工程流体力学习题库

一、选择题

1．连续介质假设意味着 。

(A) 流体分子互相紧连 (B) 流体的物理量是连续函数 (C) 流体分子间有间隙 (D) 流体不可压缩 2．空气的等温积模量K= 。 (A) p （B）T (C) ρ （D）RT 3.静止流体 剪切应力。 (A) 不能承受 (B) 可以承受 (B) 能承受很小的 (D) 具有粘性是可承受 4．温度升高时，空气的粘度 。 (A) 变小 （B）变大 (C) 不变 5．流体的粘性与流体的 无关。

(A) 分子的内聚力 （B）分子的动量交换 (C) 温度 （D）速度梯度 6．在常温下，水的密度为 kg/m3。 (A) 1 （B）10 (C) 100 （D）1000

7．水的体积弹性模量 空气的体积弹性模量。 (A) < （B）近似等于 (C) > 8． 的流体称为理想流体。

(A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不变 9． 的流体称为不可压缩流体。

(A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不变

10．用一块平板挡水，平板形心的淹深为hc，压力中心的淹深为hD，则hc hD。 (A) > （B）< (C) =

11．静止流体的点压强值与 无关。

(A) 位置 （B）方向 (C) 流体种类 （D）重力加速度

12．油的密度为800kg/m3，油处于静止状态，油面与大气接触，则油面下0.5m处的表压强为 kPa。

(A) 0.8 （B）0.5 (C) 0.4 （D）3.9 13．压力体内 。

(A) 必定充满液体 （B）肯定不会有液体

(B) 至少部分有液体（D）可能有液体，也可能无液体

14．大气压pa=105 Pa，如果某点的真空度为0.49×105 Pa，则该点的绝对压强为 Pa。 (A) 51×103 （B）149×103 (C) 1.5×105 （D）1.05×105

15．用一块垂直放置的平板挡水，其挡水面积为A，形心淹深为h，平板的水平倾角为θ，该平板受到的静水压力为 。

(A) ρghA.sinθ （B）ρghA.cosθ (C) ρghA.tanθ（D）ρghA 16．欧拉法研究 的变化情况。

(A) 每个质点的速度 （B）每个质点的轨迹 (C) 每个空间点的流速 （D）每个空间点的质点轨迹 17．应用总流的伯努利方程时，两截面之间 。 (A) 必须都是急变流 （B）必须都是缓变流 (B) 不能出现急变流 （D）可以出现急变流

18．水从一个水池经一条管道流出大气，应对 这两个截面应用伯努利方程较好。 (A) 管道的入口和出口 （B）水池面和管道入口 (C) 水池面和管道出口 （D）管道内任意两截面

19．在定常管流中，如果两个截面的直径比为d1/d2 = 2，则这两个截面上的雷诺数之比Re1/Re2 = 。

(A) 2 （B）4 (C) 1/2 （D）1/4 20．定常流动中， 。

(A) 加速度为零 （B）流动参数不随时间而变 (B) 流动参数随时间而变 （D）速度为常数 21．在 流动中，流线和迹线重合。

(A) 定常 （B）非定常 (C) 不可压缩 （D）无粘 22．控制体是 。

(A) 包含一定质量的系统 （B）位置和形状都变化的空间体 (C) 固定的空间体 （D）形状不变、位置移动的空间体

23．在定常管流中，如果两个截面的直径比为d1/d2 = 3，则这两个截面上的速度之比V1/ V2 = 。

(A) 3 （B）1/3 (C) 9 （D）1/9 24．文丘里管用于测量 。

(A) 点速度 （B）压强 (C) 密度 （D）流量

25．应用动量方程求流体对固体壁面的作用力时，进、出口截面上的压强应使用 。 (A) 绝对压强 （B）相对压强 (C) 大气压 （D）真空度

26．流量为Q，速度为V的射流冲击一块与流向垂直的平板，则平板受到的冲击力为 。 (A) QV （B）QV2 (C) ρQV （D）ρQV2 27．沿程损失系数λ的量纲（单位）为 。 (A) m （B）m/s (C) m2/s （D）无量纲 28．圆管流动中，层流的临界雷诺数等于 。 (A) 2320 （B）400 (C) 1200 （D）50000 29．层流中，沿程损失与速度的 次方成正比。 (A) 1 （B）1.5 (C) 1.75 （D）2

30．管道面积突然扩大的局部损失hj = 。

(A) (V12 – V22) / 2g （B）(V12 + V22) / 2g (C) (V1 + V2)2 / 2g （D）(V1 – V2)2 / 2g 31．虹吸管最高处的压强 大气压。 (A) > （B）= (C) < （D）≥

32．超音速气流在收缩管道中作 运动。 (A) 加速 （B）减速 (C) 等速 33．速度势只存在于

(A) 不可压缩流体的流动中 （B）可压缩流体的定常流动中 (C) 无旋流动中 （D）二维流动中 34．流函数存在于

(B) 不可压缩流体的平面流动中 （B）可压缩流体的平面流动中 (C) 不可压缩流体的轴对称流动中 （D）任意二维流动中 35．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。 36．作用在流体的质量力包括

A. 压力； B. 摩擦力； C. 重力； D. 惯性力。 37．与牛顿内摩擦定律直接有关系的因素是

Ａ. 切应力和压强； B. 切应力和剪切变形速率； C. 切应力和剪切变形。 38．水的粘性随温度升高而

A . 增大； B. 减小； C. 不变。 39．气体的粘性随温度的升高而 A. 增大；Ｂ. 减小；Ｃ. 不变。 40．流体的运动粘度υ的国际单位是

Ａ. m2/s ；B. N/m2 ； C. kg/m ；D. N·s/ｍ2 41．理想流体的特征是

Ａ. 粘度是常数；B. 不可压缩；C. 无粘性； D. 符合pV=RT。 42．当水的压强增加１个大气压时，水的密度增大约为

Ａ.

120000； Ｂ. ；Ｃ. 。

43．以下关于流体粘性的说法中不正确的是

Ａ. 粘性是流体的固有属性；Ｂ. 粘性是在运动状态下流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度

Ｃ. 流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重作用；Ｄ. 流体的粘性随温度的升高而增大。

44．已知液体中的流速分布μ－y如图所示，其切应力分布为 Ａ.τ＝０；Ｂ.τ＝常数； Ｃ. τ＝ky (k为常数)。 45．以下关于液体质点和液体微团的正确论述是

Ａ. 液体微团比液体质点大；Ｂ. 液体微团包括有很多液体的质点； Ｃ. 液体质点没有大小，没有质量；Ｄ. 液体质点又称液体微团。 46．液体的汽化压强随温度升高而 Ａ. 增大；Ｂ. 减小；Ｃ. 不变；

47．一封闭容器盛以水，当其从空中自由下落时（不计空气阻力），其单位质量力为 Ａ. 0 ； Ｂ. -g ； Ｃ. mg ；Ｄ. –mg 。

48．一列火车在水平直道上匀速行使时，车内的流体所受的单位质量力为 Ａ. 0 ；Ｂ. -g ； Ｃ. mg ；Ｄ. -mg 。 49．以下哪几种流体为牛顿流体

Ａ. 空气；Ｂ. 清水；Ｃ. 血浆； Ｄ. 汽油； Ｅ. 泥浆。 50．以下关于流体汽化压强的论述中，不正确的是

Ａ. 液体的温度升高则汽化压强增大； Ｂ. 液体的温度升高则汽化压强减小； Ｃ. 液体的汽化压强随海拔而变化； Ｄ. 20oC的水的汽化压强为１atm； Ｅ. 100oC的水的汽化压强为１atm；Ｆ. 水在常温下不会沸腾； Ｇ. 液体中的压力越大则汽化压强越大。

51．以下哪几种流体为非牛顿流体

Ａ. 空气；Ｂ. 清水；Ｃ. 血液； Ｄ. 酒精；Ｅ. 泥浆。 52．静止液体中存在

Ａ. 压应力； Ｂ. 压应力和拉应力；Ｃ. 压应力和切应力；Ｄ. 压应力 、切应力和拉应力； 53．相对压强的起量点是

A. 绝对真空； B. 1个标准大气压； C. 当地大气压；D. 液面压强。 54．金属压力表的读数是

A. 绝对压强 ； B. 相对压强 ； C. 绝对压强加当地大气压强； D. 相对压强加当地大气压强。

55．绝对压强pabs、相对压强p 、真空值pv、 当地大气压强pa之间的关系是 A. pabs=p+pv ； B. p=pabs+pa ； C. pv=pa－pabs 。

56．在密闭的容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为

A. A. p1=p2=p3 ； B. p1>p2>p3 ；C. p1

57．用U形水银差压计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm ,pA-pB为 A. A. 13.33kpa ；B. 12.35kpa ；Ｃ. 8kpa 。

58．垂直放置的矩形挡水平板，深为3m,静水总压力P的作用点到水面的距离yD为 A．1.2 5m ；B．1.5m ； C．2.0m D．2.5m 。 59．在液体中潜体所受浮力的大小

A．与潜体的密度成正比；B．与液体的密度成正比； C．与潜体淹没的深度成正比。 60．完全淹没在水中的一矩形平面，当绕其形心轴旋转到什么位置时，其压力中心与形心最远？ A. 45o倾斜；B．60o倾斜；C．水平；D. 铅直。 61．恒定流是

Ａ．流动随时间按一定规律变化；B．流场中任意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； 62．一元流动是

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。 63．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。 64．变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速V1＝1.5m/s，V2为： A．3m/s ； B．4m/s ； C．6m/s ； D．9m/s 。 65．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，各点的运动物理量有以下关系 A

．

p1=p2 ；B. p3=p4 ；

C．+=+；

D．+=+。

66．伯诺里方程中 z++表示 A．单位重量液体具有的机械能； B．单位质量液体具有的机械能； C．体积液体具有的机械能； D．通过过流断面液体所具有的总机械能。 67．水平放置的渐扩管，如果忽略水头损失，断面形心点的压强有以下关系 A．p1>p2 ；B．p1=p2 ；C．p1

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。 69．粘性液体测压管水头线的沿程变化是

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。 70．以下哪三种概念属于欧拉法

Ａ．流线；Ｂ．迹线；Ｃ．液体质点；Ｄ．液体微团；Ｅ．控制体；Ｆ．固定空间点。 71．以下哪些概念属于拉格朗日法

Ａ．流线；Ｂ．迹线；Ｃ．液体质点；Ｄ．液体微团；Ｅ．控制体；Ｆ．过水断面。 72．当流场中的流线为相互平行的直线时此流动是

Ａ．恒定的均匀流 Ｂ．恒定的非均匀流 Ｃ．均匀流 Ｄ．非恒定均匀流 Ｅ．非恒定非均匀流 Ｆ．非均匀流 Ｇ．恒定流 Ｈ．非恒定流。 73．当流场中的流线与迹线重合时．此流动是

Ａ．恒定均匀流 Ｂ．恒定的非均匀流 Ｃ．均匀流 Ｄ．恒定非均匀流 Ｅ．非恒定非均匀流 Ｆ．非均匀流 Ｇ．恒定流 Ｈ．非恒定流。 74．速度v，长度l，重力加速度g的无量纲组合是

A． ；B．； C. ； D. 。

75．速度v，密度ρ,压强p的无量纲的组合是

A．

；B．； C ．

；D. 。76．速度v长度l，时间t的无量纲组合是

Ａ． ； Ｂ．；Ｃ．；Ｄ． 77．压强差Δp密度ρ长度l 流量Ｑ的无量纲组合是

Ａ． ； Ｂ．； Ｃ．；

Ｄ． 78．进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选用的准则是 Ａ．雷诺准则；Ｂ．弗劳德准则；Ｃ．欧拉准则。

79．密度ρ，动力粘滞系数μ，流速v和长度l的无量纲组合是

Ａ． ；Ｂ．；Ｃ．； D ． 。

80．雷诺数的物理意义表示

Ａ．粘滞力与重力之比；Ｂ．重力与惯性力之比； Ｃ．惯性力与粘滞力之比；Ｄ．压力与粘滞力之比。

81．明渠水流模型实验，长度Ｒ为４．模型流量应为原型流量的

Ａ．； Ｂ．； Ｃ．；

Ｄ．。

82．.压力输水管模型实验，长度比Ｒ为８，模型水管的流量应为原型输水管流量的

Ａ．； Ｂ． ； Ｃ．；Ｄ．。

83．水在垂直管内由上向下流动，相距Ｌ的两断面 间测压管水头差为h，则两断面间沿程水头损失hf为 A．hf=h ；Ｂ．hf=h+L；Ｃ．hf=Ｌ-h 。 84．圆管流动过流断面上的切应力分布为：

Ａ．在过流断面上是常数；Ｂ．管轴处是零，且与半径成正比； Ｃ．管壁处为零，向广轴线性增大；Ｄ．抛物线分布。 85．在圆管紊流中，过水断面流速分布符合

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 86．在圆管层流中，过水断面流速分布符合

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。 87．半圆形明渠，半径r。=4m，水力半径为 Ａ．4m； Ｂ．3m； Ｃ．2m ；Ｄ．1m 。

88．变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径为d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是 Ａ．Ｒe1=0.5Re2；Ｂ．Ｒe1=Re2；Ｃ．Ｒe1==1.5Re2;；Ｄ．Re1=2Re2。 89．圆管层流，实测管轴线上的流速为４m/s。则断面平均流速为 Ａ． 4m/s Ｂ．３.２m/s Ｃ．2m/s Ｄ．2.5m/s。 90．圆管紊流过渡区的沿程摩阻系λ

Ａ．雷诺数Ｒe有关；Ｂ．与管壁相对粗糙度有关Δ／d有关； Ｃ．与Re和Δ／d有关；Ｄ．与Re和管长l 有关。 91．圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系λ

Ａ．雷诺数Ｒe有关；Ｂ．与管壁相对粗糙度有关Δ／d有关； Ｃ．与Re和Δ／d有关；Ｄ．与Re和管长l有关。 92．工业管道的沿程摩阻系数λ在紊流过渡区随雷诺数的增加而 Ａ．增加；Ｂ．减小；Ｃ．不变；Ｄ．前三种情况都有可能。 93．理想液体在流动过程中,流层之间的切应力为

Ａ．零；Ｂ．粘性切应力τ1；Ｃ．惯性切应力τ2；Ｄ．τ1＋τ2。 94．实际液体在紊流状态，其流层间的切应力为

Ａ．零；Ｂ．粘性切应力τ1；Ｃ．惯性切应力τ2；Ｄ．τ1＋τ2。 95．在紊流状态下，流场固定空间点的瞬时流速为

Ａ．时间平均流速u;Ｂ．脉动流速u'；Ｃ．断面平均流速v ；Ｄ．u+u'。 96．所谓的工业管道当量粗糙高度是指：

Ａ．和工业管道粗糙高度相同尼古拉兹粗糙高度；Ｂ．和尼古拉兹粗糙高度相同的工业管道粗糙高度；Ｃ．和工业管道λ值相同的尼古拉兹粗糙高度；Ｄ．和工业管道粗糙区λ值相等的同直径的尼古拉兹管的粗糙高度；

97．比较在正常的工作条件下，作用水头Ｈ直径d相等时小孔的流量Ｑ圆柱形外管嘴的流量Qn Ａ．Ｑ>Ｑn；Ｂ．Ｑ<Ｑn；Ｃ．Ｑ＝Ｑn。 98．圆柱形外管嘴的正常出流条件是

A．L=(3-4)d ,H0>9m B． L=(3-4)d H0<9m Ｃ．L>(3-4)d ,H0>9m Ｄ．L<(3-4)d ,H0<9m

99．图示两根完全相同的长管道．只是安装高度不同，两管的流量关为 Ａ．Ｑ1<Ｑ2 Ｂ．Ｑ1>Ｑ2 Ｃ．Ｑ1=Ｑ2 Ｄ．不定。

100．并联长管１、２两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度L2=3L1，通过的流量为 Ａ．Ｑ1＝Ｑ2；Ｂ．Ｑ1＝1.5Q2； Ｃ．Ｑ1＝1.73Ｑ2；Ｄ．Ｑ1=3Ｑ２

101．Ａ、Ｂ两节点连接并联管段1、２、３、则Ａ、Ｂ两节点的水头损失为 Ａ．hfab=hf1+hf2+hf3; Ｂ．hfab=hf1+hf2; Ｃ．hfab=hf2+hf3; Ｄ．hfab=hf1=hf2=hf3。 102．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．.通过水量相等。 103．并联管道如图,阀门全开时各管段流量Q1、Q2、Q3, 现关小阀门K,其他条件不变,流量变化为

A．Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３都减小； B. Ｑ１、Ｑ３减小Ｑ２不变; C.．Ｑ１、Ｑ３减小,Ｑ２增大; D. Ｑ１不变,Ｑ２增大,Ｑ３减小。

104．将孔口改为同直径的外管嘴出流,其他的条件不变化,则出流流量增大,这是由于

A. A. 阻力系数减小所致; B．流速系数增大所致; C．作用水头增大

所致。

105．长管作用水头H保持不变,出口又由自由出流改为淹没出流后,管路流量 A.减小; B.不变; C．增大; D．不一定。

106．长管的水力计算场采用比阻A公式Ｈ=ALQ2 比阻Ａ有关的参数包括

Ａ．管径d管长Ｌ，管道的摩阻系数λ；Ｂ管径d．管道的摩阻系数λ；Ｃ．管长Ｌ和管道的摩阻系数λ；Ｄ．管径d管长Ｌ和管道流量。

107．某薄壁小孔口在作用的出流Ｑ0，当作用水头将为，并孔口改为同直径的管嘴后的出流

流量为Ｑn,Ｑ与Ｑn的流量关系为； Ａ．Ｑ0=Qn Ｂ．Q0Ｑn 108．明渠均匀流只能发生在：

A.A.平坡棱柱形渠道；B.顺坡棱柱形渠道；C．逆坡棱柱形渠道。 109．水力最优断面是:

A.A.造价最低的渠道断面;B.壁面粗糙系数最小断面；C．.对一定的流量具有最大断面积的断面；D．对一定的面积具有最小湿周的断面。 110．水力最优矩形断面,宽深比是: A.A.0.5；B.1.0；C.2.0；D．4.0。

111．梯形断面渠道,在底坡i,粗糙系数n和通过流量Q一定的条件下,水力最优断面的条件是: A.过水断面面积ω具有最大的湿周Xmax；B.底宽b=2h(h为水深); C.h=2Rh(Rh为水力半径)。

112．无压圆管均匀流的流量随水深而变化,当充满度α为何值时,其流量最大: Aα.=1；B.α=0.95；C.α=0.81；D.α=0.5。

113．.无压圆管均匀流的流速随水深而变化,当充满度α为何值时,其流速最大: Aα=1；B.α=0.95；C.α=0.81；D.α=0.5。 114．明渠流动为急流时.

A.Fr>1； B.h>hc；C.h>h0；D.de/dh>0。 115．明渠流动为缓流时:

A.Fr<1；B.h

117．在流量一定时,渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将： A.增大;B.减小;C.不变。

118．在流量一定,渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将：

A.增大;B减小;C.不变。 119．堰流特定的局部水流现象是:

A.缓流通过障壁; B缓流溢过障壁; C.急流通过障壁; D.激流溢过障壁。 120．符合以下条件的堰流是宽顶堰流:

?A. <0.76；B.0.76H121．自由式宽顶堰的堰顶水深hc0

A.hc0hc；C.hc0=hc；D.不定(其中hc为临界水深) 122．理想流体与实际流体的主要区别在于( )。

A. 是否考虑粘滞性 B. 是否考虑易流动性 C.是否考虑重力特性 D. 是否考虑惯性 123．对于实际流体,总水头线是（ ）的线。

A. 沿程下降。 B. 沿程升高。。 C. 沿程可升可降。 D. 沿程不升不降。 二、判断题

?<2.5； C.2.5H<10。

?判断下列说法是否正确。若正确在括号内划√，否则划H。 1．动能修正系数与断面流速分布有关。（ ） 2．临界雷诺数的大小与流体的性质无关。（ ） 3．长短是指管道几何长度长的管道。（ ） 4．谢齐（Chezy）公式适用于紊流粗糙区。 （ ）

5．按程沿程阻力系数的变化规律,尼古拉滋试验曲线分为三个区。（ ） 6．对于以重力为主导因素的流动，可按佛劳德准则进行模型设计。（ ）

三、简答题

1. 等压面是水平面的条件有那些？ 2. 流体静压强的有那两个特性？ 3. 明渠均匀流有那些特性？

4. 说明描述流体运动的两种方法（拉格朗日法与欧拉法）的主要区别。 5. 何谓不可压缩流体？ 6. 试述系统和控制体的概念。 7. 何谓绝对压强？何谓计示压强？ 8. 试述理想流体和粘性流体的概念。 9. 试述流线和迹线的概念。 10. 试解释水击现象. 11. 试述层流和紊流的概念。

12. 试述有旋流动和无旋流动的概念。 四、计算题

1．已知一流动的速度场为：vx = 2xy+x，vy = x2-y2-y，试证明该流动为有势流动，且存在流函数，并求速度势及流函数。

?vy?vx解：（1）∵ ?2x?2x，

?y?x

则 ωx= ωy= ωz = 0， 流动为无旋流动，

∴ 该流动为有势流动。

?vx?vy又 ∵ ??2y?1?2y?1?0，即流动为不可压缩流体的平面流动，

?x?y

∴该流动存在流函数。

????（2） ∵

d??dx?dy?vxdx?vydy?(2xy?x)dx?(x2?y2?y)dy ?x?y ∴ 速度势为： x2y3y2222??(2xy?x)dx?(x?y?y)dy?xy????c 232

????dx?dy??vydx?vxdy??(x2?y2?y)dx?(2xy?x)dy ∵ d???x?y

∴ 流函数为： x3222???(x?y?y)dx?(2xy?x)dy?xy?xy??c 3

2．如图所示，两圆筒内装的是水，用管子连接。第一个圆筒的直径d1= 45 cm，其活塞上受力F1=320 N，密封气体的计示压强为981.0 Pa；第二个圆筒的直径d2= 30 cm，其活塞上受力F2=490 N，开孔通大气。若不计活塞重量，求平衡状态时两活塞的高度差h。

??P1?F1?Pe?Pa??水ghA1解：

F P2?2?PaA2

?d12 A1?4 2?d2 A2?4

∵ P1?P2

??∴ ??FF?2?1?p? e22??d2??d1 ??44?? h??0.402(m)?水g

3．已知：一闸门如图，h1 = 2m，h2 =3m，h3 =5m，闸门宽B = 2m，γ1 =9806 N/m3，γ2 =12000 N/m3，γ3 =46000 N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B点的合力矩。 hF1??1ghc1A1??11h1B?9806?1?2?2?39224(N)解： 2 F 2 '??1gh1A2?9806?2?3?2?117672(N)

F2''??2ghc2A2?12000?1.5?3?2?108000(N) F3??3ghc3A3?46000?2.5?(2?3)?2 ?1150000(N)

F合?F3?F1?F2?1150000?39224?108000

?885104(N) hhhhMB?F3?3?F1?(h2?1)?F2'?2?F2''?2 3323 5233?1150000??39224?(3?)?117672??108000??1488324.2(N.m) 3323

4．图示为水自压力容器定常出流，压力表读数为10atm，H=3.5m，管嘴直径D1=0.06m，D2=0.12m，试求管嘴上螺钉群共受多少拉力？计算时管嘴内液体本身重量不计，忽略一切损失。

解：对容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程： Pev12?H? ?g2g 2Pev??2gH1 ?

52?10?1.013?10 ??2?9.8?3.51000

?45.77(m/s)

?D1??0.06??v2??v??D?1?0.12??45.77?11.44(m/s)???2?选管嘴表面和管嘴进出口断面所围成的体积为控制体，列动量方程：

22?Fpnx??qv?v1x?v2x??P2eA2?FxFx??qv?v1?v2??P2eA2对管嘴的进出口断面列伯努利方程，得

2 P2ev12v2 2g?g2g

P2e?981986.77(Pa)

??Fx?1000?45.77??0.062??45.77?11.44??981986.77??0.122 ∴

44

??6663.6(N) F??Fx?6663.6(N)

5．如图示，水流经弯管流入大气，已知d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，不计水头损失，求弯管上所受的力。

2解：由连续方程： v1d12?v2d2 得： 22d275 v1?v22??23?12.94(m/s)2d1100

对弯管的进、出口截面列伯努利方程：

2 P1bv12P2bv2?z1???z2? ?g2g?g2g其中，P2 b= 0，z1 = z 2，代入得：

2 ?v2?v1210002P1b???23?12.942?1.808?105(Pa) 22g2选弯管所围成的体积为控制体，对控制体列动量方程：

?qv?v2x?v1x??Fpn1x?Fpn2x?Fpnbx?P1bA1?Fpnbx

?qvv2y?v1y?Fpn1y?Fpn2y?Fpnby?Fpnby

?? 1000?23??0.0752?v2cos30??v1??1.808?105??0.12?Fpnbx44

? 1000?23??0.0752?v2sin30??0??Fpnby4

求得：Fpnbx= - 710.6 (N) ∴ Fx= - Fpnbx= 710.6 (N) Fpnby= 1168.5 (N) Fy= - Fpnby= -1168.5 (N)

22F?F?F?1367.6(N)xy

??????

6．已知油的密度ρ=850 kg/m3，粘度μ=0.06 Pa.s，在图示连接两容器的光滑管中流动，已知H=3 m。当计及沿程和局部损失时，求：（1）管内的流量为多少？（2）在管路中安一阀门，当调整阀门使得管内流量减小到原来的一半时，问阀门的局部损失系数等于多少？（水力光滑流动时，λ= 0.3164/Re0.25）。 解：（1）对两容器的液面列伯努利方程，得： H ?hw?hf?hj

lv2v2???1.5

d2g2g 2240vv即： 3 ? ? ? 1 . 5 (1) 0.32g2g

设λ= 0.03，代入上式，得 v = 3.27 m/s，则

?vd850?3.27?0.3Re???13897.5

?0.06

0.31640.3164

?'???0.0291 Re0.25138970.25 ???'0.03?0.0291??3%?2% ?0.03故，令λ=λ’=0.0291，代入（1）得：v=3.306（m/s）

?vd850?3.306?0.3则

Re???14050.5 ?0.060.31640.3164

?'???0.0291?? Re0.2514050.50.25

?d2?∴ qv?v??0.32?3.306?0.234(m3/s)44

10.234（2）

qv'?qv??0.117(m3/s) 22 q'0.117?4v?v2??1.655(m/s)2 ?d3.14?0.3 4?vd850?1.655?0.3

Re???7033.75 ?0.06

0.31640.3164????0.0345

Re0.257033.750.25 则 H?hw?hf?hj

lv2?(??1.5??v)

??d2g

2401.655 3?(0.0345?1.5??v)0.32?9.8

求得： ?v?15.37

7．为确定鱼雷阻力，可在风洞中进行模拟试验。模型与实物的比例尺为1/3，已知实际情况下鱼雷速度vp=6 km/h，海水密度ρp=1200 kg/m3，粘度νp=1.145×10-6 m2/s，空气的密度ρ

3-52

（1）风洞中的模拟速度应为多大？（2）若m=1.29 kg/m，粘度νm=1.45×10 m/s，试求：

在风洞中测得模型阻力为1000N，则实际阻力为多少？ 解：已知 l1kl?m? lp3（1）由Rep = Rem 得， kν = kv kl， k??m1.45?10?5kv????3?38 ∴ kl?pkl1.145?10?6

vm= kvvp= 38×6 =228 (km/h)

（2）由kF= kρkl2 kv2 得

22 Fm?m?1?1.29?1?22????k??38?38?0.1725????F Fp?p?3?1200?3?

∴ FP = Fm/kF = 1000/0.1725 = 5798 (N)

7．流体通过孔板流量计的流量qv与孔板前、后的压差ΔP、管道的内径d1、管内流速v、孔板的孔径d、流体密度ρ和动力粘度μ有关。试用π定理导出流量qv的表达式。 （dimΔP =ML-1T-2， dimμ=ML-1T-1）。

解：设qv= f (ΔP, d1, v, d,ρ,μ)

选d, v, ρ为基本变量 qv??1?a1vb1dc1

?P??2?a2vb2dc2 d1??3?a3vb3dc3

???4?a4vb4dc4

上述方程的量纲方程为：

a1b1 L3T?1?ML?3LT?1Lc1

?1?2?3a2?1b2c2MLT?MLLTL

a3b3 L?ML?3LT?1Lc3 ab??ML?1T?1????????????ML??LT??33?13Lc3

由量纲一致性原则，可求得：

a1=0 a2=1 a3=0 a4=1 b1=1 b2=2 b3=0 b4=1 c1=2 c2=0 c3=1 c4=1

??Pqd?4??2?2∴ 1?v2??3?1?vd?vdvd

??Pd1?? qv?vd2f???v2,d,?vd????

8．如图所示，由上下两个半球合成的圆球，直径d=2m，球中充满水。当测压管读数H=3m时，不计球的自重，求下列两种情况下螺栓群A-A所受的拉力。（1）上半球固定在支座上；（2）下半球固定在支座上。 解：（1）上半球固定在支座上时 ??d22?r3?F??gVp??g??4H?3??

??

?1000?9.8??3.14?1?3?2?3.14?1/3?

?112.89(kN)

（2）下半球固定在支座上时 ??d22?r3?F??gVp??g??4H?3??

??

?1000?9.8??3.14?1?3?2?3.14?1/3?

?71.84(kN)

9. 新设计的汽车高1.5m，最大行驶速度为108km/h，拟在风洞中进行模型试验。已知风洞试验段的最大风速为45m/s，试求模型的高度。在该风速下测得模型的风阻力为1500N，试求原型在最大行驶速度时的风阻。

解：

v45 kv?m??1.5108vp 3.6 k??1

根据粘性力相似准则， Rem?Rep ?kvkl?1

h11 kl???mkv1.5hp

hp

hm??1(m) 1.5 又 F?kF?k?kv2kl2?m Fp

Fm1500?Fp???1500(N)

1k?kv2kl2

10. 连续管系中的90o渐缩弯管放在水平面上，管径d1=15 cm，d2=7.5 cm，入口处水平均流速v1=2.5 m/s，静压p1e=6.86×104 Pa（计示压强）。如不计能量损失，试求支撑弯管在其位置所需的水平力。

解：由连续方程：

v1A1?v2A2

2vAd15 v2?11?12v1?()2?2.5?10(m/s)A27.5d2

由能量方程： 2p1ev12p2ev2 ????g2g?g2g

?1000 2p2e?p1e?(v12?v2)?6.86?104?(2.52?102)22

?21725(Pa)

X方向动量方程：

?qv(v2x?v1x)?Fx?p2eA2

Fx??qv(v2x?v1x)?p2eA2

??

?1000?2.5??0.152?(10?0)?21725??0.075244

?537.76(N)

Y方向动量方程：

?qv(v2y?v1y)?Fy?p1eA1

Fy??qv(v2y?v1y)?p1eA1 ???1000?2.5??0.152?(0?2.5)?6.86?104??0.152 44 ?1322.71(N) 合力为:

F?Fx2?Fy2?537.762?1322.712?1427.85(N)

11. 小球在不可压缩粘性流体中运动的阻力FD与小球的直径D、等速运动的速度v、流体的

密度ρ、动力粘度μ有关，试导出阻力的表达式。 （dimF =MLT-2， dimμ=ML-1T-1）。（15分）

解：设FD = f (D, v, ρ,μ)

选D、v、ρ为基本变量 FD??1?a1vb1Dc1

???4?a2vb2Dc2

上述方程的量纲方程为：

?2?3a1?1b1c1MLT?MLLTL

?1?1?3a2?1b2c2MLT?MLLTL

由量纲一致性原则，可求得：

a1=1 a2=1 b1=2 b2=1 c1=2 c2=1

FD???∴ ?1?2?v2d2?vd

??? FD??v2d2f???vd????

12. 如图所示，一封闭容器内盛有油和水，油层厚h1=40 cm，油的密度ρo=850 kg/m3，盛有水银的U形测压管的液面距水面的深度h2=60 cm，水银柱的高度低于油面h=50 cm，水银的密度ρhg= 13600 kg/m3，试求油面上的计示压强（15分）。

? P? w gh解： P 2 e e ? ? o gh 1 ? 2

? ? g

hg(h1?h2?h)

?Pe??hgg(h1?h2?h)??ogh1??wgh2

?13600?9.8?(0.4?0.6?0.5)?850?9.8?0.4

?1000?9.8?0.6

?57428(Pa)

????????

13. 额定流量qm=35.69 kg/s的过热蒸汽，压强pe=981 N/cm2，蒸汽的比体积为v=0.03067 m3/kg，经内径为227mm的主蒸汽管道铅垂向下，再经90o弯管转向水平方向流动。如不计能量损失，试求蒸汽作用给弯管的水平力。

解：由连续方程： 得： qm??VA qmqmv35.69?0.03067?4V??? ?A?d2??0.22724

?27.047(m/s)

选弯管所围成的体积为控制体，对控制体列x方向动量方程：

?qv?V2x?V1x??Fpn1x?Fpn2x?Fpnbx??P2eA2?Fpnbx

Fpnbx?qm?V2x?V1x??P2eA2

??0.22724?35.69?(27.047?0)?981?10? 4 ?3.98?105(N)

14. 为测定90o弯头的局部阻力系数，在A、B两断面接测压管，流体由A流至B。已知管径d=50 mm，AB段长度LAB = 0.8 m，流量qv = 15 m3/h，沿程阻力系数λ=0.0285，两测压管中的水柱高度差Δh = 20 mm，求弯头的局部阻力系数ξ。（15分）

q解： 15vA?vB?v?v2??2.12(m/s)2 ?d??0.053600? 44 对A、B列伯努利方程：

22 PAvAPBvB?zA???zB??hf ?水g2g?水g2g PAP?zA?1?z1 ?水g?水g

PBP?zB?2?z2

?水g?水g

F.yp?F1.yp1?F2'.yp2'?F2''.yp2''?17640?1.5?23520?0.5?9800?0.333?41483.441483.441483.4yp???0.814(m)F50960

22. A diverging nozzle that discharges an 8-in-diameter water jet into the air is on the right end of a horizontal 6-in-diameter pipe. If the velocity in the pipe is 12fps, find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle. Neglect fluid friction. (10分) Solution:

A162v2?v1?2?12?6.75(ft/s)A282 p1v12p2v2??z1???z2?

?2g?2g

?262.4 ?p1?(v2?v12)?(6.752?122)??95.38(lb/ft2)2g2?32.2

?Fx??Q(V2?V1)?P1A1?Fbx

?F??F?PA??Q(V?V)??95.38???(6)2?62.4?12???(6)2?(6.75?12)xbx112141232.2412

? 5 . 24 ( lb ) to the right

23. A horizontal 100-mm-diameter pipe (f=0.027) projects into a body of water (ke=0.8) 1m below the surface. Considering all losses, find the pressure at a point 5 m from the end of the pipe if the velocity is 4 m/s and the flow is (a) into the body of water; (b) out of the body of water. (10分)

Solution: (a) 2p1v12p2v2 ?z1???z2??hL?2g?2g

p1v12v12lv12

??z2?z1?f?(k') ?2gd2g2g p1542?1?0.027?

98000.12?9.8

p1?20.6(kN/m2)

2(b) p1v12p2v2?z1???z2??hL ?2g?2g

p1v12v12lv12??z2?z1?f?ke

?2gd2g2g

?p154242?1?0.027??1.8?98000.12?9.82?9.8p1??15.4(kN/m2)

24. A rectangular plate 5 ft by 4 ft is at an angle of 30°with the horizontal, and the 5-ft side is horizontal. Find the magnitude of the force on one side of the plate and the depth of its center of pressure when the top edge is (a) at the water surface; (b) 1 ft below the water surface. (10分)

Solution:

4(a)

F??hcA?62.4??sin30??(5?4)?1248(lb) 222

hp?h??4?sin30??1.333(ft) 334(b)

F??hcA?62.4?(1??sin30?)?(5?4)?2496(lb) 2131bl?5?43

Ic1412?(?)??4?12?4.333(ft) yp?yc?14ycAsin30?24?(4?5)(?)A

sin30?2

hp?ypsin30??4.333?0.5?2.17(ft)

1. 25. Water in a reservoir is discharged from a vertical pipe. If a=25 ft, b= 60 ft, c=40 ft, d= 2ft. All the losses of energy are to be ignored when the stream discharging into the air at E has a diameter of 4 in. What are pressure heads at B, C and D, if the diameter of the vertical pipe is 5 in? (10分)

22 pAvApEvE??zA???zE? ?2g?2g2 vE0?(25?60?40)?0?0?0? 2g

?vE?2?32.2?125?89.72(ft/s) AE42?vB?vC?vD?vE?2?89.72?57.42(ft/s) AB5 22pAvApBvB ??zA???zB??2g?2g

2 PBvB57.422??a??25???26.2(ft) ?2g2?32.2

22 pCvCpBvB??zB???zC? ?2g?2g

PP ?C?B?(zB?zC)??26.2?60?33.8(ft)?? 22pBvBpDvD ??zB???zD??2g?2g

PP ?D?B?(zB?zD)??26.2?60?40?2?71.8(ft)??

26. A nozzle that discharges a 60-mm-diamater water jet into the air is on the right end of a horizontal 120-mm-diameter pipe. In the pipe the water has a velocity of 4 m/s and a gage pressure of 400 kPa. Find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle, and the head loss in the nozzle. (10分)

Solution:

A11202v2?v1??4?16(m/s)2A260 ?F??Q(V?V)?PA?Fx2111bx

??22 ?F??F?PA??Q(V?V)?400000??0.12?1000?4??0.12?(16?4)xbx112144

?4523.9?542.9?3981(N)

to the right

2 p1v12p2v2??z1???z2??hL

?2g?2g

2222pvv40000416112 ?hL???????28.57(m)?2g2g98002?9.82?9.8

?

27. A 450-ft-long pipeline runs between two reservoirs, both ends being under water, and the intake end is square-edged and nonprojecting. The difference between the water surface levels of the two reservoirs is 150ft. (a) What is the discharge(流量) if the pipe diameter is 12 in and f = 0.028? (b) When this same pipe is old, assume that the growth of tubercles has reduced the diameter to 11.25 in and that f=0.06. What will the rate of discharge be then? (10分)

Solution: (a) 22pvpv1 ?z1?1?2?z2?2?hL?2g?2g

2v2 lvz1?z2?f?(ke?k') d2g2g

450v2150?(0.028?0.5?1)

122?32.2

12

v?26.2(ft/s)

12 ??()212?20.6(cfs) Q?v.A?26.2?4

2(b) p1v12p2v2?z1???z2??hL ?2g?2g 2v2lv z1?z2?f?(ke?k')d2g2g

450v2

150?(0.06?0.5?1)11.25 2?32.2 12 v?17.8(ft/s) 11.252??() 12Q?v.A?17.8??12.32(cfs) 4

一、单项选择题(本大题共20小题，每小题1分，共20分)在每小题烈出的四个

选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1． 若流体的密度仅随___________变化而变化，则该流体称为正压性流体。（ ）

A． 质量 B．体积 C．温度 D．压

强

2．亚声速流动，是指马赫数__________时的流动。（ ）

A． 等于1 B．等于临界马赫数 C．大于1 D．小

于1

3．气体温度增加，气体粘度

A． 增加 B．减小 C．不变 D．增

加或减小

4．混合气体的密度可按照各种气体_____________的百分比数来计算。（ ）

A． 总体积 B．总质量 C．总比容 D．总

压强

5．某单位购买了一台提升汽车的油压升降机（如图一所示），原设计操纵方法是：从B秘进高压油，A管排油时平台上升（图一的左图）；从A管进高压油，B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图，将A、B两管联在一起成为C管（图一的右图）。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油，能操纵油压机升降吗？你的判断( )

A． 可以 B．不能动作 C．能升不能降 D．能

降不能升

图一 图二

6．在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计（如图二），当箱顶部压强Po＝1个大气压时，两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg)，如果顶部再压入一部分空气，使Po＝2个大气压时。则△h应为（ ）

A． △h=－760mm(Hg) B．△h= 0mm(Hg) C．△h= 760mm(Hg) D．△h=1520mm(Hg) 7．流体流动时，流场各窨点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为（ ）

A．定常流 B．非定常流 C．非均匀流 D．均匀流

8．流体在流动时，根据流体微团________来判断流动是有旋流动还是无旋流动。（ ）

A． 运行轨迹是水平的 B．运行轨迹是曲线 C．运行轨迹是直线 D．是否绕自身轴旋转 9．在同一瞬时，流线上各个流体近质点的速度方向总是在该点与此线（ ）

A． 重合 B．相交 C．相切 D．平

行

10．图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压p也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油机动的出力F1，F2，F3的大小关系是（忽略活塞重量）（ ）

A． F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F1＜F2＜F3 D．F1＝

F3＞F2

11．三个容积完全相等的容器，联接如图示，先将阀门a,b关闭，阀门c开启，压强计p指示为0，将容器I充入压缩空气，绝对压强为300KPa，容器抽成真空度为30KPa。先关闭阀门c，再开启阀门a和b，这时，压强计p的读数应该是（设当地大气压是100KPa）（ ）

A．56.7 KPa B．76.7 KPa C．90.0 KPa D．110.0 KPa

12．下列说法中，正确的说法是（ ）

A． 理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守

恒

B． 理想不可压均质重力流体作定常流动时，沿流线总机械能守恒 C． 理想不可压均质重力流体作非定常流动时，沿迹线总机械能守恒 D．理想可压缩重力流体作非定常流动时，沿流线总机械能守恒 13．在缓变流的同一有效截面中，流体的压强分布满足（ ）

A． B．P＝C C． D．

14.当圆管中流体作层流流动时，动能修正系统α等于（ ）

A． 1 B．2 C．3

D．2000

15．如图所示，容器若依次装着水与汽油，假定二者均为理想流体，且H＝常数，液面压强为大气压，则从管口流出的水与汽油之间的速度关系是（ ）

A． V水＜V油 C．V水＝V油

16．粘性流体绕流平板时，边界层内的流态由层流转变为紊流的临界雷诺数Rexcr值为（ ）

A． 2000B．2000~13800C． ~3 D． ~3

17．当某管路流动在紊流粗糙管平方阻力区范围内时，则随着雷诺数Re的增大，其沿程损失系数λ将（ ）

A． 增大 B．减小 C．不变 D．增

大或减小

18．水自水箱经管路流出，如图所示，若把管路阀门再关小一些，阀门前后的测压管1与2的液面高度变化将是（ ）

B．V水＜V油

D． 难以确定的

A． h1升高，h2降低 B．h1降低，h2升高 C．h1与h2都降低 D．h1与h2都升高 19．流体在管内作层流流动时，其沿程损失hf值与断面平均流速v的__________次方成正比。（ ）

A． 1 B．1.75 C．1.75~2 D．2 20．管路水力计算中的所谓长管是指（ ）

A． 长度很长的管路 B．总能量损失很大的管路

C．局部损失与沿程损失相比较可以忽略的管路 E． 局部损失与沿程损失均不能忽略的管路

第二部分 非选择题

二、名词解释 （本大题共5小题，每小题2分，共10分） 21．流体的密度 22．等压面 23．定常流动

24．水力光滑与水力粗糙管

25．气体一维定常等熵流动的极限状态

三、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分） 26．混合气体密度如何计算，并列出计算公式。

27．对于静止液体，当作用在液体上的质量力仅有重力时，则液体中的哪些面是等压面？

28．什么是有效截面？流道中流线互相平行时，有效截面形式如何？ 29．什么是紊流的时均速度？写出紊流时均速度轴向分量 的定义式，指出式中各符号的含义。

四、计算题（本大题共6小题，共50分）

30．（6分）飞机在10000m的高空（T＝223.15K,p=0.264bar）以速度800km/h飞行，燃烧室的进口扩压通道朝向前方，设空气在扩压通道中可逆压缩，试确定相对于扩压通道的来流马赫数和出口压力。（空气的比热容为Cp=1006J/(kg·K)，等熵指数为k=1.4，空气的气体常数R为287J/(kg·K)

31．（6分）一截面为圆形风道，风量为10000 ，最大允许平均流速为20m/s，

求：（1）此时风道内径为多少？

（2）若设计内径应取50mm的整倍数，这时设计内径为多少？ （3）核算在设计内径时平均风速为多少？

32．（7分）离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量，已知风机入口侧管道直径d=400mm，U形管读数h＝100mmH2O,水与空气的密度分别为ρ水＝1000kg/ ,ρ空＝1.2 kg/ ,忽略流动的能量损失，求空气的体积流量qv。

33．（7分）要为某容器底部设计一个带水封的疏水管，结构如图示，容器内部的压强值，最高时是表压强pe＝1500Pa，最低时是真空值pv＝1200Pa,要求疏水管最高水位应低于容器底部联接法兰下a=0.1m,最低水位应在疏水管口上b=0.2m(水密度ρ＝1000kg/ ，重力加速度g=9.8m/ ) 求：（1）疏水管长度L。

（2）水封水面到疏水管口的深度H。

34．（12分）有一水平放置的90o渐缩弯管，管内径d1=15cm,d2=7.5cm,入口处平均流速v1＝2.5m/s,表面强 ,若不计阻力损失，求水流对弯管的作用力，水的密度ρ＝1000kg/

35．（12分）用虹吸管输水，如图所示，已知：水位差H＝2m，管顶高出上游水位h=1m,虹吸管内径d=200mm,管长为LAB＝3m,LBC=5m,LCD=4m,管路沿程损失系数λ＝0.026，局部损失系数有：管路进口滤网（带底阀）一个，ζ12，B，C两处90o圆弯两个，每个ζρ＝1000kg/ 。试求：

（1） 虹吸管的流量qv。

（2） 虹吸管中压强最低点的位置及其真空值。

滤网＝

弯头＝0.5，管路出口ζ出口＝1.0，水的密度

二O O二年上半年高等教育自学考试全国统一命题考试

工程流体力学试题参考答案及评分

（电厂热能动力工程专业）

一、单项选择题(本大题共20小题，每小题1分，共20分)

1．D 2．D 3．A 4．A 5．A 6．C 7．A 8．D

9．C 10．A 11．A 12．B 13．A 14．B 15．C 16．C

17．C 18．A 19．A 20．C

二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 21．【参考答案及评分标准】

单位体积流体的质量（2分） 22．【参考答案及评分标准】

在液体中压强相等的点组成的面称为等压面。（2分） 23．【参考答案及评分标准】

流场中各空间点上所有物理参数均与时间变量t无关，称作定常流动（2分） 24．【参考答案及评分标准】

流体在管内作紊流流动时，用符号△表示管壁绝对粗糙度，δ0表示粘性底层的厚度，则

当δ0＞△时，叫此时的管路为水力光滑管（1分） 当δ0＜△时，叫经时的管路为水力粗糙管（1分） 评分标准：若对符号△δ△不作解释，不扣分。 25．【参考答案及评分标准】

在绝热流动的过程中，气流的绝对压强与热力学温度为零，气流的总能量全部转化为宏观运动的动能的状态。（2分）

三、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分） 26．【参考答案及评分标准】

可按各种气体所占气体总体积的百分数来计算（3分）。 (2分)

i－各组成气体所占混合气体总体积的百分数；

ρi－各组成气体的密度， ；

ρ－混合气体密度， 。

27．【参考答案及评分标准】

属于等压面的是以下水平面（1分）

（1） 自由表面（或气液分界面）（1分） （2） 两种不互溶液体的交界面（1分）

（3） 液体内能互相连通（或不被隔断）的同一种液体内的各水平面。

（2分）

28．【参考答案及评分标准】

（1） 在流场中（或流道中）存在这样的横截面，穿过该截面的每一

条流线均与该截面垂直。这样的横截面称为有效截面（又称过流截面）（3分）

（2） 当流线互相平行时，有效截面为平面。（2分）

当流线互相不平行时，有效截面为曲面。

29．【参考答案及评分标准】

紊流真实速度在一定时间间隔内的统计平均值叫紊流的时均速度（2分） (2分)

式中：t△－初始时刻 T－时间间隔 u－瞬时速度 －时均速度（1分） 四、计算题（本大题共6小题，共50分） 30．【参考答案及评分标准】

31．【参考答案及评分标准】

}

(3分)

设计内径应取450mm为50mm的9倍，且风速低于允许的20m/s（2分）(2) (3) 在设计内径450mm时，风速为

}

(1分)

32．【参考答案及评分标准】

由伯努利方程

33．【参考答案及评分标准】

根据流体静力学基本方程 表压强

在最高压强时，管内水面应低于O－O面 在最低压强时，管内水面应高于O－O面 故疏水管长度

水封水面到疏水管口深度

答：疏水管长度应为0.574m，水封水面到疏水管口深度为0.353m（1分）。

34．【参考答案及评分标准】

由 由

得 由

35．【参考答案及评分标准】

（1）求虹吸管的流量：列进、出口水池水面的伯努利方程：

把已知参数代人：求得v=vA=1.59m/s (1分) 所以

（2）低压强点及其真空度

最低压强应是虹吸管内的C点 （见图）

列进水池水面及C断面的伯努利方程：

一．简答题（30分） 1．粘性及粘性的表示方法

产生阻抗流体层间相对运动的内摩擦力的这种流体的性质。 三种表示方法：绝对粘度、相对粘度、运动粘度

2．流线与迹线

流线：某瞬时流场中的一条空间曲线，该瞬时曲线上的点的速度与该曲线相切。 迹线：流体微元的运动轨迹。

3．断面平均流速与时间平均流速

vdAqV?AV??AA 断面平均流速：时间平均流速：v?1T?T0vdt

4．层流与紊流

层流：定向有规律的流动 紊流：非定向混杂的流动

5．流体连续介质模型

以流体微元这一模型来代替实际由分子组成的结构，流体微元具有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，彼此间无间隙，这就是连续介质模型。

6．恒定与非恒定流动

流体运动的运动参数在每一时刻都不随时间发生变化，则这种流动为恒定流动；流体运动的参数在每一时刻都随时间发生变化，则这种流动为非恒定流动。

二．推导直角坐标系中的连续性微分方程。（10分）

在空间流场中取一固定的平行六面体微小空间，边长为dx,dy,dz，所取坐标如图所示。中心为点A(x,y,z)，该点速度为vx,vy,vz，密度为?(x,y,z,t)，计算在dt时间内流入、流出该六面体的流体质量。

首先讨论沿y方向的质量变化。由于速度和密度是坐标的连续函数，因此由abcd而流入的质量为：

?1?(?vy)??v?dy?dxdzdt ?y2?y??由efgh面流出的质量为

?1?(?vy)?dy?dxdzdt ??vy?2?y??因此，在dt时间内，自垂直于y轴的两个面流出、流入的流体质量差为：

?my??(?vy)?ydxdydzdt

同样道理可得dt时间内，分别垂直于x,z轴的平面流出、流入的流体质量差为：

?mx??(?vx)dxdydzdt ?x?(?vz)dxdydzdt ?z?mz?因此，在dt时间内流出、流入整个六面体的流体质量差为

??(?vx)?(?vy)?(?vz)??mx??my??mz?????dxdydzdt

?y?z???x对于可压缩流体，在dt时间内，密度也将发生变化，流体密度的变化同样引起六面体内流体质量的改变。以?mt表示质量随时间的增量，设t时刻流体密度为?，t?dt时刻流体密度为????dt，则 ?t ?mt???dxdydzdt ?t由质量守恒条件知

?mx??my??mz???mt（注意正负号） 故有

??(?vx)?(?vy)?(?vz)?????dxdydzdt??dxdydzdt ???x?y?z?t??整理得

???(?vx)?(?vy)?(?vz)????0 ?t?x?y?z即为直角坐标系下的连续性微分方程

三．由粘性流体微小流束的伯努利方程推导出总流的伯努利方程。（15分）

如图：1-1和2-2断面为两个缓变的过流断面，任取一个

微小流束i，当粘性流体恒定流动且质量力只有重力作用时，对微小流束的1-1和2-2断面伯努利方程，得单位重力流体的总能量：

pvpv'单位时间z1i?1i?1i?z2i?2i?2i?hW?g2g?g2g内流过微小流束过流断面1-1和2-2流体的总能量为：

2222pvpv'(z1i?1i?1i)v1idA1i?g?(z2i?2i?2i?hW)v2idA2i?g

?g2g?g2g单位时间内总流流经过流断面1-1和2-2流体的总能量为

22p1iv1ip2iv2i'(z??)v?gdA?(z??)v?gdA?h?A11i?g2g1i1i?A22i?g2g2i2i?A2Wv2i?gdA2i

前面讲过在缓变过流断面上，所有各点压强分布遵循静压强的分布规律：z?此在所取的过流断面为缓变流动的条件下，积分

p?C，因?g?A(z?ppp)?gvdA??(z?)?gdqV?(z?)?gqV （1）

qV?g?g?g若以平均流速V计算单位时间内通过过流断面的流体动能：

v2?V2?A2g?gvdA?2g?gqV （2）

单位时间内流体克服摩擦阻力消耗的能量

?A2'''hWv2id?gA2i??hW?gdqV2中，hW为一无

qV2规律变化的值，但可令

?qV2'hW?gdqV2?gqV?hW （3）

将（1）（2）（3）代入上式，并且已知不可压流体，流量连续，得：

p?Vp?V(z1?1?11)?gqV?(z2?2?22)?gqV?hW?gqV

?g2g?g2g等式两边同除?gqV，得到重力作用下不可压缩粘性流体恒定总流的伯努利方程：

22p?Vp?Vz1?1?11?z2?2?22?hW

?g2g?g2g22四．推导静止流体对平面壁的作用力计算公式。（15分）

ab为一块面积为A的任意形状的平板，与液体表面呈?角放置，液体内部的压强取相

对压强。

作用在微分面积dA上的压力：

dFp?pdA??ghdA??g(ysin?)dA

作用在平面ab上的总压力：

Fp??dFp??gsin??ydA

AA由工程力学知：

?AydA?ycA

为受压面面积A对OX轴的静矩 再由hc?ycsin?，pc?pa??ghc

故 Fp??g(yCsin?)A??ghcA?(pc?pa)A 即静止液体作用在平面上的总压力等于受压面面积与其形心处的相对压强的乘积。

五．如图，盛水容器以转速n?450r/min绕垂直轴旋转。容器尺寸D?400mm，d?200mm，

h2?350mm，水面高h1?h2?520mm，活塞质量

m?50kg，不计活塞与侧壁的摩擦，求螺栓组A、B所受的力。（15

分）

z??2r22g

将坐标原点C取在液面处，则液面方程设液面上O点处压强为

p0，则

?则

d/20(p0???2r22)2?rdr?mg

4mg????2(d/2)2p0?4?r2

求螺栓组A受力：

在上盖半径为r处取宽度为dr的环形面积，该处压强为

p?p0?(h1?上盖所受总压力为

?2r22g)?g

FP1??D/2d/2p?2?rdr??D/2d/2(p0?(h1??2r22g)?g)?2?rdr?3723N

方向垂直向上。

螺栓组B受力：

下底r处压强为

p?p0?(h1?h2?下底受总作用力： FP2??2r22g)?g

?D/20p?2?rdr??D/20(p0?(h1?h2??2r22g)?g)?2?rdr?4697N

方向垂直向下。

六．将一平板深入水的自由射流内，垂直于射流的轴线。该平板截去射流流量的一部分qV1，引起射流剩余部分偏转角度?。已知射流流速

V?30m/s，全部流量qV?36?10?3m3/s，截去流

量qV?12?10?3m3/s。求偏角?及平板受力F。（15分）

取控制体如图，对I-I和1-1列伯努利方程得

V1?V2?V

由动量守恒（取动量修正系数均为1）

Vsin?qV2?VqV1?0

sin??所以

VqV11?VqV22

故有??30?

在水平方向列动量方程

?R??qV2?Vcos???qVV?456.46(N)

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