流體動力學基礎

1、第3章流體動力學基礎一、單項選擇題1、當液體為恒定流時，必有（）等于零。A.當地加速度B.遷移加速度C.向心加速度D.合加速度2、均勻流過流斷面上各點的（）等于常數。A.p B.z+ A C. E+D. z+ E+PgPg 2 gPg 2 g3、過流斷面是指與（）的橫斷面。A .跡線正交 B.流線正交C.流線斜交D.跡線斜交4、已知不可壓縮流體的流速場為 Ux=f（y,z）,Uy=f（x）,Uz=0,則該流動為（）A. 一元流B.二元流C.三元流D.均勻流5、用歐拉法研究流體運動時，流體質點的加速度a=（）.2_A. U B.迎 C.（u V）u D. £u +（u - V）u dt

2、jtjt6、在恒定流中，流線與跡線在幾何上（）。A.相交B.正交C.平行D.重合7、控制體是指相對于某個坐標系來說，（）.A .由確定的流體質點所組成的流體團 B.有流體流過的固定不變的任何體 積C.其形狀，位置隨時間變化的任何體積 D.其形狀不變而位置隨時間變化 的任何體積.8、漸變流過流斷面近似為（）.A.拋物面B.雙曲面 C.對數曲面D.平面9、在圖3.1所示的等徑長直管流中，M-M為過流斷面，N-N為水平面，則有（）.A.p1=p2 B.p3=p4 C.z1 +互 =z2+三 D.z3+ 匹 =z4+包 ：g:g：g：g10、已知突然擴大管道突擴前后管段的管徑之比也 =0.5,則突擴前

3、后斷面d2平均流速之比v1:v2=（）.A. 4B.2C.1D.0.511、根據圖3.2所示的三通管流，可得（）。A. qv1+qv2=qv3B.qv1-qv2 =qv3 C.qv產qv2 +qv3 D.qv1+qv2 +qv3=012、根據圖3.3所示的三通管流，可得（）。A. qv1+qv2=qv3B.qv 1-qv2 =qv3 C.qv產qv2 +qv3 D.qv1 +qv2 +qv3=013、測壓管水頭坡度Jp=（）。A、dzB.-pd (z ):gdsds2d( p u)C.- _Lg_2g-D.-ds14 .水力坡度J= ( )02 d(z p u ) ：g2 gdsA、-%B.-

4、dsp d(z -)；gdsC.-2P ud()內2 g口ds2P ud(z)：g2 gds15 .流速水頭的表達式為（）2、22A . v_ B.2v_ C.二 D.222 ：2g16 .實際流體的水力坡度（）。A . J<0 B.J=0 C.J>0 D.J=Jp17 .恒定總流的連續(xù)性方程A.斷面平均流速C.斷面形心處的流速 18.動能修正系數a二（，伯努力方程，動量方程中的流速為（）.B.D.)。斷面上的最大流速斷面上壓力中心處的流速A. 1 u dAB.A a v1u 2 rJ AA .1)2dAC. -(u)3dAa A v19.動能修正系數B=().A. -dAA a

5、vC. 1(u)3dAA A 丫20.畢托管是一種測量()A.點流速 B.斷面)D.-(u)4dAa A vB. -(u)2dAA A vD.1(u)4dAA A v內儀器.勻流速 C.壓強 D.流量21 .文丘里管是一種測量（）的儀器.A.點流速 B.壓強 C.密度 D. 流量22 .安裝在風道內的畢托管的測速管和測壓管間的壓差為100mm2O,若畢托管的流速系數為0.99,風道內空氣的密度為1.12kg/m3,則風道內的風速為()m/s.A.40.9 B.43.8 C.45.7 D.47.623 .如圖3.4所示，輸氣管在喉道處用一玻璃管與盛水容器相連，已知玻璃 管內水的上升高度為h,則輸

6、氣管喉道斷面的相對壓強為().A.p 水 ghB.p氣 ghC . - p 水 ghD.- p氣 gh24 .關于水流流向的正確說法是()。A .水一定是從高處向低處流。B .水一定是從流速大處往流速小處流。C .水一定是從機械能大處往機械能小處流。D .水一定是從測壓管水頭高處往測壓管水頭低處流。25 .如圖3.5所示，輸油管路中安裝一文丘里流量計，已知水銀壓差計中水 銀柱高差為hp,則(z2+.pL) -( z1 +互)=().PgPgA.(p水銀/p)h pB. (1-p水銀/p)h pC. (p 水銀 /p-1)h pD. (1+p 水銀/p)h p26.已知圓管過流斷面上的流速分布為

7、U=UmaJ1-(r/r0)2.式中：Umax 為管軸處的流速，r0為某點到管軸的距離，則該圓管斷面平均流速與斷面上最大流速之 比 V: U max =().A.1:2B.2:3 C.3:4 D.4:527 .已知三通管來流流量qv1=140，兩出流支管的管徑分別為d2=150mm和d3=200mm若兩支管的斷面平均流速相等，則兩支管的流量分別為()。A . qv2=40 L/s, q v3=100 L/s B. qv2=50.3 L/s, q v3=89.7 L/sC. q v2=60 L/s, q v3=80 L/sD, q v2= q v3=70 L/sB28 .若圖3.6所示固定平行平

8、板間白斷面流速分布為U= Umax( -2) ,y =B20,則總流的動能修正系數a = ()0A . 0.955 B. 1.035 C.1.045D.1.05529 .如圖3.7所示，離心式通風機借集流器從大氣中吸入空氣。若插入盛水容器的玻璃管中的水上升高度為h,則通風機流量qv =(A.工 d2 ;兩B.工d2 ；7h C .工 d2 ；2h4-44D冗 fin 1D. 一d2 2gh 一4 汽30 .在應用恒定總流的動量方程三F=pqv（ B 2V2- B 1V1）解題時，E F中不應包 括（）。A .重力 B. 壓力 C.阻力 D.慣性力31 .圖3.8表示一文丘里管，已知管道直徑di

9、=100mm喉道直徑d2=50mm文丘 里流量計流量系數仙=0.94 ,水銀壓差計讀數 hp=25cm,則通過管道的水流流量qv=（ ）m /s.A.0.030B.0.025C.0.020D.0.01532 .無旋運動是指（）的流動。A .流線是直線B .跡線是直線C .流體微團不繞自身旋轉D .運動要素沿程不變33 .平面勢流的等流函數線與等勢線（）。A .正交B.斜交C .平行D.重合34 .已知平面流動的流速分布為ux=ky,uy=0,其中k為常數，則該流動為（）。A .無旋流動B.有旋流動C.漸變流動D.急變流動35 .當隕星在天空中下墜時，其劃過的白線是（）A .流線 B.跡線 C.

10、 等勢線 D.等流函數線二、多項選擇題1 .已知不可壓縮流體流動的流速分布為ux=f（y,z）,uy=uz=0，則該流動為（）。A .恒定流 B.均勻流 C.非均勻流D. 一元流E .二元流2 .已知不可壓縮流體作平面流動的流速分布為ux=ax -y +x, uy=-（x+b）y,則常數（）oA . a=0.5B.a=1C.b=0.5D.b=1E.a=1,b=0.53 .當液流為恒定均勻流時，必有（）不等于零。A.當地加速度 B.遷移加速度C. 水力坡度JD.測壓管坡度Jp E.J-Jp4 .用歐拉法研究流體運動時，其合加速度2由（）組成A. B. C.（ k u）u D. .ujtftE.

11、u5.對于圖3.9所示的匯流三通管路，應有（）。A. qvi+ qv2cos a = qv3Bzi+P1 + 附 v12=Zq+ p3+£3v32 +hwi-3Dg 2 g：g2 gZ2+莊 + 三9=z 3+ 8 + £3132 +hw2-3；g2gPg2gC. (z 1+包 +B22)+ (Z 2 + 畫 +122)= z 3+史 +4 +hw1-3 + hw2-3：g 2gPg2 gPg2 gD. (z1+包 + ：1' 12 )+ (Z2+_p2 + -2 22 )COS = z3 + -p3 + - 3 32 +hw1-3 + hw2-3 ：g2g：g2

12、g：g2 gE. (zi+ 包 + -1 12 ) p gqv1+ (Z2+ -p-2 + - 2 22 ) ; qv2 = Dg2gDg 2 g(z 3+ p3 + 3 32 ) ：gqv3+ h w1-3 .? gqv1 +hw2-3 p qv2:g2g三.填充題1 .流線一般不能相交，且只能有一條（）曲線。2 .恒定流動的流線與跡線（）。3 .漸變流斷面上各點的測壓管水頭z+上近似等于（） :g4 .如圖3.10所示，三種形式的葉片受流量為 qv,流速為v的射流沖擊，則葉片受沖擊力最大是（），最小是（）05 .在工程流體力學或水力學中，水力坡度J,測壓管水頭坡度Jp均以相應水頭線沿程（）

13、為正。四.思考題1 .拉格朗日法和歐拉法描述流體運動的主要區(qū)別是什么？兩者的數學表達 式有何不同？它們能否相互轉換？2 .何謂流線？何謂跡線？兩者的表述方程（微分方程）有何本質區(qū)別？3 .恒定流時，流線和跡線完全重合，非恒定流時，流線與跡線有無完全重合 的情形？4 .靜止流體中的應力具有兩個重要特性（方向性和大小性），運動流體中的應力是否也具有這兩個特性？5 .何謂均勻流？何謂非均勻流？他們與過流斷面上流速分布是否均勻有無 關系？6 .何謂漸變流？漸變流過流斷面具有哪些重要性質？引入漸變流概念對研 究流體運動有什么實際意義？7 .“均勻流和漸變流必為恒定流，急變流必為非恒定流”，這種說法對否？

14、 為什么？8 .為什么說漸變流過流斷面上的流體動壓強近似按流體靜壓強分布？這個 結論對理想流體和實際流體都適用嗎？9 .不可壓縮流體的連續(xù)性方程 處+紀y +把=0的物理意義是什么？為；x Fy；z什么說該方程也適用于非恒定流？10 .恒定流時，流線與跡線完全重合，但在推導理想流體恒定元流的伯努力方程時，為什么只強調“沿流線積分”而不提“沿跡線積分”？11 .恒定總流的伯努力方程是否也近似適用于沿程有流量輸入，輸出的管路 或河渠？為什么/12 .在河道中，自由航行的船只為什么總是被迫向水流較急得一側河岸靠攏？13 .當流量qv一定時，連接在文丘里流量計上的水銀壓差計的讀數 hp是否與 文丘里管

15、軸線的傾度有關？為什么？14 .如何根據伯努力方程的性質判斷水流流向？15 .在應用恒定總流的動量方程 f F=pqv （p2V2-P1v1）解題時，F(xiàn) F中是否應包括慣性力？為什么？16 .在應用動量方程解題時，為什么要把過流斷面選在漸變流段上？這難道僅僅是為了便于計算動水壓力嗎？17 .在應用動量方程解題時，控制面的大小是否是任意的？如求水流對圖3.11所示溢流壩的作用力問題，在考慮邊界摩擦力情況下，上游過流斷面位置 取得不同，所得結果是否唯一？18 .在應用動量方程求解水流對圖3.12所示溢流壩迎水面的水平作用力時， 因重力在水平方向的投影為零，是否可以說水平作用力與重力無關？19 .液

16、體作用于運動部件時，流體動力學基本方程（包括連續(xù)性方程，能量 方程，動量方程和動量矩方程）中的流速應采用絕對速度還是相對速度？為什20 .為什么灑水器旋轉方向與水的出流方向相反 ？21 .何謂無旋流？何謂有旋流？它們和液體質點的運動軌跡是否為圓有無關 系？22 .為什么無旋流動必為有勢流動？反之是否成立？為什么？23 .無旋流動一般存在于無黏性的理想流體中，能否說理想流體流動一定是 無旋流動？理想流體有旋流動是否存在？24 .有旋流動一般存在于有黏性的實際流體中，能否說實際流體一定是有旋 流動？實際流體無旋流動是否存在？25 .理想流體的伯努力積分和無旋流動的伯努力積分有無實質性區(qū)別？26 .

17、流速勢函數邛與力勢函數 W有何區(qū)別？兩者有無共同點？27 .有旋流動中不存在流速勢函數 中，是否存在流函數巾？為什么？28 .流速勢函數cp和流函數戶都滿足拉普拉斯方程，因此兩者的性質相同， 這種說法對嗎？29 .流函數巾的物理意義是什么？它具有哪些主要性質？30 .何謂勢流疊加原理？勢流疊加原理對解決實際問題有何意義 ？五.判斷改正題1 .恒定流是指運動要素不隨時間和空間變化的流動.（）.2 .均勻流是指過流斷面上各點流速均相等的流動。（）.3 .急變流是指流線近似為平行直線的流動。（）4 .漸變流是指流速分布沿程不變的流動。（）5 .漸變流過流斷面上各點的測壓管高度近似等于常數。（）6 .

18、運動流體具有與靜止流體完全相同的兩個應力特征（即大小性和方向性）（ ）7 .由于黏性是流體的固有屬性，因此不管是理想流體還是實際流體， 具機械 能總是沿程減小的。（）8 .對于恒定不可壓縮流體的流動問題，質量守恒與流量守恒并不完全等同。（ ）9 .在流量qv一定條件下，流速水頭 史與管徑成正比。（）2g10 .有壓管流必為恒定流。（）11 .根據流動的分類，三元流是指 Uxw 0, Uyw 0, Uzw 0的流動。（）12 .恒定流的遷移加速度等于零，而均勻流的當地加速度等于零。（）13 .若流動的合加速度不等于零，則該流動必為非恒定流。（）14 .系統(tǒng)是指相對于某個坐標系有流體流過的固定不變

19、的體積，而控制體則 是指有確定的流體質點所組成的流體團。（）15 .恒定不可壓縮勢流的等勢線與等流函數線處處正交。（）六計算題1 .已知流速場 Ux= （4x +2y+xy） ,Uy=（3x-y +z）,試問:（1） 點（1, 1, 2）的加速度是多少？（2）流動是幾元流？（3）流動是恒定流還是非恒定流？（4）流動是均勻流還是非均勻流？2 .已知流速分布Ux=kx,Uy=-ky,Uz=0,其中y>0,k為常數，試求：（1）流線方程 （2）跡線方程。3 .已知流速場Ux=- ky , Uy= kx ,其中k為常數，試求流線方程并畫出 2222x yx y若干條流線。4 .試判別不可壓縮流體

20、流動Ux=f(y,z),Uy=Uz=0是否存在？若存在，則屬于何種 流動？5 .在三元不可壓縮 流場中，已知 Ux=aX2+bx2+cz2,Uy=-(dxy+eyz+fzx), 其中 a,b,c,d,e,f 均為常數。若當z=0時，Uz=O,試求分速度Uz。6 .已知平面不可壓縮流動的流速分布為Ux=ax2-y 2+x,Uy=-(x+b)y,試求常數a,b之值。7 .已知某平面流動的流速場為 Ux=x+t,Uy=-y+t,試求在t=0時過點(-1,-1) 的流線方程和跡線方程。8 .試推導圖3.13所示平面流動問題在極坐標系(r, 8)下的可壓縮流體和不可 壓縮流體的連續(xù)性微分方程。9 .試證

21、明圖3.14所示變截面管道中的連續(xù)性微分方程為弛+ 1包吧 =0,式中，a, $分別為密度，流速，過流面積和 ft Afs沿程坐標。10 .試推證流體運動的連續(xù)性積分方程的一般形式為色JFdV +fPUdA =0,式中，V為總流控制體體積，A為控制面面積，Un為控制面上各點的流速矢量在微元面積dA的外法向的投影，u PudA為通A過總流控制面的質量通量。11 .水流恒定流過圖3.15所示的突擴管道，已知突擴前后管徑之比d1:d2=1:2,試求突擴前后斷面平均流速之比 v1:v2.112 .圖3.16表示一寬度為b的矩形斷面渠槽，具流速分布為 U=Umax (義)7。式中：h為渠槽深度，y為距渠

22、底的鉛錘距離，Umax為水面流速。試求：(1)渠槽的通過流量qv(2)渠槽的斷面平均流速v(3)渠槽斷面上相應于流速u等于斷面平均流速v處的;。113 .圖3.17所示圓管過流斷面上的流速分布為 U=Umax (1- r ) 一、。式中，Umax r 0為管軸上的流速，r0為圓管半徑，試求：(1)圓管的通過流量qv(2)圓管的斷面平均流速v(3)圓管斷面上相應于流速u等于斷面平均流速v處的，。14 .試從牛頓第二定律出發(fā)推證圖3.18所示一元流動的運動方程為z 1 印 dus-g - -一 一；s P ；=s dt15 .如圖3.19所示，利用比托管原理測量輸水管的流量qv0已知輸水管管徑d=

23、200mm水銀壓差計讀數hp=60mm斷面平均流速與比托管測點流速之比Jv_=0.84. U max16 .如圖3.20所示，水平管路中裝有一直徑 D=50mm,d=25mm文丘里流量計。已 知管道流量qv=2.5L/s,壓力表讀數為p=9.8kpa,若水頭損失忽略不計，試求 連接于文丘里流量計喉道斷面的水管可將水從容器內吸上的高度ho17 .試推證通過圖3.21所示文丘里管的流量與水銀壓差計讀數的關系為p18 .圖3.22所示一風洞實驗段，已知D=1000mm,d=400mm,h=150mmH和酒精的密度分別為P=1.29kg/m3和P =759.5 kg/m 3,若不計水頭損失，試求風洞實

24、驗段的流速V .19 .一 U形水銀壓差計連接于直角彎管上，如圖3.23所示。已知管徑D=300mm,d=100mmi不計水頭損失，試求當管中流量為 qv=100L/s時水銀壓 差計的讀數hp。20 .某河段過水斷面近似為寬b=100m的矩形，橋梁基礎施工時用圍堰將其縮窄一 半，如圖3.24所示.假設縮窄處水位與下游河段水位相同，水頭損失為縮窄處流速水頭的一半。當下游水深h=3m時，通過流量qv=300n3/s ,若不計河床坡度，試求上游壅水水深H。21 .圖3.25表示一寬b=2.7m矩形斷面平底渠道，已知河床在某斷面處抬高 hp=0.30m,抬高前渠道水深h=1.8m,抬高后水面降低hz=

25、0.12m,若水頭損失hw為渠尾流速水頭的一半，試求渠道的流量 qv022 .如圖3.26所示，水自軸線水平的噴嘴射向一與其交角成已=60二的光滑平板上(不計摩擦力)。已知噴嘴出口的流量和流速分別為 qv和v,若水頭損失忽略不計，試求射流沿平板向兩側的分流流量之比 皿 以及射流對平板的沖擊力F23 .如圖3.27所示，將一平板垂直置于軸線水平的自由射流中。已知 v=30m/s, qv=36L/s, qv1=12L/s,若不計摩擦力，試求射流對平板的沖擊力F以及射流偏轉角己。24 .一水平噴射的消防水龍頭如圖3.28所示，已知消防噴嘴進口斷面直徑 D=100 mm相對壓強p=700kpa,出口斷

26、面直徑d=40mm消防流量 qv=186 m3/h ,試 求作用于噴嘴上的水平力F。25 .噴水船用水泵由船頭吸水，從船尾以高速噴水而運動。已知水泵流量qv=80L/s ,船頭吸水和船尾噴水的相對速度分別為 v1=0.5m/s, v2=12 m/s,試求噴 水船的推進力F。26 .圖3.29所示為嵌入 支墩內的一段輸水管，其管徑由D=1500 mm變化到 d=1000mmg定水頭損失可以忽略不計，試求當支墩前相對壓強 p=392kPa,流 量qv=1.8 m3/s時，漸變段支墩所受的軸向力 F。27 .圖3.30所示為嵌入支墩內的一段輸水管(俯視圖)，其管徑由D=1500 mm£ 化

27、到d=1000mm假定水頭損失可以忽略不計，試求當支墩前相對壓強 p=196kPa,流量qv=1.8 m3/s時，漸變段支墩所受的軸向力 F。28 .圖3.31所示一邊長 L=30cm的正方形鐵板閘門，上邊較接于O,其重量G=117.7N若直徑d=20mm5勺水射流軸線通過閘板中心，射流速度為v=15m/s, I(1)為使閘門保持垂直位置，在其下邊應施加多大的力Fp?(2)假定較鏈摩擦可忽略不計，撤銷力Fp后，閘門傾斜角F是多少？29 .如圖3.32所示，水從容器甲的小孔口恒定出流射向蓋在容器乙出流小孔口的 蓋板上.若兩個出流孔口的面積均為 A,假定水頭損失和蓋板重量可忽略不計， 試求射流對蓋

28、板的作用力恰好使蓋板蓋住容器乙出流孔口時兩容器的水位比h1 0 h230 .圖3.33所示水箱(俯視圖)，其輸入管的流量和流速各為： q v1 =30L/s,v 1 =30m/s,q v2 =20 L/s,v 2 =45 m/s,輸出管的流量和流速各為： qv3=220L/s, v3 =36m/s, qv4 =28 L/s, v4 =18 m/s.若各輸入管和輸出管的入流 斷面和出流斷面的相對壓強均為零，試求固定水箱所需的力F,并在圖上確定它的方向。31 .試證明圖3.34所示平底矩形斷面突然擴大渠段恒定流有如下關系式：(1)Fr1式中:(2)b2 h2 2(2)( 2) -1bi2 -1 -

29、F =_v1r1ghih1 1-T-h2b2()(一)h1 b10 = P1 =隹為動量修正系數。h 2h j = h1(1 一 一)52Fr1'121h2 2b2 2(一)(一)h1b132 .如圖3.35所示，直徑D=80mmj油缸端部有一直徑d=20mm勺小孔，若油的密 度p=800kg/m3,假定活塞的重量和系統(tǒng)的水頭損失可忽略不計，推動活塞的力F=3000N油從小孔出流時，試求油缸受到的作用力F。33 .一長為L,直彳全為D的圓柱體置于恒定不可壓縮流體中，假定其迎流面和背 流面的壓強相同，流速分布如圖3.36所示，試求流體作用于圓柱體上的里 F。34 .如圖3.37所示，一平板向著流量為qv,初速為v0的射流一等速v運動，試推 導使平板運動所需的功率No35 .如圖3.38所示，一平板閘下出流，已知閘門上游水深H,閘寬b和流量qv ,試求水流對閘門的沖擊力F = F3時的閘下收縮水深hsco maxsc36 .如圖3.39所示，在寬度為b=10m的矩形斷面平底渠道