32学时工程流体力学复习题与答案

32学时流体力学课复习题一、填空题1、流体是一种受任何微小的剪切力作用时都会产生连续变形的物质。2、牛顿内摩擦定律=μ其中的比例系数称为动力黏性系数(动力粘度)。3、作用于流体上的力按其性质可以分为力和质量力4、水力学中，单位质量力是指作用在单位_质量_液体上的质量力。5、单位质量力的量纲是L/T2。6、对于不同的流体，体积弹性系数的值不同，弹性模量越大，流体越不易被压缩。7、某点处的绝对压强等于该处的大气压强减去该处的真空度。8、某点处的真空等于该处的大气压强减去该处的绝对压强。9、某点处的相对压强等于该处的绝对压强减去该处的一个大气压。10、根据粘性的大小，粘性流体的流动状态可分为层流和紊流。11、根据流体是否有粘性，流体可分为粘性流体和理想流体。12、根据流动参数随时间的变化，流体流动可分为定常流动和非定常流动。13、连续性方程是质量守恒定律在流体力学上的数学表达形式。14、总流伯努利方程是机械能守恒定律在流体力学上的数学表达形式。15、计算局部阻力的公式为：；计算沿程阻力的公式为：。16、相似条件包括几何相似、运动相似和动力相似。17、沿程阻力主要是由于流体内摩擦力引起的，而局部阻力则主要是由于流动边界局部形状急剧变化引起的。18、连续性方程表示控制体的__质量_____守恒。19、液体随容器作等角速度旋转时，重力和惯性力的合力总是与液体自由面_垂直。20、圆管层流中断面平均流速等于管中最大流速的1/2二、简答题1、简述液体与气体的粘性随温度的变化规律，并说明为什么？:温度升高时液体的黏性降低，因为液体的粘性主要是分子间的内聚力引起的，温度升高时，内聚力减弱，故粘性降低，而造成气体粘性的主要原因在于气体分子的热运动，温度越高，热运动越强烈，所以粘性就越大2、请详细说明作用在流体上的力。作用在流体上的力按其性质可分为表面力和质量力，表面力是指作用在所研究流体表面上的力，它是由流体的表面与接触的物体的相互作用差生的，质量力是流体质点受某种力场的作用力，它的大小与流体的质量成正比3、简述连续介质假说。连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。（宏观无限小微观无限大）4、何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性？除某些特殊流动问题，工程实际中将液体看作是密度等于常数的不可压缩流体，当气体的速度小于70m/s且压力和温度变化不大时也可近似地将气体当作不可压缩流体处理5、流体静压力有哪两个重要特征？特征一：在平衡的流体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力互相垂直。特征二：当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。6、不同形状的敞开的贮液容器放在桌面上，如果液深相同，容器底部的面积相同，试问作用于容器底部的总压力是否相同？桌面上受到的容器的作用力是否相同？为什么？容器底部的总压力=液体压强x面积，而压强由液深决定（同种液体），所以作用于容器底部的总压力相同；桌面上所受力是整个储有液体容器的重力，桌面上受到的容器的作用力因容器总重量不同而不同。本题目也有漏洞：不同形状的敞开的贮液容器，体积关系不能确定，其总重量不一定相同或也不一定不同。7、相对平衡的液体的等压面形状与什么因素有关？质量力（在平衡点流体中，通过任意一点的等压面必须与该店所受的质量力互相垂直）8、静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？流体处于静止或相对静止状态时，各流体质点间没有相对运动，速度梯度等于零，切向应力也等于零，这样流体的粘性就显现不出来了9、叙述帕斯卡原理，试举例说明它在工程中的应用。帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强能够大小不变的被液体向各个方向传递公式：P1=P2即F1／S1（F为施加的力）＝F2／S2（S指大小活塞的面积）应用：千斤顶，液压机，液压制动10、何谓压力体？压力体由哪些面围成的？由于液体重量产生对物体表面压力的体积称为压力体压力体①所论曲面；②过曲面周界上一切点的铅垂线所构成的曲面；③与液面重合的水平面。12、简述沿程阻力系数随雷诺数的变化规律，并画出其趋势图。尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述.层流:;水力光滑区:;过渡粗糙区:粗糙区(阻力平方区):.14、在串联管道、并联管道中，各管段的流量和能量损失分别满足什么关系？串联管路的特点：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管路的总损失。并联管路的特点：各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失之相等，等于管路的总损失。15、简述水力光滑管和水力粗糙管的定义。一根确定的管子是否永远保持为水力光滑管或水力粗糙管？为什么？水力光滑管：在紊流中存在层流底层，当层流底层厚度δl＞5Δ时，粗糙高度几乎全被层流底层淹没管壁对紊流区流体的影响很小，这与流体在完全光滑的管道中流动类似，这种情况的管子叫做水力光滑管。水力粗糙管：当层流底层厚度δl＜0.3Δ时，管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中，紊流去的流体质点与凸峰相互碰撞，阻力增加，此时的管子叫做水利粗糙管。16、简单叙述沿程阻力和局部阻力的定义，试分析产生这两种损失的原因。沿程阻力：再过流断面沿程不变的均匀流道中所受的流动阻力{流体与壁面的摩擦产生}沿程损失原因:由于流体与壁面的摩擦而产生的.局部阻力:流体在流动过程中由于方向改变或速度改变以及经过管件而产生的阻力局部损失的原因:因流体与壁面的冲击和流体的质点之间的碰撞而形成的17、何谓缓变流和急变流？在缓变流截面上，压强分布有何规律？当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流,否则称为急变流。在接近于直线的流动中，沿法线方向的压力分布规律与平衡流体中的相同，均服从于流体静力学基本程18、写出总流伯努利方程，并简述其物理意义。其中：Z表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均位置势能表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均压强势能。表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均动能。表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均机械能损失，称为总流水头损失代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能物理意义—在符合限定条件下，单位重量流体的机械能(位能、压力能和动能)可以互相转化，但总和不变。19、简述流线的定义，并写出流线方程。流线就是在流场中某一瞬间作出的一条空间曲线，使这一瞬间在该曲线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合(同一时刻流场中连续各点的速度方向线)20、何谓系统和控制体？它们有何区别与联系？众多流体的质点的集合称为系统。控制体是指流场中某一确定的空间。区别：系统的位置和形状是可以变化的，而控制体是指流场中的某一确定的空间。联系：利用控制体可以推导出流体系统所具有的某种物理量随时间的变化率，得出流体力学中若干重要方程三、计算题1、一块平板距离另一块固定的平板0.5mm，两平板间充满某种流体，上平板在4.8N的力作用下，以0.25m/s的速度移动。如果上平板的面积为2.4m2，求该流体的粘度。[解]假设板间流体中的速度分布是线性的,则板间速度梯度可计4xPa⋅s2、一底面积为45x50cm2，高为1cm的木块，质量为5kg，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s，油层厚度1cm，斜坡22.620(见图示)，求油的粘度。[解]木块重量沿斜坡分力F与切力T平衡时，等速下滑yuATmgddsin001.0145.045.062.22sin8.95sinuAmgu第2题sPa0873.03、一块平板距离另一块固定的平板0.5mm，两平板间充满粘度为0.004PaS的某种流体，如果上平板的面积为2.4m2，求使上平板以0.25m/s的速度移动所需的作用力。（4.8N）4、直径76mm的轴在同心缝隙为0.03mm，长度为150mm的轴承中旋转，轴的转速为226r/min,测得轴径上的摩擦力矩为76N.m，试确定缝隙中油液的动力粘度（1.864sPa）5、如强和真空。图所示，U形管压差计与容器A连接，已知h1=0.25m，h2=1.61m，h3=1m。求容器A中水的绝对压强和真空。（绝对压强为94389Pa，真空为6936Pa。）第5题图6、如图所示，直线行使的汽车上放置一内装液体的U形管，长L=500mm。试确定当汽车以加速度a=0.5m/s2行驶时两直管中的液面高度差。（25.51mm）第6题图7、图所示为一圆柱形容器，直径d=300mm，高H=500mm,容器内装水，水深h1=300mm，使容器绕垂直轴做等角速旋转。（1）试确定水正好不溢出时的转速n1；（2）求刚好露出容器底面时得转速n2；这时容器停止旋转，水静止后得深度h2等于多少？（n1=178.3rpm，n2=199.3rpm，h2=0.25m）第7题图8、如图所示为绕铰链O转动的倾斜角α=60o的自动开启式水闸，当水闸一侧的水位H=2，另一侧的水位h=0.4时，若要使闸门自动开启。试求铰链至水闸下端的距离x。（0.796m）第8题图9、圆柱体半径mr2，长mL5，如图放置在斜面上。求水作用在圆柱上的力。（作用在圆柱上的力487.415kN，与水平方向夹角78.4度。）第9题图10、如图，圆柱体直径4m，两边均有水作用，水深如图所示。如果圆柱体长度为12m，试求作用在圆柱体上合力的大小和方向。（作用在圆柱体上合力的大小1320kN，与水平方向夹角57.98度。）第10题图11、如图，有一圆柱形闸门。已知H=5m，θ=600，闸门宽度为B=10m。求作用在闸门上的总压力的大小及方向。X方向B4B22rhhApFxCxxZ方向，找出压力体第11题图B)2cossin8(22rrVFpz22zxFFF1583kNxzFFarctan39.3度作用点距离液面的高度sinre12、已知平面流动的速度分量为：22yxux，yxuy22。求流线方程。（Cxyyx2313133）13、已知流场的速度分布为jyxyiyxxv222244，求证通过任意一个以原点为圆心的同心圆的流量都是相等的（z方向取单位长度）[提示：流场速度用极坐标表示。]14、如图是离心风机的集流器，风筒直径为200mm。当测压管中的水柱高度为250mm时，求集流器的吸气量。空气密度取1.29kg/m3（1.93m3/s）15、如图所示，水从井A利用虹吸管引到井B中，设已知体积流量qv=100m3/h，H=3m，z=6m，不计虹吸管中的水头损失。试求虹吸管的管径d及上端管中的负计示压强值p。（虹吸管的管径d=67.9mm，上端管中的负计示压强值-58800Pa。）16、如图所示，离心式水泵借一内径d=150mm的吸水管以q=60m3/h的流量从一敞口水槽中吸水，并将水送至压力水箱。设装在水泵与吸水管接头上的真空计指示出负压值为39997Pa。水力损失不计，试求水泵的吸水高度H。第14题图第15题图第16题图（水泵的吸水高度4m。）17、密度为830kg/m3的油水平地射向直立的平板。已知油的速度为20m/s，油柱的直径为0.1m。求油对平板的打击力。（2608N）18、连续管系中的90o渐缩弯管放在水平面上，管径d1=15cm，d2=7.5cm，入口处水平均流速v1=2.5m/s，静压pe1=6.86×104Pa（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。（支撑弯管在其位置所需的力Fx=1101.25N，Fy=537.49N）19、喷水泉的喷嘴为一截头圆锥体，其长度l=0.5m，两端的直径d1=40mm，d2=20mm,竖直装置。若把计示压强p1e=9.807×104Pa的水引入喷嘴，而