流体力学考研复习题库

一、选择题

1．如图所示，一平板在油面上作水平运动。已知平板运动速度V=1m/s，平板与固定边界的距离δ=5mm，油的动力粘度μ＝0.1Pa·s，则作用在平板单位面积上的粘滞阻力为（ ） A．10Pa； B．15Pa； C．20Pa； D．25Pa；

2．动量方程（ ）

A．仅适用于理想流体的流动 B．仅适用于粘性流体的流动 C．理想流体与粘性流体的流动均适用 D．仅适用于紊流

3. 实际流体总水头线的沿程变化是：

A．保持水平； B．沿程上升；C．沿程下降；D．前三种情况都有可能。 4．圆管层流，实测管轴上流速为0.4m/s，则断面平均流速为（ ） A．0.4m/s B．0.32m/s C．0.2m/s D．0.1m/s

5．绝对压强pabs，相对压强p，真空度pv，当地大气压pa之间的关系是： A．pabs?p?pv； B．pv?pa?pabs； C．p?pabs?pa；D．p?pv?pa。 6．下列说法正确的是： A．水一定从高处向低处流动；

B．水一定从压强大的地方向压强小的地方流动； C．水总是从流速大的地方向流速小的地方流动； D．以上说法都错误。

7.长管串联管道各管段的（ ）

A.水头损失相等; B．水力坡度相等; C．总能量损失相等; D．通过流量相等。

8. 并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度l2?3l1，通过的流量为（ ）

A. Q1?Q2；B．Q1?1.5Q2；C．Q1?3Q2；D．Q1?1.73Q2。 9. 圆柱形外管嘴的正常工作条件是

A．L??3~4?d,H0?9m B．L??3~4?d,H0?9m C．L??3~4?d,H0?9mL〉 D. L??3~4?d,H0?9mL 10、静止液体中同一点各方向的压强 （ ）

A、数值相等；B、数值不等；C、仅水平方向数值相等；D、铅直方向数值最大

11、如下图所示容器内有一放水孔，孔口设有面积为A的阀门ab，容器内水深为h，阀门所受静水总压力为 （ ）

A、0.5γhA； B、γhA； C、0.5γhA； D、γhA

12..某流体的运动粘度v=3×10m/s,密度ρ=800kg/m,其动力粘度μ为( ) A.3.75×10Pa·s ； B.2.4×10Pa·s； C.2.4×10Pa·s； D.2.4×10Pa·s 13. 理想流体是一种( )的假想流体。

duA.动力粘度μ为0 ； B.速度梯度为0；

dyC.速度u为一常数； D.流体没有剪切变形

14. 右图所示并联管道A、B，两管材料、直径相同，长度?B=2?A，两管的水头损失关系为( )

A.hfB=hfA； B.hfB=2hfA

-9

-3

5

9

-62

3

2

2

C.hfB=1.41hfA； D.hfB=4hfA

15. 已知液体流动的沿程水力摩擦系数?与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于（ ）

A、层流区； B、紊流光滑区； C、紊流过渡粗糙区； D、紊流粗糙区 16. 在平衡液体中，质量力与等压面（ ）

A、重合； B、平行 C、相交； D、正交。 17. 下图中相互之间可以列总流伯努利方程的断面是（ ） A.1-1断面和2-2断面； B.2-2断面和3-3断面； C.1-1断面和3-3断面； D.3-3断面和4-4断面

题2图 题4图

18.按连续介质的概念，流体质点是指:

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

19.不同的液体其粘滞性_______,同一种液体的粘滞性具有随温度_______而降低的特性。

A 相同 降低 B 相同 升高 C 不同 降低 D 不同 升高 20.下列说法正确的是：

A 液体不能承受拉力，也不能承受压力。B 液体不能承受拉力，但能承受压力。 C 液体能承受拉力，但不能承受压力。 D 液体能承受拉力，也能承受压力。 21.在研究液体运动时,按照是否考虑粘滞性,可将液流分为

A 牛顿液体流动及非牛顿液体流动 B 可压缩液流及不可压缩液流 C 均匀流动及非均匀流动 D 理想液体流动及实际液体流动

22.一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，则容器内绝对压强为______ 水柱。

A 2m B 1m C 8m D -2m 23.静止流场中的压强分布规律：

A.仅适用于不可压缩流体 B.仅适用于理想流体。

C.仅适用于粘性流体。 D.既适用于理想流体，也适用于粘性流体。 24.静水中斜置平面壁的形心淹深hc与压力中心淹深hD的关系为hc _____ hD。

A.大于 B.等于 C.小于 D.无规律

25.任意形状平面壁上静水压力的大小等于_____ 处静水压强乘以受压面的面积。

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

26.动能修正系数是反映过流断面上实际流速分布不均匀性的系数，流速分布_____,系数值 _______,当流速分布_____时，则动能修正系数的值接近于____.

A 越不均匀 ；越小；均匀；1 B 越均匀 ；越小；均匀；1 C 越不均匀 ；越小；均匀；零 D 越均匀 ；越小；均匀；零

27、对于两液流力学相似满足条件中，非恒定流比恒定流多一个条件是：

A 几何相似 B 运动相似 C 动力相似 D 初始条件相似 28.判断层流或湍流的无量纲量是_________。

A.佛汝德数Fr B.雷诺数Re C.欧拉数Eu D.斯特罗哈数St

29.水平放置的渐扩管如图所示，如忽略水头损失，断面形心点的压强有以下关系：

A.p1>p2； B.p1=p2 C.p1

p?v2?30.能量方程中z?表示： ?g2gA.单位重量流体具有的机械能 B.单位质量流体具有的机械能

C.单位体积流体具有的机械能 D.通过过流断面单位重量流体的总机械能 二、简答题

1、液体和气体的粘性随温度的升高或降低发生变化，变化趋势是否相同？为什么？ 2、什么是流体的粘性？温度升高时液体和气体的粘度如何变化？

3、何谓流体的连续介质模型？试说明引入连续介质模型对于研究流体机械运动规律的必要性。

4、什么是理想流体？为什么要引进理想流体的概念？理想流体有无能量损失？ 5、理想流体元流流伯努利方程的适用条件是什么？ 6、理想流体总流伯努利方程的适用条件是什么？ 7、写出理想流体总流伯努利方程及其物理意义。 8、简述流线的概念和性质

9、流线和迹线有何区别？写出流线微分方程。 10、什么是量纲和谐原理？写出动力粘度的量纲。 11、试述液体静力学的基本方程z?p?C及其各项的物理意义。 ?g12、同样直径与同样作用水头条件下,管嘴的流量与孔口流量哪个大? 为什么？ 13、紊流分为哪几个区，各有何特点？

14、“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？ 15、流动相似的含义是什么？

16、简述当地导数和迁移导数的概念及物理意义 17.试解释“水力光滑”和“水力粗糙”的含义。

18.粘性流体管内流动其能量损失分为哪两类？写出其计算公式。 19.什么是理想流体？为什么要引入理想流体的概念？ 20流体静压力有哪些特性？

21什么叫等压面，有什么特性？

22什么叫泵的扬程？泵的功率和扬程成什么样的关系？ 23什么叫串联管路和并联管路？各有何特点？ 24流体流动两种流态各有何特点？如何判别流态？ 25什么叫稳定流和不稳定流？试举例说明其区别？ 26何谓声速、临界声速？它们的区别何在？

27什么叫层流和紊流？如何判别流态？ 28流体静压力有哪些特性？

29作用在流体上的力包括哪些力？在何种情况下有惯性力？何种情况下没有摩擦力？ 30应用伯诺利方程时要注意哪些问题？

31拉格朗日法和欧拉法在分析流体运动上有什么区别？ 32为什么用雷诺数判别流态能够说明流动阻力的物理本质？ 33什么叫压力管道？长管和短管如何划分？

34管路中的水击现象是如何产生的？水击的实质是什么？ 35流体力学研究中为什么要引入连续介质假设。

36如图所示，p表示绝对压强，pa表示大气压强，试在图中括号内填写所表示的压强。（4分）

37．如果流体的密度表示为???(x,y,z,t)，分别写出它的当地导数和迁移导数的表达式38简述粘性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减少阻力？ 39写出粘性流体总流的伯努利方程，画图说明方程的几何意义。

40试述毕托管测量流体流速的基本原理，并图示说明。

41画出测量某一阀门局部阻力系数的装置，并说明测量原理。

三、名词解释

流体质点、连续介质 雷诺数 弗劳德数 欧拉数 马赫数 水力光滑管 水力粗糙管 牛顿流体 缓变流 边界层 水击 流线和迹线 质点加速度均 匀流非均匀流 计示压强 迹线 理想流体 动能修正系数 动量修正系数 四、画图题

1、绘出AB曲面上的压力体

2、绘出图中ＡＢＣＤ折面上的压强分布图。

3、对同一种液体绘出AB壁面上的相对压强分布图

4、画出图示管道流动系统的总水头线和测压管水头线（定性关系要准确）并在图中标注出断面3的Z3、

p3?2v3、2g和hl1?3的高度。

5、试画出下图中稳定出流且出流到大气中，a－d管段的水头线图（考虑局部和沿程阻力）。

6、试画出下图中A、B、C、D曲面的压力体。

7、绘出AB曲面上的压力体

8、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。

v0=0 五、例题

1、如图所示，一矩形平板闸门AB，宽b=2m，与水平面夹角α=30°，其自重G=19.6kN，并铰接于A点。水面通过A点，水深h=2.1m，试求打开闸门的最大铅直拉力T。 解：闸门AB上的水压力p??ghc?lb,l表示闸门AB的长度。

hh?2hhc?sin30?2

2h P??g??2h?b??ghb?86.44KN

224h 作用点D，AD=l?

331 重力G作用点C，AC==h

24l MA?0?Tlcos30??p?h?G?cos30??0

32l?? T=

12h?32(p?43h?G?h) 32 =76.34kN

打开闸门的最小铅直拉力为76.34kN

2、上下两块平行圆盘，直径均为d，间隙厚度为δ，间隙中液体的动力粘度为μ，若下盘固定不动，上盘以角速度ω旋转，求所需力矩M的表达式。

已已知知：：d，δ，μ，ω。

解解析析：：(1) 根据牛顿内摩擦定律，可得半径为r处，微元面积为2πrdr间隙力矩为

dM?rdT?r??r2???3?2?rdr??rdr ??

???4???d4?r?积分上式，得所需力矩M的表达式为 M?2?32?3、图示为一封闭容器，宽b＝2m，AB为一1/4圆弧闸门。容器内BC线以上为油，以下为水。U形测压计中液柱高差R＝1m，闸门A处设一铰，求B点处力F为多少时才能把闸门关住。

已已知知：：b=2m，R=1m，S油=0.8，S=3.0。 解解析析：：(1) 设油水分界面上的相对压力为p0。由静力学方程得U型管液、水分界面上的相对压力为

p0??水h?S?水R

p0?(SR?h)?水?(3.0?1?2)?9810?9810PaA点的相对压力为

pA?p0?RS油?水?(1?1?0.8)?9810?1962N圆弧闸门所受的水平分力为 Px?(p0?11RS油?水)Rb?(1??1?0.8)?981?01?2?1177N2 22对应于水平分力的压力中心的位置(A点以下)为

13bR?油?油Ixc112hD?hc??R?1(pA??油hc)A2(pA?R?油)Rb 212?12?0.8?9810??1??0.722m1212?(196?2?1?0.8?981)02水平分力的方向水平向左。

圆弧闸门所受的垂直分力为

1Pz?pAAz?VP?油?pARb?(R2??R2)bS油?水4

12?1962?1?2?(1??3.14)?1?2?0.8?9810?729.86N4垂直分力的方向垂直向上。

垂直分力的作用线距A点的水平距离为 l?对A点取矩，得 FR?PxhD?Pzl 则 F?4R4?1??0.425m 3?3?3.14PxhD?Pzl11772?0.722?7298.6?0.425??1.16?104N?11.6KN

R14. 水从水箱沿着长为L = 2 m,直径d = 40 mm 的竖直管流入大气，不计管道的入口损失，

沿程损失系数λ= 0.04，试求管道起始断面A 的压强与水箱内的水位h 之间的关系式。并求当h 为多少时，此断面的压强与水箱外的大气压强相等。

解：以管出口所在平面为基准面，列水箱液面和管出口间的伯努利方程

v2lv2L?h?0?0???

2gd2g以管出口所在平面为基准面，列水箱液面和A 截面间的伯努利方程

pv2L?h?L??

?g2g由（1）得

lv2L?h?(1??)d2g

v2L?h?L2g?d代入（2）得

pL?h? ?g1??Ld2p2? 代入数据整理得h?3?g32A点压强 p?(h?1)?g 3由上式得 h?1m时p?0 h? 5、如图所示，某供水系统中一水平供水管道，直径D?0.2m，拐弯处的弯角??45°，2管中断面1—1处的平均流速v1?4m/s，压强为9.8×104N/m，若不计弯管内的水头损失，求水流对弯管的作用力。 解： 过水断面1—1和2—2的断面积、平均流速和压强分别用A1、v1、p1和A2、v2、p2表示。以断面1-1和2-2之间的流体为分离体，建立如图所示坐标系。 则总流的动量方程在x轴和y轴的投影为 ?Q(v2cos45°?v1)?p1A1?p2A2cos45°?Rx?Qv2sin45°???p2A2sin45°+Ry ??即Rx?p1A1?p2A2cos45??Q(v2cos45?v1) ?xRy?p2A2sin45???Qv2sin45? ?2根据题意可知 A1?A2?D

41Q?A1v1??3.14?0.22?4?0.126 m3/s

4由连续性方程可知，v1?v2?4m/s

同时，又由于弯管水平放置，且不计水头损失，则由总流的伯努利方程可得

p1?p2?9.8?104Nm2

11242 于是p2A2?p1A1?p1?D?9.8?10??3.14?0.2?3077N

443又 ??1000 kg/m

将上述这些数值代入前面二式，可求出Rx、Ry，得

Rx?p1A1?p2A2cos45°??Q(v2cos45°?v1)

22?1000?0.126?(4??4)?1049N 22 Ry?p2A2sin45°??Qv2sin45°

=3077?3077? =3077?2222?1000?0.126?4??2532N 22R?Rx?Ry?10492?25322?2740.7N

tan??R?y?Rx?2532?2.41 1049?1? ??tan2.41?67.5

水流对弯管的作用力R?与R大小相等，方向相反，即

R???R

6、同一水箱经上、下两孔口出流，求证：在射流交点处，h1y1＝h2y2。

已已知知：：h1，h2，y1，y2。

解解析析：：列自由液面至两喷孔的伯努利方程，可得 u1?2gh1，u2?2gh2

x1?x2

又知 x1?u1?1，x2?u2?2； y1?1212 g?1，y2?g?222y1?12x12/2gh1h2则 ?2?2?

y2?2x2/2gh2h1故有 h1y1?h2y2，得证。

7、 为测定一个阀门局部阻力系数，在阀门的上下游装了3个测压管，其间距L1=2.0m，

L2=3.0m，若直径d=50mm，测压管读数分别为h1=100cm，h2=70cm，h3=20cm水流速u=3.2m/s。求阀门局部阻力系数ζ=？（15分）

解：以管道轴线所在平面为基准面，取如图所示1-1，2-2，3-3过流断面。 分别对1-1，2-2和2-2，3-3断面列能量方程

p1?vp?v?z1?11?2?z2?22?hw1-2 ?g2g?g2g?vp2?vp?z2?22?1?z3?33?hw2-3 ?g2g?g2g由连续性方程得

v1=v2=v3=v

取 ?1??2??3?1 又 z1?z2?z3

hw1-2l1v2?hf1??d2g

hw2-3l2v2v2?hf2?hj1????

d2g2g

p1?p2l1v2??整理的

?gd2gp2?p3l2v2v2???? ?gd2g2g代入数据求得

??

8、虹吸管将A池中的水输入B池，已知长度l1＝3m，l2＝5m，直径d＝75mm，两池水面高差H＝2m，最大超高h＝1.8m，沿程阻力系数λ＝0.02，局部阻力系数：进口Ke＝0.5，转弯Kb＝0.3，出口Ko＝1，试求流量及管道最大超高截面的真空度。

已已知知：：l1=3m，l2=5m，d=75mm，H=2m，h=1.8m，λ=0.02，Ke=0.5，Kb=0.3，Ko=1。 解解析析：：(1) 列上下游水面间的伯努利方程，基准面取在下游水面上，得

0.5?0.3?1.5?2?9.8?0.0963.22

lu2 H?(???K)

d2g则

u?2gH2?9.81?2??3.16m/s

l3?5???K0.02??0.5?0.3?1d0.075流量为 Q?11?d2u??3.14?0.0752?3.16?0.014m3/s 44l11?Ke?Kb)?u2 d2l11?Ke?Kb)?u2 d2312?0.5?0.3)??3.162]?30.64kN/m 0.0752(2) 列上游水面至C截面间的伯努利方程，基准面取在上游水面上，得 0?pmc??gh?(1??所以，管道最大超高截面的真空度为 pvc??pmc??gh?(1??

?1000?[9.81?1.8?(1?0.02?9、平面不可压缩流体速度分布为vx?4x?1，vy??4y。求：

(1) 该流动满足连续性方程否? (2) 势函数φ、流函数ψ存在否?若不存在，说

明原因。若存在，求势函数φ、流函数ψ 解：（1）由于

?Vx?Vy??4?4?0，故该流动满足连续性方程 ?x?y （2）由ωz=

1?Vy?Vx1?()=(?4?4)＝0, 故流动有势，势函数φ存在，由?y22?x于该流动满足连续性方程， 流函数ψ存在。 因 Vx??????=4x+1 ?x?y Vy=

????=-=-4y

?y?x????dx+dy=Vxdx+Vydy=(4x+1)dx+(-4y)dy

?y?x dφ=

φ=

?dφ=?????dx+dy=?Vxdx+Vydy=? (4x+1)dx+(-4y)dy

?y?x =2x2-2y2+x dψ=

????dx+dy=-Vydx+Vxdy=4ydx+(4x+1)dy

?y?xψ=

?dψ=?????dx+dy=?-Vydx+Vxdy=? 4ydx+(4x+1)dy

?y?x=4xy+y

10、平面不可压缩流体速度分布为vx?4x?1，vy??4y。求：

(1) 该流动满足连续性方程否? (2) 势函数φ、流函数ψ存在否?若不存在，说明原因。若存在，求势函数φ、流函数ψ

解：（1）由于

?Vx?Vy+=2x＋1－（2x＋1）＝0，故该流动满足连续性方程，流动存在. ?x?x1?Vy?Vx1?()=(?2y?(?2y))＝0, 故流动有势，势函数φ存在，由?x?y22(2）由ωz=

于该流动满足连续性方程，流函数ψ也存在. （3）因 Vx=

???????? == x2-y2+x, Vy==-=-(2xy+y).

?y?y?x?x dφ=

????dx+dy=Vxdx+Vydy=(x2-y2+x )dx+(-(2xy+y).)dy

?y?x φ=

?dφ=

?????dx+dy=?Vxdx+Vydy =? (x2-y2+x )dx+(- (2xy+y))dy

?y?xx3????=-xy2+(x2-y2)/2 dψ=dx+dy=-Vydx+Vxdy

?y3?x ψ=

?dψ=

?????dx+dy=

?y?x?-Vydx+Vxdy =

?(2xy+y)dx+ (x2-y2+x)dy

=x2y+xy-y3/3

11、如下图，圆柱闸门长L=4m，直径D=1m，上下游水深分别为H1=1m，H2=0.5m，试求此柱体上所受的静水总压力。

解：闸门所受的水平分力为上下游水对它的水平作用力的代数和，方向向右

Px??9800?(1/2)?1?4?(0.5/2)?0.5?4??14700N

闸门所受的垂直分力Pz方向向上, 大小为

3?D?Pz??gV?9800?????L?23090N

4?2?闸门所受水的总压力 P?Px?Pz?27373N 压力与水平夹角为 arctanPz?57.52? Px22212、水流经180°弯管自喷嘴流出，如管径D＝100mm，喷嘴直径d＝25mm，管道前端测压表读数M＝196.5kN/m2，求法兰盘接头A处，上、下螺栓的受力情况。假定螺栓上下前后共安装四个，上下螺栓中心距离为175mm，弯管喷嘴和水重为150N，作用位置如图。

解：取法兰盘A至喷嘴出口间的弯曲流段作为控制体，取喷嘴轴线所在水平面为基准面，建立坐标系如图所示。

(1) 列连续性方程 11d?D2u1??d2u2或写成 u1?()2u2 ① 44D(2) 列A至喷嘴出口间的伯努利方程

2u12u2?z1?? ② ?2g2gpm1将式①代入式②，得

2u2pd[1?()4]?m1?z1 2gD?2g(pm1/??z1)2?9.81?(196.5?103/9810?0.3)所以 u2? ??20.01m/s441?(d/D)1?(0.025/0.10)d0.0252 u1?()2u2?( )?20.01?1.25m/sD0.1011 Q??d2u2???0.0252?20.01?9.817?10?3m3/s

44(3) 设弯管对流体的反作用力为R，方向如图所示，列控制体的动量方程

1 R?pm1?D2??Q(u2?u1)

4所以反推力为

1R?pm1?D2??Q(u2?u1)4

1?196.5?103???0.102?1000?9.817?10?3(20.01?1.25)?1751.23N4(4) 流体对管壁的总推力由4个螺栓分担，但并非均匀分担。由于螺栓群所受的逆时针方向的力矩为

M?0.3W?0.3?Qu2?0.3(W??Qu2)?0.3?(150?1000?9.817?10?3?20.01)??13.93N?mR1751.23??437.8N 44

所以，左右两个螺栓受力各为：

上螺栓受力为：

RM13.93??437.8??358.2N 4dn0.175RM13.93??437.8??517.4N 4dn0.175下螺栓受力为：