流体力学模拟考试习题

流体力学3
一、选择题（每题2分，共30分）
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 几何的点；
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、与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：A 切应力和压强；B 切应力和流速；
C 切应力和剪切变形；
D 剪应力和剪切变形速度。

3、理想流体的特征是： A 粘度是常数；B 无粘性；C 不可压缩；D 符合 RT p =ρ。

4、水的动力黏度μ随着温度的升高： A 增大；B 减小；C 不变；D 不定
5、金属压力表的读值是：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
6、恒定流是：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 迁移加速度为零
7、均匀流是：
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 合加速度为零
8、在圆管流中，紊流的断面速度分布符合：
A 均匀规律；
B 直线变化规律；
C 抛物线规律；
D 对数曲线规律
9、圆柱形外管嘴的正常工作条件是：
A l=(3～4)d , Ho >9.3m ；
B l =(3～4)d , Ho<9.3m ；
C l >(3～4)d , Ho>9.3m ；
D l <(3～4)d , Ho<9.3m
10、长管并联管道各并联管段的：
A 水头损失相等；
B 水力坡度相等；
C 总能量损失相等；
D 通过的流量相等
11、变直径管流，小管直径d 1，大管直径d 2=2d 1，两断面雷诺数的关系是：
A Re 1=Re 2；
B Re 1=0.5Re 2 ；
C Re 1=1.5Re 2 ；
D Re 1=2Re 2
12、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
13、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k s /d 有关；
C 与Re 及k s /d 有关；
D 与Re 和管长l 有关。

14、并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度124l l =，通过的流量为：
A 21Q Q =；
B 215.1Q Q = ；
C 2173.1Q Q = ；
D 212Q Q =
15、作用于流体的质量力包括：
A 压力；
B 摩擦阻力；
C 重力；
D 表面张力。

二、绘图题（每小题5分，共10分）
1、绘AB 的静水压强图示。

2、绘曲面AB 的压力体。

三、问答题（每小题4分，共12分）
1、尼古拉兹实验及结果是什么？
2、什么是当量直径，表达边长为a 的正方形满管流的当量直径？
3、写出没有能量输入和输出的总流的伯努力方程，并说明各项物理意义、水力名称和能量含义？
四、计算题，如图1所示，铅直矩形闸门，顶面水平，所在水深h1=1m ，闸门高h=2m 宽b=1.5m ，试求：（1）作用在闸门上的静水总压力；（2）压力作用点的位置。

（12分）
五、计算题，如图2所示，虹吸管将A 池中的水输入B 池，已知长度m l 31=，m l 52=直径mm d 75=，两池水面高差m H 2=，[h v ]=7m ，沿程摩阻系数02.0=λ，局部损失系数：进口5.0=e ξ，转弯2.0=b ξ，出10=ξ，试求（1）流量；
（2）管道最大允许安装高度h 。

（12分）
六、计算题，如图3所示，水在直径为10cm 的60o 水平弯管中，以5m/s 的流速流动。

弯管前端压强为9807Pa 。

如不计水头损失，也不考虑重力作用，求（1）水流对弯管1-2的作用力；（2）确定作用力方向。

（12分）
七、计算题，如图4所示，空气由炉口a （标高0m ）流入，通过燃烧后，废气经b ，c （标高5m ），d （标高50m ）由烟囱流出。

烟气ρ=0.6kg/m 3，空气ρa =1.2kg/m 3，由a 流到c 压力损失为9×ρv 2/2，由c 流到d 压力损失为20×ρv 2/2。

求：
（1）出口流速；（2）c 处静压强。

（12分）
图1 图2
图3 图4
答案
一、选择题（每题2分，共30分）
1、 D
2、D
3、B
4、B
5、B
6、B
7、B
8、D
9、B 10、 A
11、D 12、A 13、B 14、D 15、C
二、绘图题（每小题5分，共10分）
1、绘AB 的静水压强图示。

2、绘曲面AB 的压力体。

三、问答题（每小题4分，共12分）
1、答：为了确定λ=f （Re ，ks/d ）的规律，在圆管内壁粘胶上经过筛分具有同粒径ks 的沙粒，制成人工均匀颗粒粗糙，揭示了λ=f （Re ，ks /d ）规律的实验结果。

Ⅰ区 层流区，Re<2300 λ=64/ Re ；
Ⅱ区 层流转变为紊流的过渡区，λ基本上与相对粗糙ks/d 无关，与Re 有关；
Ⅲ区 紊流光滑区，λ与ks/d 无关，只是Re 的函数。

Ⅳ区 紊流光滑区向紊流粗糙区的紊流过渡区，λ=f （Re ，ks /d ）；
Ⅴ区 紊流粗糙区，λ只与ks /d 有关，与Re 无关，λ=f （ks /d ），沿程水头损失与流速的平方成正比。

2、把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径。

在总流的有效截面上，流体与固体壁面的接触长度称为湿周，用字母L 表示。

总流的有效截面积A 和湿周L 之比定义为水力半径，用字母R 表示
R =A/L
对于圆形截面的管道，其几何直径用水力半径表示时可表示为
A=πd 2/4
L =πd 则R =A/L =d/4→d =4R 即圆形截面的管道几何直径为4倍的水力半径。

对于与圆形管道相类比，非圆形截面管道的当量直径D 也可以用4倍的水力半径示D=4A/L=4R 。

正方形管道为a 。

3、 答：w h g
v αg ρp Z g v αg ρp Z +2++=2++2
222221111 Z ---- 总流过流断面上某点单位重量流体的位能，位置高度或位置水头
g p ρ----总流过流断面上某点单位重量流体的压能，测压管高度或压强水头
g v 22α----总流过流断面上某点单位重量流体的平均动能，平均速度高度或流速水头
w h ----总流过流断面间单位重量流体的平均机械能损失
四、计算题，解：（1）引用公式：A gh P c ρ=，其中水的密度m h h h m kg c 22/,/100013=+==ρ，
33m bh A ==，代入式中得kN A gh P c 8.58328.91000=⨯⨯⨯==ρ（6分）； （2）压力中心位置公式：A y I y y c c C D +=，其中：431121,2m bh I m h y c c c ====，代入式中得m y D 17.22
5.1212=⨯⨯+=（6分）。

五、计算题，解：由能量方程：g v g v d l g v P Z g v P Z 22222222
22221111∑++++=++ξλαγαγ（2分）
解：gH d l V AB 21∑+=ζλ
()s m s m /20.3/28.9212.05.010755302.013=⨯⨯+++⨯+⨯
=
-（4分） ()
s L s m V d Q /12.14/2.31075414.343232=⨯⨯⨯==-π
（2分） 由[]g V d l h h b e AC V s 22
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+++-=ζζλα（2分） []m m g V d l h h b e AC s V 11.38.922.32.05.01075302.018.12232=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯⨯++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=-ζζλα（4分） 六、计算题，解：确定控制体（1分）
选择坐标系（1分）
由能量方程求解未知压强p 2=p 1（1分）
联立动量方程组：()
12221160cos cos 60cos v v Q R A p A p F x -=--=∑ρα（2分） ()060sin sin 60sin 222-=+-=∑v Q R A p F
y ρα（2分）
代入数据计算过程（3分）
结论 60,272==αN R （2分） 七、计算题，解：（1）由能量方程：
220292))((22
2
22
2122
11v v v p Z Z g v p a ρρρρρρ⨯+⨯++=--++（2分）
在进口前高程和出口50m 高程处列能量方程
26.02026.0926.00)50()6.02.1(8.9002
2
2
v v v ⨯+⨯++=⨯-⨯++（3分）
解得s m v /7.5=（2分）
（2）计算p c ，取c ，d 断面能量方程
26.02026.00)550()6.02.1(8.926.02
2
2
v v p v c ⨯++=-⨯-⨯++（3分）解得pa p c 6.68-=（2分）。