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：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；A、粘度为常数C、不可压缩5、流体运动黏度υ的国际单位是：A、m2/s；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。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A、不断膨胀直到充满容器的；（1）连续介质假设（2）⽜顿流体（3）流体微团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？=β,得04.12002.001.014.31089.144262==?=-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-?==?=?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。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D、同⼀种液体，相互连通。3、压⼒表的读值是：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AA21ρρ+=+C、gpB21ρρ+=+OA、637002mN；B、666402mNC、695802mN8、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；pzgpzρρ2211+=+（对于任意的21,zzD、)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：D、无关11、露天水池，水深5m处的相对压强为：A、5kPa、D、205kPa12、流体处于平衡状态的必要条件是：（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。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γPa2552129810590121m2m=?+=+=hpp⽔γPa314076.098102552132m3m=?+=+=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mm235m235.098106.13314073=?汞γph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。()()a34Hg232OH2()()a3412Hg321OH2()()()()()Pa14.3663101013252.15.24.13807.910004.15.22.13.2807.913600a321OH1234Hg2=+-+-??--+-??=+-+---+-=phhhHghhhhgpρρ()()()()()Pa366300.6831013252.15.24.1380665.910004.15.22.13.280665.913600a17、U形⽔银压差计中，已知h1＝0.3m，h2＝0.2m，h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γph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1-=，hz=代⼊上式得加速度为2m/s924.30.081.922=??==-=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αραρsin2sin221b作⽤在⽔闸右侧压⼒为2其中αραρsin2sin222b由于矩形平⾯的压⼒中⼼的坐标为22=+=+=所以，⽔闸左侧在闸门⾯上压⼒中⼼与⽔⾯距离为αsin321HxD?=⽔闸右侧在闸门⾯上压⼒中⼼与⽔⾯距离为α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()αααsin3sin32sin111HxHH--=--=设⽔闸右侧的⼒臂为d2，则()xxldD=-+222得()αααsin3sin32sin222hxhh--=--=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-=?-ααρααρsin3sin2sin3sin222hxbghHxbgH?-=-ααsin3sin322hxhHxH3322sin31-α233sin31sin31αα()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1.155msinsin60hAEα=2.31msinsin60hEBα=10.795981017799Pah=??=277999810227419Pah=??=()I(274197799)2.3122661N22FppEB=-?=?-?=故总压力1234504180162266145.18kNFFFF=++=++=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N10207.25.12981021γ21422x?===bhPγ弧形闸门所受的水平分力为γ121(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、22drvtvvtvvvA、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、迁移加速度为零。3、⼀元流动限于：A、流线是直线；B、速度分布按直线变化；C、运动参数是⼀个空间坐标和时间变量的函数；D、运动参数不随时间变化的流动。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、合成加速度为零。5、变直径管，直径D1=320mm，D2=160mm，流速v1=1.5m/s，v2为：A、3m/sB、4m/sC、6m/sD、9m/s6、恒定流动中，流体质点的加速度：C、随时间变化⽽变化；D、与时间⽆关。7、在流动中，流线和迹线重合。8、粘性流体总⽔头线沿程的变化是：A、沿程下降B、沿程上升C、保持⽔平D、前三种情况都有可能9、粘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、保持⽔平D、前三种情况都有可能10、流线与流线，在通常情况下：A、能相交，也能相切；B、仅能相交，但不能相切；C、仅能相切，但不能相交；D、既不能相交，也不能相切。11、欧拉法研究的变化情况。A、每个质点的速度B、每个质点的轨迹C、每个空间点的流速D、每个空间点的质点轨迹12、应⽤总流的伯努利⽅程时，两截⾯之间。A、必须都是急变流B、必须都是缓变流C、不能出现急变流D、可以出现急变流13、欧拉法描述流体质点的运动：伯努利⽅程中2断⾯流体的总机械能。16、⽔平放置的渐扩管，如忽略⽔头损失，断⾯中⼼的压强，有以下关系：⽂丘⾥管⽤于测量（）。A、⼤于⼤⽓压B、等于⼤⽓压C、⼩于⼤⽓压动能修正系数是反映过流断⾯上实际流速分布不均匀性的系数，流速分布，系数值，当流速分布时，则动能修正系数的值接近于。C、越不均匀；越⼩；均匀；零。动量⽅程式中流速和作⽤⼒。A．流速有⽅向，作⽤⼒没有⽅向。B．流速没有⽅向，作⽤⼒有⽅向。简答题（1）拉格朗⽇法与欧拉法的区别（2）流线与迹线（3）过流断⾯（4）伯努利⽅程的物理意义（5）⽓⽳与⽓蚀（6）控制体22、图⽰⼀有压管道，⼩管直径dA=0.2m，⼤管直径dB=0.4m，A点压强⽔头为7mH2O，B点压强⽔头为4mH2O，已知⼤管断⾯平均流速vB=1m/s，B点⽐A点⾼1m。求管中⽔流的⽅向。⽔管直径50mm，末端的阀门关闭时，压⼒表读数为21kN/m2，阀门打开后读数降⾄5.5kN/m2，如不计管中的压头损失，求通过的流量。211=??==⽤⽔银压差计测量⽔管中的点速度u，如读数Δh＝60mm，求该点流速。解：根据题意，由流体静⼒学⽅程，得h列伯努利⽅程，基准⾯取在管轴线上，得2021则85.31006.01081.9)16.13(2)(2)30=-?=-=h流量为0.06m3/s的⽔，流过如图所⽰的变直径管段，截⾯①处管径d1=250mm，截⾯②处管径d2＝150mm，①、②两截⾯⾼差为2m，①截⾯压⼒p1＝120kN/m2，压头损失不计。试求：⽔向下差计的读数。解：(1)由连续性⽅程，得m/s223.125.014.306dQuπm/s397.315.014.306222=??==(2)列出①、②两截⾯间的伯努利⽅程，基准⾯取在②截⾯上；同时列出U型管的静⼒学⽅程，g22211得223322222112kN/m6.134N/m106.13410)397.321223.121281.9120(22=?=??-?+?+=-++=γγγguguHppmm6.40m0406.01081.9)16.13(10)281.96.134120()(3321==??-??+-=-+-=γγγ?汞Hpph26、供⽔系统如图所⽰。已知⽔箱内压⼒P4为30⽶⽔柱，所有管道的直径100mm。泵前真空度为6⽶⽔柱，吸⼊管沿程损失不计，排出管沿程损失hL3-4=16m⽔柱，滤⽹处局部损失为4倍速度⽔头，每个弯头局部损