公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.1流体动力学基础

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.1流体动力学基础[单选题]1.设流场的表达式为：ux＝－x＋t，uy＝y＋t，uz＝0。求t＝2时，通过空间点（（江南博哥）1，1，1）的迹线为()。[2019年真题]A.x＝t－1，y＝4et－2－t＋1，z＝1B.x＝t＋1，y＝4et－2－t－1，z＝1C.x＝t－1，y＝4et－2－t－1，z＝1D.x＝t＋1，y＝4et－2＋t＋1，z＝1正确答案：C参考解析：解法一。当t＝2时，x＝1，y＝1，z＝1。则将ABCD四项均带入t＝2，求x、y、z，经计算，只有C项符合题意。解法二。迹线的方程为：dx/ux＝dy/uy＝dz/uz＝dt。则dx/dt＝ux＝－x＋t，dy/dt＝uy＝y＋t，dz/dt＝uz＝0。计算步骤如下：①设－x＋t＝X，y＋t＝Y，则x＝t－X，y＝Y－t。②代入方程可得，d（t－X）/dt＝X，d（Y－t）/dt＝Y，dz/dt＝0。③对方程进行积分，可得ln（X－1）＝－t＋c1，ln（Y＋1）＝t＋c2，z＝1。则X－1＝C1e－t＝－x＋t－1，Y＋1＝C2et＝y＋t＋1。因此，x＝－C1et＋t－1，y＝C2et－t－1，z＝1。又当t＝2时，x＝1，y＝1，解得：C<sub>1＝0，C2＝4/e2。代入C1、C_{2，整理得：x＝t－1，y＝4et－2－t－1。[单选题]2.下列说法错误的是()。[2017年真题]A.流速的大小可以由流线的疏密程度来反映B.流线只能是一条光滑的曲线或直线C.只有在恒定流中才能用迹线代替流线D.流线在任何情况下都不能相交正确答案：D参考解析：B项，流线是速度场的矢量线，它是某一确定时刻，在速度场中绘出的空间曲线。线上的所有质点在该时刻的速度矢量都与曲线相切，反映了该时刻不同流体质点的速度方向。A项，流线的疏密程度反映了此时刻流场中各质点速度的大小。C项，由于恒定流各空间点上速度矢量不随时间变化，故流线的形状与位置均不随时间变化，流线与迹线两者重合。D项，流线在一般情况下不相交，但在特殊点可以相交，例如驻点（即速度为零的点）。[单选题]3.下列说法正确的是()。[2014年真题]A.分析流体运动时，拉格朗日法比欧拉法在做数学分析时更为简便B.拉格朗日法着眼于流体中各个质点的流动情况，而欧拉法着眼于流体经过空间各固定点时的运动情况C.流线是拉格朗日法对流动的描述，迹线是欧拉法对流动的描述D.拉格朗日法和欧拉法在研究流体运动时，有本质的区别正确答案：B参考解析：A项，由于跟踪每一个质点的运动过于复杂，而从场的角度分析流体较为方便，故欧拉法更为便捷。BC两项，拉格朗日法是把流体的运动，看作无数个质点运动的总和，以部分质点作为观察对象加以描述，通过描述每一个质点的运动把握整体的流动，因此拉格朗日法又称迹线法；欧拉法是以流动的空间作为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动参数，通过描述物理量在空间的分布来研究整个流动，因此欧拉法又称流线法。D项，拉格朗日法和欧拉法都是对流体运动的描述，只是着眼点不同，因此不能说有本质的区别。[单选题]4.圆管均匀流中，与切应力成正比的是()。[2010年真题]A.圆管的直径B.圆管的长度C.圆管的表面积D.圆管的圆周率正确答案：A参考解析：均匀流过流断面上切应力按线性规律分布：τ/τ0＝r/r0，即在圆管均匀流中，切应力与半径成正比。切应力在轴线上为零，在管壁上可达最大值。[单选题]5.根据流体运动参数是否随时间变化可以分为稳定流动和非稳定流动，请问下面哪一种说法是正确的？()[2009年真题]A.流体非稳定流动时，只有流体的速度随时间而变化B.流体稳定流动时，任何情况下沿程压力均不变C.流体稳定流动时，流速一定很小D.流体稳定流动时，各流通断面的平均流速不一定相同正确答案：D参考解析：根据流场中流速等物理量的空间分布是否与时间有关，流体流动可以分为非稳定流动和稳定流动。非稳定流动中，流场中的各点流速随着时间变化，各点的压强、黏性力和惯性力也随着速度的变化而变化。稳定流动中，流场中各点流速不随时间变化，由流速决定的压强、黏性力和惯性力也不随时间变化。A项，流体非稳定流动时，不仅流体的速度随时间而变化，流体其他参数也可能随时间而变化。BC两项，稳定流动是指流场中每一空间点上的流动参数都不随时间变化的流动，又称恒定流动。因此是否稳定流动与流速大小无关，对于流场中的同一点，流动参数不变，但流动的沿程参数可能发生变化。D项，流体稳定流动时，根据质量守恒定律，其各流通断面的质量流量相同，由于截面大小不定，所以平均流速不一定相同。[单选题]6.运动流体的压强()。[2008年真题]A.与空间位置有关，与方向无关B.与空间位置无关，与方向有关C.与空间位置和方向都有关D.与空间位置和方向都无关正确答案：C参考解析：对于静止流体，压强与空间位置有关，与方向无关。对于运动流体，流体中因存在切向应力，故与空间位置和方向都有关。[单选题]7.流体力学对理想流体运用了以下哪种力学模型，从而简化了流体的物质结构和物理性质()。[2005年真题]A.连续介质B.无黏性、不可压缩C.连续介质、不可压缩D.连续介质、无黏性、不可压缩正确答案：D参考解析：流体的主要力学模型包括连续介质、无黏性流体、不可压缩流体等三种模型。其中，连续介质模型是对流体物质结构的简化；无黏性流体模型是不考虑黏性作用而对流体物理性质的简化；不可压缩流体模型是不计压缩性和热膨胀性而对流体物理性质的简化。[单选题]8.对于某一管段中的不可压缩流体的流动，取三个管径不同的断面，其管径分别为A1＝150mm，A2＝100mm，A3＝200mm。则三个断面A1、A2和A3对应的流速比为()。[2011年真题]A.16:36:9B.9:25:16C.9:36:16D.16:25:9正确答案：A参考解析：由连续性方程v1F1＝v2F2＝v3F3（同一管路上不可压缩流体的流量恒定）可知，则断面流速v与断面面积F成反比，所以断面流速v与断面直径A的平方成反比。本题中三个断面直径之比为：A1:A2:A3＝1.5:1:2，则断面面积之比为：F1:F2:F3＝1.52:12:22＝9:4:16，因此对应的流速比为：v1}:v2:v3＝16:36:9。[单选题]9.图3-1-1中相互间可以列总流伯努利方程的断面是()。[2016年真题]图3-1-1A.1—1和3—3B.1—1和4—4C.2—2和3—3D.2—2和4—4正确答案：D参考解析：列总流伯努利方程的断面必须是均匀流断面或缓变流断面，两断面之间可以是急变流。1—1断面是转弯的急变流；3—3断面是扩大的急变流；2—2和4—4断面为均匀流断面。因此相互间可以列总流伯努利方程的断面是2—2和4—4。[单选题]10.试建立图3-1-2中断面1－1和断面2－2之间的能量方程()。[2009年真题]图3-1-2A.B.C.D.正确答案：D参考解析：由题图可知，以总管段中心线为基准，则1—1断面和2—2断面的高度不同，即Z1≠Z2；流体从1—1断面流经2—2断面过程中，由于阻力损失hl1-2，压强降低，即P1＞P1；根据质量守恒定律，流体的流量不变，1—1断面管径大于2—2断面管径，因此v1＜v2。综上所述，根据伯努利方程可得，1-1断面和2-2断面之间的能量方程为：。[单选题]11.如图3-1-3所示轴流式风机的吸入管，由装在管壁下的U形测压管（内装水）测得压差高度为Δh，水的密度为ρ，空气密度为ρa，试确定风机的进风量()。[2010年真题]图3-1-3A.B.C.D.正确答案：C参考解析：以0断面为基准面。取1—1断面与2—2断面列伯努利方程：0＝p2/（ρag）＋u22/（2g）。由题意可得，2断面处的压强p2＝－ρgΔh，将其代入伯努利方程，可得：。[单选题]12.管路由不同管径的两管前后相连接组成，大管的直径dA＝0.6m，小管的直径dB＝0.3m。水在管中流动时，A点的压强PA＝80N/m2，B点的压强PB＝50N/m2，A点的流速v_{A＝1m/s，图3-1-4中B点比A点高1m，则水在管中的流动方向和水流经两断面的水头损失为()。[2012年真题]图3-1-4A.A流向B，0.76mB.A流向B，1.76mC.B流向A，0.76mD.B流向A，1.76m正确答案：D参考解析：连续性方程的公式为：FAvA＝FBvB，即dA2vA＝dB2vB。由题意可得，vA＝1m/s，dA＝0.6m，小管的dB＝0.3m，则vB＝（dA/dB）2vA＝（0.6/0.3）2×1＝4m/s。取A所在的平面为参考高度，A断面的总能量为：HA＝PA/（ρg）＋v_A2/（2g）＝80/（1000×9.8）＋12/（2×9.8）＝0.059m；B断面的总能量为：HB}＝ZB＋PB/（ρg）＋v_{B2/（2g）＝1＋50/（1000×9.8）＋42/（2×9.8）＝1.82m。由于HA＜HB，水流从高能量流向低能量，即水流从B流向A；根据能量守恒定律，两能量的差值为能量损耗，即两断面的水头损失hB－A＝HB－HA＝1.82－0.059＝1.76m。[单选题]13.某通风管道系统，通风机的总压头P＝980Pa，风量Q＝4m3/s，现需要将该系统的风量提高10%，则该系统通风应具有的总压头为()。[2013年真题]A.980PaB.1078PaC.1185.8PaD.1434.8Pa正确答案：C参考解析：风机通常与风道相连，风机提供的能量即风机的压头，主要用于空气流通过程中克服阻力损失，即h＝SHQ2。其中，阻抗SH＝8（λl/d＋∑ξ）/（π2d4g）。系统的阻抗SH不随风量Q的变化而变化，则h2/h1＝Q22/Q1}2。当该系统的风量提高10%，即Q<sub>2＝1.1Q1时，h₂/h1＝1.21，h2＝1.21×980＝1185.8Pa。[单选题]14.如图3-1-5所示，用水银压差计＋文丘里管测量管道内水流量，已知管道的直径d1＝200mm，文丘里管道喉管直径d2＝100mm，文丘里管的流量系数μ＝0.95。已知测出的管内流量Q＝0.025m3/s，那么两断面的压强差Δh为（水银的密度为13600kg/m3）()。[2014年真题]图3-1-5A.24.7mmB.35.6mmC.42.7mmD.50.6mm正确答案：C参考解析：由文丘里流量系数可得理想流体模型下的流量Q理＝Q/μ＝0.025/0.95＝0.0263m3/s，则1、2断面的流速为：v1＝4Q/（πd12）＝4×0.0263/（π×0.22）＝0.838m/s，v2＝4Q/（πd22）＝4×0.0263/（π×0.12）＝3.350m/s。取测压管所在断面1和断面2列伯努利方程：p1/（ρ水g）＋v12/（2g）＝p2ub>/（ρ水g）＋v_{22/（2g）。因为（ρHg－ρ水）Δh/ρ水}＝（v22－v12）/（2g），故Δh＝ρ水（v22－v1ub>2）/[（ρHg>－ρ_{水）（2g）]＝1000×（3.3522－0.8382）/[（13600－1000）×（2×9.8）]＝42.7mm。[单选题]15.用水银比压计测量管中的水流，测得过流断面流速ν＝2m/s，如图3-1-6所示：则A点比压计的度数Δh为()。[2013年真题]图3-1-6A.16mmB.20mmC.26mmD.30mm正确答案：A参考解析：同一轴流线上列伯努利能量方程：p1/（ρ水g）＝p2/（ρ水g）＋u2/（2g），即p1－p2＝ρ水u2/2。而p1－p2＝（ρ水银－ρ水）gΔh，则（ρ水银－ρ水sub>）gΔh＝ρ水}u2/2，Δh＝ρ水u2/[2g（ρ水银－ρ_{水）]＝1×22/[2×9.8×（13.6－1）]＝0.016m＝16mm。[单选题]16.如图3-1-7所示，容重为10000N/m3的理想流体在直管内从1断面流到2断面，若1断面的压强p1＝300kPa，则2断面压强p2＝()。[2007年真题]图3-1-7A.100kPaB.150kPaC.200kPaD.250kPa正确答案：A参考解析：以1断面所在的水平面为基准面，列1、2断面的理想流体伯努利方程：p1/（ρg）＝H＋p2/（ρg）。则p2＝p1－ρgH＝300×103－10000×20＝100000Pa＝100kPa。[单选题]17.用毕托管测定风道中的空气流速，已知测得的水柱hy＝3cm。空气的容重γ＝11.8N/m3；φ值取1，风道中流速为()。[2007年真题]A.22.1m/sB.15.6m/sC.11.05m/sD.7.05m/s正确答案：A参考解析：毕托管是一种常用来测量气体或者液体流速的仪器。对两个测点列伯努利方程：p1/γ＝p2/γ＋v2/（2g）。由题意可得，p1－p2＝ρghy}＝1000×9.8×0.03＝294Pa，φ为修正系数，则流速计算公式为：[单选题]18.z＋p/γ＋v2/（2g）＝C（常数）表示()。[2008年真题]A.不可压缩理想流体稳定流动的伯努利方程B.可压缩理想流体稳定流动的伯努利方程C.不可压缩理想流体不稳定流动的伯努利方程D.不可压缩黏性流体稳定流动的伯努利方程正确答案：A参考解析：伯努利方程是不可压缩流体一元稳定流动的能量方程，方程z＋p/γ＋v2/（2g）＝C的使用条件为：理想流体、稳定流动、质量力只有重力、不可压缩流体。[单选题]19.理想流体是指()。A.平衡流体B.运动流体C.忽略密度变化的流体D.忽略黏性的流体正确答案：D参考解析：流体的主要力学模型包括：①连续介质模型：假定组成流体的最小物质实体是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断地组成，质点之间不存在间隙。②无黏性流体模型（或理想流体）：忽略黏性的流体。③不可压缩流体模型：不考虑压缩性和热膨胀性（密度变化）的流体。[单选题]20.不可压缩流体是指()。A.平衡流体B.运动流体C.忽略密度变化的流体D.忽略黏性的流体正确答案：C参考解析：流体的主要力学模型包括：①连续介质模型：假定组成流体的最小物质实体是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断地组成，质点之间不存在间隙。②无黏性流体模型（或理想流体）：忽略黏性的流体。③不可压缩流体模型：不考虑压缩性和热膨胀性（密度变化）的流体。[单选题]21.稳定流动是指()。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D.不确定正确答案：B参考解析：根据流场中流速等物理量的空间分布是否与时间有关，流体流动可以分为非稳定流动和稳定流动。对于运动平衡的流动，流场中各点流速不随时间变化，由流速决定的压强、黏性力和惯性力也不随时间变化，即各空间点上的运动要素不随时间变化，这种流动称为稳定流动。[单选题]22.伯努利方程中p/γ＋z＋u2/（2g）表示()。A.单位质量流体具有的机械能B.单位体积流体具有的机械能C.单位重量流体具有的机械能D.通过过流断面流体的总机械能正确答案：C参考解析：在流场中选取元流，并在元流上沿流向取1、2两断面。以两断面间的元流段为对象，根据外力做功等于机械能增量的原理，可导出单位重量流体的能量方程，即p1/γ＋z1＋u12/（2g）＝p2/γ＋z2ub>＋u22/（2g），这就是理想不可压缩流体稳定元流能量方程，或称为伯努利方程。因此，p/γ＋z＋u2/（2g）表示单位重量流体具有的机械能。[单选题]23.水平放置的渐扩管，若忽略水头损失，断面形心点的压强，沿流动方向有以下关系()。A.P1＞P2B.P1＝P2C.P1＜P2D.不确定正确答案：C参考解析：根据连续性方程v1×（π/4）d12＝v2×（π/4）d22可知，当渐扩管的管径逐渐增大，即d1＜d2，则v1＞v2。根据伯努利方程P1/γ＋z1＋u12/（2g）＝P2/γ＋z2＋u<sub>22/（2g）可知，由于水平放置，则z1＝z2，当v<sub>1＞v2时，P1＜P2。[单选题]24.利用毕托管原理测量输水管中的流量Q。已知输水管直径d＝200mm，水银差压计读数hp＝60mm，断面平均流速v＝0.84umax，这里umax为毕托管前管轴上未受扰动水流的流速（图3-1-8）。则输水管中的流量Q为()L/s。图3-1-8A.100B.102C.103D.105正确答案：B参考解析：以轴线所在的面为基准面。沿轴线取壁面测压孔所在过流断面的轴线点和毕托管驻点列伯努利方程，得：P1/γ＝P2/γ＋umax2/（2g）。根据U型管测量压差原理，可得P1－P2＝（γ<sub>Hg－γ）hp。因此，umax的计算公式为：则流量Q＝vA＝0.84umax×（π/4）d2＝0.84×3.849×（3.14/4）×0.22＝0.102m3/s＝102L/s。[单选题]25.已知铅直输水管道的直径d＝200mm，在相距l＝20m的上下两点测压计读数分别为196.2kPa和588.6kPa其流动方向为______，其水头损失为______m（图3-1-9）。()图3-1-9A.向上，10B.向下，10C.向上，20D.向下，20正确答案：C参考解析：根据机械能的大小判断水流方向，水流方向为从机械能大的断面流向机械能小的断面。以下断面为基准面。上断面的机械能为：HS＝ps/γ＋zs＋us2/（2g）＝196.2×103/（1000×9.8）＋20＋us2/（2g）＝40＋us2/（2g）；下断面的总机械能为：Hx＝px/γ＋zx＋ux2/（2g）＝588.6×103/（1000×9.8）＋0＋ux2/（2g）＝60＋u_{x2/（2g）。由于上下断面管径相同，流量相同，因此流速相同即us}＝uxub>。因此，H<sub>x＞HS，水流方向从下到上。水头损失ΔH＝Hx－HS＝60－40＝20m。[单选题]26.试用文丘里流量计测量石油管道的流量q()L/s。已知管道直径d1＝200mm，文丘里管喉道直径d2＝100mm，石油的密度ρ＝850kg/m3，文丘里管的流量系数μ＝0.95，水银差压计读数hp＝150mm（图3-1-10）。图3-1-10A.51.2B.52.2C.53.2D.54.2正确答案：A参考解析：计算步骤如下：①计算两断面速