流体力学典型题1-6

《工程流体力学》典型题及作业题解答

《工程流体力学》

典型题及作业题解答

（第七章～第十章）

编者：韩家德

教材：《工程流体力学》陈卓如编专业：热能工程

16

《工程流体力学》典型题及作业题解答

第七章 粘性流体动力学

[例1]：[7－5]有一容器的出水管直径d=10cm，当龙头关闭时，压强计读数为49000Pa（表压），龙头开启后压强计读数降为19600Pa（表压），如果总的能量损失为4900Pa，试求通过管路的水流量qv。

[解]：本题龙头开启与关闭是两个流动，因此不能按两个流动列方程。事实上，阀门关闭是给出了液柱水头的高度条件。

p由静压： H?0

?g以管路中心面为基准，对液面和压力表处断面列Bernoulli方程：

H d Q p1?1V12p2?2V22z1???z2???hw?g2g?g2g

其中：z1?H，p1?pa，?1??2?1，V1?0，z2?0，p2?p?pa，代入已知条件：

p0pap?paV22????hw ?g?g?g2gV2

2.3 如图，用U型水银测压计测量水容器中某点压强，已知H1=6cm，H2=4cm，求A点的压强。

解：选择水和水银的分界面作为等压面得

pa??1(H1?H2)?pA??2H2

故A点压强为：

pA?pa??1H1?H2(?1??2)?1.14?105Pa

2.5 水压机是由两个尺寸不同而彼此连通的，以及置于缸筒内的一对活塞组成，缸内充满水或油，如图示：已知大小活塞的面积分别为A2，A1，若忽略两活塞的质量及其与圆筒摩阻的影响，当小活塞加力F1时，求大活塞所产生的力F2。

帕斯卡定律：加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递。根据静压力基本方程(p=p0+ρgh),盛放在密闭容器内的液体，其外加压强p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。 这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。 解：由p1?F1F，p2?2，根据静压传递原理：p1?p2 A1A2F1A2 A1?F2?

2.6如图示高H=1m的容器中，上半装油下半装水，油上部真空表读数p1=4500Pa，水下部压力表读数p2=4500Pa，试求油的密度?。

第六章 明渠流动

复习思考题

1．同有压管流相比较，明渠流动有哪些特点？ 2．明渠均匀流的形成条件和特征是什么？

3．明渠均匀流的水深（正常水深）与哪些因素有关？

4．两渠道的流量相同，若下列参数不同（其它参数均相同）：（1）粗糙系数n1n2;(2)底坡

i1i2，比较两渠道的正常水深h0和临界水深hc。

5．怎样从运动学的角度区分缓流与急流？有哪些判别方法？

6．缓流和急流同层流和紊流、渐变流和急变流在概念上有何区别？

7．明渠水流从急流过渡到缓流或从缓流过渡到急流，发生什么局部水力现象？ 8．缓流、急流和临界流是否一定和缓坡、急坡、临界坡渠道相对应？在什么条件下相对应？ 9．各种底坡的渠道，N-N线（正常水深线）和c-c线（临界水深线）的相对位置如何？ 10．怎样定性分析水面曲线的变化？ 选择题

6-1明渠均匀流可能发生在： （a）平坡棱柱形渠道 （b）顺坡棱柱形渠道 （c）逆坡棱柱形渠道 （d）都有可能

6-2水力最优断面是： （a）造价最低的渠道断面

（b）壁面粗糙系数最小的断面

（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断湿周的断面 6-3水力最优矩形断面，宽深比是 （a）0.5 （b）1.0 （c）2 （d）

第一章

1. 汽缸内壁的直径D=12cm，活塞的直径d=11.96cm，活塞长度L=14cm，活塞往复运动的速度为1m/s，润滑油的μ =0.1Pa·s。求作用在活塞上的粘性力。

解：由于内外壁的间隙很小，速度分布认为是线性的，由牛顿内摩擦定律，得，

F??Adu?u1.0????dL??0.1?3.14?0.1196?0.14??26.29N

D?d0.12?0.1196dy222.旋转圆筒粘度计，外筒固定，内筒转速n=10r/min。内外筒间充入实验液体。内筒r1=1.93cm，

外筒 r2=2cm，内筒高h=7cm，转轴上扭距M=0.0045N·m。求该实验液体的粘度。

解：实验液体与内筒接触面上速度为：

v?2?r1n2?3.14?0.0193?10??0.0202m/s 6060MM0.0045N?m???27.48Pa Ar12?r1hr12?3.14?0.07?0.01932m3内筒外表面上的切应力为：

??因内外筒间隙很小，速度分布认为近似线性分布，则根据牛顿内摩擦定律，

??

?du/dy??v/(r2?r1)?27.48?(0.02?0.0193)?0.95Pa?s

0.02023.已知水的体积弹性模量为K=2х109P

学习中心： 院校学号： 姓名

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院

流体力学 试 卷（作业考核 线下） B 卷（共 4 页）

总分 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

一、判断题（20分）

1) 流体质点只有质量没有大小。（×） 2) 温度升高液体的表面张力系数增大。（×） 3) 液滴内的压强比大气压小。（×） 4) 声音传播过程是一个等熵过程。（√）

5) 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（√） 6) 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（×） 7) 超音速气流在收缩管道中作加速运动。（×） 8) 定常流动中，流体运动的加速度为零。（×） 9) 气体的粘性随温度的升高而增大。（√）

10) 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。（√） 11) 理想流体定常流动，流线与迹线重合。（×）

12) 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（×） 13) 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（×）

14) 静止的流体

流体力学基础复习大纲 第1章 绪论

一、概念

1、 什么是流体？

在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体（易流动性是命名的由

来）

流体质点的物理含义和尺寸限制？

宏观尺寸非常小，微观尺寸非常大的任意一个物理实体 宏观体积极限为零，微观体积大于流体分子尺寸的数量级 什么是连续介质模型？连续介质模型的适用条件；

假设组成流体的最小物质是流体质点，流体是由无限多个流体质点连绵不断组

成，质点之间不存在间隙。

分子平均自由程远远小于流动问题特征尺寸 2、 可压缩性的定义；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积减小

体积弹性模量的定义、与流体可压缩性之间的关系及公式； Ev=-dp/(dV/V) 压强的改变量和体积的相对改变量之比 Ev=1/Κt 体积弹性模量越大，流体可压缩性越小 气体等温过程、等熵过程的体积弹性模量； 等温Ev=p

等嫡Ev=kp k=Cp/Cv

不可压缩流体的定义及体积弹性模量；

作用在一定量的流体上的压强增加时，体积不变 Ev=dp/(dρ/ρ) （低速流动气体不可压缩） 3、 流体粘性的定义； 流体抵抗剪切变形的一种属性

动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；

动力粘度：μ，单位速度梯度下的切应力 μ=τ/

第二章流体静力学

1.等压面平衡流体中压强相等的点所组成的面（平面或曲面）称为等压面。 2.等压面性质：1.等压面即是等势面：U ＝C；2.等压面与质量力矢量垂直；3.两种不相混

的平衡液体的分界面必然是等压面。

3.能量形式的静力学基本方程p???gz?C?或z?p?C不可压缩流体 ?g的静力学基本方程（能量形式），对静止容器内的液体中的1,2两点有：

z1?p1p?z2?2?C ?g?gp---压强势能，简称压?g4.静力学基本方程的物理意义z---位置势能，简称位能，

能，z?p---总势能流体静力学基本方程的能量意义是：在重力作用下平衡流?g体中各点的单位重量流体所具有的总势能（包括位能和压能）是相等的，即势能守恒。

p5.静力学基本方程的几何意义z---流体距基准面的位置高度，称为位置水头，?g---流体在压强p 作用下沿测压管上升的高度，称为压强水头，z?p---静压水?g头（或静力水头）。流体静力学基本方程的几何意义是：在重力作用下同一平衡流体中各点的静力水头为一常数，相应的静力水头线为一水平线。 第三章流体动力学基础

1.恒定流一切和流体力学有关的物理量均与时间t 无关的流动。

2.非恒定流和流体力学有关的物理量只要有任何一个随时

第一章 流体及其物理性质

1、如果在某一瞬间使流体中每个流体微团的密度均相同，则这种流体一定是( )。

A、可压缩流体； B、不可压缩流体； C、均质流体； D、非均质流体；

2、牛顿内摩擦定律告诉我们( )。 A、作用于流层上切向应力与压力成正比； B、作用于流层上切向应力与速度梯度成正比； C、作用于流层上切向应力与速度梯度成反比； D、作用于流层上切向应力与流层面积成反比；

3、流体的特点是( )。 A、只能承受微小剪切力作用；

B、受任何微小压力都能连续变形；

C、当受到剪切力作用时，仅能产生一定程度的变形； D、受任何微小剪切力作用将发生连续变形；

4、在地球的重力场中，流体的密度和重度的关系为( )。

???A、g；B、???g??g；C、???g；D、?；

5、流体是那样一种物质，它( )。 A、不断膨胀，直到充满任意容器； B、实际上是不可压缩的； C、不能承受切应力；

D、在任意切应力作用下，不能保持静止；

6、流体的力学特征为( )。 A、只能承受微小剪切力作用； B、受任何小压力都能连续变形；

C、与受到剪切力作用时，仅产生一定程度

第一章 流体及其物理性质

1、如果在某一瞬间使流体中每个流体微团的密度均相同，则这种流体一定是( )。

A、可压缩流体； B、不可压缩流体； C、均质流体； D、非均质流体；

2、牛顿内摩擦定律告诉我们( )。 A、作用于流层上切向应力与压力成正比； B、作用于流层上切向应力与速度梯度成正比； C、作用于流层上切向应力与速度梯度成反比； D、作用于流层上切向应力与流层面积成反比；

3、流体的特点是( )。 A、只能承受微小剪切力作用；

B、受任何微小压力都能连续变形；

C、当受到剪切力作用时，仅能产生一定程度的变形； D、受任何微小剪切力作用将发生连续变形；

4、在地球的重力场中，流体的密度和重度的关系为( )。

???A、g；B、???g??g；C、???g；D、?；

5、流体是那样一种物质，它( )。 A、不断膨胀，直到充满任意容器； B、实际上是不可压缩的； C、不能承受切应力；

D、在任意切应力作用下，不能保持静止；

6、流体的力学特征为( )。 A、只能承受微小剪切力作用； B、受任何小压力都能连续变形；

C、与受到剪切力作用时，仅产生一定程度

复核总分 复核人 总 分 合分人 得分 评卷人 复查人

20 年 月江苏省高等教育自学考试

038328601流体力学基础

题 号 题 分 得 分 一 15 二 10 三 10 四 25 五 40 一、 单项选择题（每小题1分，共15分）

在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答 案，并将其字母标号填入题干的括号内。

1、流体重度的表达公式为（ A ）。

A. ?g B. ?g C. ?2、流体静压强p的作用方向为（ D ）。

A. 平行受压面 B. 垂直受压面 C. 指向受压面 D. 垂直指向受压面 3、绝对压强的起量点为（ A ）。

A. 绝对真空 B. 标准大气压 C. 当地大气压 D. 液面压强 4、如下图所示，容器内盛有两种不同的液体（ρ1<ρ2），则图中测压管内液体高度h=

（ C ）。

A. h1?h2 B. ?1h1??2h2

C ?1h1?h2 D. h1??2h2

?1?2

5、在平衡