【水力学】题集1-3章答案解析

第一章绪论第一题、选择题1.理想液体是(B)(A)没有切应力又不变形的液体；(B)没有切应力但可变形的一种假想液体；(C)切应力与剪切变形率成直线关系的液体；(D)有切应力而不变形的液体。2.理想液体与实际液体最主要的区别是（D）A．不可压缩；B．不能膨胀；B．没有表面张力；D．没有粘滞性。3.牛顿内摩擦定律表明，决定流体内部切应力的因素是（C）A动力粘度和速度B动力粘度和压强C动力粘度和速度梯度D动力粘度和作用面积4.下列物理量中，单位有可能为m2/s的系数为（A）A.运动粘滞系数B.动力粘滞系数C.体积弹性系数D.体积压缩系数6.影响水的运动粘度的主要因素为（A）A.水的温度；B.水的容重；B.当地气压；D.水的流速。7.在水力学中，单位质量力是指（C）A、单位面积液体受到的质量力B、单位面体积液体受到的质量力C、单位质量液体受到的质量力D、单位重量液体受到的质量力8.某流体的运动粘度v=3×10-6m2/s，密度ρ=800kg/m3，其动力粘度μ为(B)A.3.75×10-9Pa·sB.2.4×10-3Pa·sC.2.4×105Pa·sD.2.4×109Pa·s第二题、判断题1.重度与容重是同一概念。（√）2.液体的密度ρ和重度γ不随温度变化。（×）3.牛顿内摩擦定律适用于所有的液体。（×）4.黏滞力随相对运动的产生而产生，消失而消失。（√）5.水的粘性系数随温度升高而减小。（√）7.一般情况下认为液体不可压缩。（√）8.液体的内摩擦力与液体的速度成正比。（×）9.水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。（×）10.静止液体有粘滞性，所以有水头损失。（×）12.表面张力不在液体的内部存在，只存在于液体表面。（√）13.摩擦力、大气压力、表面张力属于质量力。（×）第三题、填空题2.水力学中，连续介质模型是假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体。3.在水力学中常常出现的液体主要物理性质有重度和粘性，在某些情况下还要涉及液体的压缩性、表面张力和汽化压强等。5.理想液体与实际液体的主要区别是：是否存在液体的粘滞性。6.牛顿内摩擦定律适用条件是牛顿流体、层流运动。7.内摩擦力与液体的性质有关，并与速度梯度和接触面积成正比，而与接触面上的正压力无关。8.流体受力按照表现形式，分为表面力和质量力。第四题、名词解释2.连续介质模型：只研究液体在外力作用下的机械运动(宏观特性)，不研究液体内部的分子运动(微观运动特性)3.黏滞力：当液体处于运动状态时，即液体质点之间存在相对运动，则质点之间产生内摩擦力阻碍其相对运动，这种性质称为粘滞性，内摩擦力即黏滞力。4.理想流体：忽略液体粘性的流体。5.压缩性：由于流体只能承受压力，抵抗体积压缩变形，并在除去外力后恢复原状，因此这种性质就称为压缩性。6.表面张力：液体表面上的液体分子由于其两侧分子引力不平衡，而承受极其微小的拉力。8.表面力：作用于被研究的液体体积表面上的力，其大小与受作用的液体表面积成正比。9.质量力：作用于被研究的液体体积内所有质点上的力，其大小与受作用的液体质量成正比。第五题、简答题1.什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。2.温度对流体粘性系数有何影响？原因何在？答：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。这是因为液体的粘性主要由分子间的内聚力造成的。温度升高时，分子间的内聚力减小，粘滞系数就要降低。造成气体粘性的主要原因则是气体内部分子的运动，它使得速度不同的相邻气体层之间发生质量和动量的变换。当温度升高时，气体分子运动的速度加大，速度不同的相邻气体层之间的质量交换随之加剧，所以，气体的粘性将增大。3.文字描述牛顿内摩擦定律。答：流体的内摩擦力与其速度梯度dudy成正比，与液层的接触面积A成正比，与流体的性质有关，而与接触面积的压力无关即duFAdy。第六题、计算题1.容积为10m3的水，当压强增加了10个大气压时容积减少10升，试求该水体的体积弹性系数K。解：体积压缩系数：体积弹性系数：则K=98.1×107Pa2.已知某水流流速分布为10/172.0yu，u的单位为m/s，y为距壁面的距离，单位为m。（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；（2）若水的运动粘滞系数scm/1010.02，计算相应的切应力。解：（1）10/910/9072.010172.0yydydu则y=0.1处的流速梯度为：572.01.0072.010/91.0ydyduy=0.5处的流速梯度为：134.05.0072.010/95.0ydyduy=1.0m处的流速梯度为：072.00.1072.010/90.1ydydu（2）切应力dydudydudydudydu4410082.101001010.02.998则y=0.1处的切应力为：Padyduyy41.041.01077.510082.10y=0.5处的切应力为：Padyduyy45.045.01035.110082.10pVVVVpK1y=1.0处的切应力为：Padyduyy401.140.110726.010082.105.一底面积为40×45cm2的矩形平板，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，斜面倾角θ=22.62º，如图所示。已知平板运动速度u=1m/s，油层厚mm1，由平板所带动的油层的运动速度是直线分布。试求润滑油的动力粘滞系数。题1-6图解：如图平板所受作用力包括：重力G、斜面的支撑力N、摩擦力T由受力平衡得：NGT85.1862.22sin8.95sindyduAT可得23/1047.0101145.040.085.18msNdyduAT第二章水静力学第一题、选择题1.某点压强与受压面的关系是（A）A.垂直指向受压面B.垂直背向受压面C.平行于受压面D.倾斜指向受压面2.某点静水压强（A）。A．的方向与受压面垂直并指向受压面；B．的大小与受压面的方向有关；C．的大小与容器大小有关；D．的大小与液体重度无关3.静止液体中同一点各方向的压强（A）A.数值相等B.数值不等C.仅水平方向数值相等D.铅直方向数值最大4.在平衡液体中，质量力与等压面（D）A.重合；B.平行C.相交；D.正交。5.静止流体中存在：（A）A.压应力；B.压应力和拉应力；C.压应力和剪应力；D.压应力、拉应力和剪应力。6.相对压强的起算基准是：（C）A.绝对真空；B.1个标准大气压；C.当地大气压；D.液面压强。7.金属压力表的读值是：（B）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。8.某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：（D）A.65000Pa；B.55000Pa；C.35000Pa；D.165000Pa。10.选择下列正确的等压面：(C)A.AAB.BBC.CCD.DD11.液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为（B）A.1kN/m2B.2kN/m2C.5kN/m2D.10kN/m213.图示封闭容器内，液面压强p0与当地大气压强pa的关系为（C）A．p0＜paB．p0＝paC．p0＞paD．无法确定14.盛水容器a和b的测压管水面位置如下图所示，其底部压强分别为pa和pb。若两容器内水深相等，则pa和pb的关系为(A)A．papbB.papbC.pa=pbD.无法确定16.液体中某点的绝对压强为96.04kN/m2(当地大气压为98kN/m2)，则该点的真空值为（B）A．-1.96kN/m2B．1.96kN/m2C．96.04kN/m2D．-96.04kN/m218.在密闭容器上装有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：（C）321水汞A.1p2p3p；B.1p=2p=3p；C.1p2p3p；D.2p1p3p。19.用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm,Ap-Bp为：（B）ABhpA.13.33kPa；B.12.35kPa；C.9.8kPa；D.6.4kPa。20.曲面上静水总压力的（B）。A．垂直分力的方向与重力一致；B．垂直分力的大小等于压力体的水重；C．水平分力的方向指向曲面的水平投影面；D．水平分力的大小等于水平投影面形心点的压强与水平投影面积的乘积22.平衡液体中的等压面必为(D)。A.水平面；B.斜平面；C.旋转抛物面；D.与质量力相正交的面。25.液体某点的绝对压强为58kPa，则该点的相对压强为(D)A.159.3kPa；B.43.3kPa；C.-58kPa；D.-43.3kPa。26.图示的容器a中盛有重度为1的液体，容器b中盛有密度为1和2的两种液体，则两个容器中曲面AB上压力体及压力应为(B)A.压力体相同，且压力相等；B.压力体相同，但压力不相等；C.压力体不同，压力不相等；D.压力体不同，但压力相等。27.有一倾斜放置的平面闸门，当上下游水位都上升1m时〔虚线位置〕，闸门上的静水总压力。(A)A.变大；B.变小；C.不变；D.无法确定。28.有一水泵装置，其吸水管中某点的真空压强等于3m水柱高，当地大气压为一个工程大气压，其相应的绝对压强值等于(B)A.3m水柱高；B.7m水柱高；C.－3m水柱高；D.以上答案都不对。静水压力：静止液体作用在与之接触的表面上的水压力。绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强：以当地同高程大气压强为零点起算的压强。等压面：压强相等的各点组成的面。真空：液体中某点的绝对压强小于当地大气压强时，称该点存在真空。真空值：真空程度大小的度量，即该点绝对压强小于当地大气压强pa的数值，用pv表示。测压管水头：位置水头和压强水头的和，称为测压管水头。静止液体内个点测压管水头等于常数。静水压强度与作用面的内法线方向平行。测压管水头=位置高度和测压管高度之和。液体中，测管水头(z+p/g)的能量意义是单位重量液体的总势能；位置高度z的能量意义是单位重量液体的位置势能；压强高度p/g的能量意义是单位重量液体的压强势能。绝对压强和相对压强的关系表达式为aPPP'，其中，'P为绝对压强，P为相对压强，aP为当地大气压强。真空压强的最小值是0；真空压强的最大值是当地大气压强。任一平面上的静水总压力等于平面形心点上的静水压强与平面面积的乘积。三种液体盛有容器中，如图所示的四条水平面，其中为等压面的是B—B。对于同一种连续的静止液体，等压面为水平面。（√）在同一种静止液体中，测压管水头为常数。（√）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（×）直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。（×）相对压强必为正值。（×）曲面壁上静水总压力的竖直分力等于压力体的液体重量。（√）静水压强仅是由质量力引起的。（×）二向曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点。（×）一个任意形状的倾斜平面与水面的夹角为。则该平面上的静水总压力P=gyDAsin。(yD为压力中心D的坐标，为水的密度，A为斜面面积)（×）图示为二块置于不同液体中的矩形平板，它们的宽度b，长度L及倾角均相等，则二板上的静水总压力作用点在水面以下的深度是相等的。（×）在一盛水容器的侧壁上开有两个小孔A、B，并安装一U形水银压差计，如图所示。由于A、B两点静水压强不等，水银液面一定会显示出h的差值。（×）绘出图(1)中的受压面AB