流体力学习题.doc

单元2 习题（一）
一、选择题
1.一维流动是指（ D ）
A.恒定流动 B.均匀流动 C.层流运动 D.运动要素只与一个坐标有关的流动
2.满管流时，管径d与水力半径R的比值应是（ B ）
A．8    B．4   C．2   D．1
3.恒定流是( B )。
A.流动随时间按一定规律变化 B.各空间上的流动参数不随时间变化
C.各过流断面的速度分布相同 D.迁移加速度为零
4.一元流是( C )。
A.流线是直线 B.速度分布按直线变化
C.流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 D.流动参数不随时间变化的流动
5.变直径管，直径d1=320mm， d2=160mm，流速v1=1.5m/s。v2为( C )。
A.3m/s B.4m/s C.6m/s D.9m/s

6.等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系( C )。
A.p1=p2 B. p3=p4
C.z1+p1/g= z2+p2/g D.z3+p3/g= z4+p4/g

7.伯努力方程中 表示( A )。
A.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.通过过流断面流体具有的机械能

8.水平放置的渐扩管，若忽略水头损失，断面形心点的压强有
( C )。
A.p1>p2 B. p1=p2 C. p1<p2 D.不定
9.粘性流体总水头线沿程的变化是( A )。
A.沿程下降 B.沿程上升 C.保持水平
D.前三种情况都有可能
10.粘性流体测压管水头线沿程的变化是( D )。
A.沿程下降 B.沿程上升 C.保持水平 D.前三种情况都有可能
11．变直径管，直径d1=320mm，d2=160mm，流速v1＝1.5m/s，v2为（ C ）。
A．3m/s ； B．4m/s ； C．6m/s ； D．9m/s 。
12．金属压力表的读数是（ B ）。
A. 绝对压强 ；B. 相对压强 ；
C. 绝对压强加当地大气压强；D. 相对压强加当地大气压强。
13. 断面平均流速v与断面上每一点的实际流速u的关系是( D )。
A.v=u B.v<u C.v>u D.v≤u或v≥u
14. 定常流动中， 。b
a.加速度为零；b. 流动参数不随时间而变；
c. 流动参数随时间变化；d. 速度为常数
15．连续性方程表示控制体的 守恒。d
a.能量；b. 动量；c. 流量；d. 质量
16. 欧拉法研究 的变化情况。d
a.每个质点的速度；b. 每个质点的轨迹；
c. 每个空间点的流速；d.每个空间点的质点轨迹
二．简答题
1．什么是流体的粘性？
答：产生阻抗流体层间相对运动的内摩擦力的这种流体的性质。

2．流线与迹线
答：流线：某瞬时流场中的一条空间曲线，该瞬时曲线上的点的速度与该曲线相切。
迹线：流体微元的运动轨迹。

3．层流与紊流
答：层流：定向有规律的流动；紊流：非定向混杂的流动

4．流体连续介质模型
答：以流体微元这一模型来代替实际由分子组成的结构，流体微元具有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，彼此间无间隙，这就是连续介质模型。

5．恒定与非恒定流动
答：流体运动的运动参数在每一时刻都不随时间发生变化，则这种流动为恒定流动；流体运动的参数在每一时刻都随时间发生变化，则这种流动为非恒定流动。

三、计算题
1、有一贮水装置如图所示，贮水池足够大，当阀门关闭时，压强计读数为2.8个大气压强。而当将阀门全开，水从管中流出时，压强计读数是0.6个大气压强，试求当水管直径d=12cm时，通过出口的体积流量(不计流动损失)。
解】 当阀门全开时列1-l、2-2截面的伯努利方程

当阀门关闭时，根据压强计的读数，应用流体静力学基本方程求出Ｈ值

2、图所示为测定水泵扬程的装置。已知水泵吸水管直径为200mm，压水管直径为150mm，测得流量为60L/s。水泵进口真空表读数为4m水柱，水泵出口压力表读数为2at（工程大气压）。两表连接的测压孔位置高差h=0.5m。问此时水泵的扬程为多少？（流经水泵的损失，已考虑在水泵效率之内，故hw1-2＝0）
解：列真空表所在的管道断面1-1，压力表所在的管道断面2-2的有能量输入的能量方程。

式中

流速水头计算如下：

代入能量方程，得水泵扬程

3、有一条输水管路由d1=200mm 和d2 =400mm的两根管道与渐变连接管组成（如图所示）。水在管中流动时，A断面的相对压强为70kPa, B断面的相对压强为40kPa, A断面平均流速为4m/s，A、B两断面中心的高差为1m，试求水流经两断面的水头损失，并判断管中的水流方向。
解：
dA=200mm dB =400mm vA=4m/s vB=1m/s

流向A®B。
四、填空题
1. 表征 流体运动状态的物理量 称为流体的运动要素。
2. 在静力平衡时不能承受 剪切力 的物质就是流体。
3. 温度对流体粘性的影响是，随温度的升高，液体的粘度 减小 ，气体的粘度 增大 。
4. 在研究工程流体力学时主要采用 欧拉 法。
5. 定常流动是流体质点的一切运动要素不随 时间 而改变，而只是 空间坐标 的函数。
6. 列伯努力方程式时过水断面必须取在 渐变流或均匀流 。
7. 流线不能 相交 ，也不能 转折 。
8. 不可压缩流体做定常流动时，总流的各过水断面平均流速与过水断面面积成 反比 。
单元2 习题（二）
一、选择题
1、变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是 D
A. Re1=0.5 Re2； B. Re1= Re2； C. Re1=1.5 Re2； D. Re1=2 Re2。
2、粘性液体总水头线沿程的变化是：（ A ）
A.    沿程下降； B.    沿程上升；
C.   保持不变； D.   前三种情况都有可能。
3、在渐变流过流断面上，动压强分布满足 C 规律。
A. z+ >0 B. z+ <0 C. z+ =c D. 以上都不是
4、局部损失产生的主要原因是 。D
A.壁面切应力；B. 流态的变化；C. 流体的粘性；D. 局部旋涡和二次流
5、沿程损失产生的主要原因是 。C
A.壁面切应力；B. 流态的变化；C. 流体的粘性；D. 局部旋涡和二次流

二、填空题
1、粘性流体能量损失一般分为 沿程损失 和 局部损失 。

2、判断流体流动状态的准则是 雷诺数 ，其表达式是 。
3、水力半径的计算式为 A/c ，半径为r的圆管的水力半径为 r/2 ，边长为a的正方形管的水力半径为 a/4 。
4、流体流动的两种状态为 层流 和 紊流 。

三、问答题
1、总流能量方程的物理意义是什么？试说明方程中各项的物理意义？
 答：总流的能量方程表述为：=
它的物理意义是：水流只能从总机械能大的地方流向总机械能小的地方。各项物理意义如下：
─总流过水断面上单位重量液体所具有的位能，简称为单位位能；
─总流过水断面上单位重量液体所具有的压能，简称为单位压能；
─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均势能，简称为单位势能；
─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均动能；
─总流过水断面上单位重量液体所具有的总能量，即总机械能；

2、什么叫总水头线和测压管水头线？什么是水力坡度
答：连接各断面的总水头（）得到的线，即总水头线；连接各断面的测压管水头（）得到的线，即为测压管水头线。
水力坡度就是单位管长的损失，用J表示。
3、有一直径d=25mm的水管，流速v=1.0m/s，水温为10℃时的运动粘度ν=1.31×10-6m2/s
则管中流体的流态为_紊流___ ___(填层流或紊流)。

四、计算题
1、某离心泵吸水管路系统如图所示。已知水泵出水量为30L/s，吸水管直径为150mm，水泵轴线距水面高度为hS=7m。若不计损失，试计算水泵进口处1-1断面的真空度。
解：列水面与1-1面能量方程

2、为测定AB管段的沿程阻力系数λ或者粗糙系数n ，可采用如图所示装置。已知AB段的管长为10m，管径d=50mm。今测得实验数据（1）A、B两测压管的水头差为0.8m，（2）经90秒钟流入量水箱的水量为0.247立方米，求该管段的沿程阻力系数值。
解：据能量方程，

流程阻力系数

3、有一直径缓慢变化的锥形水管（如图1所示），断面1-1处直径d1=0.15m，中心点A的相对压强为7.2kN/m2，断面2-2处直径d2=0.30m，中心点B的相对压强为6.1 kN/m2，断面平均流速v2=1.5m/s，A、B两点高差为1米。试判别管中水流方向，并求1、2两断面间的水头损失。

解：首先利用连续性方程求断面1-1的平均流速。
因水管直径变化缓慢，断面1-1及2-2水流可近似看作渐变流，以过A点水平面为基准面分别计算两断面的总能量。两断面的水头分别为：
因为H1＞H2，所以管中水流应从A流向B。
水头损失

4、烟囱直径d=1m，通过的烟气量G=176.2kN/h，烟气密度ρ=0.7kg/m3，周围大气密度为=1.2kg/m3，烟囱内的压强损失，要保证烟囱底部断面1-1处的负压值不小于100Pa.，试求1）烟囱的高度H至少应为多少？2）此时在烟囱半高处A-A断面的静压值为多少？

[解]：1）列进口前一定距离处空气断面1-1和烟囱出口断面2-2的能量方程：

依题意 ： p1=-100、v1=0、z1=0、p2=0、

H=32 m
2）列进口前一定距离处空气断面1-1和烟囱中间断面M-M的能量方程：

5、图示水泵给水系统，输水流量Q=100l/s，水塔距与水池液面高差H=20m，吸水管长度l1=200m，管径d1=250mm，压力管长度l2=600m，管径d2=200mm。水泵真空度为7.5m,吸水管与压力管沿程阻力系数分别为λ1=0.025，λ2=0.02，各局部阻力系数分别为
。试求：水泵扬程与安装高度。

解：
1）连续性方程：
根据总流连续性方程可求得
1、2断面的平均流速。有：

2） 列1-2断面能量方程：
以1-1断面为基准面，1断面水体本身的总机械能为零，水体依靠水泵增加能量。其获得的能量全部用于克服吸水管、压力管的沿程水头损失和局部水头损失，并增加水体的势能。此题按有能量增加时的能量方程考虑。有：

3）列1-3断面能量方程：
1-3断面间无能量的增加，但3断面为负压，此负压由水泵的允许真空度决定。由此可求水泵的安装高度。

单元2 习题（三）
一、选择题
1、长管并联管道各并联管段的 A 。
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。
2、在并联管路问题中，有 C 。
A.流经每一管路的水头损失相加得总水头损失
B.流经所有管路的流量相同
C.并联的任一管路的水头损失相同
D.当总流量已知时，可直接解得各管的流量
3、图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系为： C
Ａ．Ｑ1>Ｑ2；Ｂ．Ｑ1<Ｑ2；Ｃ．Ｑ1＝Ｑ2；D．不定
4、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 C
Ａ．Ｑ1＝Ｑ2；Ｂ．Ｑ1＝1.5Ｑ2；Ｃ．Ｑ1＝1.73Ｑ2；D．Ｑ1＝3Ｑ2
5、并联管段1、2、3、A、B之间的水头损失关系是： D
Ａ．hfAB= hf1+hf2+hf3；Ｂ．hfAB= hf1+hf2；
Ｃ．hfAB=hf2+hf3；D．hfAB= hf1＝hf2＝hf3

第3题 第4题 第5题

6、长管并联管道各并联管段的 A
A.水头损失相等 B.水力坡度相同 C.总能量损失相同 D.通过的流量 相同
二、 问答题
1、什么是经济流速？干管管径如何计算？
答：1）经济流速：综合考虑管网造价c（包括铺筑水管建筑费、泵站建造费、水塔建造费）和运行管理费M（泵站电费、维护管网费）综合费用最低时相应的流速，称经济流速。
2）干管管径的计算方法：新建给水系统的干管管径的计算按经济流速和流量计算。同时，考虑最大允许流速、最小允许流速的要求。即：
允许vmin <经济v<允许vmax

2、什么是水击？减小水击压强的措施有那些？
答：压力管道中，由于管中流速突然变化，引起管中压强急剧增高（或降低），从而使管道断面上发生压强交替升降的现象，称为水击。
工程上常常采取以下措施来减小水击压强：
（一）延长阀门（或导叶）的启闭时间T
（二）缩短压力水管的长度
（三）修建调压室
（四）减小压力管道中的水流流速v0

3、简要叙述：试分析有压管路中，短管和长管的区分标准，以及串联、并联长管的水力计算特点。
答：1）在有压管路中的水力计算中，只计入沿程水头损失hf,忽略局部水头损失hj 和管路末端流速水头的管路系统称长管；相反，三者都计入的管路系统称短管。
2）串联管路的水力计算特点：
①各条管段内通过的流量相等。即：Q1=Q2=Qi

②对于整个管路系统的总水头等于各管段水头损失之和。
3）并联管路的水力计算特点：
①流量叠加

②在分出节点与汇入节点之间的各管段水头损失相等，也等于管路系统的总水头损失。

三、计算题
1、 如图有一并联管路，已知=100 mm， =80 m，=0.021, =75 mm =50 m, =0.025,Q=30 l/s，求、。若＝，如何改变第二支路？
解：
（3分）
则，代入数值得
（7分）
则所以解出 （10分）
若＝，（加大管径）

2、从水塔引水供给三层住宅，采用钢管，管长，管径供水流量，水塔地面标高，住宅地面标高，三层住宅需要的自由水头均为。问水塔高度为多少？

因此对进行修正。查表5-3，，查表5-2，A＝9.029s2/m6，

3、求如图所示管路系统中的输水流量，已知=24，，，，，，。

解：列1-1，2-2断面能量方程
…………………………………（a）
由并联管流特点：
…………………………………（b）
…………………………………（c）
联立（a）、（b）、（c）式并代入已知条件可解得

4、如图，一水平放置的通风机，吸入管。压出管为直径不同的两段管串联组成，，。空气密度，风量为，不计局部阻力，试计算：1）风机所产生的总压强；2）若流量提高到，风机总压变化多少？

解：列进口与出口面能量方程

1）

代入已知得到风压
2）

代入已知得到风压
10