《流体力学第3版全章节答案 刘鹤年》
第一章
选择题（单选题）
1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d ） （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。 1.2 作用于流体的质量力包括：（c ）
（a ）压力；（b ）摩擦阻力；（c ）重力；（d ）表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是：（d ）
（a ）N ；（b ）Pa ；（c ）kg N /；（d ）2/s m 。
1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b ） （a ）剪应力和压强；（b ）剪应力和剪应变率；（c ）剪应力和剪应变；（d ）剪应力和流速。
1.5 水的动力黏度μ随温度的升高：（b ）
（a ）增大；（b ）减小；（c ）不变；（d ）不定。 1.6 流体运动黏度ν的国际单位是：（a ）
（a ）2/s m ；（b ）2/m N ；（c ）m kg /；（d ）2/m s N ?。 1.7 无黏性流体的特征是：（c ）
（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p
=ρ
。
1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a ） （a ）1/20000；（b ）1/10000；（c ）1/4000；（d ）1/2000。 1.9 水的密度为10003kg/m ，2L 水的质量和重量是多少？ 解：10000.0022m V ρ==?=（kg ）
29.80719.614G mg ==?=（N ）
答：2L 水的质量是2kg ，重量是19.614N 。
1.10 体积为0.53m 的油料，重量为4410N ，试求该油料的密度是多少？ 解：44109.807899.3580.5
m G g V V ρ=
===（kg/m 3） 答：该油料的密度是899.358kg/m 3。
1.11 某液体的动力黏度为0.005Pa s ?，其密度为8503/kg m ，试求其运动黏度。 解：60.005 5.88210850
μνρ-=
==?（m 2/s ） 答：其运动黏度为65.88210-?m 2/s 。
1.12 有一底面积为60cm ×40cm 的平板，质量为5Kg ，沿一与水平面成20°
角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm ，若下滑速度0.84/m s ，求油的动力黏度μ。
解：平板受力如图。
沿s 轴投影，有：
sin 200G T ?-=
sin 20U
T A G μ
δ
=?=?
∴
32
sin 2059.807sin 200.610 5.0100.60.40.84
G U A δμ--??????===????（kg m s ?）
答：油的动力黏度25.010μ-=?kg m s ?。
1.13 为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm ；涂料的黏度μ=0.02Pa s ?，模具的直径为0.9mm ，
长度为20mm ，导线的牵拉速度为50/m s ，试求所需牵拉力。
解：()501000
0.02200.90.82
U
τμ
δ
?==?
=-（kN/m 2）
330.810201020 1.01T d l πτπ--=??=?????=（N ）
答：所需牵拉力为1.01N 。
1.14 一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转ω=16/rad s ，锥体与固定壁面间
的距离δ=1mm ，用μ=0.1Pa s ?的润滑油充满间隙，锥底半径R=0.3m ，高H=0.5m 。求作用于圆锥体的阻力矩。
解：选择坐标如图，在z 处半径为r 的微元力矩为dM 。
322cos r rdz
r dM dA r dz r H
ω
μ
ππω
δ
τμθδ
?=?=
=?
??
其中r z R H =
∴33
30
2H
R M z dz H
πμωδ=??
2R πμωδ
=
?
3
3
0.1160.32110π-??=
???39.568=（N m ?）
答：作用于圆锥体的阻力矩为39.568N m ?。
1.15 活塞加压，缸体内液体的压强为0.1Mpa 时，体
积为10003cm ，压强为10Mpa 时，体积为9953cm ，试求液体的体积弹性模量。 解：()6100.1109.9p ?=-?=（Mpa ）
()66995100010510V --?=-?=-?（m 3）
6
966
9.910 1.9810510100010
p K V V --??=-=-=??-??（pa ） 答：液体的体积弹性模量91.9810K =?pa 。
1.16 图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为k =4.75×10-10N m /2的液压
油，由手轮丝杠推进活塞加压，已知活塞直径为1cm ，丝杠螺距为2mm ，加压前油的体积为200mL ，为使油压达到20Mpa ，手轮要摇多少转？
y
解：∵ V V
K p
?=-
? ∴106664.7510200102010 1.910V KV p ---?=-?=-?????=-?（m 3） 设手轮摇动圈数为n ，则有24
n d l V π
???=?
()()()
622234 1.910412.10110210V
n d l ππ---?-??===????-?圈 即要摇动12圈以上。
答：手轮要摇12转以上。
1.17 图示为一水暖系统，为了防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一膨胀水箱。若系统内水的总体积为83m ，加温前后温差为50℃，在其温度范围内水的膨胀系数V α=0.00051/℃。求膨胀水箱的最小容积。
解：∵V V V
T
α?=
? ∴0.000518500.204V V V T α?=?=??=（m 3）
答：膨胀水箱的最小容积0.204m 3。
1.18 钢贮罐内装满10℃的水，密封加热到75℃，在加热增压的温度和压强
范围内，水的热膨胀系数V α=4.1×10-4/℃，体积弹性模量k =2×1092/m N ，罐体坚固，假设容积不变，试估算加热后罐壁承受的压强。 解：∵V V V
T
α?=
? ∴自由膨胀下有：V V
T V
α?=? 又∵p
K V V
?=-? ∴()494.110210751053.3V V
p K
K T V
α-??=-=???=????-=（Mpa ） 加热后，钢罐内的压强为053.3p p p =+?=Mpa 。设00p =（表压强）。
答：加热后罐壁承受的压强是53.3Mpa 。
1.19 汽车上路时，轮胎内空气的温度为20℃，绝对压强为395kPa ，行驶后
轮胎内空气的的温度上升到50℃，试求这时的压强。 解：设满足理想气体方程，则有：
1223952732027350V p V pV
R T ===
++ 假设12V V =，可解得2323395
435.4293
p p ?===（kPa ）
答：这时的压强为435.4kPa 。
第二章习题答案
选择题（单选题）
2.1 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。 2.2 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。 2.3 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。 2.4 某点的真空度为65000Pa ，当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：（c ） （a ）65000Pa ；（b ）55000Pa ；（c ）35000Pa ；（d ）165000Pa 。
2.5 绝对压强abs p 与相对压强p 、真空度V p 、当地大气压a p 之间的关系是：
（c ）
（a ）abs p =p +V p ；（b ）p =abs p +a p ；（c ）V p =a p -abs p ；（d ）p =V p +V p 。
2.6 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 ）
（a）
p>2p>3p；（b）1p=2p=3p；（c）1p<2p<3p；（d）2p<1p<3p。
1
2.7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
h p=10cm,
p-B p为：（b）
A
（a）13.33kPa；（b）12.35kPa；（c）9.8kPa；（d）6.4kPa。
2.8露天水池，水深5 m处的相对压强为：（b）
（a）5kPa；（b）49kPa；（c）147kPa；（d）205kPa。
2.9垂直放置的矩形平板挡水，水深3m，静水总压力P的作用点到水面的
距离
y为：（c）
D
（a ）1.25m ；（b ）1.5m ；（c ）2m ；（d ）2.5m 。
2.10 圆形水桶，顶部及底部用环箍紧，桶内盛满液体，顶箍与底箍所受
张力之比为：（a ） （a ）1/2；（b ）1.0；（c ）2；（d ）3。 2.11 在液体中潜体所受浮力的大小：（b ） （a ）与潜体的密度成正比；（b ）与液体的密度成正比；（c ）与潜体淹没的深度成正比；（d ）与液体表面的压强成反比。
2.12 正常成人的血压是收缩压100~120mmHg ，舒张压60~90mmHg ，用国
际单位制表示是多少Pa?
解：∵ 1mm 3
101.32510133.3760
?=
=Pa ∴收缩压：100120mmHg 13.33=kPa 16.00kPa 舒张压：6090mmHg 8.00=kPa 12.00kPa
答：用国际单位制表示收缩压：100120mmHg 13.33=kPa 16.00kPa ；舒张压：
6090mmHg 8.00=kPa 12.00kPa 。
2.13 密闭容器，测压管液面高于容器内液面h =1.8m ，液体的密度为
850kg/m 3，求液面压强。
解：08509.807 1.8a a p p gh p ρ=+=+??
相对压强为：15.00kPa 。 绝对压强为：116.33kPa 。
答：液面相对压强为15.00kPa ，绝对压强为116.33kPa 。
2.14 密闭容器，压力表的示值为4900N/m 2，压力表中心比A 点高0.4m ，A
点在水下1.5m ，，求水面压强。
解：0 1.1a p p p g ρ=+-
4900 1.110009.807a p =+-?? 5.888a p =-（kPa ）
相对压强为： 5.888-kPa 。 绝对压强为：95.437kPa 。
答：水面相对压强为 5.888-kPa ，绝对压强为95.437kPa 。
2.15 水箱形状如图所示，底部有4个支座，试求水箱底面上总压力和4个支座的支座反力，并讨论总压力和支座反力不相等的原因。
解：（1）总压力：433353.052Z P A p g ρ=?=??=（kN ） （2）支反力：
()111333R W W W W g ρ==+=+??+??总水箱箱
980728274.596W =+?=箱kN W +箱
不同之原因：总压力位底面水压力与面积的乘积，为压力体g ρ?。而支
座反力与水体重量及箱体重力相平衡，而水体重量为水的实际体积g ρ?。
答：水箱底面上总压力是353.052kN ，4个支座的支座反力是274.596kN 。
2.16 盛满水的容器，顶口装有活塞A ，直径d =0.4m ，容器底的直径D =1.0m ，
高h =1.8m ，如活塞上加力2520N （包括活塞自重），求容器底的压强和总压力。
解：（1）容器底的压强：
2
2520
9807 1.837.706
4
D A p p gh d
ρπ
=+=+?=（kPa ）（相对压强） （2）容器底的总压力：
223137.7061029.614
4
4
D D D P Ap D p π
π
==
?=
???=（kN ）
答：容器底的压强为37.706kPa ，总压力为29.614kN 。
2.17 用多管水银测压计测压，图中标高的单位为m ，试求水面的压强0p 。
解：()04 3.0 1.4p p g ρ=--
g
()()5 2.5 1.4 3.0 1.4Hg p g g ρρ=+---
()()()()2.3 1.2 2.5 1.2 2.5 1.4 3.0 1.4a Hg Hg p g g g g ρρρρ=+---+--- ()()2.3 2.5 1.2 1.4 2.5 3.0 1.2 1.4a Hg p g g ρρ=++---+--
()()2.3 2.5 1.2 1.413.6 2.5 3.0 1.2 1.4a p g g ρρ=++--?-+--???? 265.00a p =+（kPa ）
答：水面的压强0p 265.00=kPa 。
2.18 盛有水的密闭容器，水面压强为0p ，当容器自由下落时，求水中压强分部规律。 解：选择坐标系，z 轴铅垂朝上。
由欧拉运动方程：10z p
f z
ρ?-=? 其中0z f g g =-+= ∴
0p
z
?=?，0p = 即水中压强分布0p p = 答：水中压强分部规律为0p p =。
2.19 圆柱形容器的半径R =15cm ，高
H =50cm ，
盛水深h =30cm ，若容器以等角速度ω绕z 轴旋转，试求ω最大为多少时不致使水从容器中溢出。 解：建立随圆柱容器一起转动的坐标系oxyz ，
o 点在水面最低点。
则有：0x p
f x
ρ?-
=?
0y p
f y ρ?-=? 0z p
f z
ρ?-
=? 即有：x y z f dx f dy f dz dp ρρρ++=
其中：z f g =-；22cos x f r x ωθω==；22sin y f r y ωθω== 故有：()22dp x dx y dy gdz ρωω=+-
()2
2
202
p p gz x
y ρωρ-=-+
+
2
202
p p gz r ρωρ=-+
当在自由面时，0p p =，∴自由面满足2
202z r g
ω=
∴()000p p g z z p gh ρρ=+-=+
上式说明，对任意点()(),,,x y z r z =的压强，依然等于自由面压强
0p g ρ+?水深。
∴等压面为旋转、相互平行的抛物面。
答：ω最大为18.67rad/s 时不致使水从容器中溢出。
2.20 装满油的圆柱形容器，直
径D =80cm ，油的密度ρ=8013/m kg ，顶盖中心点装有真空表，表的读值为
4900Pa ，试求：（1）容器
静止时，作用于顶盖上总
压力的大小和方向；（2）
容器以角速度ω=20s r /旋
转时，真空表的读值不变，作用于顶盖上总压力的大小和方向。
解：（1）∵ 4.9v a p p p '=-=kPa
∴相对压强 4.9a p p p '=-=-kPa
2
24.9 4.90.8 2.464
4
D P pA ππ
==-?
=-?
?=-（kN ）
负号说明顶盖所受作用力指向下。 （2）当20ω=r/s 时，压强分布满足()2
2
202
p p gz x
y ρωρ=-+
+
坐顶中心为坐标原点，∴()(),,0,0,0x y z =时，0 4.9p =-kPa
()22202A A P pdA p gz x y dA ρωρ??
==-++???
????? 222
200
2D p r d rdr πρωθ??
=
+? ???
??
222
400228D
p r r ρωπ??=+ ???
22
40
4
64
p D D ππωρ
=
+
2
2
40.820801
4.90.84
64
1000
ππ??=-
?+
??
3.98=（kN ）
总压力指向上方。
答：（1）容器静止时，作用于顶盖上总压力的大小为2.46kN ，方向向下；（2）
容器以角速度ω=20s r /旋转时，真空表的读值不变，作用于顶盖上总压力为3.98kN ，方向指向上方。 2.21 绘制题图中AB 面上的压强分布图。
解：
2
B
2.22 河水深H =12m ，沉箱高h =1.8m ，试求：（1）使河床处不漏水，向工作
室A 送压缩空气的压强是多少？（2）画出垂直壁BC 上的压强分布图。
解：（1）当A 室内C 处的压强大于等于水压时，不会发生漏水现象。
∴12117.684C p p g ρ≥=?=kPa （2）BC 压强分布图为：
17.653
答：使河床处不漏水，向工作室A 送压缩空气的压强是117.684kPa 。
2.23 输水管道试压时，压力表的读值为8.5at ，管道直径d =1m ，试求作用
在管端法兰堵头上的静水总压力。
解：228.598.0710001654.74
4
P p A D p ππ
=?=?=????=（kN ）
答：作用在管端法兰堵头上的静水总压力为654.7kN 。
2.24 矩形平板闸门AB ，一侧挡水，已知长l =2m ，
宽b =1m ，形心点水深c h =2m ，倾角α=?45，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T 。
解：（1）解析法。
10009.80721239.228
C C P p A h g bl ρ=?=?=????=（kN ）
3
22212 2.946122sin sin 4512sin 45sin C C D C C C bl I h y y h y A bl
αα
=+=+=+==??（m ）
对A 点取矩，当开启闸门时，拉力T 满足：
()cos 0D A P y y T l θ--?=
()2
12sin sin 2sin cos cos C C C
D A h h l l P h P y y T l l αααθθ??????+-- ???
????-????==?
2
122sin 3.9228cos 45
C l l
P h l αθ?? ?+ ?? ?
?
?==? 31.007=（kN ）
当31.007T ≥kN 时，可以开启闸门。 （2）图解法。
压强分布如图所示：
P A
sin 45
12.682A C l p h g ρ?
?
=-= ???
（kPa ） sin 45
26.552B C l p h g ρ?
?
=+= ??
?
（kPa ）
()()12.6826.552139.2322
A B lb P p p +??=+?
==（kN ） 对A 点取矩，有1122cos 450P AD P AD T AB ?+?-??=
∴()12
223cos 45
A B A l p l b p p l b l
T l ???+-????=
? ()2
12.681126.5512.6813cos 45
??+-??
=
31.009=（kN ）
答：开启闸门所需拉力T 31.009=kN 。
2.25 矩形闸门高h =3m ，宽
b =2m ，上游水深1h =6m ，下游水深2h =4.5m ，试求：（1）作用在闸门上的静水总压力；（2）压力中心的位置。
解：（1）图解法。 压强分布如图所示：
∵()()12p h h h h g ρ=---????
()12h h g ρ=-
()6 4.510009.807=-??
14.71=（kPa ）
14.713288.263P p h b =??=??=（kN ）
合力作用位置：在闸门的几何中心，即距地面(1.5m,)2
b 处。 （2）解析法。
()()111 1.56 1.5980732264.789P p A g h hb ρ==-?=-???=（kN ）
3
2
2
1221124.5 4.54.5 4.512C D C C bh I h y y y A bh ??=+=+=+ ????
()1
20.250.75 4.6674.5
=
?+=（m ） ()222 1.539.80732176.526P p A g h hb ρ==-?=???=（kN ）
()22
211111130.75 3.253
C C
D C C C C I I y y y y A y A ??=+
=+=+= ???（m ） 合力：1288.263P P P =-=（kN ）
合力作用位置（对闸门与渠底接触点取矩）：
()()111222D D D y P P h y P h y =---
()()111222D D D P h y P h y y P
---=
()()264.7896 4.667176.526 4.5 3.2588.263
?--?-=
1.499=（m ）
答：（1）作用在闸门上的静水总压力88.263kN ；（2）压力中心的位置在闸门
的几何中心，即距地面(1.5m,)2
b 处。
2.26 矩形平板闸门一侧挡水，门高h =1m ，宽b =0.8m ，要求挡水深1h 超过
2m 时，闸门即可自动开启，试求转轴应设的位置y 。
流体力学试题 一、判断题（每题1分，共10分） 1、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。 （ ） 2、均匀流中只考虑沿程水头损失，渐变流中只考虑局部水头损失。 （ ） 3、公式g v d l h f 22 λ=既适用于层流，也适用于紊流。 （ ） 4、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流，也适用于非恒定流。 （ ） 5、理想流体是指不考虑粘性作用的流体。 （ ） 6、不管是层流还是紊流，其运动要素在时间和空间上都具有脉动性。 （ ） 7、恒定流时，流线的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。 （ ） 8、圆形管的直径就是其水力半径。 （ ） 9、几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据。 （ ） 10、仅由液体产生作用在水平平面上的总压力与容器的形状无关。 （ ） 二、填空题（每空2分，共20分） 1、流体是在任何微小的 的作用下都能够发生 的物质。 2、当压力体与液体在 时为实压力体，否则为虚压力体。 3、在工程流体力学中，描述流体运动的常用方法有__ 和__ __。 4、简单管路是指 和 沿程不发生变化的管路系统。 5、局部阻力系数与 、 、 有关。 三、单项选择题（每题2分，共30分） 1、不可压缩流体指忽略 的流体。 A ．密度 B ．密度变化 C ．粘度 D ．粘度变化 2、连续介质模型意味着 。 A ．流体分子之间没有间隙 B ．流体中的物理参数是连续函数 C ．流体分子之间有间隙 D ．流体不可压缩 3、已知不可压缩流体的流速场为u x =f （y ，z ），u y =f （x ），u z =0，则该流动为 。 A ．恒定一元流 B ．恒定二元流 C ．恒定三元流 D ．非恒定均匀流 4、静水压力的方向 。 A ．与受力面平行 B ．与受力面斜交
流体力学标准化作业（三） ——流体动力学 本次作业知识点总结 1.描述流体运动的两种方法 （1）拉格朗日法；（2）欧拉法。 2.流体流动的加速度、质点导数 流场的速度分布与空间坐标(,,)x y z 和时间t 有关，即 (,,,)u u x y z t = 流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，即 Du u u dx u dy u dz a Dt t x dt y dt z dt ????= =+++ ???? 投影式为 x x x x x x y z y y y y y x y z z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z ?????=+++?????? ????? =+++???????????=+++?????? 或 ()du u a u u dt t ?==+??? 在欧拉法中质点的加速度du dt 由两部分组成， u t ??为固定空间点，由时间变化 引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起。 ()u u ??v v 为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度， 由流场的不均匀性引起。 欧拉法描述流体运动，质点的物理量不论矢量还是标量，对时间的变化率称为该物理量的质点导数或随体导数。例如不可压缩流体，密度的随体导数 D D u t t ρρ ρ?=+???（） 3.流体流动的分类
（1）恒定流和非恒定流 （2）一维、二维和三维流动 （3）均匀流和非均匀流 4.流体流动的基本概念 （1）流线和迹线 流线微分方程 x y z dx dy dz u u u == 迹线微分方程 x y z dx dy dz dt u u u === （2）流管、流束与总流 （3）过流断面、流量及断面平均流速 体积流量 3(/)A Q udA m s =? 质量流量 (/)m A Q udA kg s ρ=? 断面平均流速 A udA Q v A A == ? （4）渐变流与急变流 5. 连续性方程 （1）不可压缩流体连续性微分方程 0y x z u u u x y z ???++=??? （2）元流的连续性方程 12 1122 dQ dQ u dA u dA =?? =? （3）总流的连续性方程 1122u dA u dA = 6. 运动微分方程 （1）理想流体的运动微分方程（欧拉运动微分方程）
考试试卷（A B 卷） 学年第 学期 课程名称：流体力学 一、判断题（20分） 1. 流体质点只有质量没有大小。（F ） 2. 温度升高液体的表面张力系数增大。（F ） 3. 液滴内的压强比大气压小。（ F ） 4. 声音传播过程是一个等熵过程。（T ） 5. 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（T ） 6. 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（F ） 7. 超音速气流在收缩管道中作加速运动。（F ） 8. 定常流动中，流体运动的加速度为零。（F ） 9. 气体的粘性随温度的升高而增大。（T ） 10. 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。 （T ） 11. 理想流体定常流动，流线与等势线重合。 （F ） 12. 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程 才成立。（F ） 13. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。 （F ） 14. 静止的流体中任意一点的各个方向的压强值均相等。（T ） 15. 大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等 因素的影响。（T ） 16. 压力体的体积表示一个数学积分，压力体内一定有流体。 （F ） 17. 不可压缩流体的有旋流动由于存在速度势和流函数，故又称为位势流动。（F ） 18. 如果流场中若干流体微团无绕自身轴线旋转运动，刚称为无旋流动。（F ） 19. 如果任一条封闭曲线上的速度环量皆为零，则此区域内的流动必为无旋流动。（T ） 20. 不可压缩流体在位势流场中，任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数值之差，而与曲线形状无关。（T ） 二、填空题（10分） 1. 在欧拉坐标系中，流体的加速度包括时变加速度和 位变加速度 两部分，如果流场中时变加速度为零，则称流动为 定常流动 ，否则流动称为 非定常流动 。 2. 雷诺实验揭示了流体流动存在层流和 紊流 两种流态，并可用 雷诺数来判别流态，管道流动的临界雷诺数为 2320 。 3. 已知三维流场的速度分布为：0,4,2==+=w x v t y u ，试求t=0时刻,经过点（1,1）的流线方程122 2=-y x ；点（1,1）处的加速度为i ρ89+。 4. 平面流动速度分布为：2 2y ax u -=，by xy v --=，如果流体不可压缩，试求a= 0.5 ；b= 0 。 5. 子弹在15摄氏度的大气中飞行，如果子弹头部的马赫角为45度，子弹的飞行速度为 481m/s 。
第三章习题简答 3-1 已知流体流动的速度分布为2 2y x u x -= ，xy u y 2-=，求通过1,1==y x 的 一条流线。 解：由流线微分方程 y x u dy u dx = 得dy u dx u x y =则有 dy y x xydx )(22 2 -=-两边积分可得C y y x yx +-=-3 3 2 2 即0623=+-C y x y 将x=1,y=1代入上式，可得C=5，则 流线方程为0562 3 =+-y x y 3-3 已知流体的速度分布为 ?? ? ==-=-=tx x u ty y u y x 00εωεω（ ω>0，0ε>0） 试求流线方程，并画流线图。 解：由流线微分方程 y x u dy u dx = 得dy u dx u x y =则有 tydy txdx 00εε-=两边积分可得C y x +-=22 流线方程为C y x =+22 3-5 以平均速度s m v /5.1=流入直径为D=2cm 的排孔管中的液体，全部经8个直径d=1mm 的排孔流出，假定每孔出流速度依次降低2%，试求第一孔与第八孔的出流速度各为多少？ 题3-5图 解：由题意得：v 2=v 1(1-2%)，v 3=v 1(1-2%)2，…，v 8=v 1(1-2%)7 根据质量守恒定律可得 2 82 32 22 12 83214 4 4 4 4 d v d v d v d v D v Q Q Q Q Q π π π π π ? +???+? +? +? =? +???+++=
s m d vD v v d v v v v d D v /4.80) 98.01(001.002.002.05.1)98.01()98.01(98 .01) 98.01(4)(44822 8221812 83212 2 =-???=--?=∴--?=+???+++?=?π π π 则 v 8=v 1(1-2%)7=80.4×(1-2%)7=69.8m/s 3-6 油从铅直圆管向下流出。管直径cm d 101=，管口处的速度为s m v /4.11=，试求管口处下方H=1.5m 处的速度和油柱直径。 题3-6图 解：取1-1和2-2断面，并以2-2断面为基准面 列1-1、2-2断面的伯努利方程 2 22 12212 2 2211/6.54.15.18.922202s m v gH v p p g v g p g v g p H =+??=+==++=++ ρρ 由连续方程2 222 114 4 d v d v π π ? =? 得cm d v v d 5106 .54 .121212=?== 3-8 利用毕托管原理测量输水管的流量如图示。已知输水管直径d=200mm ，测得水银差压计读书p h =60mm ，若此时断面平均流速max 84.0u v =，这里max u 为毕托管前管轴上未受扰动水流的流速。问输水管中的流量Q 为多大? 题3-8图 解：由题意可得
全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分，共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示)，原设计操纵方法是：从B管进高压油，A管排油时平台上升(图一的左图)；从A管进高压油，B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图，将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油，能操纵油压机升降吗?你的判断：( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二)，当箱顶部压强p0=1个大气压时，两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg)，如果顶部再压入一部分空气，使p0=2个大气压时。则△h应为( )
C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
一．填空题（共30分，每小题2分） 1.均质不可压缩流体的定义为。 2. 在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 。 3.在渐变流过流断面上，动压强分布规律的表达式为。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的大小，就能判别出流动方向。 6.产生紊流附加切应力的原因是。 7.在静止流体中，表面力的方向是沿作用面的方向。 8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数λ与有关。 9.渐变流流线的特征是。 10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为。 11.局部水头损失产生的主要原因是。 12.直径为d的半满管流的水力半径R=。 13.平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速 x u和 y u满足方程。 14.弗劳德数Fr表征惯性力与之比。 15.在相同的作用水头下,同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量。 二．（14分）如图所示，一箱形容器，高 1.5 h m =，宽（垂直于纸面）2 b m =，箱内充满水，压力表的读数为2 20/ kN m，用一半径1 r m =的园柱封住箱的一角，求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。 三．（14分）如图所示，一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。已知主管直径3 D m =，主管流量3 35/ Q m s =，分叉管直径2 d m =，两分叉管流量均为2 Q，分叉管转角0 60 θ=，1-1断面中点的压强2 294/ p kN m =，不计水头损失，求水流对支座的作用力。 题二图题三图
四.（14分）如图所示，长 50L m =、直径0.21D m =的自流管，将水自水池引至吸水井中，然后用水泵送至水塔。已知泵的吸水管直径0.2d mm =，管长6l m =， 泵的抽水量30.064/Q m s =，滤 水网的局部阻力系数12 6.0ξξ==，弯头的局部阻力系数 30.3ξ=，自流管和吸水管的沿程阻力系数0.02λ=。假定自流 管中通过的流量等于泵的抽水量。试求：（1）水池水面与吸水 井的水面高差h ；（2）水泵的安装高度2s H m =时，水泵进口断 面的真空度。 五．（14分）油在管中以1/v m s =的速度向下流动，油 的密度3920/kg m ρ=，管长3l m =，管径25d mm =，水银 压差计测得9h cm =.试求：(1)油在管中的流态；（2）油的运动 粘度ν；（3）若保持相同的平均速度反方向运动时，压差计的读数有何变化（水银密度313600/kg m ρ'=） 六．（14分）用文丘里流量计量测空气（绝热指数 1.4k =，气体常数287/R J kg K =?）的质量流量。已知进口断面的直径为1400d mm =，绝对压强为21140/p kN m =，温度为0118T C =，喉部断面2150d mm =，22116/p kN m =，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。 参考答案： 一．填空题（共30分，每小题2分） 1.均质不可压缩流体的定义为 ρ=c 。 2.在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 降低 。 3.在渐变流过流断面上，动压强分布规律的表达式为P/ρg +z=0 。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的 总机械能 大小，就能判别出流动方向。 题四图 题五图
1．绝对压强p abs与相对压强p 、真空度p v、当地大气压p a之间的关系是： A. p abs =p+p v； B. p=p abs－p a C. p v= p a－p abs D. p=p abs+p a 2．如图所示 A. p0=p a； B. p0>p a； C. p0
f水银；D、不一定。 5．流动有势的充分必要条件是( )。 A. 流动是无旋的； B. 必须是平面流动； C. 必须是无旋的平面流动； D. 流线是直线的流动。 6．雷诺数Re 反映了( )的对比关系 A.粘滞力与重力 B.重力与惯性力 C. 惯性力与粘滞力 D. 粘滞力与动水压力7．一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为2.2m，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内气体部分的相对压强为___ 水柱（）。 A. 2m B. 1m C. 8m D. －2m 8．如图所示，下述静力学方程哪个正确？B 9．下列压强分布图中哪个是错误的？B 10．粘性流体总水头线沿程的变化是( ) 。 A. 沿程下降 B. 沿程上升 C. 保持水平 D. 前三种情况都有可能 一．名词解释（共10小题，每题2分，共20分） 1．粘滞性——流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流 动)，其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形 式表现出来，这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性 或粘性 2．迹线——流体质点的运动轨迹曲线 流线——同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线 方向与流体在该点的速度矢量方向一致 3．层流——流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混 4．量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和
3.1一直流场的速度分布为： U=(4x 2+2y+xy)i+(3x-y 3+z)j (1) 求点（2,2,3）的加速度。 (2) 是几维流动？ (3) 是稳定流动还是非稳定流动？ 解：依题意可知， V x =4x 2+2y+xy ,V y =3x-y 3+z ,V z =0 ∴a x = t V x ??+ v x X V x ??+v y Y V x ??+v z Z V x ?? =0+(4x 2+2y+xy)(8x+y)+(3x-y 3+z)(2+x) =32x 3+16xy+8x 2y+4x 2y+2y 2+x y 2+6x-2 y 3+2z+3 x 2-x y 3+xz 同理可求得， a y =12 x 2+6y+3xy-9x y 2+3 y 5-3 y 2z a z =0 代入数据得， a x = 436,a y =60, a z =0 ∴a=436i+60j (2)z 轴方向无分量，所以该速度为二维流动 (3)速度，加速度都与时间变化无关，所以是稳定流动。 3.2 已知流场的速度分布为： k z yj yi x 2223+-=μ （1）求点（3，1，2）的加速度。 （2）是几维流动？ 解：（1）由 z u z y u y x u x t u x x x x x u u u a ????????+++=
z u z y u y x u x t u y y y y y u u u a ????????+++= z u z y u y x u x t u z z z z z u u u a ????????+++= 得： 0202 2 2+?+?+=x y x xy y x a x 0)3(300+-?-+=y a y z z a z 420002?+++= 把点（3,1,2）带入得加速度a （27,9,64） （2）该流动为三维流动。 3-3 已知平面流动的速度分布规律为 ()() j y x x i y x y u 2 22222+Γ++Γ=ππ 解：() () 2 22 22,2y x x u y x y u y x +Γ= +Γ= ππ 流线微分方程：y x u dy u dx = 代入得： ()() 2 22 222y x x dy y x y dx +Γ= +Γππ C y x ydy xdx x dy y dx =-?=-?=220 3.4 截面为300mm ×400mm 的矩形风道，风量为2700m 3／h ，求平均流速。如风道出口截面收缩为150mm ×400mm 求该截面的平均流速。 解：因为v=q A /A 所以v 1=q A /A 1=2700/(300x400x10-6)=22500m/h=6.25m/s V 2=q A /A 2=2700/(150x400x10-6)=45000m/h=12.5m/s 3.5 渐缩喷嘴进口直径为50mm ，出口直径为10mm 。若进口流速为3m/s ，求喷嘴出口流速为多少？
中国矿业大学2007～2008学年第 2 学期 《工程流体力学》试卷（）卷 课程编号：03034 考试时间：100 分钟考试方式：闭卷 学院化工班级姓名学号 一．名词解释（共10小题，每题3分，共30分） 粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深 二．选择题（共10小题，每题2分，共20分） 1．液体粘度随温度的升高而___，气体粘度随温度的升高而___( )。 A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小2．等角速度ω旋转容器，半径为R，内盛有密度为ρ的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同； 底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。 3．某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。 4．静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 处静水压强与受压面积的乘积（）。 A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心; 5．粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。 A．沿程下降B．沿程上升C．保持水平D．前三种情况都有可能。6．流动有势的充分必要条件是( )。 A．流动是无旋的；B．必须是平面流动； C．必须是无旋的平面流动；D．流线是直线的流动。
7．动力粘滞系数的单位是( )。 A N ·s/m B. N ·s/m 2 C. m 2/s D. m/s 8．雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速v cr ' 和由紊流向层流过渡的临界流速v cr 之间的关系是( )。 A. v cr '＜v cr ； B. v cr '＞v cr ； C. v cr '＝v cr ； D. 不 确 定 9．在如图所示的密闭容器上装有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： A. p 1=p 2=p 3； B. p 1>p 2>p 3； C. p 1
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：牛顿摩擦定律是d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。 （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RT p =ρ 。 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 ）1/20 000；（b ） 1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1d 0.51011020 000k p ρ ρ-==???=。 （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 υ-=?空气， 621.14610m /s υ-=?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
C (c) 盛有不同种类溶液的连通器 D C D 水 油 B B (b) 连通器被隔断 A A (a) 连通容器 1. 等压面是水平面的条件是什么 2. 图中三种不同情况，试问：A-A 、B-B 、C-C 、D-D 中哪个是等压面哪个不是等压面为什么 3 已知某点绝对压强为80kN/m 2，当地大气压强p a =98kN/m 2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。 4. 一封闭水箱自由表面上气体压强p 0=25kN/m 2，h 1=5m ，h 2＝2m 。求A 、B 两点的静水压强。
答：与流线正交的断面叫过流断面。 过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。 引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。8．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问： (1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流是均匀流还是非均匀流
(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流 (3)恒定流情况下，当判别第II 段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系 9 水流从水箱经管径分别为cm d cm d cm d 5.2,5,10321===的管道流 出，出口流速s m V /13=，如图所示。求流量及其它管道的断面平 均流速。 解：应用连续性方程 （1）流量：==33A v Q s l /10 3 -?
(2) 断面平均流速s m v /0625.01= , s m v /25.02=。 10如图铅直放置的有压管道，已知d 1=200mm ，d 2=100mm ，断面1-1处的流速v 1=1m/s 。求（1）输水流量Q ；（2）断面2-2处的平均流速v 2；（3）若此管水平放置，输水流量Q 及断面2-2处的速度v 2是否发生变化（4）图a 中若水自下而上流动，Q 及v 2是否会发生变化 解：应用连续性方程 （1）4.31=Q s l / （2）s m v /42= （3）不变。 （4）流量不变则流速不变。 11. 说明总流能量方程中各项的物理意义。 12. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A 1=，A 2=，A 3=，若水池容积很大，行近流速可以忽
第三章 流体动力学及其应用 一、填空题 1.研究流体运动的两种方法分别是（拉格朗日法）和（欧拉法） 2.拉格朗日法以运动着的（质点）为研究对象 3.欧拉法以充满流体的空间中各个固定的（空间点）为研究对象 4.理想流体：既没有（粘性）又不可（压缩）的流体，将其称为理想流体 5.运动流体空间任一点的运动参数都不随（时间）的改变而改变的运动流体叫稳定流； 6.运动流体空间任一点的运动要素的全部或部份随时间的变化而变化的运动流体叫（不稳定流） 7.在运动流体中，表示流体质点瞬时（方向）的曲线称为流线 8.流体质点在某段时间内运动的轨迹称为（迹线） 9．流线既不能（相交）也不能突然（转折） 10.在运动流体中，（垂直）流线的横截面称为过流断面，一般用符号A 表示。 11.流量有两种表示方法分别是（体积流量）和（质量流量） 12.一般情况下，以单位时间流过过流断面的（体积）计量的流量称为体积流量（或简称流量），用符号V 表示，单位m 3 /s ： 。 13.以单位时间流过过流断面的（质量）计量的流量称为质量流量 14.连续性方程的公式为（v 1A 1=v 2A 2） 15.根据连续性方程，（流速）与（过流断面）面积成反比 16.实际流体总流的伯努利方程为（212222211122-+++=++L h g v g p z g v g p z ρρ） 17.实际流体总流的伯努利方程式反映了实际流体在运动过程中（机械能）守恒和各种能量之间（相互转化）的定量关系。 18.在流体力学中，将液柱高度称为（水头）。这样，流体过流断面上的三种能量z 、g p ρ和 g v 22 ，分别称为（位置水头）、（压力水头）和（速度水头）。 19.液流一般具有三种能量：z 、g p ρ和g v 22，分别表示单位重力流体所具有的（位能）、（压 能）和（动能） 20.运动流体总机械能的大小决定了流体的运动方向，流体总是从总能量（较大）的过流断
流体力学基础期末考试试卷 姓名＿＿___＿＿___ 学号___＿__＿__＿ 班级________＿＿ 得分__＿__＿____ 一、简答题(30分） 1. 什么是粘性?气体与液体的粘性随温度变化趋势有什么不同？为什么？ 答:相邻两层流体做相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。粘性是流体抵抗剪切变形能力的一种量度。 液体间粘性力主要由分子内聚力形成,气体间粘性力主要由分子动量交换形成的,所以导致气体与液体粘性随温度变化趋势不同，具体表现为：液体粘性随温度升高而降低(温度升高,分子间距增大,内聚力降低),气体粘性随温度升高而升高（温度升高,分子运动加剧,动量交换加剧）。 2. 简述单位与量纲的联系与区别，简述Re, Ｆｒ的物理意义 答:单位是某一物理参数的量度，包含了物理量的物理特性与尺度。量纲表示物理量的物理特性。 R ｅ是惯性力与粘性力的比较，Fr 是惯性力与重力的比较。 3. 什么是边界层厚度，位移厚度及动量厚度? 答:边界层厚度是速度等于外流速度的99%时的厚度；位移厚度--将由于不滑移条件造成的质量亏损折算成无粘性流体的流量相应的厚度，又称为质量亏损厚度;动量厚度-－将由于不滑移条件造成的动量流量亏损折算成无粘性流体的动量流量相应的厚度。 4. 什么是流线,迹线及烟线? 答:流线:流场中的一条曲线,曲线上各点的速度矢量方向和曲线在该点的切线方向相同。 迹线：流体质点在空间运动时描绘出来的曲线。 烟线:从流场中的一个固定点向流场中连续地注入与流体密度相同的染色液,该染色液形成一条纤细色线,称为脉线。或另定义如下,把相继经过流场同一空间点的流体质点在某瞬时连接起来得到的一条线。 5. 简述层流与湍流的区别 答:层流：是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动，互不混合，其流动行为可以预测。 湍流：是流体的一种流动状态。流体运动具有随机性,强混合性与有旋性,其流动行为不可预测,本质上是三维，非定常的。 二、运算题 1. (1５分）拉格朗日变数 (ａ, b, c ） 给出的流体运动规律为： 2222)1(,)1(,--+=+==t ce z t b y ae x t t 1）求以欧拉方法描述的速度 ２）流动是否定常？ 3）求加速度 答：1）设速度场三个分量为 ｕ，v,w 消去拉氏变数: 222, , 11y zt u x v w t t =-= = ++22t x u ae t -?==-?2 2(1)2(1)1y b t v b t t t ?+= =+=?+22223 2(1)2[(1)(1)]1t t z ce t t w ce t t t t ---?+==+-+=?+
一元流体动力学基础 1.直径为150的给水管道，输水量为h kN /7.980，试求断面平均流速。 解：由流量公式vA Q ρ= 注意：()vA Q s kg h kN ρ=?→// A Q v ρ= 得：s m v /57.1= 2.断面为300×400的矩形风道,风量为2700m 3 ,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150×400,求该断面的平均流速 解：由流量公式vA Q = 得： A Q v = 由连续性方程知2211A v A v = 得：s m v /5.122= 3.水从水箱流经直径d 1=102=53=2.5的管道流入大气中. 当出口流速10 时,求(1)容积流量及质量流量;(2)1d 及2d 管段的流速 解 ： (1) 由 s m A v Q /0049.0333== 质量流量s kg Q /9.4=ρ (2)由连续性方程： 33223311,A v A v A v A v == 得：s m v s m v /5.2,/625.021== 4.设计输水量为h kg /294210的给水管道，流速限制在9.0∽s m /4.1之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是mm 50的倍数。
解：vA Q ρ= 将9.0=v ∽s m /4.1代入得343.0=d ∽m 275.0 ∵直径是mm 50的倍数，所以取m d 3.0= 代入vA Q ρ= 得m v 18.1= 5.圆形风道，流量是10000m 3 ,，流速不超过20 。试设计直径，根据所定直径求流速。直径规定为50 的倍数。 解：vA Q = 将s m v /20≤代入得：mm d 5.420≥ 取mm d 450= 代入vA Q = 得：s m v /5.17= 6.在直径为d 圆形风道断面上，用下法选定五个点，以测局部风速。设想用和管轴同心但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分。测点即位于等分此部分面积的圆周上，这样测得的流速代表相应断面的平均流速。（1）试计算各测点到管心的距离，表为直径的倍数。（2）若各点流速为54321u u u u u ，，，，，空气密度为ρ，求质量流量G 。 解：（1）由题设得测点到管心的距离依次为1r ……5r ∵103102221S r S r = = ππ 42 d S π= ∴ d r d r 102310221= = f 同理 d r 10 253= d r 10 274= d r 10 295= （2） ）（51251 4u u d v S G +????????+==π ρ ρ 7.某蒸汽管干管的始端蒸汽流速为25 ，密度为2.62 m 3 .干管前段直径为50 ，接出直径40 支管后，干管后段直径改为45 。
一元流体动力学基础 1.直径为150的给水管道，输水量为h kN /7.980，试求断面平均流速。 解：由流量公式vA Q ρ= 注意：()vA Q s kg h kN ρ=?→// A Q v ρ= 得：s m v /57.1= 2.断面为300×400的矩形风道,风量为2700m 3 ,求平均流速.如风道出口处断面收缩为150×400,求该断面的平均流速 解：由流量公式vA Q = 得： A Q v = 由连续性方程知2211A v A v = 得：s m v /5.122= 3.水从水箱流经直径d 1=102=53=2.5的管道流入大气中. 当出口流速10 时,求(1)容积流量及质量流量;(2)1d 及2d 管段的流速 解 ： (1) 由 s m A v Q /0049.0333== 质量流量s kg Q /9.4=ρ (2)由连续性方程： 33223311,A v A v A v A v == 得：s m v s m v /5.2,/625.021== 4.设计输水量为h kg /294210的给水管道，流速限制在9.0∽s m /4.1之间。试确定管道直径，根据所选直径求流速。直径应是mm 50的倍数。
解：vA Q ρ= 将9.0=v ∽s m /4.1代入得343.0=d ∽m 275.0 ∵直径是mm 50的倍数，所以取m d 3.0= 代入vA Q ρ= 得m v 18.1= 5.圆形风道，流量是10000m 3 ,，流速不超过20 。试设计直径，根据所定直径求流速。直径规定为50 的倍数。 解：vA Q = 将s m v /20≤代入得：mm d 5.420≥ 取mm d 450= 代入vA Q = 得：s m v /5.17= 6.在直径为d 圆形风道断面上，用下法选定五个点，以测局部风速。设想用和管轴同心但不同半径的圆周，将全部断面分为中间是圆，其他是圆环的五个面积相等的部分。测点即位于等分此部分面积的圆周上，这样测得的流速代表相应断面的平均流速。（1）试计算各测点到管心的距离，表为直径的倍数。（2）若各点流速为54321u u u u u ，，，，，空气密度为ρ，求质量流量G 。 解：（1）由题设得测点到管心的距离依次为1r ……5r ∵103102221S r S r = = ππ 42 d S π= ∴ d r d r 102310221= = f 同理 d r 10 253= d r 10 274= d r 10 295= （2） ）（51251 4u u d v S G +????????+==π ρ ρ 7.某蒸汽管干管的始端蒸汽流速为25 ，密度为2.62 m 3 .干管前段直径为50 ，接出直径40 支管后，干管后段直径改为45 。
流体力学复习题 -—－—－ 2013制 一、填空题 1、1mｍH2Ｏ= 9。80７Pa 2、描述流体运动得方法有欧拉法?与拉格朗日法、 3、流体得主要力学模型就是指连续介质、无粘性与不可压缩性。 4、雷诺数就是反映流体流动状态得准数,它反映了流体流动时粘性力与惯性力得对比关系。 5、流量Q1与Ｑ2,阻抗为S１与S2得两管路并联,则并联后总管路得流量Q为Ｑ= Q1 ＋ Q２,总阻抗S为。串联后总管路得流量Ｑ为Q= Q１＝Q2,总阻抗Ｓ为S1+S2 。 ６、流体紊流运动得特征就是脉动现行 ,处理方法就是时均法。 ７、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力与局部阻力。 ８、流体微团得基本运动形式有: 平移运动、旋转流动与变形运动。 9、马赫数气体动力学中一个重要得无因次数,她反映了惯性力与弹性力得相对比值。
１０、稳定流动得流线与迹线重合。 11、理想流体伯努力方程常数中,其中称为测压管水头。 12、一切平面流动得流场,无论就是有旋流动或就是无旋流动都存在流线,因而一切平面流动都存在流函数 ,但就是,只有无旋流动才存在势函数。 13、雷诺数之所以能判别流态,就是因为它反映了惯性力与粘性力得对比关系、 14、流体得主要力学性质有粘滞性、惯性、重力性、表面张力性与压缩膨胀性、 15、毕托管就是广泛应用于测量气体与水流一种仪器、 16、流体得力学模型按粘性就是否作用分为理想气体与粘性气体。作用与液上得力包括质量力, 表面力。1７、力学相似得三个方面包括几何相似、运动相似与动力相似。 １8、流体得力学模型就是连续介质模型。 19、理想气体伯努力方程中,称势压,全压,称总压 2０、紊流射流得动力特征就是各横截面上得动量相等。 2１、流体得牛顿内摩擦定律得表达式 ,ｕ得单位为p ａ、s 。
作业答案： 3.1 什么是流线？流线有什么特性？ 答：流线：流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各点的切线方向与该点的瞬时速度方向一致。 流线特性：1）定常流动中流线不随时间变化，而且流体质点的轨迹与流线重合。 2）实际流场中除驻点或奇点外，流线不能相交，不能突然转折。 3.2 理想流体微小流束伯努利方程各项的意义是什么？导出条件是什么？基准面为什么要取水平面？ 答：（1）方程形式：2 2p v g g z c ρ++= 物理意义：z ----单位（重力流体具有的）位能； p g ρ----单位压能； 2 2v g ----单位动能。 几何意义：z ----位置水头； p g ρ----压强水头； 2 2v g ----流速水头。 （2）导出条件：1）质量力只有重力； 2）定常流； 3）沿流线； 4）不可压缩流体 （或C ρ=）。 （3）因为基准面是在重力场中衡量位置势能大小的，因此要以水平面为基准。 3.3 总流伯努利方程是什么形式？导出条件及应用条件是什么？ 答：形式： 221112221222w p V p V Z Z h g g g g ααρρ++=+++ 导出条件及应用条件： 1）质量力只有重力； 2）定常流动； 3）断面必须是均匀流断面或缓变流断面； 4）不可压缩流体。 3.5 题略 答：当阀门A 开度一定，各管段是稳定流； 阀门A 逐渐关闭的过程中，各点运动参数随时间发生变化，管中流动为非稳定流动。 3.8题略 解：坐标取在叶片上，则流动为定常流 取水平向右为X 轴正向，以射流及叶片围成的流体为研究对象，列X 方向动量方程： 21()X Vr X X F q V V ρ=-∑ （1）