流体力学B卷及答案

一、判断题（每题1分，共10分）

1、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。 （ ） 2、均匀流中只考虑沿程水头损失，渐变流中只考虑局部水头损失。 （ ）

23、公式hf??lv既适用于层流，也适用于紊流。 （ ）

d2g4、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流，也适用于非恒定流。 （ ） 5、理想流体是指不考虑粘性作用的流体。 （ ） 6、不管是层流还是紊流，其运动要素在时间和空间上都具有脉动性。 （ ） 7、恒定流时，流线的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。 （ ） 8、圆形管的直径就是其水力半径。 （ ） 9、几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据。 （ ） 10、仅由液体产生作用在水平平面上的总压力与容器的形状无关。 （ ）

二、填空题（每空2分，共20分）

1、流体是在任何微小的 的作用下都能够发生 的物质。 2、当压力体与液体在 时为实压力体，否则为虚压力体。 3、在工程流体力学中，描述流体运动的常用方法有__ 和__ __。 4、简单管路是指 和 沿程不发生变化的管路系统。 5、局部阻力系数与 、 、 有关。

三、单项选择题（每题2分，共30分） 1、不可压缩流体指忽略 的流体。

A．密度 B．密度变化 C．粘度 D．粘度变化 2、连续介质模型意味着 。

A．流体分子之间没有间隙 B．流体中的物理参数是连续函数 C．流体分子之间有间隙 D．流体不可压缩

3、已知不可压缩流体的流速场为ux=f（y，z），uy=f（x），uz=0，则该流动为 。 A．恒定一元流 B．恒定二元流 C．恒定三元流 D．非恒定均匀流 4、静水压力的方向 。

A．与受力面平行 B．与受力面斜交

C．与受力面外法线方向一致 D．与受力面内法线方向一致 5、均匀流过流断面上各点的 等于常数。

ppu2pu2A．p B．z? C． D．z? ???g?g2g?g2g6、已知突然扩大管道前后管段的管径之比d1/d2=0.5，则突扩前后断面平均流速之比v1/v2为 。 A．4 B．2 C．1 D．0.5 7、圆管湍流的断面流速分布为 。

A．线形 B．抛物线 C．正弦 D．对数 8、局部水头损失产生的原因是 。

A．边界层分离产生的漩涡耗散了流体的能量 B．壁面存在粘性切应力 C．局部区域的流速很大，耗散了流体的能量 D．局部流速分布很均匀 9、当虹吸管内流体流动时，虹吸管最高处压强 。

A．大于大气压 B．小于大气压 C．等于大气压 D．不确定

10、如图所示，有两个长度和断面尺寸相同的支管并联，如果在支管2 中加一个调节阀，则水头损失 。

1 2 调节阀 A．hw1> hw2 B．hw 1< hw 2 C．hw 1= hw 2 D． hw 1= hj阀 11、水力最优断面 是指的渠道断面。

A．造价最低 B．糙率最低

C．qv、i、n一定时，过流面积A最大 D．A、i、n一定时，通过流量qv最大 12、相对压强是指该点的绝对气压与__ _ 的差值。

A．标准大气压 B．当地大气压 C．真空压强 D．工程大气压 13、静止流体中任意一点的压强与 无关。

A．点的位置 B．作用面的方向 C．流体的种类 D．重力加速度 14、密度ρ、动力黏度μ、管径d和断面平均流速v的无量纲组合为 。 A．

??d?vdvd?d B． C． D．

v??v??15、关于水流流向的正确说法是 。 A．水一定是从高出往低处流 B．水一定是从流速大处往流速小处流

C．水一定是从压强大处往压强小处流 D．水一定是从机械能大处往机械能小处流

四、计算题（共40分）

1、如图所示，闭容器内盛有油和水，油层厚h1=40cm，油的密度ρ0=850kg/m3，盛有水银的U形测压管的液面距水面的深度h2=60cm，水银柱的高度低于油面h=50cm，水银的密度ρ的计示压强（10分）。

3

Hg=13600 kg/m，试求油面上

题1图

2、某处设置安全闸门如图所示，闸门宽b=0.6m，高h1=1m，铰接装置于距离底h2=0.4m，闸门可绕A点转动，求闸门自动打开的水深h为多少米?（15分）

hh1Ah2 题2图

3、有一水平喷嘴，如图所示，D1=200mm和D2=100mm，喷嘴进口水的绝对压强为345KPa，出口为大气，pa=103.4KPa，出口水速为22m/s。求固定喷嘴法兰螺栓上所受的力为多少？假定为不可压缩定常流动，忽略摩擦损失。（15分）

题3图

一、判断题（每题1分，共10分） 1. 一切流体都是牛顿流体。ⅹ 2．流体静压强的方向不一定垂直于受力面的内法线方向。ⅹ 3．平衡流体等压面微分方程为Xdx+Ydy+Zdz=0 （ √ ） 4．过水断面都是平面。ⅹ

5．实际流体圆管层流的平均流速是最大流速的一半。（ √ ）

6．在紊流状态下，能量损失包括流体层之间的内摩擦力损失和流体层之间相互混杂、能量交换而引起的附加损失。（ √ ）

7．尼古拉茨试验的水力粗糙管区阻力系数?与雷诺数Re和管长l有关。ⅹ

8．其它条件相同时，实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。 （ √ ） 9．只要流体流过面积的大小和形状不变的过水断面，这种流动称为均匀流动。ⅹ

10．在渗流模型中，任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断面平均流速u小。（ √ ）

二、选择题（每题2分，共30分）

1．C 2．B 3．C 4．B 5．B 6.C 7．C 8．C 9．B 10．A 11. A 12. D 13.A 14.B 15.A

三、填空题：（每小题2分，共20分）

1、根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为????短管???和????长管????。

2、 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺λL=25，当模型中某点的流速为v m= 0.8m/s，则原型中对应点的流速为vp=???4????m/s 。

3、 用欧拉法来描述流体的运动时，流体的加速度由两部分组成，第一部分称为????当地加速度?????，另一部分称为 ??迁移加速度???。

4、明渠水流中判断水流是缓流的依据是Fr???＜???1（填写＜或＞或＝）。 ５、在非惯性坐标系中，质量力包括????重力?????和?????惯性力?????。

６、描述流体的运动方法有????拉格朗日法????和????欧拉法????。

四、计算题（４题，共40分）

１、（10分）一扇形闸门如图3所示，宽度b=1.0m，圆心角?=45°，闸门挡水深h=3m，试求水对闸门的作用力及方向

图3

[解] 水平分力：

h3.0Fpx??ghcAx??g?h?b?1000?9.81??3?44.145kN (2分，列对公式给1分)

22 压力体体积：

V?[h(h12?h?h)?h]?()2??sin4528sin45312?3?[3?(?3)??3]?()2 (2分,列对公式给1分) ??sin4528sin45?1.1629m3 铅垂分力：

Fpz??gV?1000?9.81?1.1629?11.41kN （2分，列对公式1分)

合力：

22Fp?Fpx?Fpz?44.1452?11.412?45.595kN (2分，列对公式给1分)

方向：

??arctan11.41?arctan?14.5? (2分，列对公式给1分) Fpx44.145Fpz２、（10分）由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成的管路如右图4所示，已知：DA?0.25m，

pA?7.85?104Nm2；DB?0.50m，pB?4.91?104Nm2，流速vB?1.2m/s ，h?1m。试判断

流动方向，并计算A、B两断面之间的水头损失。

图4

解：设液流由A→B，基准水平面为O—O，取A、B两断面，列总流的伯努利方程 （2分）

z1?p1???1v122g?z2?p2??2?2v22g?hl （3分）

根据连续性方程vAAA?vBAB得vA?vBAB代入上式 (3分) AA代入数据得hl?3.1m水柱。因为hl?0,所以所设方向正确。即A→B （2分）

３、（12分）在水平放置的输水管道中，有一个转角??45的变直径弯头如图5所示，已知上游管道直径d1?600mm，下游管道直径d2?300mm，流量qV?0.425m/s，压强p1?140kPa，求水流对这段弯头的作用力，不计损失。

3

0

图5

[解] （1）用连续性方程计算vA和vB

v1?4qV4?0.4254Q4?0.425m/s； ??1.5v???6.02m/s (2分，列对公式给1分) 22πd12π?0.62πd2π?0.3.2（2）用能量方程式计算p2

2v12v2?0.115m；?1.849m 2g2g2?v12v2?2

p2?p1??g????140?9.81?(0.115?1.849)?122.98 kN/m(2分，列对公式给1分)

?2g2g?

（3）将流段1-2做为隔离体取出，建立图示坐标系，弯管对流体的作用力R的分力为RX和RY，列出x和y两个坐标方向的动量方程式，得 (2分)

?p2p1 ?42d2cos45??Fy??Q(v2cos45??0)

?4d12?p2?4

2d2cos45??Fx??Q(v2cos45??v1) (2分)

将本题中的数据代入：

Fx?p1?4d12?p2?42d2cos45???qV(v2cos45??v1)=32.27kN (1分)

Fy?p2?42d2cos45???qVv2cos45?=7.95 kN (1分)

F?Fx2?Fy2?33.23kN (1分)

??tan?1FyFx?13.830 (1分)

4、（8分）做沿程水头损失实验的管道，直径d=1.5cm，测量段长度l=4m，??1000kgm3，

??1.518?10?3Nsm2。试求：

(1)当流量Q=0.03L/s时，管中的流态? (2)此时的沿程水头损失系数?=？ 解：（1）

v?Q?4?20.03?10?34?vd1000?0.16985?1.5?10?2Re???1678.35?2320(2000)?Rec?1.518?10?3

（共5分，算对v给2分，公式对给1分，算对Re 给3分，公式对给1分） 所以管中流态为层流。（1分）

d??0.16985m/s?(1.5?10)?22?? （2）

6464??0.03899Re1671.144 （2分,公式列对给1分）

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