工程流体力学习题及答案

第1章绪论选择题【1.1】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）几何的点；（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。解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。（d）【1.2】与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（a）切应力和压强；（b）切应力和剪切变形速度；（c）切应力和剪切变形；（d）切应力和流速。解：牛顿内摩擦定律是ddvy，而且速度梯度ddvy是流体微团的剪切变形速度ddt，故ddt。（b）【1.3】流体运动黏度υ的国际单位是：（a）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）N·s/m2。解：流体的运动黏度υ的国际单位是/sm2。（a）【1.4】理想流体的特征是：（a）黏度是常数；（b）不可压缩；（c）无黏性；（d）符合RTp。解：不考虑黏性的流体称为理想流体。（c）【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a）1/20000；（b）1/1000；（c）1/4000；（d）1/2000。解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约95d1d0.51011020000kp。（a）【1.6】从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（b）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。（c）【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a）汽油；（b）纸浆；（c）血液；（d）沥青。解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。（a）【1.8】15C时空气和水的运动黏度6215.210m/s空气，621.14610m/s水，这说明：在运动中（a）空气比水的黏性力大；（b）空气比水的黏性力小；（c）空气与水的黏性力接近；（d）不能直接比较。解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有关，因此它们不能直接比较。（d）【1.9】液体的黏性主要来自于液体：（a）分子热运动；（b）分子间内聚力；（c）易变形性；（d）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。（b）第2章流体静力学选择题：【2.1】相对压强的起算基准是：（a）绝对真空；（b）1个标准大气压；（c）当地大气压；（d）液面压强。解：相对压强是绝对压强和当地大气压之差。（c）【2.2】金属压力表的读值是：（a）绝对压强；（b）相对压强；（c）绝对压强加当地大气压；（d）相对压强加当地大气压。解：金属压力表的读数值是相对压强。（b）【2.3】某点的真空压强为65000Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：（a）65000Pa；（b）55000Pa；（c）35000Pa；（d）165000Pa。解：真空压强是当相对压强为负值时它的绝对值。故该点的绝对压强64ab0.1106.51035000Pap。（c）【2.4】绝对压强abp与相对压强p、真空压强vp、当地大气压ap之间的关系是：（a）abvppp；（b）abappp；（c）vabappp；（d）vappp。解：绝对压强－当地大气压＝相对压强，当相对压强为负值时，其绝对值即为真空压强。即abavpppp，故abvappp。（c）【2.5】在封闭容器上装有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）p1p２p3；（b）p1=p２=p3；（c）p1p２p3；（d）p2p1p3。解：设该封闭容器内气体压强为0p，则20pp，显然32pp，而21Hgphph气体，显然12pp。（c）321水汞习题.52图p0h习题.62图ABhph【2.6】用Ｕ形水银压差计测量水管内Ａ、Ｂ两点的压强差，水银面高度hp＝10cm，pA-pB为：（a）13.33kPa；（b）12.35kPa；（c）9.8kPa；（d）6.4kPa。解：由于222HOHOHOHgApBpphhphh故2HgHO()(13.61)98070.112.35kPaABppph。（b）【2.7】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）与潜体的淹没深度成正比；（d）与液体表面的压强成反比。解：根据阿基米德原理，浮力的大小等于该物体所排开液体的重量，故浮力的大小与液体的密度成正比。（b）【2.8】静止流场中的压强分布规律：（a）仅适用于不可压缩流体；（b）仅适用于理想流体；（c）仅适用于粘性流体；（d）既适用于理想流体，也适用于粘性流体。解：由于静止流场均可作为理想流体，因此其压强分布规律既适用于理想流体，也适用于粘性流体。（d）【2.9】静水中斜置平面壁的形心淹深Ch与压力中心淹深Dh的关系为ChDh：（a）大于；（b）等于；（c）小于；（d）无规律。解：由于平壁上的压强随着水深的增加而增加，因此压力中心淹深hD要比平壁形心淹深Ch大。（c）【2.10】流体处于平衡状态的必要条件是：（a）流体无粘性；（b）流体粘度大；（c）质量力有势；（d）流体正压。解：流体处于平衡状态的必要条件是质量力有势（c）【2.11】液体在重力场中作加速直线运动时，其自由面与处处正交：（a）重力；（b）惯性力；（c）重力和惯性力的合力；（d）压力。解：由于流体作加速直线运动时，质量力除了重力外还有惯性力，由于质量力与等压面是正交的，很显然答案是（c）计算题：【2.12】试决定图示装置中A、B两点间的压强差。已知h1=500mm，h2=200mm，h3=150mm，h4=250mm，h5=400mm，酒精γ1=7848N/m3，水银γ2=133400N/m3，水γ3=9810N/m3。习题.122图BAh1h2h3h411334h52水酒精水水银解：由于31222Aphph而321354324()Bpphphhh因此25432413()Bpphhhh即22354241331ABpphhhhhh354241331()hhhhh1334000.29810(0.40.25)1334000.2578480.1598100.555419.3Pa55.419kPa【2.13】试对下列两种情况求A液体中M点处的压强（见图）：（1）A液体是水，B液体是水银，y=60cm，z=30cm；（2）A液体是比重为0.8的油，B液体是比重为1.25的氯化钙溶液，y=80cm，z=20cm。解（1）由于12Bppz13pp而3MABAppyzy1340000.398100.646.086kPa（2）MBApzy1.2598100.20.898100.88.731kPa【2.14】在斜管微压计中，加压后无水酒精（比重为0.793）的液面较未加压时的液面变化为y=12cm。试求所加的压强p为多大。设容器及斜管的断面分别为A和a，1001Aa，1sin8。习题.142图Apyap=0时液面Δhγ解：加压后容器的液面下降ΔyhA则(sinΔ)(sin)yapyhyA0.120.120.7939810()126Pa8100【2.19】矩形闸门AB宽为1.0m，左侧油深h1=1m，水深h2=2m，油的比重为0.795，闸门倾角α=60º，试求闸门上的液体总压力及作用点的位置。解：设油，水在闸门AB上的分界点为E，则油和水在闸门上静压力分布如图所示。现将压力图F分解成三部分1F，2F，3F，而123FFFF，习题.132图液体液体zyABM213其中111.155msinsin60hAE222.31msinsin60hEBEp油10.795981017799PahBEpp水277999810227419Pah1E11I77991.1554504N22FpAE2EI77992.3118016NFpEB3BE11()I(274197799)2.3122661N22FppEB故总压力1234504180162266145.18kNFFFF设总压力F作用在闸门AB上的作用点为D，实质是求水压力图的形状中心离开A点的距离。由合力矩定理，123212()()323FADFAEFEBAEFEBAE故21245041.15518016(2.311.155)22661(2.311.155)32345180AD2.35m或者sin2.35sin602.035mDhADa习题.192图油水h1h2ABpEFpBEDF1F2F3习题.202图OaHhO'ApAF1F2pBByF【2.24】如图所示一储水容器，容器壁上装有3个直径为d=0.5m的半球形盖，设h=2.0m，H=2.5m，试求作用在每个球盖上的静水压力。习题.242图cabhHFzbFzaFxcFzcVpaVpbVpc解：对于a盖，其压力体体积paV为23p11()2426ahVHdd2331(2.51.0)0.50.50.262m412p98100.2622.57kNzaaFV（方向↑）对于b盖，其压力体体积为pbV23p1()2412bhVHdd2331(2.51.0)0.50.50.720m412p98100.7207.063kNzbbFV（方向↓）对于c盖，静水压力可分解成水平及铅重两个分力，其中水平方向分力2298102.50.54.813kN44xcFHd（方向←）铅重方向分力3p98100.50.321kN12zccFV（方向↓）【2.30】某空载船由内河出海时，吃水减少了20cm，接着在港口装了一些货物，吃水增加了15cm。设最初船的空载排水量为1000t，问该船在港口装了多少货物。设吃水线附近船的侧面为直壁，设海水的密度为ρ=1026kg/m3。解：由于船的最初排水量为1000t，即它的排水体积为31000m，它未装货时，在海水中的排水体积为31000974.66m1.026V，按题意，在吃水线附近穿的侧壁为直壁，则吃水线附近的水线面积为21000974.66126.7m0.20S因此载货量126.70.15102619.50t191.3WkN第3章流体运动学选择题：【3.1】用欧拉法表示流体质点的加速度a等于：（a）22ddtr；（b）vt；（c）()vv；（d）()tvvv。解：用欧拉法表示的流体质点的加速度为ddttvvavv（d）【3.2】恒定流是：（a）流动随时间按一定规律变化；（b）各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；（d）迁移加速度为零。解：恒定流是指用欧拉法来观察流体的运动，在任何固定的空间点若流体质点的所有物理量皆不随时间而变化的流动.（b）【3.3】一元流动限于：（a）流线是直线；（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；（d）运动参数不随时间变化的流动。解：一维流动指流动参数可简化成一个空间坐标的函数。（c）【3.4】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。解：按欧拉法流体质点的加速度由当地加速度和变位加速度（亦称迁移加速度）这两部分组成，若变位加速度等于零，