优秀工程流体力学题库答案理工大学修正版.doc

1、流体力学题库一 填空题1. 根据流体的组成分为均质流体和非均质流体。2. 流体静力学基本方程为 或 。pzCg00()pgz3. 两种描述流体运动的方法是拉格朗日法和欧拉法。4. 流体运动的基本形式有平移、旋转和变形。5. 对于不可压缩流体，连续性方程的表达式为 (或 )。0yxzuu6. 粘性流动中存在两种不同的流动型态是层流和湍流(紊流) 。7. 无旋流动是指旋度为零的流动。8. 边界层分离是指边界层流动脱离物体表面的现象。9. 恒定的不可压缩流体的一维流动，用平均速度表示的连续性方程为 (或210vA)。12vA10. 水头损失 包括沿程水头损失和局部水头损失。 wh11. 流体根据压缩

2、性可分为不可压缩流体流体和可压缩流体流体。 。12.从运动学的角度来判断流动能否发生的条件是看其是否满足连续性方程.13.在边界层的厚度定义中，通常将 处的 值定义为名义厚度。0.9xuUy14. 连续性方程是依据质量守恒导出的，对于恒定流动而言，其积分形式的连续性方程为(或 ) 。0CSduAnnCSCSdAd流 入 流 出15. 作用于静止流体上的力包括质量力和表面力。16. 已知速度场 ， ， ，在直角坐标系下某一时刻的流线微分(,)xyz(,)vz(,)wxyz方程式为 。duvw17. 圆管层流流动中沿程阻力系数 和雷诺数 的乘积 64 。Ree18 某段管路上流体产生的总的能量损失

3、用公式表示为 fhh。19. 湍流运动中时均速度的定义式为 。u01Tdt20. 湍流中总的切应力由粘性切应力和附加切应力两部分组成。21. 根据孔口断面上流速分布的均匀性为衡量标准，孔口出流可分为大孔口 和小孔口两种。22. 流量系数 、流速系数 和收缩系数 之间的关系式为 。dCvcCdcvC23.动量方程是依据动量守恒定律导出的，对于恒定流动而言，其微分形式的方程为 。0uvwxyz24.欧拉运动微分方程形式为 (只写出 方向即1xpuuf vwtxyzx可)。25.雷诺数的定义就是作用于流体上的惯性力与粘性力之比。26.根据出流的下游条件为衡量标准，孔口出流可分为自由出流和淹没出流 两

4、种。27.实际流体总流的伯努利方程形式为 。221 fpvpvzzhgg二.判断题1. 流体的相对密度是指流体的密度 与标准大气压下 20下纯水的密度流的比值。 (X)水2. 作用于静止流体上的表面力包含正应力和切应力。 (X)3. 无旋流动就是有势流动。 ()4. 动能修正系数可以小于 1。 (X)5. 用流动的能量损失是否受管壁粗糙度的影响来定义水力光滑管和水力粗糙管。()6. 并联管路中单位质量流体所产生的水头损失相等。 ()7. 薄壁孔口和厚壁孔口的区别就在于孔口壁面的厚度。 (X) 8. 流量系数的物理意义就是实际流量与理论流量之比。 ()9.用流动的能量损失是否受管壁粗糙度的影响来

5、定义水力光滑管和水力粗糙管。(). 10.液体的粘度大小随温度的升高而减小，气体的粘度大小随温度的升高而增加。()11.流量系数的物理意义就是理论流量与实际流量之比。 ( )三、简答题1. 流体质点具有何种特点？引入“流体质点”的意义是什么？答：流体质点具有宏观充分小、微观充分大的特点。(3 分)引入“流体质点”的意义在于，可用连续函数描述流体的运动，用高等数学原理和方法求解流体力学问题。(2 分)2. 欧拉法下的加速度表达式是什么？各项的含义是什么？答：欧拉法中加速度的表达式为： 。(3 分)(dtuau式中， 项称为当地加速度 ，(它是由流场的非恒定性引起的)，(1 分) ；tu项称为迁移

6、加速度或换位加速度，(它是由流场的非均匀性引起的)，(1分)3. 粘性流动中两种不同的流动型态是什么？怎样判别流态？答：粘性流动中存在两种不同的流动型态：层流与紊流(湍流) (2 分) 。雷诺研究了由层流转变为紊流的规律，并且提出一个参数即雷诺数，作为流动型态判别的准则(2 分) 。由层流向紊流转捩的雷诺数称为临界雷诺数。圆管流动的临界雷诺数为 2320(1 分) 。4. 与特征长度相比，边界层厚度很薄，能否将此层忽略掉，为什么？答：不能忽略，(2 分) 因为在边界层内粘性力和惯性力属于同一数量级的。(3 分)5.“两个流动系统相似”需要满足哪些条件？答：要使两个流动系统相似，需要满足几何相似

7、(1 分)、运动相似(1 分)、动力相似(1 分) 、初始条件 (1 分) 以及边界条件相似(1 分 )。6. 在推导普朗特边界层方程时，依据什么来确定雷诺数的量级？答：在推导普朗特边界层方程时，是依据边界层的特征之一：在边界层内粘性力和惯性力属于同一数量级来确定雷诺数的数量级的。(5 分)7. 绝对压强、大气压强、表压强和真空度之间的换算关系是什么？答：当绝对压强大气压强时，绝对压强= 大气压强+ 表压强；当绝对压强大气压强时，真空度= 大气压强-绝对压强 (5 分) 。8. 管中湍流的速度结构可划分为哪几个区？答：管中湍流的速度结构可以划分为以下三个区域：(1) 粘性底层区 (2 分)；(

8、2) 湍流核心区(2 分)；(3) 过渡区(1 分)9. 实际流体总流的伯努利方程式表达式是什么？各项的含义是什么？答：实际流体总流的伯努利方程式为 (2 分)；221 fpvpvzzhgg式中， 项称为位置水头或位置高度； 项称为压强高度或压强水头； 项z 2g称为单位重量流体所具有的动能； 项称为水头损失或能量损失。(2 分)fh四、计算题1. 图示两水管以 U 形压力计相连,A,B 两点高差 1m, U 形管内装水银,若读数 h=0.5 米,求 A,B 两点的压差是多少?解:H A-HB=1-h=0.5mpB+ 水 HB=pA+ 水 HA+汞 hpB- pA = 水( HA-HB)+ 汞

9、 hp BA= 水 H+ 汞 h=9800x0.5+13.6x9800x0.5=71540pa1. 25m3 卧式圆筒形油管,长 4.15m,内径 2.54m,油品相对密度 0.7,油面高度在顶部以上 0.2m,求端部园面积上所受的液体的总压力的大小和压力中心的位置? NDyApcc 5.1074.235.20987.042 水myJec .2.1062meycD74.12.047.11. 在盛有汽油的容器的底部有一直径 d2=20mm 的圆阀,该阀用绳子系于直径 d1 的圆柱形浮子上.设浮子及圆阀总质量 m=100g,汽油相对密度 0.75,绳长 Z=150mm,问圆阀将在油面高度 H 为多

10、少时开启?解:由题:F 浮 G+psF 浮 =G+psF 浮 =V 排ps=HA 24421 dHmgzdzH21212222121 0.150.198075.43.4 dzdgm7.056.07.即 H0.174m1.水射流以 19.8m/s 的速度从直径 d=100mm 喷口射出,冲击一固定的对称叶片,叶片的转角 =135,求射流对叶片的冲击力.解: smVAQ/1543.04.138.92)(1221 VRp N645.23)15cos(8.9543.0)cos(0 1. 动力粘度 的粘性流体，其流速分布为 ，2510Pas 2()uacby式中， 为待定常数， ， ，试求切应力分布(4

11、 分) 及c/m5.0b最大切应力 (2 分) 。max1. 解：先确定 的值，由速度分布的特点可知c当 时，由于粘性作用， ，即 ，已知 ， 解0y0u20abc10a5b得 ，从而速度分布为 (1 分) ；4c14(5y由于切应力表达式为 ，得切应力分布为yxd，代入 值得 (3 分)8(5)yx0.4(5yx由上式可得最大切应力 (2 分)ma2P1. 如图所示活塞油缸,其直径 D=12cm,活塞直径 d=11.96cm,活塞长度 L=14cm,油的 =0.65p, 当活塞移动速度为 0.5m/s 时,试求拉回活塞所需要的力 F=?解: ,dLA065.sPa,/.mu2)(dDy NA

12、F 5.82/10)96.2(510496.14.3065. 2 1.水从井 A 利用虹吸管引到井 B 中,设已知体积流量为 Q=100 米 3/小时,H 1=3 米,Z=6 米,不计虹吸管中的水头损失,求虹吸管的直径 d,及上端管中的负压值 pc. 解:1. 列 1,2 的伯努利方程: gVH20smV/67.38.912 42dQV680.67.13/02 2.列 1,3 的伯努利方程:gVpHz201 aaKPpp 8.5108.5698031 另解:列 2,3 的伯努利方程: gVpzg220aakpp 8.5108.569831. 已知流场的速度分布为 xyjixyu3211.问:属

13、几元流动?2.求(x,y,z)=(1,2,3)点的加速度.abcde解:1 属二元流动,2. ux=xy2, ,31yyxuz 3.51630231042 xyxyytaxzxyxx 7.)(522 xuut yzyyxy 3.16303102 xyxytazzyzxz1.已知平面流动的速度分布规律为 jyxBiyxu)(2)(22求其迹线方程解： ，)(2yxx)(2yxuy流线的微分方程为： yxd带入得： )(2)(22Bydxyd0xcyx1. 为测量输油管内流量，安装了圆锥式流量计。若油的相对密度为0.8，管线直径 D=100 毫米，喉道直径 d=50mm,水银压差计读数h=40cm

14、.流量系数 0.9，问每小时流量为若干吨？解：Q=A pg2M= =QhgdH油 油24= 4.098.0)613(.05.139.108. 2 =15.8256kg/s= =57t/h103625.1.消防队员利用消火即筒熄灭火焰，消火即筒口径 d=1cm,水龙带端部口径 D=5cm,从消火即筒射出的流速 v=20m/s,求消防队员用手握住消火即筒所需要的力 R(设即筒水头损失为 1m 水柱)？Q= smAV/1057.4.013232sDd/8)5()21对 1-1，2-2 列伯努利方程： whgVp21 pa2094818.920811 NAp54.320941动量方程：)(121VQp

15、R方向向左。N381045.1)8.0(57.03 6. 已知等直径圆管的流速分布为 ，式中 为圆管半2/nrumsRR径，试求断面的平均流速(6 分)。解：在与轴向正交的断面上，平均流速为： 220 220 05(1/)0(/)4 1 .5/4RnA RRrdudv rrrms则断面平均流速为 (6 分)2./v7. 已知不可压缩流体的速度场为 ， ， ，xuAByuCxDy0zu式中， ， ， ， 为待定常数，求满足连续性方程的条件(3 分) ，ABCD并求流线方程(5 分) 。解：要满足连续性方程的条件，即满足 ，根据题意0yxzu已知速度分布，从而有 (3 分) 。yxzuAD流线方程为 (1 分) ，即0dxdAByCD，积分得 (代入 )(4 分)0xydzCD221xyBCz0AD9. 如图 1 所示，有一平板浮在液面上，其水平方向运动速度为 ，液层1/vms