变形的物质。对在平衡液体中等压面就是等势面。对毕托管是测定管道断面上点的流速的，其原理是基于能量守恒。对静水压强相同的点所构成的平面或曲面称为等压面。对长为b，高为h的充满运动流体的矩形截面管道，其水力半径是ah/2（a+h）。对圆形管的直径就是其水力半径。错21.有压的粘性管流，对流动起主导作用的是粘滞力。错在不可压缩流体中，流线族的疏密反映了该时刻流场中各点的速度大小。流线越密，流速越大，流线越疏，流速越小。对水平放置的等直径圆管道，沿水流方向，前一断面的压强水头一定大于后一断面的压强水头。对圆管层流时，任意截面的流速呈抛物面。对25.流体流动的阻力损失一般指沿程损失和局部损失。对理想流体没有粘性。对有水在同一水平管道中作稳定流动，管道横截面积越大，流速越小，压强就越小。错分析：水在同一水平管道作稳定流动，由连续性方程和伯努利方程，得由连续性方程有Av=AV2，所以A]<A2,所以v1>v2由伯努利方程有乌+岚=乙+冥，所以p<p，所以此说法不正确。Pg2gpg2g 七改

由直径为15cm的水平光滑的管子，把20°C的水抽运到空气中去。如果抽水保持水的流速为30cm/s,已知20C水的粘度a/=1.005X10-3Pa-S,则水在管子中的流动形态属于紊流。对分析：水在管子流动形态由雷诺数来确定。计算其雷诺数「 pud1x103x0.3x0.15Re= = =4.48x104>2000日 1.005x10-3可见做紊流流动。、选择题下面关于流体粘性的说法中，不正确的是：（D）粘性是流体的固有属性；粘性是运动状态下，流体有抵抗剪切变形速率能力的量度;C•流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重性；D.流体的粘度随温度的升高而增大。按连续介质的概念，流体质点是指：（D）流体的分子流体内的固体颗粒;几何的点;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。应用粘性流体总伯努利方程时，两截面之间（D）D.可以出现急变流D.工程大气压D.2次方成正比D.可以出现急变流D.工程大气压D.2次方成正比相对压强是指该点的绝对压强与（A）的差值。A.标准大气压 B.当地大气压 C.真空压强圆管层流中，沿程损失与流速的（D）A.0.5次方成正比 B.1.5次方成正比 C.1.0次方成正比有水在同一水平管道中流动，已知A处的横截面积为S/10cm2,B处的横截面积为SB=5cm2,A、B两点压强差为1500Pa，则A处的流速为（A）。A.1m/s B.2m/s C.3m/s D.4m/spu2pu2分析：由连续性方程Sa，M%得零2%；又由伯努利方程云+或带+或，即求出％的值。7.有水在一水平管道中流动，已知A处的横截面积为S7.有水在一水平管道中流动，已知A处的横截面积为SA=10cm2,点压强之差为1500Pa，则管道中的体积流量为（A）。A.1X10-3m3/s B.2X10-3m3/s C.1X10-4m3/s分析：按上题的步骤求出管中某处的流速，如A处的流速vA求出结果。B处的横截面积为SB=5cm2,A、D.2X10-4m3/s根据体积流量的定义Qv=SA%，即可8.气体与液体的粘度随着温度的升高分别（ BA.减小、减小B.增大、减小C.减小、增大D.增大、增大9.毕托管可以用作测量流体的（A.10.A.A.减小、减小B.增大、减小C.减小、增大D.增大、增大9.毕托管可以用作测量流体的（A.10.A.11.A.点流速B.断面平均流速在房间中利用火炉进行取暖时，传导和对流C.压强其传热方式为：（B.传导和辐射 C.传导、D.流量）D对流和辐射流体静压强P的作用方向为（A）。指向受压面 B.垂直指向受压面C.垂直受压面D.D.对流和辐射平行受压面A.A.下降 B.上升13.温度升高时，液体的粘度（A.升高 B.降低12.不可压缩理想流体在重力场中作稳定流动的系统中，总水头线是（C），而实际流体的总水头线是（A）。C.水平 D.可上可下），而气体的粘度（A）。不变 D.时升时降

在重力作用下的液体内部静压强随深度h按（ A）变化。A.直线 B.抛物线 C.对数曲线 。.双曲线下列各力中，不属于表面力的是（A）A.惯性力 B.粘滞力 C.压力 D.表面张力下列关于流体粘性的说法中，不准确的说法是（B）粘性是实际流体的物理性质之一构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力流体粘性具有阻碍流体流动的能力流体运动粘度的国际单位是m2/s。对流换热牛顿冷却定律式为由=a・△t-F（W）指出其中的热阻表达式是（B）1 AA.aF B.a•F C.以 D.a一般而言，金属比非金属（介电体）的导热系数值是（A）A.较高的 B.较低的 C.相等的 D.接近的格拉晓夫准则数Gr越大，则表征（A）A.浮升力越大B.粘性力越大C.惯性力越大D.动量越大水平圆筒外的自然对流换热的定型尺寸应取（B）D.圆筒壁厚度D.不变D.空间热阻D.D.圆筒壁厚度D.不变D.空间热阻D.再生式21.对于灰体，吸收率愈大，其反射率（A）A.愈小 B.愈大 C.适中由辐射物体表面因素产生的热阻称为（C）A.导热热阻 B.对流热阻 C.表面热阻管壳式换热器归类于（A）A.间壁式 B.回热式C.混合式四、计算题例题1-2.动力粘度p=0.172Pa・s的润滑油在两个同轴圆柱体的间隙中，如图，夕卜筒固定，内径D=120mm，间隙5=0.2mm，试求：当内筒以速度u=1m/s沿轴线方向运动时［图a］，内筒表面的切应力t；当内筒以转速n=180r/min旋转时［图b］，内筒表面的切应力t。解 内筒外径d=D—25=120—2x0.2=119.6mm①当内筒以速度u=1m/s沿轴线方向运动时，内筒表面的切应力duu0.172x1t1=目--=目5=0210=860Pa2nn②当内筒以转速n=180,/min旋转时，内筒的旋转角速度①=*，内筒表面的切应力600.172x2丸X180x119.6x10-3 60 =968.9Pa2x0.2x10-3补充例题3.如图，在两块相距20mm的平板间充满动力粘度为0.065（N・s）/m2的油，如果以1m/s速度拉动距上平板5mm，面积为0.5m2的薄板（不计厚度）。求（1）需要的拉力F；

(2(2)当薄板距下平面多少时？F最小。解(1)duu解(1)T=U——»U—Hdyn平板上侧摩擦切应力：T1=0.065X0005=13(N/m2)平板下侧摩擦切应力：T2=0.0655杰=4%(n/m2)拉力：F=(t1+T2)A=(13+4.33)X0.5=8.665(N)(2)F=0.065(上+__1_)H20-H对方程两边求导，当F'=0时求得H=10mm此时f最小。例2-1例2-1如图，敞开容器内注有三种互不相混的液体，P1=0.叩1p之=0.8p3，求侧壁处三根测压管内液面至容器底部的高度h至容器底部的高度h,h,h1 2 3图2-9敞开容器解；由连通器原理，列等压面方程，可得TOC\o"1-5"\h\z(h-2-2)pg=2pg，从而得h=6m3 1 1 3(h-2)pg=2pg+2pg，从而得知h=4+2pp=5.6m2 2 1 2 2 1 2hpg=2pg+2pg+2pg，从而得知h=2+(2p+2p)/P=4.88m1 3 1 2 3 1 1 2'' 3例2-2立置在水池中得密封罩如图所示，试求罩内A’,B,C三点的压强。图2-ii密封罩解；开口一侧水面压强是大气压，因水平面是等压面，B点的压强PB=0,则A点的压强：PA=p+pghAB=100x9.8x1.5=14710PaC点的压强： PC+PghBc=Pb即Pc=0-1000x9.807x2.0=-19614PaC点的真空压强 七=19614Pa例2-3容器A被部分抽成真空，容器下端接一玻璃管与水槽相通，玻璃管中水上升h=2m，水的密度P=1000kg}m3，求容器中心处的绝对压强P和真空度P，当时当地大气压P=98000Pa。图2-12水槽解；由水槽表面取等压面，有P+Pgh=P，则A aP=P-pgh=98000-1000x9.8x2=78400PaAaP=P—P=98000—78400=19600PavAaA例题2-5水车沿直线等加速行驶，水箱长l=3m，高H=1.8m，盛水深h=1.2m，如图。试求，确保水不溢出时加速度的允许值。

解：选坐标系(非惯性系)Oxyz,O点置于静止时液面的中心点，Oz轴向上，由式dp=p(解：选坐标系(非惯性系)Oxyz,O点置于静止时液面的中心点，Oz轴向上，由式dp=p(Xdx+Ydy+Zdz)质量力X=-a，Y=0，Z=-g代入上式积分，得P=p(-ax-gZ)+C由边界条件，x=0，z=0，p=pa得C=Pa则P=Pa+P(—ax—gz)令p=p得自由液面方程z=——xg使水不溢出，x=1.5m，zWH-h=0.6m，代入上式，解得a<—gz=—9.8:，.6=3.9m/52x—1.5例2-8一直径为1.25m的圆板倾斜地置于水面之下(书P27图2-24)，其最高点A，分别为0.6m和1.5m，求作用于圆板一侧水压力大小和压力中心位置。最低点B到水面距离图2-24圆板水压力解；圆板形心(圆心)在水面之下hc=(1.5+0.6).2=1.05myc=1.05x1.25..(1.5—0.6)=1.458m圆板面积a=兀d2..辑=3.14x1.252..叫=1.227m2形心压强

pc=pghC=1.05X9807=10297Pa圆板一侧水压力大小为P=pcA=10297x1.227=12634N对于圆板Ic=兀d4.64=3.14x1.254,64=0.12m4压力中心在形心之下，两点沿圆板距离为y=I/(AJ)=0.12.(1.227x1.458)=0.067me C c由此可得压力中心距形心0.067m。作业2-1如图，求图中的A、B点的相对压强各为多少？(单位分别为Pa和H2O表示)题2-1图题2-1图Pu 7B pghhg=3.0m,hAB=3.5m,hb=Pg=3.0mH2O,Pb= g=9.8x1000x3.0=29400pa,Pa=Pb-Pghg=2.94x104-9.8x1000x3.5=-4900pa,h1=pg=-0.5mH2O作业2-3如图，已知水箱真空表M的读数为0.98kPa，水箱与油箱的液面差H=1.5m，水银柱差h2=0.2m，P油=800kg/m3，求h1为多少米？解：H=1.5m，h2=0.2m，p油=800kg/m3根据真空表读数，可知M点牛相对压强PM=-980PaV1-2是等压面P=P+pg(H+h+h)1M 1 2P=Pgh+Pgh2油1Hg2.••有P+pg(H+h+h)=pgh+gghM 1 2油1Hg2-980+9.8x1000(1.5+h1+0.2)=9.8x800h1+13600x9.8x0.2解方程得：h1=5.6m作业2-5图示密闭容器，压力表的示值为4900Pa，压力表中心比A点高0.4m，A点在水面下1.5m，求水面压强。解：PM=4900Pa，h1=0.4m，h2=1.5mPA=Po+pgh2=PM+pghiPo=PM+pg(h1-h2)=4900-9.8x1000x(0.4-1.5)=-5800Pa

作业2-7已知图示倾斜微压计的倾角0=30°,测得l=0.5m,容器中液面至测压管口高度h=0.1m,求压力p。解：口=30°L=0.5m,h=0.1mP+Pgh=pglsinP有：P=Pg(lsina-h)=9.8x1000x(0.5xsin30°-0.1)=1470pa解：作业2-17如图所示，宽为1m，长为AB的矩形闸门，倾角为45°，左侧水深h1=3m，h2=2m，试用图解法求作用于闸门上的水静压力。解：绘制压强分布图：压力分为两部分：P=Pg(h-h)l =103x9.8x(3-2)，、0=6.93Pa1 1 2ABp=-pg(h-h)l=103x9.8x(3-2)x巨=27.72Pa2 2 1 2AC总压力大小：P=P1+P「6.93+27.72=34.65Pa例3-2图中的氨气压缩机用直径《=76.2皿的管子吸入密度p1=4k^rn3的氨气，经压缩后，由直径d2=38.1mm的管子以u2=10ms的速度流出，此时密度增至P2=20kg/m3。求：①质量流量Q^；

①可压缩流体的质量流量为②流入速度、。解;Q=mpuA=20X；X0.0381=0228kg/s①可压缩流体的质量流量为②流入速度、。解;Q=m②根据连续方程puA=puA=0.228kg.1 1 1 2 2 20.228u= =9.83m.s14xl0.0762例3-3（图P493-8（b））所示，输水管道经三通管汇流，Q=1.5m3s,Q=2.63ms2Q山，试求断面平均流速例3-3（图P493-8（b））所示，输水管道经三通管汇流，Q=1.5m3s,Q=2.63ms2Q山，试求断面平均流速2。解；流入和流出三通管的流量相等，即Q+Q=Q1 2 3则可得断面平均流速、，QQ-Q26-15\o"CurrentDocument"七=才=-A^= =E2 2作业3-6如图所示，油从铅直圆管向下流出，管直径，过流断面面积u=1.4m/s，试求管口处下方H=1.5m处的速度和油柱直径。d]=10cm，管口处的速度为题3-6图解：d1=10cm=0.1m，v1=1.4^n/s,H=1.5m.V2以过2-2断面为基准面，忽略能量损失，列1-1,2-2断面方程:H+0+2gV2—2-=0+0+2g(注：Z1=H,z2=0,p1=p2=0)_ 1.42 V21.5+0+——=0+0+―—n2X9.8 2X9.8V2=5.6m/s根据连续性方程:……Vd2 , 'v7VA=VAn=-^nd=d=11 22 V2d12 2E10.05m作业3-8利用毕托管原理测量输水管的流量如图示。已知输水管直径d=200mm，测得水银差压计读数△h=60mmHg，若此时断面平均流速u=0.84"皿^这里为毕托管前管轴上未受扰动水流的流速。问输水管中的流量Q为多大？口解：d=200mm=0.2m.hp=60mm0.06m.v=0.84max列A.B点的能量方程：0+P+0=0+&+竺nu='2g(Pa-乌)Pg Pg2g \ pg pgPPpA-B=(d-1).h压差计测定：Pg Pg PP=12.6x0.06=0.756m.则：d2x9.8xO.756=3.85m/s圆管流动中最大流速在管轴处，即为A点流速.平均流速：v=0.84u=3.23m/s.机-d2=3.23x314x0.22=0.10m3/s流量：Q=4 4作业3-9如图所示，水管直径50mm，末端阀门关闭时，压力表读值为21kPa。阀门打开后读值降至5.5kPa，如不计水头损失，求通过的流量。解：d=50mm=0.05m，P「21kpa，P2=5.5kpa闸门关闭时列1-1，2-2断面能量方程：H+0+0=0+P+0Pg八八八P如阀门打开时列1-1，2-2断面能量方程：H+0+0=0+—。+—Pg 2g联立方程得:=5.6m/s,X"'•2x(21x103-5.5x103)邙(p1-p2)=!=5.6m/s1000流量：Q=u--d2=5.6x314x0.052=0.011m3/s4 41000作业3-12如图所示，水自上而下流动，已知d]=30cm，d2=15cm，U形管中装有水银，d=80cm，b=10cm，试求流量。解：d]=30cm=0.3m，d2=15cm=0.15m，d=80cm，b=10cm=0.1m以1-1断面为基准面，忽略能量损失，列1-1，2-2断面能量方程:P u2 P u20+—^+―^=d+-^+-^―Pg2g Pg2g根据压差计：t—(d+%)=(里-1)•b=12.6x0.1=1.26mTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Pg Pg P根据连续性方程：=2=jnu=0.25u\o"CurrentDocument"1 1代入能量方程，有：\o"CurrentDocument"…u2 (0.25U)2 八,1.26=-^— nu=5.1m/s\o"CurrentDocument"2g 2g 2\o"CurrentDocument"流量：Q=u-d2=5.1x314x0.152=0.09m3/s242 4传热学例8-1.某建筑物的一面砖砌外墙长4m，高2.8m，厚240mm，内表面温度为t]=18°C，外表面温度t2=-19°C，砖的导热系数40.7W/(m・C)。试计算通过这面外墙的导热量。解：通过1m2外墙的热流量为：q==18—(—19)=107.9W/m2『 8 0.24人0.7通过外壁的总热量为:Q=q•F=107.9x4x2.8=1208W传热学例8-2.锅炉炉墙由三层材料叠合而成。内层为耐火砖，厚度8]=250mm，导热