流体力学思考题

流体⼒学思考题
⼀、选择题（每题2分，共10道题20分）
1. 理想流体的切应⼒=τ（ A ）。

A 、 0
B 、 y u d d µ
C 、 22)d d (y u l ρ
D 、y
u d d µ+22)d d (y u
l ρ
2. 圆管层流运动的动能修正系数=α（ B ）
A 、1
B 、2
C 、1/2
D 、0.25
3. 不同的液体的粘滞性_____，同⼀种液体的粘滞性具有随温度______⽽降低的
特性。

（）
A 、相同、降低
B 、相同、升⾼
C 、不同、降低
D 、不同、升⾼
4. 下⾯的说法正确的是（）
A 、静⽌液体的动⼒粘度为0；
B 、静⽌液体的运动粘度为0；
C 、静⽌液体受到的切应⼒为0；
D 、静⽌液体受到的压应⼒为0。

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
p z g p z B
B A A 11ρρ+=+ B 、g p z g p z
C C
A A 21ρρ+=+ C 、g
p z g p z D
D B B 21ρρ+=+ D 、g
p z g p z C C B
B 21ρρ+=+
O
6. 理想流体的绕流（）分离现象.
A 、不可能产⽣；
B 、会产⽣；
C 、随绕流物体表⾯变化会产⽣；
D 、根椐来流状况判别是否会产⽣.
7. 在管嘴最⼩直径相同的情况下，请选择以下⼀种管嘴的形式，以获得最⼤的
流量系数，在最短时间将⼀个⽔箱泄空（）.
A 、
B 、
C 、
D 、
8. 雷诺数Re 反映了（）的对⽐关系； A 、惯性⼒与粘性⼒； B 、粘性⼒与惯性⼒； C 、压差⼒与惯性⼒； D 、压差⼒与惯性⼒。

9. 雷诺数Re 反映了（）的对⽐关系； A 、惯性⼒与粘性⼒； B 、粘性⼒与惯性⼒； C 、压差⼒与惯性⼒； D 、压差⼒与惯性⼒。

10. 根据尼古拉兹试验成果可知，沿程阻⼒系数的变化规律为（C ） A 、层流区)/(Re,d f ?=λ；
B 、紊流光滑区)/(d f ?=λ；
C 、紊流过渡区)/(Re,d f ?=λ；
D 、紊流粗糙区(Re)f =λ。

11. 应⼒τ的量纲是：（
）；
A 、MLT -2
B 、ML -1T
-2
C 、MLT -1
D 、MLT
12. 把物体表⾯作以下改变，不可以减少绕流摩擦阻⼒（）
A 、做得更光滑；
B 、减⼩迎流⾯积
C 、物体作成流线型；
D 、推迟层流向紊流的转变点
13. 下列关于压⼒体的说法中，正确的有（）
A 、当压⼒体和液体在曲⾯的同侧时，为实压⼒体，↓z P
B 、当压⼒体和液体在曲⾯的同侧时，为虚压⼒体，↑z P
C 、当压⼒体和液体在曲⾯的异侧时，为实压⼒体，↓z P
D 、当压⼒体和液体在曲⾯的异侧时，为虚压⼒体，→z P
14. ⼩孔⼝淹没出流的流量，在上下游⽔位差不变的条件下，与出⼝淹没深度的
关系为：（）
A 、H 2越⼤则Q 越⼤；
B 、H 2越⼤则Q 越⼩；
C 、Q 与H 2成抛物线关系；
D 、Q 与H 2⽆关。

15. 在孔⼝外接⼀管嘴，管嘴的出流量⽐同样断⾯积的孔⼝出流量⼤，其主要原
因是（）
A 、管嘴阻⼒增加；
B 、管嘴收缩系数增⼤；
C、管嘴收缩断⾯处产⽣了真空；
D、孔⼝收缩断⾯处产⽣了真空。

16.以下哪个对于管内流动边界层的描述是正确的（）
A、层流边界层⼀定转捩发展为湍流边界层；
B、当流速⽐较⼤的时候，层流边界层可以转捩成纯粹的湍流边界层；
C、在充分发展的湍流边界层中，靠近壁⾯的地⽅仍然存在⼀层粘性的薄层；
D、在充分发展段，存在⼀个不受粘性影响的势流核⼼。

17.⽔⼒光滑和⽔⼒粗糙如何划分？为什么管路绝对粗糙度⼀定的管路，可能是
⽔⼒光滑管，也可能是⽔⼒粗糙管？
18.请说明粘性流体绕流物体时阻⼒的种类形式，其产⽣的原因以及特点，以及
分析说明减⼩运动物体阻⼒的办法。

19.管内流动损失形式和计算公式分别是什么？简述计算管内沿程阻⼒损失的过
程。

20.什么是⽔击现象？减少⽔击压⼒的措施是什么？
21.试谈⽜顿内摩擦定律？产⽣摩擦⼒的根本原因是什么？
22.试谈伯努利⽅程的应⽤条件和物理含义？
1.如附图所⽰，蒸汽锅炉上装⼀复式压⼒Array计，指⽰液为⽔银，两U形压差计间充满⽔。

相对于某⼀基准⾯，各指⽰液界
⾯⾼度分别为Z0=2.1m，Z2=0.9m，
Z4=2.0m，Z6=0.7m，Z7=2.5m。

试计算锅炉内⽔⾯上⽅的蒸汽压⼒。

2.如上图所⽰，有⼀管路，A、B两点
的⾼差 z＝1m，点A处直径d A＝0.25m，压强p A＝7.84×104N/m2, 点B处直径d B＝0.5m，压强p B＝4.9×104N/m2, 端⾯平均流速v B＝1.2m/s,试求：断⾯
平均流速v A、管中⽔流⽅向以及损失的⽔头。

解：①由流量守恒原理：
vAAA = vBAB
∴vA = (AB /AA )vB = (dB /dA )2
vB = 4vB =4.8m/s
②A 点全能（⽔头）
ZA +P A /ρg +vA 2/2g = 0+(7.84×104)/(9.8×103)+4.82/(2×9.8)=9.18m B 点全能
ZB +PB /ρg +vB 2/2g = 1+(4.9×104)/(9.8×103)+1.22/(2×9.8)=6.07m 沿管路流动时有能量损失，因此为由A →B 流动。

3. ⼀直径为d 的⽔平直管从⽔箱引⽔、如图所⽰，已知：管径d=0.1m ，管长
l=50m ，H=4m ，进⼝局部⽔头损失系数z 1=0.5，阀门局部⽔头损失系数z 2=2.5 ，今在相距为10m 的1-1断⾯及2-2断⾯间设有⼀⽔银压差计，其液⾯差D h =4cm ，试求通过⽔管的流量Q 。

解：以管轴⽔平⾯为基准⾯，写1-1，2-2断⾯的能量⽅程，得
12
f12P P h -=+γγ 12
f P P h -=
γ
由压差计原理知 12
P P 12.6h 12.60.040.5m -=?=?=γ
所
第 3题图
第5 题图
以f12h 0.5m -=全管路沿程⽔头损失f H 50.5 2.5m =?=再由⽔箱断⾯与管道出⼝断⾯的能量⽅程
12f 22
H ()H 2g 2g
α=+ξ+ξ+v v
2
4 2.5(10.
5 2.5)29.8
-=++?v 2.71m/s =v
23Q A 0.1 2.710.021m /s 4
π=?=??=v
4. 图⽰虹吸管，上下游⽔位差（或上游⽔位 - 管出⼝⾼程）m H 2=，管长
m l 151=，m l 182=，管径mm d 200=，025.0=λ，0.1=进⼝ζ，3.0=弯ζ，
管顶处允许真空度
m
h v 7][=，求通过的流量Q 及允许安装⾼度
s
h 。

5. 有⼀直径为15cm 的输油管，管长5m ，管中要通过的流量为0.18m 3/s ,现⽤
⽔来作模型试验，当模型管径和原型⼀样，⽔温为10℃（原型中油的运动粘滞系数v p = 0.13cm 2
/s ），问⽔的模型流量应为多少时才能达到相似？
解：因为圆管中流动主要受粘滞⼒作⽤，所以应满⾜雷诺准则，即两者的雷诺数相等由于d p = d m ，故上式可写成
,m p p m m
p m p νv νν==v v v v 或
m p m p
ν
Q Q ν=将已知条件v p = 0.13cm 2/s ， v m = 0.0131cm 2/s 代⼊上式，得
30.01310.180.0181/0.13
m Q m s =?=
即当模型中流量Q m 为0.0181m 3/s 时，原型与模型相似。

6. 如图所⽰为⽤于测试新阀门压强降的设备。

21℃的⽔从⼀⽔箱通过锐边⼊⼝进⼊管系，
钢管的内径均为50mm ，内壁当量粗糙度为0.04mm ，管道⼊⼝的局部损失系数为0.5，
管路中两个圆弯头局部损失系数均为0.3。

⽤⽔泵保持稳定的流量12m 3
／h,若在给定流
量下⽔银差压计的⽰数为150mm 。

（⽔银密度13600kg/m 3，21℃的⽔密度为1000kg/m 3
，
动⼒粘度为1×10－3
Pa.s ）。

求（1）⽔通过阀门的压强降；（2）计算⽔通过阀门的局部损失系数；（3）计算管路沿程阻⼒系数；（10分）
【解】管内的平均流速为
s m d q v v /7.13600
05.014.312
4422===
π (1)阀门流体经过阀门的压强降
pa gh p Hg 1852215.0807.9)100013600()(=??-=-=?ρρ
(2)阀门的局部损失系数
由g p g v h j ρζ?==22得82.127
.11000185222222=??=?=v p ρζ（3）管路沿程损失系数
管内流动的雷诺数为
4
3105.810
105.07.11000Re ?===
-µρvd 应⽤斯⽡⽶江公式
74.6)8500074
.5507.304.0ln(8687.0)Re 74.57.3ln(
8687.01
9
.09.0＝+?-=+?-=d e λ
022.074.61
2
＝=
λ
7. 输送润滑油的管⼦直径d=8mm ，管长L=15m ，如图所⽰。

油的运动黏度v=15×10-6m 2 /s ，
流量q V ＝12cm 3
/s ，求油箱的⽔头h （不计局部损失）。

（9分）
解：s m d q V V /239.0008.014.31012442
4
2===-π 20005.1271015008
.0239.06
<=??=
=
-ν
Vd
Re
判断流态为层流,列截⾯1-1和2-2的伯努利⽅程
f 222211202h g
V g p g V g p h a a +++=++αραρ
可以认为油箱⾯积⾜够⼤，取v 1＝0
m
g
V d l Re g V h 75.2806.92239.0008.0155.12764806.92239.0226422222222=+??=+
=α
8. 如图所⽰，⽔流通过变截⾯弯管，已知管轴线在同⼀⽔平⾯上，弯管直径
mm d 2501=，mm d 2002=，转弯⾓度 60=α，通过的流量为m q V 312.0=，
进⼝断⾯处相对压强为200kPa ，如果不计⽔头损失，试求⽔流对弯管的作⽤⼒。

解：由连续性⽅程得到：
s m d A q v V 44.210
12
.0462111=??==
-π s m d A q v V 82.31012.046
2222=??==
-π取缓变流断⾯1－1、2－2，列两个断⾯间的伯努利⽅程（不计损失）：
g
v g p g v g p 202022
222111αραρ++=++
0.121==αα
所以：Pa v v p p 5225
2
221121096.12
82.344.210001022?=-?+?=-+=ρ取控制体，作⽤在控制体上的⼒有，动⽔压⼒11A p 、22A p 及喷管对⽔流的作⽤⼒x F 、y
F 。

在X 及Y ⽅向分别建⽴恒定总流的动量⽅程有：
X ：()12221160cos 60cos v v q A p F A p V x -?=?-+ρ
第17题图
Y ：()060sin 60cos 222-?-=?+v q A p F V y ρ求解动量⽅程得到：
N F x 6807=，N F y 5721=
根据⽜顿第三定律可知，⽔对喷管的作⽤⼒⼤⼩分别为N 6807、N 5721，⽅向与x F 、y F 相反。