网络教育《工程流体力学》课程作业
第1章 绪论
一、 单项选择题
1.理想流体是指忽略（ C ）的流体。
A.密度
B.密度变化
C.黏度
D.黏度变化
2.不可压缩流体是指忽略（ B ）的流体。
A.密度
B.密度变化
C.黏度
D.黏度变化
3.下列各组流体中，属于牛顿流体的是（ A ）。
A.水、汽油、酒精
B.水、新拌砼、新拌建筑砂浆
C.泥石流、泥浆、血浆
D.水、水石流、天然气 4.下列各组力中，属于质量力的是（ C ）。
A.压力、摩擦力
B.重力、压力
C.重力、惯性力
D.黏性力、重力
5.在工程流体力学中，单位质量力是指作用在单位（ C ）上的质量力。
A ．面积
B ．体积
C ．质量
D ．重量 二、 多项选择题
1.下列关于流体黏性的说法中，正确的是（ ABCDE ）。 A.黏性是流体的固有属性
B.流体的黏性具有传递运动和阻碍运动的双重性
C.黏性是运动流体产生机械能损失的根源
D.液体的黏性随着温度的升高而减小 E ．气体的黏性随着温度的升高而增大 2. 牛顿内摩擦定律dy
d u μτ=中的（ BDE ）。
A. μ为流体的运动黏度
B. μ为流体的
动力黏度
C.
dy d u
为运动流体的剪切变形 D. dy
d u 为运动流体的剪切变形速率
E.dy
d u 为运动流体的流速梯度
三、 判断题
单位质量力是指作用在单位体积流体上的质量力。（ × ） 四、 简答题
简述流体的形态特征和力学特征。
形态特征：流体随容器而方圆，没有固定的形状。
力学特征：流体主要承受压力，静止流体不能承受拉力和剪力。
五、 计算题
1. 某流体的温度从0℃增加至20℃时，其运动黏度ν增加了15%，密度ρ减小了10%，试求其动力黏度μ将增加多少（百分数）？
【解】设0℃时，流体的动力黏度、运动黏度、密度分别为μνρ、、；20℃时，各物理量将均产生一增量，即分别为μμννρρ+?+?+?、、。联立
(μρνμμρρνν=??
+?=+?+??（）） 得 1(11
μρνμρν???=++-（））
将
10%,
15%
ρ
ν
ρ
ν
??=-=代入上式，得
110%(115%1 3.5%
μ
μ
?=-+-=（））
2. 若某流体的动力粘度μ
=0.1N.s/m 2,粘性切应力5.3=τ
N/m 2，试求该流体的流速梯度 d d u y
。
【解】由牛顿内摩擦定律d d u y
τμ=，得
d 3.535/s d 0.1
u y τμ===
第2章 流体静力学
一、单项选择题
1．金属压力表的读数为（ B ）
A.绝对压强p '
B.相对压强p
C.真空压强v p
D.当地大气压a p
2. 重力作用下的流体静压强微分方程为=p d （ A ）
A. d g z ρ-
B. d g z ρ
C. /d g z ρ-（）
D.
/d g z ρ（）
3. 静止液体作用在曲面上的静水总压力的水平分力x c x c x P p A h A γ==，式中的（ D ）
A. c p 为受压面形心处的绝对压强
B. c p 为压力中心处的相对压强
C. x A 为受压曲面的面积
D. x A 为受压曲面在铅垂面上的投影面积 4. 重力作用下的流体静力学基本方程为p z γ
+=（ A ）
A. C
B. )(x C
C. )(y C
D. ),(y x C
5.有一倾斜放置的平面闸门，如图所示。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
6. p 'p v p 及当地大气压强a p 之间的关系是（ A ） A.
a p p p '=+ B. a p p p '=-
C.
v a p p p '=+ D.
v
p p '=
7.下列关于压力体的说法中，正确的是（ A ）
A. 当压力体和液体在曲面的同侧时，为实压力体，↓z P
B. 当压力体和液体在曲面的同侧时，为虚压力体，↑z P
C. 当压力体和液体在曲面的异侧时，为实压力体，↑z P
D. 当压力体和液体在曲面的异侧时，为虚压力体，↓z P 8. 如图所示圆柱体，其左半部在静水作用下受到浮力z P ，则圆柱体在该浮力作用下将（ D ）。
A. 匀速转动
B. 加速转动
C. 减速转动
D. 固定不动
二、多项选择题
1. 1个工程大气压=（ ABC ）。
A. 98kPa
B. 10mH 2O
C. 1.0kgf/cm 2
D.
101.3kN/m 2 E. 760mmHg
2.下列关于流体压强的说法中，正确的有（ ABE ）。
A.绝对压强不能为负
B.相对压强可正
可负
C.相对压强只能为正
D.真空压强可正
可负
E.真空压强不能为负
3.如图所示形状各异的盛水容器的底面积和水深均相等，但盛水量各不相同，则作用在容器底面的静水总压力相等的有（ABCDE ）。
4.图示ab曲面的压力体图中，不正确的有（ABCD ）。
三、判断题
静止流体的法向应力等于零。（×）
四、简答题
简述静止流体中的应力特征。
特征1：方向性，即静止流体的应力方向垂直指向作用面。
特征2：大小性，即静止流体内任一点的应力大小与作用方位无关，只与改点的空间坐标有关，(,,)
=。
p p x y z
五、计算分析题
Pa，金
1.一封闭水箱如图所示，已知金属测压计读数4900
p=
表
属测压计中心和容器内液面分别比A点高0.5m和1.5m，试求
液面的绝对压强
p'和相对压强0p。
【解题要点】由0 1.50.5A p p p γγ=+=+表得水箱液面的相对压强
00.5 1.549000.5 1.598004900Pa p p γ=+-=+-?=-表（）（） 绝对压强
049009800093100Pa a p p p '=+=-+=或93.1kPa
2.如图所示为测量容器中A 点压强的真空计。已知1.0m, 2.0m z h ==，试求A 点的真空压强v p 及真空度v h 。
【解题要点】真空计的测压管中压缩空气内压强变化可忽略不计。由题意
A a p z p h γγ'-=-
得A 点真空压强
()9800(21)9800Pa v a A p p p h z γ'=-=-=?-=
及真空度
29800
1mH O 9800
v
v p h γ
=
=
=
3. 如图所示绕铰链C 转动的自动开启式矩形平板闸门。已知闸门倾角为0
60=θ，宽度为5m b =，闸门两侧水深分别为4m H =和2m h =，为避免闸门自动 开启，试求转轴C 至闸门下端B 的距离x 。
【解题要点】为避免闸门自动打开，由理论力学知必有关系
)sin 3()sin 3(θ
θh
x P H x P -≥-
右左 式中 222
1,21bh P bH P γγ==右左
故 3333
2222
42 1.796m 3()sin 3(42)sin 60H h x H h θ--≥==--?
4.利用检查井作闭水试验检验管径1200mm d =的市政排水管道施工质量。已知排水管堵头形心高程为256.34m ，检查井中水面高程为259.04m ，试求堵头所受的静水总压力大小。 【解题要点】排水管堵头形心处的相对压强
9800(259.04256.34)26460Pa c c p h γ==?-=
堵头所受的静水总压力
226460 1.229926N 29.93kN 4
c P p A π
==?
?=≈
5．试绘制图中AB 壁面上的压力体。
（a ） (b)
(c)
【解】图（a ）为实压力体
图(b)为虚压力体
图（c ）为虚压力体
6. 如图所示盛水（重度为γ）容器由半径为R 的两个半球用N 个螺栓连接而成，已知测压管水位高出球顶H ，试求每个螺栓所受的拉力F 。
压力体图
【解题要点】取上半球为隔离体，由0=∑z F ，得N
P T z =
式中z P 为静止液体作用在上半球面上的总压力的铅垂分力，由上半球面的压力体计算得
2(/3)z P P V R H R γγπ==+
故每个螺栓所受的拉力为 2(/3)
R H R T N
γπ+=
第3章 流体动力学理论基础
一、单项选择题
1.在恒定流中，流线与迹线在几何上（ D ）。
A.相交
B. 正交
C. 平行
D.
重合
2.均匀流过流断面上各点的（ B ）等于常数。
A.
p
B.
g
p z ρ+ C.
g
u g p 22
+ρ D.
g
u g p z 22
++ρ
3.已知突然扩大管道突扩前后管段的管径之比5.02
1=d d ，则突扩前后
断面平均流速之比=2
1v v （ A ）。
A. 4
B. 2
C. 1
D. 0.5
4.皮托管测量测量（ A ）仪器。
A.点流速
B.点压强
C.断面平均流速
D.流量
5.文丘里管是测量（ D ）的仪器。
A.点流速
B.点压强
C.断面平均流速
D.流量
6.关于水流流向的正确说法是（ D ）。
A.水一定是从高处向低处流
B.水一定是从流速大处向流速小处流
C.水一定是从压强大处向压强小处流
D.水一定是从机械能大处向机械能小处流
7.流速水头的表达式为（ B ）
A.
ρ
22v B.
2
2v g
C.2
2
gv D.22v g ρ
8.应用恒定总流的动量方程2211Q v v F ρββ∑r r r
（-）=解题时，F ∑r 中不应包
括（ A ）。
A. 惯性力
B.压力
C.摩擦力
D. 重力
二、简答题
何谓渐变流？恒定渐变流过流断面上具有哪两个重要特性？ 答案要点：渐变流是指各流线接近于平行直线的流动 渐变流过流断面近似为平面
恒定渐变流过流断面上流体动压强近似地按静压强分布，即同一过流断面上z+p/γ=常数
三、计算分析题
1.某供水系统如图所示，已知圆筒水箱直径1000D =mm ，水管直径100d =mm,若某时刻测得水管中断面平均流速2
2.0v =m/s ，试求该时刻水箱中水面下降的速度1v 。
【解题要点】据连续性方程
221244D v d v π
π
=
得
22120.1
()() 2.00.02m/s 1.0
d v v D ==?=
2.某输水管路的过渡段如图所示。已知管径200mm,400mm A B d d ==，相对压强98kPa,49kPa A B p p ==，断面平均流速1.0B v =m/s ，A 、B 两点高差 1.0z ?=m 。试判明管内水流流向，并计算管路过渡段的水头损失w h 。
【解题要点】据连续性方程
22
44
A A
B B d v d v π
π
=
得 220.4()() 1.0 4.0m/s 0.2
B A B A
d v v d ==?=
取0-0基准面，则A 、B 两断面的机械能分别为
2
2
22
98000 1.040010.82m
2980029.8
49000 1.0 1.0
1.0 6.05m 2980029.8
A
A A
A B
B B
B p v E g p v
E z g
αγαγ
?=++=++=??=?+
+
=+
+=?
因A B E E >，故知水流流向为A →B 。
管路过渡段的水头损失由伯努利方程
22022A
A A
B
B B
w p v p v z h g
g
ααγ
γ
+
+
=?++
+
得 22(0)()10.82 6.05 4.77m 22A
A A
B
B B
w p v p v h z g
g
ααγ
γ=+
+
-?+
+
=-=
3. 如图所示水流流经等径直角弯管。已知管径200d =mm ，管轴上A 、B 两点高差400mm ，U 形水银差压计读数h =300mm ，管流速度5.1=v m/s ，相对压强196.0kPa A p =，/13.6γγ=水银水，试求相对压强
B p 和 A 、B
两断面间的机械能损失w h 。
【解题要点】由差压计原理
()(
)(1)A
B
A B p p z z h γγγγ+-+=-水银
水水水
得
()(1)9.80.4196.09.8(13.61)0.3162.9kPa
B A B A p z z p h
γ
γγγ=-+--=?+-?-?=水银水水水
由伯努利方程
2222A
A A
B
B B
A B w p v p v z z h g
g
ααγγ+
+
=+
+
+水
水
考虑到,A B A B v v αα==,得A 、B 两断面间的机械能损失
()()(
1)(13.61)0.3 3.78m A
B
w A B p p h z z h γγγγ=+
=+
=-=-?=水银
水
水
水
4. 如图所示，为测流需要，在宽度 2.7b =m 的平底矩形断面渠道的测流段，将渠底抬高0.3m 。若测得抬高前的水深为1.8m ，抬高后水面降低0.12m ，水头损失w h 经率定按抬高后流速水头的一半计算，试求渠道流量Q 。
【解题要点】上游水深1 1.8m h =，下游水深2 1.80.30.12 1.38m h =--=
据连续性方程1122Q bh v bh v == 得
212221 1.380.771.8
h v v v v h =
== （1）
取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）和计算点（过流断面与液面的交点），从1→2列伯努利方程（121αα==）
222
122
120(0.3)0224v v v h h g g g
++=++++
得
22
12121.52(0.3)v v g h h =---
（2）
联立（1）、（2）两式，得
2 1.61m/s v =
== 故渠道流量 322 2.7 1.38 1.61 6.0m /s Q bh v ==??=
第4章 量纲分析与相似理论
一、单项选择题
1.下列各组物理量中，属于同一量纲的是（ D ）。
A. 密度、运动黏度、动力黏度
B. 流速系数、流量系数、渗流系数
C. 压强、压力、切应力
D. 管径、水深、
水头损失
2. 下列各组合量中，不属于无量纲量的是（ D ）。 A.
2p ud
v ρρμ
、 B. 2
w F vd
v ma τρν、、 C.
p gh ud
μ
ρρ、
D.
22
p ud gv ρρν
、 3.已知压力输水管模型试验的线性比尺8=l λ，若原、模型采用同一流体，则其流量比尺Q λ和压强比尺p λ分别为（ A ）。 A. 1
8,
64 B. 116,32 C.132,16
D. 164,8 4. 弗劳德数的物理意义在于反映了（ B ）之比。
A. 黏性力与惯性力
B. 惯性力与重力
C. 压力与重力
D. 重力与黏性力
二、多项选择题
1. 下列命题中，正确的有（ ABD ）。
A. 单位表征物理量的大小
B. 量纲表
征物理量的类别
C. 基本物理量的选取具有唯一性
D. 基本量
纲的选取具有独立性
E. 表面张力系数σ是无量纲量
2. 水力相似一般应包括（ ABCDE ）。
A. 几何相似
B.运动相似
C. 动力相似
D. 边界条件相似
E.初始条件相似
三、计算分析题
1.用石料进行某城市堆石防波堤模型实验。已知模型石料每块重10m G =N ，当浪高30m h =cm 时防波堤破坏。若原型中防波堤需承受浪高6p h =m ，试求每块石料的最小重量p G 。
【解题要点】假定e N 与其它各物理量之间呈指数形式的乘积组合，即
a b c e N k Q H γ=
这里k 为无量纲系数。将上式写成量纲方程
()()()()dim dim dim dim dim a b c
a b c e N k Q H Q H γγ== 以基本量纲(M ，L ，T)表示式中各物理量量纲，有
()()2-3-2-23-1ML T ML T L T L a b c = 由物理方程的量纲和谐原理可知，等式两端同名量纲的指数应相等，即
M:1=a
L:2=2a+3b T:
3=2c a b
-+--- 解此三元一次方程组，得1,1,1a b c ===，故临界流速e N 的公式结构为
e N k QH γ=
式中，无量纲系数k 由实验确定。
2. 为研究某铁路盖板箱涵无压过流的水力特征，拟取线性比尺20l λ=进行水工模型实验。已知原型涵洞的宽度
3.5p b =m ，高度
4.2p H =m ，洞内设计水深 2.5p h =m 和设计流速 2.0p v =m/s 。试确定模型的几何尺寸和模型流量。 【解题要点】线性比尺l λ为
6
200.3
p l m
h h λ=
=
= 因原、模型采用同一材料，所以3G V l γλλλλ==
故 3310208010 N=80 kN p m G G G λ==?=?
第5章 流动阻力与水头损失
一、单项选择题
1．边长为a 的有压方管与直径为a 的有压圆管的水力半径之比/R R 圆方（ B ）。
A .>1
B ．=1
C ．<1
D ．无法确定
2.已知边长为a 的有压方管与直径为a 的有压圆管的管长、流量、沿程阻力系数均相等，则其相应的沿程水头损失之比/h h f 圆f 方（ C ）。
A ．>1
B ．=1
C ．<1
D ．无法确定
3.已知某变径有压管段的管径之比12/0.5d d =，则相应的雷诺数之比12Re /Re =（ B ）。
A.1
B.2
C.3
D.4
4.水深h 等于半径0r 的半圆形明渠的水力半径R =（ A ）0r 。
A.1/2
B.1/3
C.1/4
D.1/5
5.圆管层流运动过流断面上的最大流速max u 与平均流速v 之比max /u v =（ C ）。
A.4
B.3
C.2
D.1 6.下列关于沿程水头损失f h 与断面平均流速v 的关系，不正确的是（ C ）。 A.层流区， 1.0f h v ∝ B. 紊流光滑区，
1.75f h v ∝
C. 紊流过渡区， 1.5f
h v ∝ D. 紊流粗糙区，
2.0f h v ∝
7. 下列关于流体切应力的说法中，不正确的为（ C ） A.静止流体，0τ= B. 理想流体，0τ= C.层流运动流体，22d ()d u l y
τρ= D.紊流运动流体，
22d d ()d d u u l y y
τμ
ρ=+ 二、计算分析题
1．有一长3m l =、管径2cm d =的输油管道，已知油的运动20.35cm /s ν=，流量432.510m /s Q -=?，试求该管段的沿程水头损f h 。
【解题要点】流速 4
22
2.5100.8m/s /4
3.140.02/4
Q v d π-?===? 雷诺数 4
0.80.02Re 45723000.3510vd ν-?===
沿程水头损失 22
646430.80.686m Re 24570.0229.8
f l v h d
g =
=??=? 2.已知钢筋混凝土输水管道的水力半径500mm R =，水以均匀流流过1km 长度上的水头损失 1.0m f h =，管壁粗糙系数0.014n =，试求管中的流速v 和流量Q 。
【解题要点】由谢才公式
v ==和曼宁公式
1/6
1C R n
=
,得流速 2/31/22/31/211(/)0.5(1.0/1000) 1.42m/s 0.014
f v R h l n ==??= 流量 2233.14(4)(40.5) 1.42 4.46m /s 44
Q R v π==???=
3.水从封闭容器A 经直径25mm d =、长度10m l =的管道流入
容器B 。已知容器A 内水面上的相对压强112196Kpa,1m,5m p H H ===，沿程阻力系数0.025λ=；局部阻力系数，进口10.5ζ=、阀门2 4.0ζ=、弯道30.3ζ=、出口4 1.0ζ=，试求管路的通过流量Q 。
【解题要点】取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点，从1→2列伯努利方程
2
1
121234000(3)
2p l v H H d g
λζζζζγ++=+++++++
得
1
121234196000
2()
29.8(15)9800
4.37m/s 10
0.0250.5 4.030.3 1.0
0.025
p g H H v l
d
γ
λζζζζ+
-??+
-=
=
=++++?+++?+ 管路流量2233.140.025 4.370.00215m /s=2.15L/s 44
Q d v π==??=
第6章有压管道恒定流动
一、单项选择题
1.已知某并联管路的两支路的比阻之比12/1S S =，管长之比
12/2l l =，则相应的流量
之比12/Q Q =（ B ）。
A. 2
B. 2
C. 22
D.
1/2
2.已知某并联管路的两支路的沿程阻力系数之比12/1λλ=，管长
之比12/4l l =，管径
之比12/2d d =，则相应的流量之比12/Q Q =（ B ）。
A. 2
B. 22
C. 32
D.
423.下列关于长管水力计算的说法中，不正确的是（ B ）。 A. 串联管路的总水头损失等于各支路的水头损失之和
B. 串联管路的总流量等于各支路的流量之和
C. 并联管路两节点间的总水头损失等于各支路的水头损失
D. 并联管路各支路的水头损失相等
二、计算分析题
1.用虹吸管自钻井输水至集水井，如图所示。已知虹吸管径200mm
d=，长度12360m
l l l l
=++=，沿程阻力系数0.02
λ=，管道进口、弯头和出口的局部阻力系数分别为0.50.5 1.0
e b se
ζζζ
===
、、，钻井与集水井间的恒定水位差 1.5m
H=，试求流经虹吸管的流量Q。
【解题要点】取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点（液面），从1→2列伯努利方程
2
00000(2
2
l v
H
d g
λζζζ
++=++++++
e b se
）
得229.8 1.5 1.86m/s
60
20.020.520.5 1.0
0.2
gH
v
l
d
λζζζ
??
===
+++?++?+
e b se
流量223
3.14
0.2 1.860.0584m/s=58.4L/s
44
Q d v
π
==??=
2.一城市排污渠道采用倒虹吸管穿过河流，如图所示。已知污水流量100L/s
Q=，管道沿程阻力系数0.03
λ=，管道进口、弯头和出口的局部阻力系数分别为0.60.5
e b
ζζ
==
、，管长50m
l=，上、下游渠道的流速均为
0.8m/s
v=。为避免污物在管中沉积，要求管中流速不得小于1.2m/s，试确定倒虹吸管的管径d及倒虹吸管两端的水位差H。
【解题要点】据题意
2
1.2/4Q
v d =
≥ 得
440.10.326m 1.2 1.2 3.14
Q d π?≤==?
取标准管径300mm 326mm d =≤。管中流速
220.1 1.42m/s /4 3.140.3/4
Q v d π=
==? 取图示基准面（0-0）、过流断面（1-1、2-2）及计算点（与液面交点），从1→2列伯努利方程
222
210
20
0()000(22222v v v v l v H g g d g g
ααλζζ-++=++++++
e b ）
考虑到12 1.0αα==，得
2
20()(222v v l v H d g g
λζζ-=+++
e b ）
22
50 1.42(1.420.8)(0.030.620.50.7m 0.329.829.8
-=?++??+=??）
第7章 明渠恒定流动
一、单项选择题
1.明渠中不可能出现的流动为（ C ）。
A.恒定均匀流
B. 恒定非均匀流
C.非恒定均匀流
D.非恒定非均匀流 2.对于有压管道均匀流，必有（ C ）。
A.P i J =
B. i J =
C. P J J =
D.P i J J == 3.梯形断面渠道的正常水深0h =（ D ）。
A. (,,)f Q b m
B. (,,,)f Q b m n
C. (,,,)f Q b m i
D.
(,,,,)f Q b m n i
4.水力最优断面是指（ D ）的渠道断面。
A.造价最低
B. 糙率最小
C. 在Q i n 、、一定时，过流面积A 最大
D.在A i n 、、一定时，通过流量Q 最大
5.欲使水力最优梯形断面渠道的水深和底宽相等，则渠道的边坡系数m 应为（ C ）。
A. 1.5
B. 1.0
C. 0.75
D. 0.5 6.有过水断面面积、糙率、底坡均相同的四条矩形断面棱柱形
长直渠道，其
底宽b 与均匀流水深h 。有以下几种情况，则通过流量最大的
渠道是( C )。
A. b 1= 4.0 m ，h 01 =1.0m
B.
b 2
=2.0m ，h 02 = 2.0m
C. b 3= 2.8 m ，h 03 = 1.4m
D. b 4 = 2.6m ，h 04 = 1.5m 二、计算分析题
1.某铁路路基排水采用梯形断面渠道，已知底宽0.4m b =，边坡系数 1.0m =，粗糙
系数0.025n =，渠底坡度0.002i =，设计水深0.6m h =，试求渠道的通过能力Q 。
【解题要点】过流面积 2()(0.4 1.00.6)0.60.6m A b mh h =+=+??= 水力半径
0.286m R =
=
=
流速
2/31/22/31/2110.2860.0020.777m/s 0.025v R i n ==??= 流量 30.60.7770.466m /s Q Av ==?=
2.试按水力最优条件设计一路基排水沟的断面尺寸。设计流