工程流體力學習題及答案(李良)

1/1工程流體力學習題及答案(李良)工程流體力學習題

第一部分流體及其物理性質

1、按連續(xù)介質的概念，流體質點是指：

A、流體的分子；

B、流體內的固體顆粒；

C、幾何的點；

D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。

2、與牛頓內摩擦定律有關的因素是：

A、壓強、速度和粘度；

B、流體的粘度、切應力與角變形率；

C、切應力、溫度、粘度和速度；

D、壓強、粘度和角變形。

3、在研究流體運動時，按照是否考慮流體的粘性，可將流體分為：

A、牛頓流體及非牛頓流體；

B、可壓縮流體與不可壓縮流體；

C、均質流體與非均質流體；

D、理想流體與實際流體。

4、理想液體的特征是：

A、粘度為常數(shù)

B、無粘性

C、不可壓縮

D、符合RTpρ=。5、流體運動黏度υ的國際單位是：

A、m2/s；

B、N/m2；

C、kg/m；

D、N·s/m2。

6、液體黏度隨溫度的升高而____，氣體黏度隨溫度的升高而_____。

A、減小，升高；

B、增大，減小；

C、減小，不變；

D、減小，減小

7、下列說法正確的是：

A、液體不能承受拉力，也不能承受壓力

B、液體不能承受拉力，但能承受壓力

C、液體能承受拉力，但不能承受壓力

D、液體能承受拉力，也能承受壓力。

8、下列流體哪個屬牛頓流體：

A、汽油；

B、紙漿；

C、血液；

D、瀝青。

9、液體的黏性主要來自于液體：

A、分子熱運動；

B、分子間內聚力；

C、易變形性；

D、抗拒變形的能力。

10、流體是一種物質。

A、不斷膨脹直到充滿容器的；

B、實際上是不可壓縮的；

C、不能承受剪切力的；

D、在任一剪切力的作用下不能保持靜止的。

11、簡答題

（1）連續(xù)介質假設

（2）牛頓流體

（3）流體微團

12、如圖所示為壓力表校正器。器內充滿壓縮系數(shù)為βp＝4.75×10－101/Pa的

油液，器內壓力為105Pa時油液的體積為200mL。現(xiàn)用手輪絲桿和活塞加壓，活塞直徑為1cm，絲桿螺距為2mm，當壓力升高至20MPa時，問需將手輪搖多少轉？

解：p0＝105Pa，p＝20MPa，βp＝4.75×10－101/Pa，

V0＝200mL，d＝1cm，δ＝2mm。由式

pVVddp-=β，得

361066p00m1089.11075.410)1.020(10200)(?=???-??=-=β?ppVV

04.12002

.001.014.31089.14426

2=????=?=-δπdVn約需要將手輪搖12轉。

13、在相距1mm的兩平行平板之間充有某種黏性液體，當其中一板以1.2m/s的速度相對于另一板作等速移動時，作用于板上的切應力為3500Pa。試求該液體的黏度。解：由ddvyτμ=，3d11035002.917Pasd1.2yvμτ-?==?=?

14、

有一塊30×40cm2的矩形平板，浮在油面上，其水平運動的速度為10cm/s，油層厚度δ＝10mm，油的動力粘度μ＝0.102Pa·s，求平板所受的阻力。

解：A＝30×40cm2，u＝10cm/s，δ＝10mm，μ＝0.102Pa·s。

根據牛頓內摩擦定律，得平板所受的阻力為N12.04.03.001

.001.0102.0dd=??-?==AyuTμ

第二部分流體靜力學

1、水力學中，單位質量力是指作用在單位_____液體上的質量力。

A、面積

B、體積

C、質量

D、重量

2、在重力作用下靜止液體中，等壓面是水平面的條件是

。

A、同一種液體；

B、相互連通；

C、不連通；

D、同一種液體，相互連通。3、壓力表的讀值是：

A、絕對壓強；

B、絕對壓強與當?shù)卮髿鈮旱牟钪担?/p>

C、絕對壓強加當?shù)卮髿鈮海?/p>

D、當?shù)卮髿鈮号c絕對壓強的差值。

4、相對壓強是指該點的絕對壓強與的差值。A、標準大氣壓；B、當?shù)卮髿鈮?；C、工程大氣壓；D、真空壓強。

5、圖示容器內盛有兩種不同的液體，密度分別為1ρ，2ρ，則有

A、g

pzgpzBBAA11ρρ+=+B、gpzgpzCCAA21ρρ+=+C、gpzgpzDDBB21ρρ+=+D、g

pzgpzCCBB21ρρ+=+

O

6、圖示盛水封閉容器中，1、2、3在同一水平面上，則：

A、321ppp>>

B、321ppp>

D、321ppp<=

7、用U形水銀測壓計測A點壓強，mm5001=h，mm3002=h，A點的壓強是：

A、637002mN；

B、666402mN

C、695802mN

D、607602mN

8、對于相對平衡液體，有：

A、等壓面不一定是水平面；

B、液體內部同一等壓面上各點，處在自由液面下同一深度的面上；

C、g

pzgpzρρ2211+=+（對于任意的21,zz）；D、)ddd(dzZyYxXp++=ρ不成立。

9、對于相對平衡液體，說法正確的是：

A、等壓面與質量力不正交；

B、等壓面不可能為水平面；

C、等壓面的形狀與液體密度有關；

D、兩種液體的交界面為等壓面。

10、等壓面與質量力關系是：A、平行B、斜交C、正交D、無關

11、露天水池，水深5m處的相對壓強為：

A、5kPa、

B、49kPa

C、147kPa

D、205kPa

12、流體處于平衡狀態(tài)的必要條件是：

A、流體無粘性；

B、流體粘度大；

C、質量力有勢；

D、流體正壓。

13、液體在重力場中作加速直線運動時，其自由面與處處正交。

A、重力；

B、慣性力；

C、重力和慣性力的合力；

D、壓力。

14、簡答題

（1）壓力的特性

（2）絕對壓力、相對壓力與真空度之間的關系

15、圖示封閉容器中有空氣、油和水三種流體，壓力表A讀數(shù)為－1.47N/cm2。

(1)試繪出容器側壁上的靜壓力分布圖；(2)求水銀測壓計中水銀柱高度差。

解：h1=3m，h2=2m，h3=0.6m，pm0=－1.47N/cm2，S油=0.7。

設油水分界面上的相對壓力為pm1，容器底部的相對壓力為pm2，U型管左側汞水分界面上的相對壓力為pm3，油深為h1，水深為h2，根據靜力學方程，得

Pa5901398107.01047.1410m1m=??+?-=+=hpp油γ

Pa2552129810590121m2m=?+=+=hpp水γ

Pa314076.098102552132m3m=?+=+=hpp水γ

(1)根據以上數(shù)據即可繪出容器側壁上的靜壓力分布圖(上圖)；

(2)水銀測壓計中水銀柱高度差為

mm235m235.098106.13314073m==?==

?汞γph16、試按復式水銀測壓計的讀數(shù)算出鍋爐中水面上蒸汽的絕對壓強p。已知：

H=3m，h1=1.4m，h2=2.5m，h3=1.2m，h4=2.3m，水銀的密度ρHg=13600kg/m3。

解：()phHgp+-=1OH12ρ()212Hg1phhgp+-=ρ

()232OH32phhgp+-=ρ()a34Hg3phhgp+-=ρ

()()212Hg1OH2

phhgphHg+-=+-ρρ()()a34Hg232OH2

phhgphhg+-=+-ρρ

()()a3412Hg321OH2

phhhhgphhhHg+-+-=+-+-ρρ()()()()()

Pa14.3663101013252.15.24.13807.910004.15.22.13.2807.913600a

321OH1234Hg2=+-+-??--+-??=+-++-=phhhHghhhhgpρρ()()()()()Pa366300.683101325

2.15.24.1380665.910004.15.22.1

3.280665.913600a

321OH1234Hg2=+-+-??--+-??=+-++-=phhhHghhhhgpρρ

17、U形水銀壓差計中，已知h1＝0.3m，h2＝0.2m，h3＝0.25m。A點的相對壓力為pA＝24.5kPa，酒精的比重為0.8，試求B點空氣的相對壓力。

解：因為左右兩側的U型管，以及中部的倒U型管中1、2、3點所在的水平面均為等壓面，依據題意列靜力學方程，得

3B3hpp汞γ+=，232hpp酒精γ-=，

221hpp汞γ+=，121A)(phhp=++水γ

將以上各式整理后，可得到B點空氣的相對壓力為

Pa

10906.2)]25.02.0(6.132.08.0)2.03.0[(9810105.24)

()(4332221AB?-=+?-?++?+?=+-+++=hhhhhpp汞酒精水γγγ

以mH2O表示為OmH96.2981010906.224B-=?-==

水γph18、一矩形水箱長為l＝2.0m，箱中靜水面比箱頂?shù)蚳＝0.4m，問水箱運動的直線加速度多大時，水將溢出水箱

?

解：建立坐標系如圖所示，水箱中水所受單位質量力分別為

af-=x，0y=f，gf-=z

代入等壓面微分方程(2－13)式，積分后得等壓面方程為

Czgxa=+

由邊界條件：當0=x時，0=z，得0=C。將lx2

1-=，hz=代入上式得加速度為

2m/s924.30

.24.081.922=??==-=lghgxza19、如圖所示為繞鉸鏈O轉動的傾斜角α=60°的自動開啟式水閘，當水閘一側的水位H=2m，另一側的水位h=0.4m時，閘門自動開啟，試求鉸鏈至水閘下端的距離x。

解：設水閘寬度為b，水閘左側水淹沒的閘門長度為l1，水閘右側水淹沒的閘門長度為l2。

作用在水閘左側壓力為111AghFcpρ=其中

21Hhc=αsin1Hl=α

sin11HbblA==則

α

ραρsin2sin221bgHHbHgFp==作用在水閘右側壓力為2

22AghFcpρ=其中22hhc=αsin2hl=α

sin22hbblA==則

α

ραρsin2sin222bghhbhgFp==由于矩形平面的壓力中心的坐標為

lbllbllAxIxxccycD3

22

1223

=+=+=

所以，水閘左側在閘門面上壓力中心與水面距離為α

sin321HxD?=

水閘右側在閘門面上壓力中心與水面距離為α

sin322HxD?=對通過O點垂直于圖面的軸取矩，設水閘左側的力臂為d1，則()xxldD=-+111

得

()αααsin3sin32sin111HxHHxxlxdD-=??

????--=--=設水閘右側的力臂為d2，則()xxldD=-+222得

()αααsin3sin32sin222hxhhxxlxdD-=??

????--=--=當滿足閘門自動開啟條件時，對于通過O點垂直于圖面的軸的合力矩應為零，因此02211=-dFdFpp

則??

???-=?????-ααρααρsin3sin2sin3sin222hxbghHxbgH????

?-=?????-ααsin3sin322hxhHxH()()

3322sin31hHxhH-=-αh

HhHhHhHhHx+++?=--?=2

22233sin31sin31αα()m0.7954.024.04.02260sin3122=++?+?=

x20、如圖所示，在蓄水容器垂直壁的下面有一1／4圓柱面的部件AB，該部件的長度l=1.0m，半徑R=0.4m，水深h=1.2m，試求作用在部件AB上的靜水總壓力，要求繪制水平分力的壓強分布圖和鉛垂分力的壓力體圖。

21、蓄水容器上有三個半球形的蓋，容器中裝滿水，如圖下所示。已知：液

面高H＝2.5m，容器高h＝1.5m，蓋的半徑R＝0.5m。求：作用于三個半球形蓋的水靜壓力。

22、矩形閘門AB寬為1.0m，左側油深h1=1m，水深h2=2m，油的比重為

0.795，閘門傾角α=60o，試求閘門上的液體總壓力。

解：設油，水在閘門AB上的分界點為E，則油和水在閘門上靜壓力分布如圖所示。現(xiàn)將壓力圖F分解成三部分1F，2F，3F，而123FFFF=++，

其中

111.155msinsin60hAEα===?222.31msinsin60hEBα===?

Epγ=油10.795981017799Pah=??=

BEppγ=+水277999810227419Pah=??=

1E11I77991.1554504N22FpAE=?=??=

2EI77992.3118016NFpEB=?=?=

3BE11()I(274197799)2.3122661N22FppEB=-?=?-?=

故總壓力1234504180162266145.18kNFFFF=++=++=

23、一弧形閘門，寬2m，圓心角α＝30°，半徑r＝3m，閘門轉軸與水平面齊平，求作用在閘門上的靜水總壓力的大小與方向(即合力與水平面的夾角)。

解：由圖可知

m5.130sin3sin=?==αrh弧形閘門所受的水平分力為

N10207.25.1298102121422x?=???==bhPγ

弧形閘門所受的水平分力為

γαπγbhrrVP)cos21121(2Pz-==N1097.798102)30cos35.121314.3121(32?=?????-??=

總合力為kN46.2397.707.22222z2x=+=+=PPP

總合力與水平面的夾角為

86.1907.2297.7tgtg1xz1===--PPθ

第三部分流體動力學1、用歐拉法表示流體質點的加速度a等于：

A、

2

2

d

dt

r

；B、

v

t

?

?；C、()

vv

??；D、

()

t

?

+??

?

v

vv

。

2、恒定流是：

A、流動隨時間按一定規(guī)律變化；

B、各空間點上的運動要素不隨時間變化；

C、各過流斷面的速度分布相同；