流体力学各章节复习要点.doc

第一章
一、名词解释
1.理想流体：没有粘性的流体
2.惯性：是物体所具有的反抗改变原有运动状态的物理性质。
3.牛顿内摩擦力定律：流体内摩擦力T的大小与液体性质有关，并与流速梯度和接触面A成正比而与接触面上的压力无关。
4.膨胀性：在压力不变条件下，流体温度升高时，其体积增大的性质。
5.收缩性：在温度不变条件下，流体在压强作用下，体积缩小的性质。
6.牛顿流体：遵循牛顿粘性定律得流体。

二、填空题
1.流体的动力粘性系数，将随流体的（温度）改变而变化，但随流体的（压力）变化则不大。
2.动力粘度μ的国际单位是（或帕·秒）物理单位是（达因·秒/厘米2或）。
3.运动粘度的国际单位是（米2/秒、 ），物理单位是（沱 ）。
4.流体就是各个（质点）之间具有很大的（流动性）的连续介质。
5.理想流体是一种设想的没有（粘性）的流体，在流动时各层之间没有相互作用的（切应力），即没有（摩擦力）

三、单选题
1. 不考虑流体粘性的流体称（ ）流体。 A
A 理想 B 牛顿 C 非牛顿 D 实际
2．温度升高时，空气的粘性（ ） B
A．变小 B．变大 C．不变 D．不能确定
3．运动粘度的单位是（ ） B
A．s/m2 B．m2/s C．N·m2/s D．N·s/m2
4．与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是（ ） C
A．切应力与速度 B．切应力与剪切变形
C．切应力与剪切变形速度 D．切应力与压强
5．200℃体积为2.5m3的水，当温度升至800℃时，其体积变化率为（ ） C
200℃时：=998.23kg/m3; 800℃时: =971.83kg/m3
A．2.16% B．1.28%
C．2.64% D．3.08%
6．温度升高时，水的粘性（ ）。 A
A．变小 B．变大
C．不变 D．不能确定
2．[动力]粘度与运动粘度的关系为（ ）。 B
A． B． C． D．

3．静止流体（ ）剪切应力。 C
A．可以承受 B．能承受很小的
C．不能承受 D．具有粘性时可以承受
5．使水的体积减小0.1%时，应增大压强为（ ）（K=2000MPa）。 A
A．2.0MPa B．2.6MPa
C．2.5MPa D．2.7MPa

四、简答题：
1．当温度升高时，液体的【动力】粘度值为什么会减小？
液体的粘性力主要来自相邻流动层间分子的内聚力；随着温度的升高，液体分子热运动加剧，液体分子间的距离变大，因而分子间的内聚力将随之减小，故 【动力】粘度值减小。
2．当温度升高时，气体的【动力】粘度值为什么会增大？
气体的粘性力主要来自相邻流动层分子的横向动量交换的结果，温度升高，使这种动量的交换也加剧。因而内摩擦力或【动力】粘度值将增大。

第二章
一、名词解释
1.位置水头：某点在基准面以上的高度
2.等压面：压强相等的空间点构成的面（平面或曲面）称为等压面。
3..流线：某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，该曲线上的每个质点的流速方向都与这条曲线相切。
4.相对压强：以当地大气压为基准起算的压强，以符号P表示。
5.真空度：当某点的压强小于当地大气压强，我们称该点处于真空状态。该点压强小于当地大气压的值（绝对值），称为真空度。
6.绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为基准算起的压强，以符号表示。
二、填空题
1．1at=（ 98000 Pa 或0.1M Pa ）Pa=（ 104 ）mm水柱。
2．1atm=（ 1.033 ）at=（ 760 ）mm汞柱。
3.任意形状平面上的静水总压力的大小等于受压面（面积）与其（形心点）的压强乘积。
4.在静止流体中各点单位质量流体所受（表面力）力和（质量力）力相平衡。
5.压强的单位是Pa，或直接用（ ）和（ ）表示。、
6.液柱单位中，压强也可用液柱高度计量，常用单位是（ m ）水柱、mm水柱或（汞柱）表示。
7.若压强 p < 0 ，其绝对值称作（真空度 ）

三、单选题
1．单位质量力的单位是（ ）。 D
A N B N/m2 C kg D m/s2
2．如图1.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,则露天水池水深5m处的相对压强为（ ）。 B

A． 5kPa B． 49kPa
C． 147kPa D． 205kPa

图1
3．流体静压强总是指向作用面的（ ）。 A
A．内法线 B．平行
C．外法线 D．任意
4.静止流体中任意点质量力（ ）于过该点的等压面。 C
A任意角度 B相交 C平行 D垂直
5．1个标准大气压相当于（ ）米水柱。D
A 9.8 B 10 C 10.13 D 10.33
6.流体静压强的方向是指向固体壁面的（ ）。 B
A外法线 B内法线 C任意 D 平行
7.气体粘性是由于分子的（ ）而产生的。 B
A吸引力 B摩擦力 C质量力 D 热运动

四、判断题
1、绝对压强的最小值是零。（√）
2、绝对压强不可能为负值。（√）
3、相对平衡流体中任意点压强等于重度乘液面下深度。（√）

五、简答题：
1．用斜线填充的方式表示出下列各图的压力体部分。

六、计算题：
1．由真空表A中测得真空值为17200N/m2。各高层如图所示，空气重量忽略不计，，，试求测压管E、F及G内液面的高程及U形测压管中水银上升的高差的H1大小。（）

（1）（2）
（3）

（4）

2.图示装置中玻璃管内水面高度 2m ，求A容器中绝对压强和真空度，分别用应力单位和水柱高表示。(空气大气压强Pa=98000)

4.如图所示为一铅直半圆壁的直径位于液面上，求F值大小及其作用点。
（1）
（2）

5.如图所示为一铅直矩形平板，已知板宽b=4m, 板高h2=3m, 板顶水深h1=1m,
用解析法求静水总压力及其作用点。
（1）总压力的大小为 ：

（2）总压力的作用点：

6.如图所示为一铅直矩形闸门，已知=1m, =2m, 宽b=1.2m, 求总压力及其作用点。
（1）闸门的面积 ：
闸门形心的淹没深度：
惯性矩：

(2)总压力

（3）作用点的淹没深度
7.设如图所示，hv=2m时，求封闭容器A中的真空值。

8.如图所示为一铅直矩形闸门，已知=1m, =2m, 宽b=1.5m, 求总压力及其作用点。
（1）闸门的面积 ：
闸门形心的淹没深度：
惯性矩：
(2)总压力
（3）作用点的淹没深度

第三章
一、名词解释
1.欧拉法：以充满流体的空间中各个固定的空间点为考虑对象，研究流体质点通过这些固定的空间点时，运动参数随时间的变化规律。把足够多的空间点综合起来得出整个流体运动的规律。又叫流场法。
2.拉格朗日法：以运动着的流体质点为研究对象，跟踪观察质点的运动轨迹及运动参数（速度、压力等）随时间的变化关系，然后跟踪所有流体质点的运动情况，得到整个流体的运动规律。
3.元流：通过一微分面积上各点作流线所形成的微小流束，即横断面无限小的流管中的液流。
4.均匀流：流动过程中运动要素不随坐标位置而变化。
5.过流断面：与元流或总流的所有流线相正交的横断面。
6.恒定流：在流场中，如果在各空间点上流体质点的运动要素都不随时间而变化。
二、填空题
1.流线是某一（时刻）在流场中画出的一条（空中）曲线，该曲线上的每个质点的流速方向都与这条曲线（相切 ）。
2.均匀流只能发生在（长直）的管道或渠道这一类断面形状和（大小）都沿程不变地运动中，因此只有（沿程损失 ）。
3.在流场中，如果在各空间点上流体质点的（运动要素）都不随（时间）而变化，这种流动称为恒定流（或称为稳定流）。
4.所谓过流断面，就是与（元流）或（总流）的所有流线相（正交）的横断面。
5.流体质点的加速度是由（ 当地 ）加速度和（ 迁移 ）加速度组成。

三、单选题
1．水在一条管道中流动，如果两断面的管径比为d1/d2=2，则速度比v1/v2=（ ）。D
A．2 B．4
C．1 /2 D．1/4
2．均匀流的（ ）加速度为零。 A
A．当地 B．迁移
C．向心 D．质点
3．流体运动力学中常用（ ）进行研究。 B
A．拉格朗日法 B．欧拉法
C．雷利法 D．雷诺法
4．连续性方程表示流体运动遵循（ ）守恒定律。 C
A．能量 B．动量
C．质量 D．流量
5．用欧拉法表示流体质点加速度等于（ ） C
A． B．
C． D．
6．如图1.所示，ρ1g≠ρ2g, 下述哪个静力学方程正确？（ ） B
A． B．
C． D．

图1
7. 在总流伯努利方程中，速度v是（ ）速度。 B
A某点 B断面平均 C断面形心处 D断面上最大
8伯努利方程中表示（ ）。 B
A单位质量流体具有的机械能 B单位重量流体具有的机械能
C单位体积流体具有的机械能 D通过过流断面的总机械能
9.毕托管用于测量（ ）。 A
A点流速 B压强 C密度 D流量
10.列能量方程时， 参数应在（ ）断面上选取。 D
A任意 B急变流 C 恒定流 D渐变流
11．流体运动力学中常用（ ）进行研究。 C
A雷利法 B雷诺法 C欧拉法 D拉格朗日法。
12．欧拉运动微分方程式（ ）。 D
A适用于不可压缩流体，不适用于可压缩流体
B适用于恒定流，不适用于非恒定流
C适用于无旋流，不适用于有旋流
D适用于上述所提及的各种情况下的流动
13．描述不可压缩粘性流体运动的微分方程是（ ）。 D
A欧拉方程 B边界层方程
C斯托克斯方程 D纳维-斯托克斯方程
14. V１A１ ＝V２A２ 是根据（ ）守恒定律推导出来的。 A
A质量 B能量 C动量 D动量矩
15.在（ ）流动中，伯努利方程不成立。 D
A恒定 B理想流体 C不可压缩 D可压缩

四、判断题
1、过流断面上处处与流线垂直。（√）
2、迹线是流体质点的运动轨迹。（√）
3、流线是由无数流体质点组成的。（√）
4、渐变流过流断面压强基本符合静压强分布规律。（√）
5、均匀流过流断面上各点流速相等。（×）
6、均匀流只有沿程水头损失。（√）
7、流体质点的运动轨迹称迹线。（√）
8、断面上各点流速相等的流动叫均匀流。（×）
9、过流断面有时是曲面。（√）
10、均匀流动只有沿程阻力损失。（√）

五、简答题：
1．画图并说明流线相交的特例。

图1
图2
如图1对于存在驻点（A）和奇点（B）的流动情况； 如图2 源（汇）的情况。

2．流线的定义可以引申出的结论有哪些？
一般情况下，流线不能相交，且流线只能是一条光滑的曲线。
流场中每一点都有流线通过。流线充满整个流场，这些流线构成某一时刻流场内的流动图像。
在恒定流条件下，流线的形状和位置不随时间而变化，在非恒定流条件下，流线的形状和位置一般要随时间而变化。
恒定流动时，流线和迹线重合；非恒定流时，流线与迹线一般不重合。
3．均匀流有哪些特性？
均匀流的流线彼此是平行的直线，其过流断面为平面，且过流断面的形状和尺寸沿程不变。
均匀流中，同一流线上不同点的流速应相等，从而各过流断面上的流速分布相同，断面平均流速相等，即流速沿程不变。
均匀流过流断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，即在同一过流断面上各点测压管水头为一常数。
均匀流只能发生在长直的管道或渠道这一类断面形状和大小都沿程不变地流动中，因此只有沿程损失，而无局部损失。
六、计算题：
1.如图所示为氨气压缩机用直径 d1 =76.2mm的管子吸入密度ρ1=4kg/m3的氨气，经压缩后，由直径d2 =38.1mm的管子以 v 2=10m/s的速度流出，此时密度增至ρ2=20kg/m3。求质量流量M；流入流速v1。
（1）可压缩流体的质量流量为:

（2）根据连续方程:

2.一离心水泵如图3所示的抽水量Q=20m3/h，安装高度Hs=5.5m, 吸水管直径d=100mm。若吸水管段总的水头损失hw=0.5m，试求水泵进口处的真空值pv2的大小。
（提示：取渐变流过流断面：水池液面为1-1断面，水泵进口断面为2-2断面，它们的计算点分别取在自由液面与管轴上。选基准面在水池液面上。因为水池液面远大于吸水管界面，故可认为v1=0，注意到P1=Pa(大气压强)，并令==1.0，则对1-1断面和2-2断面列出粘性流体总流的伯努利方程求解）

3.有一水平放置渐缩水管，管径分别 300mm 和 150mm ，进口端压强为275 KN/m2 ,V=3m/s , 若忽略管中水流损失，求水流通过此管时作用于管上的轴向推力大小和方向。

解：由连续方程

第四章
一、名词解释
1.局部损失：克服局部阻力的能量损失。
2..沿程损失：由沿程阻力引起的机械能损失。
3.水力半径：过流断面面积A和湿周X之比。
4.湿周：过流断面上流体和固体壁面接触的周界。
5.紊流：液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混。
6.层流：液体质点的运动轨迹比较规则，各液层间毫不相混。

二、填空题
1.紊流流动中流体质点（ 相互掺混 ），做无定向、（无规则）的运动，这种现象称为紊流的脉动现象。
2.圆管层流的沿程阻力系数的计算公式为（ ）它表明圆管层流的沿程阻力系数仅与（雷诺数）有关。
3.在流场中，如果在任一空间点上有任何质点的（ 运动要素）都随（时间 ）而变化的，这种流动称非恒定流（或称非稳定流）。
4. 流体流动分（层流）和（紊流）两种状态，其判别标准是（）。
5.雷诺实验揭示了流体有（层流）和（紊流）两种流动状态。
三、单选题
1．圆管均匀流断面上切应力在轴心处的值（ ）。 C
A．最大 B．平均
C．最小 D．不定
2．有三个管道，管道断面分别是管道1为边长为a的正方形、管道2为长=2a, 宽b=0.5a的矩形、管道3为 长=1.5a, 宽b=0.5a的矩形，管道的长度和粗糙度情况一致，试分析液体流经这三个管道受到的阻力大小关系为（ ）。 B
A．F阻1> F阻2 > F阻3 B．F阻1< F阻2 < F阻3
C．F阻1= F阻2 = F阻3 D．不能确定
3．用直径d=100mm的管道，输送量为10kg/s，输磅水，如水温为5℃，动力粘度
=1.519×10-3Pa·s，工程上，判定管内水的流态为（ ）。 B
A．层流 B．紊流
C．层流向紊流过渡 D．不能确定
4．用直径d=100mm的管道，输送量为10kg/s，输送石油，已知石油密度=850kg/m3,运动粘度=1.14cm2/s，工程上，判定管内石油的流态为（ ）。 A
A．层流 B．紊流
C．层流向紊流过渡 D．不能确定
5.（ ）的管道称为长管。 C
A只计局部损失 B计算全部损失
C只计沿程损失 D长度较短
6..圆管均匀流断面上速度在轴心处的值（ ）。 A
A最大 B平均 C最小 D不定
7. 动能修正系数在层流时的值是（ ）。 D
A 1 B 1.1 C 1.5 D 2
8．欲一次测到半径为R的圆管层流中断面平均流速V，应当将测速仪器探头放置在距管轴线（ ）处。 D
A 1/2R B 2/3R C 0.866R D 0.707R
9. 圆管直径在数值上等于（ ）倍的水力半径。 C
A 2 B 3 C 4 D 5
10．水力半径在数值上等于圆管直径的（ ）倍。 C
A．1/2 B．2
C．1/4 D．4

五、简答题：
1.简述紊流掺混的原因。
假设流体原来做直线层流运动。由于某种原因的干扰，流层发生波动。于是在波峰一侧断面受到压缩，由连续性方程可知，断面积越小，流速增大；根据伯努利能量方程可知，流速增大，压强降低；在波谷一侧由于过流断面增大，流速减小，压强增大。因此流层受到纵向与流线相交的压差作用。这将使波动进一步加大，终于发展成涡体。涡体形成后，由于其一侧的旋转切线速度与流动方向一致，故流速较大，压强较小。而另一侧旋转切线速度与流动方向相反，流速较小，压强较大。于是涡体在其两侧压强差作用下，将由一层转到另一层，这就是紊流掺混的原因

2.简述液流阻力产生原因（包括内因和外因）。
外因：（1）与过流断面面积、几何形状有关（水力半径越大，液流阻力越小）
（2）与管道的长度有关（管道越长，液流阻力越大）
（3）与管道的粗糙度有关（粗糙度越大，液流阻力越大）
内因：流体流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，质点摩擦所表现的粘性以及质点发生撞击引起运动速度变化表现出的惯性，才是流动阻力产生的根本原因。

六、计算题：
1．某钢板制风道，断面尺寸为600mm×300mm，管长100m管内平均流速v=10m/s。
空气温度t=20℃。求压强损失Pf。（当t=20℃时， 根据钢板
制风道粗糙与Re查得 ）
(1)当量直径

(2)由达西公式：

2.如图5所示，油的流量Q=77cm3/s,流过直径d=6mm的细管，在L=2m长的管段两端水银压差计读数h=30cm，油的密度=900kg/m3,求油的动力粘度和运动粘度的值。
（1）断面1-1至断面2-2的伯努利方程

（2）假设管中为层流，则细管中平均流速

由达西公式：
圆管层流时：
由此可以肯定假设层流是正确的；

（3） 油的动力粘度和运动粘度的值

3. 密度=850kg/m3,粘性系数=1.53×10-2Pa·s的油，在管径d=100mm的管道内流动，流量等于0.5/s。（1）试判别流态；（2）试求管轴心处的速度；沿程损失系数，管壁处切应力，单位管长的能量损失J。
（1）

故流动属于层流。
（2）管轴心最大速度umax

沿程损失系数：

管壁处的切应力：

沿程损失系数：
圆管层流时：

第五章
一、名词解释
1.并联管道：两结点间由两条或两条以上的管道连接而成的组合管道
2.小孔口：作用于断面上的水头H，孔口直径为d, 当d<1/10H时，孔口属于小孔口。
3.长管：局部损失和流速水头可以忽略的管道。
4.自由出流：流体经孔口（管路）流入大气的出流。
5. 串联管道：由不同直径的几段管道顺次连接而成的管道称为串联管道。

二、填空题
1.按布置方式可将管网分为（ 树状 ）管网和（ 环状 ）管网两大类。
2.当在容器的孔口处接上断面与空口形状相同、长度（ =（3〜4）d ）（d为管道直径）的短管，此时的出流称为管嘴出流，此短管称为（管嘴）。
3.薄壁小孔出流时，出口截面有（ 收缩 ）现象。
4. 流动阻力损失分（沿程）阻力损失和（ 局部 ）阻力损失两大类。

三、单选题
1．在相同条件下，小孔口流量（ ）短管嘴流量。 A
A．小于 B．等于
C．大于 D．不定
2．（ ）的管道称为长管。 D
A．不计速度水头 B．不计局部损失
C．只计局部损失 D．只计沿程损失
3．在相同条件下，小孔口流量（ ）短管嘴流量。 A
A小于 B等于 C大于 D不定
四、判断题
1、并联管路总损失大于任一支管的阻力损失。（×）
2、并联管路总阻力系数大于任一支管的阻力系数。（×）

五、简答题：
1.画图说明管嘴出流的类型

（a）圆柱形外管嘴（b）圆柱形内管嘴（c）收缩圆锥形管嘴（d）扩大圆锥形管嘴
（e）流线形管嘴

六、计算题：
1.如图4所示为由三段简单管道组成的串联管道。管道为铸铁管，粗糙系数n=0.0125,d1=250mm, =400m, K1=618.5/s; d2=200mm, =300m K2=341/s; d3=150mm, =500m, K3=158.4/s;总水头H=30m。求通过管道的流量Q及各管段的水头损失。

计算各段的水头损失并累加，得:

通过管道的流量为：
各管段的水头损失分别为：

2.在如图4所示的并联管路中，d1=150mm, =500m, K1=158.4/s; d2=150mm, =400m K2=158.4/s; d3=200mm, =1000m, K3=341/s; 总流量Q=1000m3/s, n=0.0125。求每一管段通过的流量Q1、Q2、Q3及A、B两点间的水头损失。
根据并联管道两结点之间水头差相等的关系，有：

则有：

根据结点流量连续性原理，有：
计算得：

A，B两点间的水头损失为：

第六章
四、简答题：
1.简述明渠均匀流形成的条件。
（1）渠道为长直棱柱体顺坡明渠
（2）水流为恒定流，流量沿程不变，无支流的汇入与分出。
（3）渠道表面粗糙系数沿程不变
（4）渠道中无闸门、坝体或跌水等建筑物对水流的干扰。

2.简述明渠均匀流的特性
（1）流线均为互相平行的直线，水深、过水断面的形状及尺寸沿程不变。
（2）过流断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变，因此，流体的动能修正系数、流速水头沿程不变。
（3）水面线与渠底平行，故水面线与底坡线平行。由于明渠均匀流的水面线即为测压管水头线，流速水头沿程不变，故测压管水头线与总水头线平行。

六、计算题：
1.由水塔沿管长l=3500m,管径d=300mm的清洁管（n=0.011）向工厂输水，已知安置水塔的地面标高z0=130m，工厂地面高程zb=110m，工厂所需水头Hz=25m，现需保证供给工厂的流量Q=0.085m3/s，试求水塔内自由液面离地面的高度H。

2.某渠道断面为梯形，底宽b =3m，边坡系数m =2.5，粗糙系数n =0.028，底坡i =0.02，当水深h =0.8m时，试求该渠道的输水流量Q
过水断面面积：
湿周：
水力半径：
谢才系数按曼宁公式计算：
所以该渠道的输水流量为：

3.某工厂有三个车间，各车间用水量分别为q1=0.05m3/s, q2=0.04m3/s, q3=0.03m3/s,各车间水平敷设的铸铁管管长及所用管径分别为l1=500m、d1=400mm, l2=400m、d2=300mm, l3=300m、d3=200mm,粗糙度均为n=0.012，车间所需自由水头Hz皆为10m.因地势平坦，管道埋深较浅，地面高差可不考虑，试求水塔水面距地面的高度H。
解：各管段的通过流量分别为：

各管道流量模数分别为：

水塔水面距地面高度H，除了应满足克服各管沿程阻力外，尚需保证管道最远点所需之自由水头Hz。

第七章
四、简答题：
1．试描述堰流的类型。
工程上一般以堰顶的厚度与堰上水头的比值大小，将堰流分成3种类型。
薄壁堰：，（堰宽与水流接触仅为一条直线，对水流无影响的堰）
实用堰：堰顶对水流有一定影响，水流形成一连续降落状的堰
宽顶堰： 堰顶对水流有显著影响，在堰顶一次跌落后形成一段与堰顶近乎平行的水流；如下游水位较低，水流在流出堰顶时将产生第二次跌落。

2. 简单绘出并说明三种薄壁堰。

（1）矩形薄壁堰
（2）三角形薄壁堰
（3）梯形薄壁堰
矩形薄壁堰无侧向收缩、自由出流时水流最稳定，测量精度高；
三角形薄壁堰当流量时，减少误差而广为使用；

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