工程流体力学练习题及答案

流体力学练习题一、填 空 题1．流体力学中三个主要力学模型是（1）连续介质模型（2）不可压缩流体力学模型（3）无粘性流体力学模型。

2．在现实生活中可视为牛顿流体的有水 和空气 等。

3．流体静压力和流体静压强都是压力的一种量度。

它们的区别在于：前者是作用在某一面积上的总压力；而后者是作用在某一面积上的平均压强或某一点的压强。

4．均匀流过流断面上压强分布服从于水静力学规律。

5．和液体相比，固体存在着抗拉、抗压和抗切三方面的能力。

6．空气在温度为290K ，压强为760mmHg 时的密度和容重分别为 1.2a ρ= kg/m 3和11.77a γ=N/m 3。

7．流体受压，体积缩小，密度增大 的性质，称为流体的压缩性 ；流体受热，体积膨胀，密度减少 的性质，称为流体的热胀性 。

8．压缩系数β的倒数称为流体的弹性模量 ，以E 来表示9．１工程大气压等于98.07千帕，等于10m 水柱高，等于735.6毫米汞柱高。

10．静止流体任一边界上压强的变化，将等值地传到其他各点（只要静止不被破坏），这就是水静压强等值传递的帕斯卡定律。

11．流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。

12．液体静压强分布规律只适用于静止、同种、连续液体。

13．静止非均质流体的水平面是等压面，等密面和等温面。

14．测压管是一根玻璃直管或U 形管，一端连接在需要测定的容器孔口上，另一端开口，直接和大气相通。

15．在微压计测量气体压强时，其倾角为︒=30α，测得20l =cm 则h=10cm 。

16．作用于曲面上的水静压力P 的铅直分力z P 等于其压力体内的水重。

17．通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法称为欧拉法。

18． 流线不能相交（驻点处除外），也不能是折线，因为流场内任一固定点在同一瞬间只能有一个速度向量，流线只能是一条光滑的曲线或直线。

19．静压、动压和位压之和以z p 表示，称为总压。

20．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。

21．流体力学是研究 流体平衡 和 运动规律 的一门科学。

22．根据在理想流体运动中微团有没有旋转角速度，可以把运动划分为有旋运动和无旋运动。

23．在湍流理论中，通常采用下面三种平均方法时间平均、空间平均、统计平均。

24．早在19世纪，斯托克斯对粘性流体和亥姆霍兹对理想流体都指出，对于像流体这样可以变形的物质的运动可以分解成平移、旋转、变形三种运动。

25．在微压计测量气体压强时，其倾角为︒=30α，测得20l =cm 则h=其压力体内的水重。

26．管路系统分类按能量损失的类型分为长管、短管。

27．现象相似的充要条件是，边界条件 和初始条件相似，满足同一微分方程式。

28．液体质点的运动是极不规则的，各部分流体相互剧烈掺混，这种流动状态称为紊流。

29. 表征 流体运动状态的物理量 称为流体的运动要素。

30.粘性流体能量损失一般分 沿程损失 和 局部损失_。

31.在静力平衡时不能承受 剪切力_的物质就是流体。

32.按其工作原理泵可分为 容积泵_、 叶片泵_、 其他类型的泵_。

33.离心泵按叶轮数目可分为_单级、 多级。

34. 温度对流体粘性的影响是，随温度的升高，液体的粘度 减小 ，气体的粘度 增大 。

35. 风机根据风机产生的压力大小可分为_低压风机_、_中压风机_、_高压风机_。

二、判 断 题1．当平面水平放置时，压力中心与平面形心重合。

对2．一个工程大气压等于98kPa,相当于10m 水柱的压强。

对3．静止液体自由表面的压强，一定是大气压。

错4．静止液体的自由表面是一个水平面，也是等压面。

对5．当静止液体受到表面压强作用后，将毫不改变地传递到液体内部各点。

对6．当相对压强为零时，称为绝对真空。

错7．某点的绝对压强小于一个大气压强时即称该点产生真空。

对8．流场中液体质点通过空间点时，所有的运动要素不随时间变化的流体叫恒定流。

对9．恒定流时，流线随的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。

错10．渐变流过水断面上动水压强的分布规律可近似地看作与静水压强分布规律相同。

对11．流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。

错12．一变直径管段，A 断面直径是B 断面直径的2倍，则B 断面的流速是A 断面流速的4倍。

对13．弯管曲率半径Rc 与管径d 之比愈大，则弯管的局部损失系数愈大。

错14. 流线和迹线实质上是一回事。

错15. 实际流体圆管层流的内摩擦力分布是中间最大，管壁边缘为零的线性分布。

错16．作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面。

对17．静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。

对18. 水力半径R与流动阻力成正比。

错19. 流体静压强的方向不一定重合于受力面的内法线方向。

错20. 在相同的断面面积A与相同的水头H的条件下，管嘴的出流量大于孔口。

对21．毛细管现象中，液体上升高度与管子直径成反比，并与液体种类及管子材料有关。

对三、简答题1．什么是粘滞性？什么是牛顿内摩擦定律？不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体？答：粘滞性是当流体流动时，在流体内部显示出的内摩擦力性质。

牛顿内摩擦定律是：duT Adyμ=；不满足牛顿内摩擦定律的流体是非牛顿流体。

2．在流体力学当中，三个主要的力学模型是指哪三个？答：（1）连续介质；（2）无粘性流体；（3）不可压缩流体。

3．什么是理想流体？答：理想流体即指无粘性流体，是不考虑流体的粘性的理想化的流体。

4．什么是实际流体？答：考虑流体的粘性的流体。

5．什么是不可压缩流体？答：不计流体的压缩性和热胀性的而对流体物理性质的简化。

6．为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线？答：由于流体在静止时，不能承受拉力和切力，所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向。

7．流体的密度：单位体积流体所包含的质量。

8．等压面：在流体中压强相等的点组成的面称为等压面。

9．定常流动：流场中各空间点上所有流动参数均与时间变量t无关，称作定常流动。

10．重度：单位体积流体所受的重力称为重度。

11．膨胀系数：压力不变时，单位温度的变化所引起的体积的相对变化量称为膨胀系数。

13．系统：众多流体质点的集合称为系统。

14．过流断面：与总流或流束中的流线处处垂直的断面称为过流断面。

四、计算题1．图示为一采暖系统图。

由于水温升高引起水的体积膨胀，为了防止管道及暖气片胀裂，特在系统顶部设置一膨胀水箱，使水的体积有自由膨胀的余地。

若系统内水的总体积8V =m 3，加热前后温差50t =o C ，水的膨胀系数0005.0=α，求膨胀水箱的最小容积。

[解] 由dV V dT α=得： 0.0005850dV V dT α=⋅⋅=⨯⨯ 0.2=m 3故膨胀水箱的最小容积为0.2m 32． 有一矩形底孔闸门，高 3h =m ，宽 2b =m ，上游水深 16h =m 下游水深25h =m 。

试用图解法及解析法求作用于闸门上的水静压力及作用点？[解] A h A h P P P c c ⋅'⋅-⋅⋅=-=γγ下上)5.35.4(6807.9-⨯=59=kN 作用于闸门中心图解h b A h h P ⋅⋅=⋅-⋅=γγ)(219.807659=⨯=kN3． 宽为1m ，长为AB 的矩形闸门，倾角为︒45，左侧水深 13h =m ，右侧水深 22h =m 。

试用图解法求作用于闸门上的水静压力及其作用点？[解] 压强分布图略，根据图计算如下： 22121211sin 45sin 4522P P P h h γγ=-=⋅︒-⋅︒ 2211119.80739.80722222=⨯⨯-⨯⨯ 62.327.6534.65=-=kN1122D P y P y P y ⋅=⋅-⋅1122D P y P y y P⋅-⋅=122262.327.65(2)3245324534.65h h ⨯⨯-⨯++⨯︒⨯︒= 762.32227.652334.65⨯-⨯= 17691 2.4634.65-==m 4．20.4h =m ，闸门可绕C 点转动。

求闸门自动打开的水深h 为多少米。

[解] 故 21111120.1()c b h l J y A h h b h ⋅=⋅==-⋅⋅m C 点是合力作用点的极限点，当其高于C 点闸门自动打开。

)2(1.0121121h h h -⨯= 21110100.5 1.3312212h h h =+=+=m 即 1.33h 〉m 时，闸门便自动打开。

5．如下图，气缸内壁的直径D ＝12厘米，活塞的直径d ＝11.96厘米，活塞的长度l =14厘米，润滑油液的μ＝1泊，活塞往复运动的速度为1米/秒，试问作用在活塞上的粘滞力为多少？解：3105)96.1112(2/1100⨯=-⨯==n dy du υ 将以上数值代入公式，223/1051051.0m N dydu ⨯=⨯⨯==μτ 接触面积 2053.014.01196.0m dl A =⨯⨯==ππ所以 N A T 5.26105053.02=⨯⨯==τ6．试按复式水银测压计的读数算出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ρ=13600kg/m3。

解：p 3=p a+汞γ(h 4-h 3)=1×105+13600×9.8(2.3-1.2)=246608pa P 2= p 3-水γ(h 2-h 3)= 246608-9800×(2.5-1.2)=233868paP 1= P 2+汞γ(h 2-h 1)= 233868+13600×9.8×(2.5-1.4)=380476paP= P 1-水γ(H-h 1)= 380476-9800×(3-1.4)=364796pa7．下图所示的管段，d1= 2.5厘米 ,d2=5厘米，d3=10厘米。

（1）当流量为4升/秒时，求各管段的平均流速。

（2）旋动阀门，使流量增加至8升/秒，或使流量减少至2升/秒时，平均流速如何变化？解：（1）根据连续性方程Q ＝1υA 1=2υA 2=3υA 3,1υ=Q/A 1=()22-3105.24104-⨯⨯⨯π=8.16m/s 2υ=1υ21A A =1υ221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d d =8.16×255.2⎪⎭⎫ ⎝⎛=2.04 m/s3υ=1υ231⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d d =8.16×2105.2⎪⎭⎫ ⎝⎛=0.51 m/s (2)各断面流速比例保持不变，流量增加至8升时，即流量增加为2倍，则各段流速亦增加至2倍，即1υ＝16.32 m/s ,2υ=4.08 m/s, 3υ=1.02 m/s流量减少至2升时，即流量减小至1/2,各流速亦为原值的1/2。