工程流体力学-第一次习题课

第一次流体动力学习题课
一、填空题 1.当流体的体积流量一定时,流动截面扩大,则流速__________,动 压头___________,静压头___________。 答案：减少， 减少， 增加。 2.孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒______, 变_____；后者是恒_________,变_________。 答案：截面；压差；压差；截面 3.流体在管路中作连续稳态流动时，任意两截面流速与管径的关 系为______________，所以,流速随着管径的减小而________ 。 答案：υ /υ =d 2 /d 2 增大
（2）C点压强p3 ? 2,3间列柏努利方程 p3 ?
2 3
p3 p2 p3 z3 z2 6m 2g g 2 g g g
2 2
(3)当虹吸管伸入B池水中后，管内流量由 两液位差决定。 限制条件： h H 10m
2.某厂如图所示的输液系统将某种料液由敞口高位槽A输送至一 敞口搅拌反应槽B中,输液管为φ38×2.5mm的铜管,已知料液在 管中的流速为u m/s,系统的Σhf=20.6u2/2 [J/kg ],因扩大生 产，须再建一套同样的系统, 所用输液管直径不变，而要求的 输液量须增加30%,问新系统所设的高位槽的液面需要比原系统 增高多少?
【解】∵u1≈0≈u2
p1=p2
（z1 z 2）g
H
f 1 2
u 20.6 u 2.39m / s 2
2
u2 z1 z 2 20.6 z1 15.14m 2g z z1 z1 4.14m
3.如图所示，水以3.78升/秒的流量流经一扩大管段，已知d1＝ 40mm，d2＝80mm，倒U形压差计中水位差R＝170mm， 试求：水流经扩大管段的摩擦损失hf。
3.78 10 3 (1)u1 3m 2 0.785 0.042 d 4 1 u 2 u1 0.75m 4 qv u1 p2 u 2 (2) z1 g z2 g 2 2 p1 R G g p2 R H 2O g p1 p2 p1
v1=1.5m/பைடு நூலகம்,v2为 A 3m/s, B 4m/s; 。 C 6m/s; 9m/s
三、判断题：
1.流体在圆管内的流动阻力主要有沿程阻力和局部阻力。（ √ ）
2.在稳态流动过程中,流体流经各截面处的体积流量相等。 （ ×） 3.流体在等径的管中作稳态流动时,由于有摩擦阻力损失,因此流 体的流速沿管长而逐渐变小。（ × ） 4.稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面处的 √） 体积流量也相等（ 5.理想流体流动时,无流动阻力产生。（
2 2
h
f 1 2
h
H 2O
Rg 0.17 9.81 1.668 J / kg
f 1 2
2.552 J / kg
4
5 附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100 kg/m3， 循环量为45 m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器 至B的压头损失为9m，由B流至A的压头损失为12m，问： （1）若泵的效率为70％，则泵的轴功率为多少？ （2）若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多 少？
11. 圆管层流过流断面的流速分布
12. 转子流量计的主要特点是( )。 A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 恒流速、恒压差； D. 变流速、恒压差。 13.流体在管路中作稳态流动时,具有（ ）的特点。 A. 呈平缓的滞流 B. 呈匀速运动 C. 在任何截面处流速、流量、压强等物理参数都相等； D. 任一截面处的流速、流量、压强等物理参数不随时间而变化 14. u2/2的物理意义是表示流动系统某截面处（ ）流体具有的 动能。 A. 1kg B. 1N C. 1m 22.转子流量计的设计原理是依据（ ）。 A. 流动的速度 B. 液体对转子的浮力 C. 流动时在转子的上、下端产生了压强差。
2
B
（1）Q ? 1,2间列柏努利方程 2 Q p1 p2 z1 z2 2g g 2 g g 1 0; p1 p2 0; z1 z2 H 3m
2 1 2 2

2 7.67m / s
Q 2 A 2

4
d 2 100.3m 3 / h
A 沿程下降；
C 保持水平；
B 沿程上升；
D 前三种情况都有可能。
7. 等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、3、4为
面上各点（如图），各点的运动物理量有以下关系
A 1 B 3 2 A 4 B
。
A. p1 p2 ; B. p3 p4 ; C.z1
p p1 p p z2 2 ; D.z3 3 z4 4 g g g g
√ ）
6.流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其静 压强也会升高。（ × ）
7.当流体充满圆管作稳态流动时,单位时间通过任一截面的体积 流量相等。（× ） 8.孔板流量计是文丘里流量计的改进,其压头损失比文氏流量计 小得多。（ × ） 9.实际流体在导管内作稳态流动时,各种形式的压头可以互相转， 但导管任一截面上的位压头、动压头与静压头之和为一常数。 （ ） ×
8 从水池用离心泵向高位槽送水，要求水的流量为18 ，已知进出泵的输水管为φ60×3.5ｍｍ的钢管，高 位槽水面距水池面高20ｍ，全管线总阻力损失为25 倍动压头，今有一台2B－31型离心泵，其性能为： Q＝20 m 3 / h ，H＝30.8ｍ，η＝0.62（最高效率点0.65） 问：此泵能否用？
6
7 从水池用离心泵向高位槽送水，要求水的流量为18 m 3 / h
，已知进出泵的输水管为φ60×3.5ｍｍ的钢管，高位槽水面距 水池面高20ｍ，全管线总阻力损失为25倍动压头，今有一台2B －31型离心泵，其性能为：Q＝20
，H＝30.8ｍ，η＝0.62（最高效率点0.65） 问：此泵能否用？
14.理想流体流动时,无流动阻力产生。（ √
）
15.流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其 静压强也会升高。（ × ）
26.稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面 处的体积流量也相等（ ）√ 27.理想流体流动时,无流动阻力产生。（ ）√
28.流体在水平管内作稳定连续流动时,直径小处,流速增大；其 静压强也会升高。（ ）×
二、选择题 1. 欧拉法 描述流体质点的运动。 A 直接； B 间接； C 不能； D 只在定常时能。 2. 非定常流动中， 流线与迹线 A 一定重合； 。 B 一定不重合； 。
C 特殊情况下可能重合； D 一定正交。
3. 沿流线成立的柏努利方程的限制条件不包含 A 不可压缩流体； C 定常流动； B 无粘性流体； D 无旋流动。 流速。
Q1
y
Q4
x
Q2
Q3
解：（）取包围贮水器的控制 1 体，所求之力F为作用在控制体上的外 合力。 用具有多个出入口的动 量方程求解。
（2）建立如图所示坐标系 。
（3）动量方程： （Q）
out

（ Q ） F
in
（4）x方向分量式： Fx Q2 2 sin 45 Q4 4 sin 60 Q33 cos 60 829.3 N (5) y方向分量式： Fy Q2 2 cos 45 Q4 4 cos 60 Q11 Q33 sin 60 130.1N
2 2
20m 1 1
解：选截面1－1，2－2，以1－1为基准
管内流速：
u=v/A=
18 2.27[m / s] 2 3600 0.785 0.053 列方程： 2 2 P 1 P2 2 Z1 1 He Z 2 H w(1 2) g 2 g g 2 g


He=26.6[m] ∴可用。
9.有多个出入口的密封贮 水容器如图，各出入口 的流量与平均流速分别 为 Q1 19.6 L / s,1 45.7m / s; Q2 28.3L / s,1 18.3m / s; Q1 31.2 L / s,1 30.5m / s; Q1 22.7 L / s,1 36.6m / s。 试求使该容器保持静止 所需加的力 。 F
四、计算题 1.如图所示一虹吸管将贮 水池 A的水吸出，流入下方的 贮水池 B。 虹吸管直径为 6.8cm，A池水面离管出口垂直距 离为 H 3m, 虹吸管最高处 C点与 A池水面的垂直距离 h 3mm, 不计流动损失， 3 C 2 / h); 试求：（1 ）虹吸管中的体积流量 Q(m (2)最高处 C的压强（ mH2O） ; (3)若虹吸管出口延伸至 B池水中， 1 试讨论管内流量应由什 么 因素决定？ 以上计算对已知条件是 否有限制？ A
4. 沿总流的柏努利方程的速度υ是指 B 有效截面形心处；
A 有效截面上的任意点； B 有效截面平均； C 有效截面上最大。
5. 一维流动中，“截面积大处流速小，截面积小处流速大”成立
的必要条件
。
。
A 理想流体； B 粘性流体； C 可压缩流体； D 不可压缩流体。 6. 粘性流体总水头线的变化规律是
P1 P2 , u1 u2 0 He Z2 H f
u2 2.27 2 20 25 He=20+92.6× 2g 2 9.81
He=26.6[m] ∴可用。
P1 P2 , u1 u2 0 He Z2 H f
u2 2.27 2 20 25 He=20+92.6× 2g 2 9.81
1 2 2 1
4.液体在等直径的管中作稳态流动,其流速沿管长______,由于有 摩擦阻力损失,静压强沿管长_______。 答案：不变； 降低
5.稳态流动是指流动系统中,任一截面上流体的流速、压强、密度 等物理量仅随_____________________。 答案：.位置而变，而均不随时间变。 6.液柱压力计量是基于______________原理的测压装置,用U形管 压强计测压时,当压强计一端与大气相通时,读数R表示的是 _________或___________。 答案：流体静力学； 表压； 真空度 7.牛顿粘性定律的数学表达式为_________________, 牛顿粘性定律适用于________型流体。 答案：τ=μdu/dy ； 牛顿
8. 粘性流体测压管水头线的变化规律是
。
A 沿程下降；
C 保持水平；
B 沿程上升；
D 前三种情况都有可能。
9. 水平放置的扩张管，如忽略水头损失，断面形心点的压强有有
以下关系
。
A. p1 p2 ; B. p1 p2 ; C. p1 p2
10. 运用沿总流的柏努利方程时所选取的两个断面 A 可以是任何断面； C 之间可以有急变流； A 均匀分布； C 二次抛物线分布； B 必须是均流断面； D 之间必须是缓变流。 。 B 对数曲线分布； D 三次抛物线分布。 。
10.稳定流动时,流体的流速、压强、密度等均不随时间和位置而 变。（×）
11.柏努利方程中的P/（ρg）表示1N重的流体在某截面处具有的 静压能,又为静压头。（ √ ） 12.流体阻力产生的根本原因是由于流体与壁面之间的摩擦引起的。 （ × ） 13.稳定流动时,液体流经各截面的质量流量相等；流经各截面 处的体积流量也相等（ √ ）
12. 请判断下列说法是否正确：过流场中的一点可以有多条流线
。
A 根本不可能； C 在不定常流中是正确的。 B 在定常流中是正确的；
13. 一元流动
。
A 均匀流； 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。
14. 如图所示的变径管，直径d1=320mm,d2=160mm,流速