《工程流体力学》考试试卷及答案解析 2

《工程流体力学》复习题及参考答案
整理人：郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班使用专业：热能与动力工程
一、名词解释。

1、雷诺数
2、流线
3、压力体
4、牛顿流体
5、欧拉法
6、拉格朗日法
7、湿周 8、恒定流动 9、附面层 10、卡门涡街11、自由紊流射流
12、流场 13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流
17、浓差或温差射流 18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、
自动模型区
二、是非题。

1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。

（）
2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。

（）
3.附面层分离只能发生在增压减速区。

（）
4.等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。

（）
5.相对静止状态的等压面一定也是水平面。

（）
6.平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数。

（）
7.流体的静压是指流体的点静压。

（）
8.流线和等势线一定正交。

（）
9.附面层内的流体流动是粘性有旋流动。

（）
10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。

（）
11.相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。

（）
12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。

（）
13.壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。

（）
14.相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。

（）
15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。

（）
16.处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。

（）
17.流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。

（）
18.流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。

（）
三、填空题。

1、1mmH2O= Pa
2、描述流体运动的方法有和。

3、流体的主要力学模型是指、和不可压缩性。

4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时
与的对比关系。

5、流量Q 1和Q 2，阻抗为S 1和S 2的两管路并联，则并联后总管路的流量Q
为 ，总阻抗S 为 。

串联后总管路的流量Q 为 ，总阻抗S 为 。

6、流体紊流运动的特征是 ，处理方法是 。

7、流体在管道中流动时，流动阻力包括 和 。

8、流体微团的基本运动形式有： 、 和 。

9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了
与 的相对比值。

10、稳定流动的流线与迹线 。

11、理想流体伯努力方程=++
g
2u
r p z 2
常数中，其中r
p z +
称为 水头。

12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在 ，因而
一切平面流动都存在 ，但是，只有无旋流动才存在 。

13、雷诺数之所以能判别 ，是因为它反映了
和 的对比关系。

14、流体的主要力学性质有 、 、
、 和 。

15、毕托管是广泛应用于测量 和 一种仪器。

16、流体的力学模型按粘性是否作用分为 和 。

作用与液上的力
包括 ， 。

17、力学相似的三个方面包括 、 与 。

18、流体的力学模型是 模型。

19、理想气体伯努力方程2
u z -z p 2
g 21ργγα+
-+））（（中，））（（g 21z -z p γγα-+
， 称全压， 称总压。

20、紊流射流的动力特征是 。

21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式 ，u 的单位为 。

22、浓差或温差射流的热力特征是 。

23、流体微团的运动是由 运动， 运动， 运动和
运动四种基本运动形式符合而成。

24、几何相似是力学相似的 ，运动相似是模型实验的 ，动力
相似是运动相似的 。

25、欧拉准数是 和 的相对比值。

26、马赫数M 反映了惯性力和 相对比值。

27、流体流动的状态分为 和 。

28、弗鲁得准数反映了 和 相对比值。

四、选择题。

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 、无大小的几何点
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、一下哪种流体为非牛顿流体 。

A 、空气 B 、清水 C 、血液 D 、酒精 3、绝对压强P abs 、相对压强p 、真空值p v 、当地大气压强a p 之间的关系是 。

A 、P abs =p+ p v B 、p= P abs +a p C 、p v =a p - P abs 4、圆管层流过流断面的流速分布为 。

A 、均匀分布
B 、对数曲线分布
C 、二次抛物线分布 5、一下那些概念属于欧拉法 。

A 、流线
B 、迹线
C 、液体质点
D 、液体微团 6、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ 。

A 、与雷诺数Re 有关 B 、与管壁相对粗糙度d
∆有关
C 、与Re 和
d
∆有关 D 、与和管长l 有关
7、速度V 、长度l 、时间t 的无量纲组合是 。

A 、
lt
v B 、
vl
t C 、
2
vt
l D 、
vt
l
8、圆管断面直径由d 1突然扩大到d 2，若将一次扩大改为两级扩大，则该扩大的局部水头损失 。

A 、减小
B 、不变
C 、增大
9、在圆管流动中，层流的断面速度分布符合 。

A 、均匀规律
B 、直线变化规律
C 、抛物线变化规律
D 、对数曲线规律 10、流线与流线通常情况下 。

A 、能相交也能相切
B 、仅能相交不能相切
C 、仅能相切不能相交
D 、既不能相交也不能相切 11、速度v ，密度ρ，压强p 的无量纲集合是 。

A 、
v
p ρ B 、
p
v ρ C 、
p
v 2
ρ D 、
2
v
p
ρ
12、雷诺数代表的是 之比。

A 、惯性力与压力
B 、惯性力与重力
C 、惯性力与表面张力
D 、惯性力与粘性力
13、压力输水管模型实验，长度比尺为8，模型水管的流量应为原型输水管流量
的 。

A 、
2
1 B 、5
1 C 、8
1 D 、
16
1
14、一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的条件是 。

A 、理想流体 B 、粘性流体 C 、可压缩流体 D 、不可压缩流体 15、弹簧管压力表的读数是 。

A 、绝对压强
B 、相对压强
C 、绝对压强加当地大气压
D 、相对压强加当地大气压 16、静水中斜置平面壁的形心淹没深h c 与压力中心淹没深h D 的关系是 。

A 、大于 B 、小于 C 、等于 D 、无规律
17、某风管的断面尺寸为200mm mm 300⨯，则该风管的当量直径是 。

A 、mm 240 B 、mm 250 C 、mm 300 D 、mm 200 18、有一变直径管流，小管直径d 1，大管直径d 2=2d 1，则两断面雷诺数的关系
是 。

A 、21e 2
1e R R =
B 、21e e R R =
C 、2
1e 5.1e R R = D 、21e 2e R R =
19、下列流体哪个属于牛顿流体 。

A 、汽油
B 、纸浆
C 、血液
D 、沥青 五、简答题。

1、流体静压强的特性是什么？
2、尼古拉兹实验分区级意义是什么？
3、附面层提出的意义？
4、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？
5、附面层分离的原因是什么？
6、运动粘滞系数r 的物理意义是什么？
7、流体动力粘滞系数u 的物理意义是什么？ 8、元流的特性是什么？ 9、伯努利方程=++
g
2u
r p z 2
常数中各项的物理意义？
10、管网水力计算遵循的原则是什么？
11、水击（水锤）现象及产生的原因是什么？ 12、管嘴出流产生真空的原因和条件是什么？ 13、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？ 14、射流弯曲产生的原因？ 15、绕流升力产生的原因？
16、毕托管是广泛应用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意图，并说明其
工作原 。

17、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。

18、下式不可压缩流体N-S 方程中，各项的物理意义是什么？ dt
du z
u y
u x
u x
p
1x
2
z 2
2
y 2
2
x 2
=
∂∂+
∂∂+
∂∂+∂∂-）（
γρX
六、计算题。

1、有一钢板制风管，断面尺寸为m
5.1mm 200mm 400，管内气流平均速度为
⨯/s ，
气体运动粘滞系数为15.0×28m 10-/s ，判断管内气体的流态？
2、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为cm 10，管道直径为40cm ，
水在管中流量Q 为0.43m /s ，求管嘴对水流的作用力。

解：如图所示，由连续性方程得： m 183)
100
40(
14.34
14
.0v 2
1
1、=⨯⨯=
=
A Q /s
m A Q 0.51)
100
10(
14.34
14
.0v 2
2
2=⨯⨯=
=
/s
以轴线为基准面，列1-2断面的伯努利方程 1=α 0p g
2v p 0g
2v p 022
22
2
1
1
=+
+
=+
+
，此时γ
γ
则：kN 4.12958
.9218
.30.518.9g
2v g
2v p 2
2
2
1
2
21=⨯-⨯
=⨯-
=
γ）（ /2
m
设喷嘴对水流的作用力为F ，沿水流方向列动量方程，并取1=α得：
kN
Q A F Q F A 6.1431.197.1621000
18.30.514.01000100
4014.34
14.1295v v p v v p 2
12111211=-=-⨯
⨯-⨯⨯⨯
=--=-=-）（）
（）（ρρ
3、已知不可压缩流体的流速分量为：，，，0u xy 2u y -x u z y 22x =-==问该流动是
否为无旋流动？
①检查流动是否无旋：
y
2x
u y
2(y 2
2
-=∂∂-=-∂∂=∂∂）y x y
y u x
两者相等，故为无旋流动 ②求速度势函数：
2
3
2
22
2
y x xy
3
x
dxy
dx x xydy
2dx y x dy u dx u d -=
-=--=+=φφ）（
4、已知平面流动的速度分量为：；，2y 2x t y u t x u +-=+=求：当t=1是过M （1,1）的流线方程。

根据流线方程定义得流线方程：
2
2
y x
dx u dy u dx t
y dy t
x +-=
+=
当t=1时，
1
1
+-=
+y dy x dx
化简得：xdy+ydx+dy-dx=0 积分：xy+y-x+c=0
流线通过（1,1）点：即1×1+1-1+c=0 得：c=-1 将c=-1带入上式，得xy+y-x-1=0 化简得：（x+1）（y-1）=0
5、一车间用直径为5.0m 的风口送风，风口风速为m 0.6/s ，如长度比例常数为4，
确定实验模型风口风速。

若在模型内测得某点气流速度为m 0.3/s ，则车间相应
点的速度为多少？（已知空气的运动粘滞系数为20000157.0m /s ） 根据相似原理可得，实验模型风口直径为： 125
.04
5.0d m ==
原型雷诺数为：Ren=6.0×0.5/0.0000157=191082.8>50000 所以气流处于阻力平方区，（可采用粗糙度较大的管道），则阻力平方区的最低雷诺数为50000 则：相应的模型气流出口速度Vm 为： Vm ×0.125/0.0000157=50000 Vm=6.28m/s 流速比尺为： 955
.028
.60.6==
λ
若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s ,则车间相应点的速度为： Vn=λ⨯v =3.0×0.955=2.87m/s
6、对某一桥墩采用模型比例为
16
1=n
m l l 进行实验。

已知模型中水流速度为m 76.0/s ，
实测模型桥墩受水流作用力为4N 。

求原型中相应的流速与作用力。

7、在水平放置的管线中接弯管，直径从600mm 逐渐减小到300mm ，水流方向偏
转060如图所示，在直径较大一端压强为172kN/2m ,求作用于弯管上的力的大小和方向，①当水不流动时；②当通过的流量为876L/s 时；
① 当水流不动时：
P1=P2=172kN/2m
设Fx,Fy 为水流作用于弯管的分力，如图
X 方向：kN
A P A F 5.425.0)1000
300(
14.34
1172)1000
600(
14.34
117260
cos p 2
2
2211x =⨯⨯⨯⨯
-⨯⨯⨯
=-=
Y 方向：01160sina 0A P F y -=
=0-172×1/4×3.14×（300/1000）2×0.86 =-10.5kN 对弯管的合力：N
F F R k 8.432
y 2
x =+=
方向为：a=arctan （Fy/Fx ） =014 ② 当有流动时：
由连续性方程得：876.04
141
22
2121==
u d u d ππ
解得：m u 2.31=/s m u 4.122=/s
忽略阻力，应用伯努利方程，列1-1,2-2断面的方程：
g
u p g
u p 222
2
2
2
1
1
+
=
+
γ
γ
带入数据解得：P2/r=10.2H 2O=10.2×9.8=100Kn/2m 列动量方程：
X 方向：）060cos (u x 60cos p p 0202211-=--Q F A A ρ 带入数据得：Fx=42.4kN
同理：y 方向：）（060sina u 60sina 02022-=-Q A P Fy ρ 代入数据解得：Fy=15.2Kn 合力为：R=22x y F F +=45.1Kn 方向为：a=arctan （Fy/Fx ） =07.19
8、一弧形闸门AB ，宽，，半径为，圆心角为
m 245m 40
闸门转轴恰好与水面平齐，求
作
用
于
闸
门
的
水静压力。

解
：
m
r h 245
sin 0
==
kN
F F F kN
hh r rb F kN
hrhb F m
h oc y x y x 1.453.2222
21
2214.381
(48.9)21
14.381
(2.39428.92212
122
2
2
=+=
=-
⨯⨯⨯⨯=-⨯==⨯⨯⨯⨯
==
==
9、如下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为mm 50的短管，形成管嘴出流，已
知作用水头H=m 5，管嘴出流流量系数u=0.82，试问：①管嘴出流流量Q ；②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么？③合适的管嘴长度是多少？
①3
2
m
0161.05102)
100
50(
4114.382.0g 2u =⨯⨯⨯⨯
⨯==H A Q /s
②孔口与管嘴出流流动时，在出流管嘴内形成以真空区域主要原因是：流体具有粘滞性，流体质点流动时存在惯性，流线不能发生直接拐弯，只能是光滑的曲线因此靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空。

③L=（3—4）D=(3—4)×50=150—200 mm 10、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为，，直径为密度00d ,ρQ 求：①平板
所
受
的
冲
击
力。

②
流
量
Q 1
和
Q 2。

建立如图所示的坐标：
设平板对水流的冲击力为R （方向与x 轴正方向相同），如图中所示： 射流出口速度：20
2
044
d
v d
Q
Q
ππ=
=
由于平板是光滑的，所以仅有法向力，由动量方程（x 轴方向）得： R=流出动量-流入动量 =
θ
ρθρsin sin (00000V Q V Q =--）
=
2
2
0d sin 4πθ
ρQ
所以平板所受冲击力大小与R 相等，方向相反。

由连续性方程可得：Q0=Q1+Q2-------①
由于射流是水平方向，且置于大气中，所以压力能不变，能量损失不计，由能量方程得：
2102
22
1
2
v v v g
2v g
2v g
2v ===
=
，得
平板切线方向（y 轴方向）无摩擦力，∑=0F 满足动量守恒；
即；0=
θρρρcos v v v 002211Q Q Q --）（ 化简得：θcos 021Q Q Q =-------------②
联立方程①②解得：）
θcos 1(2
101+=Q Q ）θcos 1(2
102-=
Q Q
11、如下图所示：水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道，已知
mm 100d mm 200d 21==，，两管短长均为L=m 10m 50=H ，，沿程阻力系数
,2.0,3.0,01.0===B A εελ求：管道中水的流量、流速.
11、选取水平面为截面1-1，出口处为断面2-2，由伯努利方程知： g
v B
g
v A
g v g
v d l g
v p z g
v 222d l 222p z 2
2
2
1
2
2
22
1
12
1
2
22
1
1εελ
λ
γ
γ
+++++
+
=+
+
连续性方程可知：2211A v A v = 所以
4
1d
21
2
22
1=
=d v v
所以g
v g
v g
v g
v 242
.023
.0241000
1005001
.021000
2005001
.0g
2v 0000102
12
1
2
12
1
2
1
+++++
+=++
所以m 51.1v 1=/s,所以==124v v m 04.6/s
=
⨯⨯⨯=
=
=51.1)1000
200(
14.34
14
12
12
111v d V A Q π0.0473m /s
中国矿业大学2010～2011学年第 2 学期
《工程流体力学》试卷（）卷
课程编号：03034 考试时间：100 分钟考试方式：闭卷学院化工班级姓名学号
一．名词解释（共10小题，每题2分，共20分）
粘滞性；迹线与流线；层流；质量力；偶极流；排挤厚度；顺压力梯度；时均速度；输运公式；连续介质假说
二．选择题（共10小题，每题3分，共30分）
1．绝对压强p abs与相对压强p 、真空度p v、当地大气压p a之
间的关系是：
A. p abs =p+p v；
B. p=p abs－p a
C. p v= p a－p abs
D. p=p abs+p a
2．如图所示
A. p0=p a；
B. p0>p a；
C. p0<p a；
D. 无法判断。

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．比较重力场（质量力只有重力）中，水和水银所受的单位质量力f水和f水银的大小？
A. f水<f水银；
B. f水=f水银；
C. f水>f水银；D、不一定。

5．流动有势的充分必要条件是( )。

A. 流动是无旋的；
B. 必须是平面流动；
C. 必须是无旋的平面流动；
D. 流线是直线的流动。

6．雷诺数Re 反映了( )的对比关系
A.粘滞力与重力
B.重力与惯性力
C. 惯性力与粘滞力
D. 粘滞力与动水压力 7．一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m 处测压管高度为2.2m ，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内气体部分的相对压强为___ 水柱（ ）。

A. 2m
B. 1m
C. 8m
D. －2m 8．如图所示，
，下述静力学方程哪个正确？
9．下列压强分布图中哪个是错误的？
10．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。

三．计算题（共3小题，共50分）
1． 如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s 2的加速度沿与水平成30º夹角的倾斜平面向上运动，
试求容器中水面的倾角，并分析p 与水深的关系。

（15分）
2．有一30cm 15 cm ⨯的文德利管，接入铅垂的输油管上，
油的流动方向朝上。

已知喉部与进口截面间的高度差为30cm ，图中U 形管读数为25cm 水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。

（2
8825/g N m
ρ=）（20分）
3. 不可压缩平面流动的流函数为2310xy x y +-+，试判断是否存
在势函数，如果存在，求其势函数。

（15分）
工程流体力学试题答案及评分标准
一．名词解释（共10小题，每题2分，共20分）
1．粘滞性——流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流动)，其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形式表现出来，这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性或粘性
2．迹线——流体质点的运动轨迹曲线
流线——同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线方向与流体在该点的速度矢量方向一致
3．层流——流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混
4．量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和
项的量纲必须是相同的，等式两边的量纲也必然是相同的
5．偶极流——由相距2a的点源与点汇叠加后，令a趋近于零得到的流动
6．排挤厚度——粘性作用造成边界层速度降低，相比理想流体有流量损失，相当于中心区理想流体的流通面积减少，计算时将平板表面上移一个厚度，此为排挤厚度7．顺压力梯度——沿流动方向压力逐渐降低，边界层的流动受压力推动不会产生分离8．时均速度——湍流的瞬时速度随时间变化，瞬时速度的时间平均值称为时均速度
9．输运公式——将系统尺度量转换成与控制体相关的表达式
10．连续介质假说——将流体视为由连续分布的质点构成，流体质点的物理性质及其
运动参量是空间坐标和时间的单值和连续可微函数。

二．选择题（共10小题，每题3分，共30分）
1BC；2B；3D；4B；5A；6C；7D；8B；9B；10A
三．计算题（共3小题，共50分）
1．如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿
与水平成30º夹角的倾斜平面向上运动，
试求容器中水面的倾角，并分析p与水深的关系。

解：根据压强平衡微分方程式：
（1分）
单位质量力：
（2分）
在液面上为大气压强，代入（1分）
由压强平衡微分方程式，得：
（2分）
（2分）
任意点：
（4分）
代入自由面方程得：
p 与淹深成正比。

（3分）
2．有一30cm 15 cm ⨯的文德利管，接入铅垂的输油管上，油的流动方向朝上。

已知喉部与进口截面间的高度差为30cm ，图中U 形管读书为25cm 水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。

（2
8825/g N m
ρ=）
解：
130d cm
=
故
2
2
130706.864
a cm
π
=
⨯=（1分）
215d cm =
故
22
215176.714
a cm
π
=
⨯=（1分）
2
8825/g N m ρ=
30z cm ∆=（2分）
（1）
1333708825
25258825
h cm =⨯－水银柱＝（
）＝352.8cm 油柱
（2分）
3
151832/Q cm s
=
=（5分）
（2）
11
151832214.8/706.86
Q V cm s
a =
=
=（1分）
22
151832859.2/176.71
Q V cm s
a =
=
=（1分）
由伯努力方程，知
2
2
1
1
2
2
1222V p V p z z g
g g
g ρρ+
+
=+
+
（4分）
2
2
1
2
214.8
859.2
3029.81
29.81
p p g
g ρρ+
=+
+
⨯⨯（1分）
所以
11
406.323.5382.8 3.828p p cm m g
ρ-=-==油柱
（2分）
3. 不可压缩平面流动的流函数为2310xy x y +-+，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。

解： （1）
2310xy x y ϕ=+-+
此流动无旋，存在势函数φ。

2分
x y d v dx v dy
φ=+
希望对读者有用，谢谢！！。