工程流體力學(xué)練習(xí)題及答案

1、流體力學(xué)練習(xí)題一、填  空 題1流體力學(xué)中三個(gè)主要力學(xué)模型是（1）連續(xù)介質(zhì)模型（2）不可壓縮流體力學(xué)模型（3）無(wú)粘性流體力學(xué)模型。2在現(xiàn)實(shí)生活中可視為牛頓流體的有水 和空氣 等。3流體靜壓力和流體靜壓強(qiáng)都是壓力的一種量度。它們的區(qū)別在于：前者是作用在某一面積上的總壓力；而后者是作用在某一面積上的平均壓強(qiáng)或某一點(diǎn)的壓強(qiáng)。4均勻流過(guò)流斷面上壓強(qiáng)分布服從于水靜力學(xué)規(guī)律。5和液體相比，固體存在著抗拉、抗壓和抗切三方面的能力。6空氣在溫度為K，壓強(qiáng)為mmHg時(shí)的密度和容重分別為 kg/m3和N/m3。7流體受壓，體積縮小，密度增大 的性質(zhì)，稱(chēng)為流體的壓縮性 ；流體受熱，體積膨脹，密度減少 的性

2、質(zhì)，稱(chēng)為流體的熱脹性 。8壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱(chēng)為流體的彈性模量 ，以來(lái)表示9工程大氣壓等于98.07千帕，等于10m水柱高，等于735.6毫米汞柱高。10靜止流體任一邊界上壓強(qiáng)的變化，將等值地傳到其他各點(diǎn)（只要靜止不被破壞），這就是水靜壓強(qiáng)等值傳遞的帕斯卡定律。11流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向。12液體靜壓強(qiáng)分布規(guī)律只適用于靜止、同種、連續(xù)液體。13靜止非均質(zhì)流體的水平面是等壓面，等密面和等溫面。14測(cè)壓管是一根玻璃直管或形管，一端連接在需要測(cè)定的容器孔口上，另一端開(kāi)口，直接和大氣相通。15在微壓計(jì)測(cè)量氣體壓強(qiáng)時(shí)，其傾角為，測(cè)得cm 則h=10cm。16作用于曲面上的水靜壓力的鉛直

3、分力等于其壓力體內(nèi)的水重。17通過(guò)描述物理量在空間的分布來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)的方法稱(chēng)為歐拉法。18 流線(xiàn)不能相交（駐點(diǎn)處除外），也不能是折線(xiàn)，因?yàn)榱鲌?chǎng)內(nèi)任一固定點(diǎn)在同一瞬間只能有一個(gè)速度向量，流線(xiàn)只能是一條光滑的曲線(xiàn)或直線(xiàn)。19靜壓、動(dòng)壓和位壓之和以表示，稱(chēng)為總壓。20液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為紊流。21流體力學(xué)是研究 流體平衡 和 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的一門(mén)科學(xué)。22根據(jù)在理想流體運(yùn)動(dòng)中微團(tuán)有沒(méi)有旋轉(zhuǎn)角速度，可以把運(yùn)動(dòng)劃分為有旋運(yùn)動(dòng)和無(wú)旋運(yùn)動(dòng)。23在湍流理論中，通常采用下面三種平均方法時(shí)間平均、空間平均、統(tǒng)計(jì)平均。24早在19世紀(jì)，斯托克斯對(duì)粘性流體和亥姆霍茲對(duì)理想

4、流體都指出，對(duì)于像流體這樣可以變形的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)可以分解成平移、旋轉(zhuǎn)、變形三種運(yùn)動(dòng)。25在微壓計(jì)測(cè)量氣體壓強(qiáng)時(shí)，其傾角為，測(cè)得cm 則h=其壓力體內(nèi)的水重。26管路系統(tǒng)分類(lèi)按能量損失的類(lèi)型分為長(zhǎng)管、短管。27現(xiàn)象相似的充要條件是，邊界條件 和初始條件相似，滿(mǎn)足同一微分方程式。28液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混，這種流動(dòng)狀態(tài)稱(chēng)為紊流。29. 表征 流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量 稱(chēng)為流體的運(yùn)動(dòng)要素。30.粘性流體能量損失一般分 沿程損失 和 局部損失_。31.在靜力平衡時(shí)不能承受 剪切力_的物質(zhì)就是流體。32.按其工作原理泵可分為 容積泵_、 葉片泵_、 其他類(lèi)型的泵_。33.離心泵按葉

5、輪數(shù)目可分為_(kāi)單級(jí)、 多級(jí)。34. 溫度對(duì)流體粘性的影響是，隨溫度的升高，液體的粘度 減小 ，氣體的粘度 增大 。35. 風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力大小可分為_(kāi)低壓風(fēng)機(jī)_、_中壓風(fēng)機(jī)_、_高壓風(fēng)機(jī)_。二、判 斷 題1當(dāng)平面水平放置時(shí)，壓力中心與平面形心重合。 對(duì)2一個(gè)工程大氣壓等于98kPa,相當(dāng)于10m水柱的壓強(qiáng)。對(duì)3靜止液體自由表面的壓強(qiáng)，一定是大氣壓。錯(cuò)4靜止液體的自由表面是一個(gè)水平面，也是等壓面。對(duì)5當(dāng)靜止液體受到表面壓強(qiáng)作用后，將毫不改變地傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。對(duì)6當(dāng)相對(duì)壓強(qiáng)為零時(shí)，稱(chēng)為絕對(duì)真空。錯(cuò)7某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓強(qiáng)時(shí)即稱(chēng)該點(diǎn)產(chǎn)生真空。對(duì)8流場(chǎng)中液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)空間點(diǎn)時(shí)，所有的運(yùn)

6、動(dòng)要素不隨時(shí)間變化的流體叫恒定流。對(duì)9恒定流時(shí)，流線(xiàn)隨的形狀不隨時(shí)間變化，流線(xiàn)不一定與跡線(xiàn)相重合。錯(cuò)10漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)的分布規(guī)律可近似地看作與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同。對(duì) 11流線(xiàn)是光滑的曲線(xiàn)，不能是折線(xiàn)，流線(xiàn)之間可以相交。錯(cuò)12一變直徑管段，A斷面直徑是B斷面直徑的2倍，則B斷面的流速是A斷面流速的4倍。對(duì) 13彎管曲率半徑Rc與管徑d之比愈大，則彎管的局部損失系數(shù)愈大。錯(cuò)14. 流線(xiàn)和跡線(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一回事。 錯(cuò) 15. 實(shí)際流體圓管層流的內(nèi)摩擦力分布是中間最大，管壁邊緣為零的線(xiàn)性分布。錯(cuò) 16作用在靜止流體中任一點(diǎn)的質(zhì)量力必然垂直于通過(guò)該點(diǎn)的等壓面。對(duì)17靜止流體中

7、任何一點(diǎn)上各個(gè)方向的靜壓力大小相等，與作用面方位無(wú)關(guān)。對(duì)18. 水力半徑R與流動(dòng)阻力成正比。 錯(cuò) 19. 流體靜壓強(qiáng)的方向不一定重合于受力面的內(nèi)法線(xiàn)方向。錯(cuò) 20. 在相同的斷面面積A與相同的水頭H的條件下，管嘴的出流量大于孔口。對(duì)21毛細(xì)管現(xiàn)象中，液體上升高度與管子直徑成反比，并與液體種類(lèi)及管子材料有關(guān)。對(duì) 三、簡(jiǎn) 答 題1什么是粘滯性？什么是牛頓內(nèi)摩擦定律？不滿(mǎn)足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛頓流體還是非牛頓流體？ 答： 粘滯性是當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部顯示出的內(nèi)摩擦力性質(zhì)。 牛頓內(nèi)摩擦定律是： ；不滿(mǎn)足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是非牛頓流體。2在流體力學(xué)當(dāng)中，三個(gè)主要的力學(xué)模型是指哪三個(gè)？答：（1）

8、連續(xù)介質(zhì)；（2）無(wú)粘性流體；（3）不可壓縮流體。3什么是理想流體？答：理想流體即指無(wú)粘性流體，是不考慮流體的粘性的理想化的流體。4什么是實(shí)際流體？答：考慮流體的粘性的流體。5什么是不可壓縮流體？答：不計(jì)流體的壓縮性和熱脹性的而對(duì)流體物理性質(zhì)的簡(jiǎn)化。6為什么流體靜壓強(qiáng)的方向必垂直作用面的內(nèi)法線(xiàn)？答：由于流體在靜止時(shí)，不能承受拉力和切力，所以流體靜壓強(qiáng)的方向必然是沿著作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向。7流體的密度：?jiǎn)挝惑w積流體所包含的質(zhì)量。8等壓面：在流體中壓強(qiáng)相等的點(diǎn)組成的面稱(chēng)為等壓面。9定常流動(dòng)：流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上所有流動(dòng)參數(shù)均與時(shí)間變量t無(wú)關(guān)，稱(chēng)作定常流動(dòng)。10重度：?jiǎn)挝惑w積流體所受的重力稱(chēng)為重度。11膨脹

9、系數(shù)：壓力不變時(shí)，單位溫度的變化所引起的體積的相對(duì)變化量稱(chēng)為膨脹系數(shù)。13系統(tǒng)：眾多流體質(zhì)點(diǎn)的集合稱(chēng)為系統(tǒng)。14過(guò)流斷面：與總流或流束中的流線(xiàn)處處垂直的斷面稱(chēng)為過(guò)流斷面。四、計(jì) 算 題1 圖示為一采暖系統(tǒng)圖。由于水溫升高引起水的體積膨脹，為了防止管道及暖氣片脹裂，特在系統(tǒng)頂部設(shè)置一膨脹水箱，使水的體積有自由膨脹的余地。若系統(tǒng)內(nèi)水的總體積m3，加熱前后溫差oC，水的膨脹系數(shù)，求膨脹水箱的最小容積。 解 由得： m3 故膨脹水箱的最小容積為m32 有一矩形底孔閘門(mén)，高 m，寬 m，上游水深 m 下游水深m。試用圖解法及解析法求作用于閘門(mén)上的水靜壓力及作用點(diǎn)？ 解 kN 作用于閘門(mén)中心 圖解 kN3

10、 寬為1m，長(zhǎng)為AB的矩形閘門(mén)，傾角為，左側(cè)水深 m，右側(cè)水深 m。試用圖解法求作用于閘門(mén)上的水靜壓力及其作用點(diǎn)？ 解 壓強(qiáng)分布圖略，根據(jù)圖計(jì)算如下： kN m4m，閘門(mén)可繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。求閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)的水深為多少米。 解 故 m C點(diǎn)是合力作用點(diǎn)的極限點(diǎn)，當(dāng)其高于C點(diǎn)閘門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。 m 即m時(shí)，閘門(mén)便自動(dòng)打開(kāi)。5如下圖，氣缸內(nèi)壁的直徑D12厘米，活塞的直徑d11.96厘米，活塞的長(zhǎng)度=14厘米，潤(rùn)滑油液的1泊，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度為1米/秒，試問(wèn)作用在活塞上的粘滯力為多少？解： 將以上數(shù)值代入公式， 接觸面積 所以 6試按復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)的讀數(shù)算出水面上蒸汽的絕對(duì)壓強(qiáng)p。已知：H=3m,h1=1.4

11、m, h2=2.5m,h3=1.2m,h4=2.3m,水銀的密度=13600kg/m3。解：p3=pa+(h4-h3)=1×105+13600×9.8(2.3-1.2)=246608pa P2= p3-(h2-h3)= 246608-9800×(2.5-1.2)=233868pa P1= P2+(h2-h1)= 233868+13600×9.8×(2.5-1.4)=380476pa P= P1-(H-h1)= 380476-9800×(3-1.4)=364796pa7下圖所示的管段，d1= 2.5厘米 ,d2=5厘米，d3=10厘米。（1）當(dāng)流量為4升/秒時(shí)，求各管段的平均流速。（2）旋動(dòng)閥門(mén)，使流量增加至8升/秒，或使流量減少至2升/秒時(shí)，平均流速如何變化？解：（1）根據(jù)連續(xù)性方程 QA1=A2=A3, =Q/A1=8.16m/s =8.16×=2.04 m/s =8.16×=0.51 m/s(2)各斷面流速比例保持不變，流量增加至8升時(shí)，即流量增加為2倍，則各段流速亦增加至2倍，即 16.32 m/s ,=4.08 m/s, =1.02 m/s流量減少至2升時(shí)，即流量