流体力学与流体机械之流体力学

流体⼒学及流体机械复习习题及答案第⼀部分：流体⼒学1.⼒按物理性质的不同分类：重⼒、摩擦⼒、惯性⼒、弹性⼒、表⾯张⼒等。

2. ⼒按作⽤⽅式分：质量⼒和⾯积⼒。

3 质量⼒是指作⽤于隔离体内每⼀流体质点上的⼒，它的⼤⼩与质量成正⽐4 最常见的质量⼒有：重⼒、惯性⼒。

5 ⽐较重⼒场（质量⼒只有重⼒）中，⽔和⽔银所受的单位质量⼒f⽔和f⽔银的⼤⼩？A. f⽔f⽔银；B. f⽔=f⽔银； D、不⼀定。

6 试问⾃由落体和加速度a向x⽅向运动状态下的液体所受的单位质量⼒⼤⼩（f X. f Y. f Z）分别为多少？⾃由落体：X＝Y=0,Z=0。

加速运动：X=-a,Y=0,Z=-g。

7.静⽌的流体受到哪⼏种⼒的作⽤？理想流体受到哪⼏种⼒的作⽤？重⼒与压应⼒，⽆法承受剪切⼒。

重⼒与压应⼒，因为⽆粘性，故⽆剪切⼒8判断：在弯曲断⾯上，理想流体动压强呈静压强分布特征。

对错9 如图所⽰的密闭容器中，液⾯压强p0＝9.8kPa，A点压强为49kPa，则B点压强为39.2kPa ,在液⾯下的深度为3m 。

10．露天⽔池⽔深5m处的相对压强为：A. 5kPa；B. 49kPa；C. 147kPa；D. 205kPa。

重⼒作⽤下静⽔压强的分布规律，如图2-9所⽰。

图2-911. 仅受重⼒作⽤处于静⽌状态的流体中，任意点对同⼀基准⾯的单位势能为⼀常数，即各点测压管⽔头相等，位头增⾼，压头减⼩。

12. 在均质连通的液体中，⽔平⾯必然是等压⾯13：仅在重⼒作⽤下,静⽌液体中任意⼀点对同⼀基准⾯的单位势能为_b__ A. 随深度增加⽽增加； C. 随深度增加⽽减少； B. 常数； D. 不确定。

14：试问图⽰中A、 B、 C、 D点的测压管⾼度，测压管⽔头。

（D点闸门关闭，以D点所在的⽔平⾯为基准⾯）A:测压管⾼度，测压管⽔头B:测压管⾼度，测压管⽔头C:测压管⾼度，测压管⽔头D:测压管⾼度，测压管⽔头A:0m，6m B:2m，6m C:3m，6m D:6m，6m15：如图2-10所⽰，，下述两个静⼒学⽅程哪个正确？图2-1016.求淡⽔⾃由表⾯下2m 深处的绝对压强和相对压强。

删掉的题目：1-14、2-6、2-9、2-11、2-17、3-10、3-19、4-5、4-13《流体力学与流体机械之流体力学》第一章 流体及其物理性质1-8 1.53m 的容器中装满了油。

已知油的重量为12591N 。

求油的重度γ和密度ρ。

解：312591856.5kg/m 9.8 1.5m V ρ===⨯；38394N/m g γρ== 1-11 面积20.5m A =的平板水平放在厚度10mm h =的油膜上。

用 4.8N F =的水平力拉它以0.8m/s U =速度移动（图1-6）。

若油的密度3856kg/m ρ=。

求油的动力粘度和运动粘度。

解：29.6N/m F Aτ==，Uh τμ=，所以，0.12Pa s hUτμ==，42/0.12/856 1.410m /s νμρ-===⨯ 1-12 重量20N G =、面积20.12m A =的平板置于斜面上。

其间充满粘度0.65Pa s μ=的油液（图1-7）。

当油液厚度8mm h =时。

问匀速下滑时平板的速度是多少。

解：sin 20 6.84F G N ==，57Pa s FAτ==， 因为U h τμ=，所以570.0080.7m/s 0.65h U τμ⨯=== 1-13 直径50mm d =的轴颈同心地在50.1mm D =的轴承中转动（图1-8）。

间隙中润滑油的粘度0.45Pa s μ=。

当转速950r/min n =时，求因油膜摩擦而附加的阻力矩M 。

解：将接触面沿圆柱展开，可得接触面的面积为：20.050.10.016m A dL ππ==⨯⨯=接触面上的相对速度为：2 2.49m/s 2260d d nu πω=== 接触面间的距离为：0.05mm 2D dδ-== 接触面之间的作用力：358.44N du F AA dy u δμμ=== 则油膜的附加阻力矩为：8.9N m 2dM F== 1-14 直径为D 的圆盘水平地放在厚度为h 的油膜上。

1.3.2容易管路的计算容易管路的计算主意就是联立求解伯努利方程式和流动阻力计算式，因为问题的已知量不同，计算过程有的需要试差，有的不需要。

1．3．3串联管路的计算串联管路是由几个容易管路串联而成的，其特点如下。

（1）通过各管段的质量流量不变，对不可压缩流体，则体积流量不变，即V1＝V2＝.。

（2）囫囵管路的总流动阻力为各管段流动阻力之和，即Σwf ＝wf1十wf2十…..串联管路的计算主意与容易管路的雷同。

1.3.4并联管路的计算并联管路的特点;(1)总流量等于各并联支管流量之和，对ρ=常数的流体，则有：V=V1+V2+V3(2)并联各支管的阻力损失相等，即w f1＝wf2＝wf3由上式可知，细而长、流体密度小的支管通过的流量小，粗而短、流体密度大的支管通过的流量大。

倘若管路系统由总管部分和并联支管部分串联而成，则在计算总阻力损失wf时，绝不能将并联的各支管的阻力损失加在一起作为并联部分的阻力损失，而只要考虑并联部分中的任一支管即可。

1．4明渠匀称流和非匀称流要求：重点控制明渠恒定匀称流、明渠水力最优断面和允许流速、断面单位能量和临界水深、缓流、急流、临界流及其判别准则等基本概念；控制明渠恒定匀称流的水力基本问题的计算，了解明渠恒定非匀称渐变流的基本微分方程。

1．4．l明渠匀称流的计算明渠的流动方向的液面通大气，故明渠流为无压流。

明渠恒定匀称流是指运动要素（明渠中水深、断面平均流速、流速分布等）沿程不变的流动。

明渠匀称流时具有以下特征：①因为水深及流速沿程不变，水面线、渠底线及总水头线三线互相平行；②在顺坡渠道中，才会存在明渠匀称流；③渠中水受力达到平衡，即重力沿流动方向的分力与阻力平衡。

1．4．2明渠水力最优断面和允许流速1．明渠水力最优断面当底坡i和壁面粗糙系数n、过流断面面积A一定时，使明渠通过的流量达到最大值的过流断面称为水力最优断面。

圆形断面因其水力半径最大、润湿周边最小而成为最优断面。

第四章管路,孔口和管嘴的计算4-1（自编）根据造成液体能量损失的流道几何边界的差异，可以将液体机械能的损失分为哪两大类? 各自的定义是什麽? 发生在哪里?答:可分为沿程损失和局部损失两大类。

沿程损失指均匀分布在流程中单位重量液体的机械能损失，一般发生在工程中常用的等截面管道和渠道中。

局部损失指单位重量液体在流道几何形状发生急剧变化的局部区域中损失的机械能，如在管道的入口、弯头和装阀门处。

4-2粘性流体的两种流动状态是什么？其各自的定义是什么？ 答：粘性流体的流动分为层流及紊乱两种状态。

层流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作定向有规则的运动状态，紊流状态指的是粘性流体的所有流体质点处于作不定向无规则的混杂的运动状态。

4-3流态的判断标准是什么？解：流态的判断标准是雷诺数Re 。

由于实际有扰动存在，故一般以下临界雷诺数Re c 作为层紊流流态的判断标准，即Re<2320, 管中流态为层流，Re>2320，管中流态为紊流.。

4-4某管道直径d=50mm ，通过温度为10℃的中等燃料油，其运动粘度m 261006.5-⨯=ν。

试求：保持层流状态的最大流量Q 。

解：由Re νdv 有v=dνRe =（2320×5.06×610-）/0.05=0.235m/s ，故有Q=A v=π×0.05×0.05×0.235/4=m 34106.4-⨯。

4-5(自编) 一等径圆管内径d=100mm ，流通运动粘度ν=1.306×10-6m2/s 的水，求管中保持层流流态的最大流量Q 。

解：由νvd=Re ，有sm dv /03.01.0232010306.1Re6=⨯⨯==-ν此即圆管中能保持层流状态的最大平均速度，对应的最大流量Q 为s m vA Q /1036.24/1.003.0342-⨯===π4-6利用毛细管测定油液粘度，已知毛细管直径d=4.0mm ，长度L=0.5m ，流量Q=1.0cm3/s 时，测压管落差h=15cm 。

流体力学与流体机械
流体力学（Fluid Mechanics）是研究流体（液体和气体）力学性质和行为的学科。

它主要研究流体的运动、力学原理、力和压力、速度和加速度、黏性和湍流等各个方面。

流体力学可以分为静力学和动力学两个方面。

静力学研究静止的流体，包括压力场、压力力学、浮力和表面张力等；动力学研究流体在运动中的行为，包括速度和加速度场、流速分布、流体的轨迹和流线、涡旋和湍流、动量和能量守恒等。

流体机械（Fluid Machinery）是利用流体力学原理设计、制造和运行的设备和机械装置。

它们用于处理和控制流体的能量传递和转换，常见的流体机械包括泵、涡轮机、压缩机、风扇、液压机械等。

泵是一种将机械能转换为流体能量的设备，通过产生压力差使流体移动。

涡轮机则是利用流体对转动叶片的作用力而实现能量转换的装置，它们根据流体进出的方式可以分为水轮机和汽轮机。

压缩机则用于增加流体的压力和密度，常用于气体压缩和制冷设备。

流体机械的设计和运行必须遵循流体力学的基本原则和方程式。

例如，根据连续性方程和动量守恒等方程，通过优化叶轮和导叶等流道形状，以达到提高泵的效率或涡轮机的功率输出等目的。

同时，流体机械的设计也需要考虑流体的黏性、湍流特性、压力损失和能量损失等因素，以确保其运行的稳定性
和效率。

总结而言，流体力学是研究流体的力学性质和行为的学科，而流体机械是利用流体力学原理设计和制造的设备和机械装置。

流体机械的设计需要依赖流体力学的理论原则和方程式，并充分考虑流体的特性和运动行为。

流体力学为流体机械提供了理论基础和设计指导，使得流体能够在各种设备中高效传递、控制和转换。

《流体力学与流体机械》(上)主要公式及方程式1．流体的体积压缩系数计算式：pp V V d d 1d d 1p ρρβ=-= 流体的体积弹性系数计算式：ρρd d d d pV p VE =-= 流体的体积膨胀系数计算式：TT V V d d 1d d 1T ρρβ-==2．等压条件下气体密度与温度的关系式：t βρρ+=10t ， 其中2731=β。

3．牛顿内摩擦定律公式：y u AT d d μ±= 或 yuA T d d μτ±== 恩氏粘度与运动粘度的转换式：410)0631.00731.0(-⨯-=EE ν 4．欧拉平衡微分方程式： ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=∂∂-=∂∂-=∂∂-010101z p f y p f x pf z y x ρρρ 和 ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=∂∂-=∂∂-=∂∂-010101z pf r p f r p f z r ρθρρθ 欧拉平衡微分方程的全微分式： )d d d (d z f y f x f p z y x ++=ρ )d d d (d z f r f r f p z r ++=θρθ 5．等压面微分方程式： 0d d d =++z f y f x f z y x0d d d =++z f r f r f z r θθ6．流体静力学基本方程式：C z p=+γ或2211z p z p +=+γγ或2211z g p z g p ρρ+=+相对于大气时：Cz g p a m =-+)(ρρ 或2211)()(z g p z g p a m a m ρρρρ-+=-+7．水静力学基本方程式：h p p γ+=0，其中0p 为自由液面上的压力。

8．水平等加速运动液体静压力分布式：)(0gz ax p p +-=ρ；等压面方程式：C z g ax =+；自由液面方程式：0=+z g ax 。

注意：p 0为自由液面上的压力。

9．等角速度旋转液体静压力分布式：)2(220z gr p p -+=ωγ；等压面方程式：C z g r =-222ω；自由液面方程式：0222=-z g r ω。