流体力学题及答案.doc

1. 等压面是水平面的条件是什么？

2. 图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？

3      已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强pa=98kN/m2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。

4. 一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m2，h1=5m，h2＝2m。求A、B两点的静水压强。

5. 水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）。

解：①画出相对压强分布图, ② 计算各侧静水压力, ③ 求静水总压力的大小
    ④列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。
    P=24.5  1.267m(作用点到底部的距离)
6．  述流体运动的两种方法是什么？简述其内容。
7．什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面平均流速？
答：与流线正交的断面叫过流断面。
 过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。
引入断面平均流速的概念是为了在工程应用中简化计算。
8．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：
(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？
(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？
(3)恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？

9 水流从水箱经管径分别为的管道流出，出口流速，如图所示。求流量及其它管道的断面平均流速。

 解：应用连续性方程
（1）流量：4.91
    (2) 断面平均流速  ,   。

10如图铅直放置的有压管道，已知d1=200mm，d2=100mm，断面1-1处的流速v1=1m/s。求（1）输水流量Q；（2）断面2-2处的平均流速v2；（3）若此管水平放置，输水流量Q及断面2-2处的速度v2是否发生变化？（4）图a中若水自下而上流动，Q及v2是否会发生变化？

  解：应用连续性方程
（1） 
（2）
（3）不变。
（4）流量不变则流速不变。
11.       说明总流能量方程中各项的物理意义。
12. 如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v0≈0），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。

  解: (1) 因为不计管路的水头损失,此题为理想流体的流动。
①     因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。
②     先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。
   答案：  
     （2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤：
①       因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。
②       计算各段流速水头 。
③       总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。（测压管水头线及总水头线图，略）

13．如图一管路，A、B两点的高差Δz＝1m，点A处直径dA=0.25m，压强pA=7.84N/cm2，点B处直径dB=0.5m，压强pB＝4.9N/cm2，断面平均流速VB＝1.2m/s。判断管中水流方向。

解:  判断管中水流方向,，要从单位重量流体总的机械能考虑，总是单位重量流体总的机械能大的位址向单位重量流体总的机械能晓得的地方。
（1）计算A点与B点单位重量流体总的机械能。
（2）比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。
       答案：从A流向B 。

一、选择题    
1. 管道中液体的雷诺数与（   ）无关。
      A. 温度    B. 管径     C. 流速     D. 管长
2. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（   ）。
A. 层流      B. 层流向紊流过渡       C.紊流
3.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（  ）
A 1.0倍    B.1/3倍    C. 1/4倍  D. 1/2倍
4.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（  ）成正比.
A. 一次方    B. 二次方    C. 三次方  D. 四次方
    5.圆管的水力半径是 (   )
A. d/2   B. d/3    C. d/4   D. d/5.
6. 判断层流和紊流的临界雷诺数是
A.上临界雷诺数              B.下临界雷诺数
C.上下临界雷诺数代数平均    D.上下临界雷诺数几何平均  

4.雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？
    答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘性力占主导,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。
5.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小？
   答: 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大；
       当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。
6.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？
   答:不一定。
7.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？
   答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性，二是因为固体边界条件的影响。
四、计算题  （解体思路与答案）
1.       有已输油管，管长,管径，已知油的密度，动力粘滞系数。当通过输油管的流量时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失。
解：(1) 计算雷诺数判别流态。
(2) 计算沿程阻力系数λ。
(3) 计算沿程水头损失。
答案：层流    沿程水头损失=25.74m(油柱)
2.水管直径，管中水流流速，水温，（1）试判别其流态；（2）若流速与水温不变，管径改变为，管中流态又如何？（3）若流速与水温不变，管流由层流转变为紊流时，水管直径为多大？
  解： (1) 查表, 求运动粘滞系数, 计算雷诺数判别流态。
       答案：层流
（2）同上  答案：紊流
（3）设雷诺数等于2000，求管径。
答案：
3.有一圆管，在管内通过的水，测得通过的流量为，在管长15m的管段上测得水头损失为2cm，试求该圆管内径d。
  解：（1）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数λ表达式并代入数据；
（2）将上式再代入达西公式并化简，代入数据求管径。
答案：
4.水管直径，管中水流流速，水温，试判别其流态。
  解：答案：紊流
5．凝土明渠中水流为均匀流，水力坡度，明渠底宽为，水深，粗糙系数，计算明渠中通过的流量（分别用曼宁公式和巴氏公式计算）。
  解：此渠道为矩形渠道，
① 计算出水力要素：面积A，湿周，水力半径R，
② 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C，
③ 谢齐公式计算流速；
④ 计算量
答案：（用曼宁公式计算）
       （用巴氏公式计算）
6.水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管路。已知，，，管道的当量粗糙度，水温为。若管道的出口流速，求（1）水位H；（2）绘出总水头线和测压管水头线。

   解：(1)计算管中的雷诺数判断流态.。（第1条管道在水力光滑区，第2条管道在紊流
粗糙区）。
（2）用经验公式计算沿程阻力系数
（3）两管联接处为突然放大的局部阻力系数，进口局部阻力系数
（4）沿程阻力系数选取公式有别，结果可不同。
答案：

7.某一水池，水位恒定，通过一根管径、管长的管道，已知水池水面和管道出口高差，管道上有两个弯头，每个弯头的局部阻力系数，管道进口是直角进口（）管道全长的沿程阻力系数，试求通过管道的流量。

解：管道作用水头等于沿程水头损失与局部水头损失之和。沿程阻力系数、局部阻力系数已知，可用公式直接求解。
答案：答案：q=10.94l/s
一、选择题  （略）
1. 虹吸管正常工作，其顶部的真空值一般不大于（   ）水柱高。
A. 6.0m     B. 7.5m        C. 9m         D.10m
2. 短管淹没出流的计算时，作用水头为（   ）。
A. 短管出口中心至上游水面高差；B短管出口中心至下游水面高差；
C. 上下游水面高差
3．外延管嘴正常工作的条件是（  ）
A．管长大于3-4倍的管径   B.作用水头小于0.75
C. 作用水头大于0.75   D. 管长=(3-4)d ，作用水头0.75
4．按短管进行水力计算的管路是 （  ）(   )
A.虹吸管   B.环状管网   C.支状管网   D.倒虹吸管
二、判断题     （略）
1．计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（    ）
2．长管是指几何长度很长的管道。（    ）
3．孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。（   ）
   4．管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄
流量也越大。（  ）
   5．同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均
相同。（    ） 
6．  两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。  （   ）

四、计算题  （解体思路与答案）
1．有一虹吸管，作用水头，管长，管径
，沿程损失系数，进口设拦污栅，进口局部损失系数，弯管局部损失系数。求该虹吸管的过流量、管中最大真空值，并定性绘出其测压管水头线。

   解：此题属短管的水力计算，可以用能量方程求解，也可直接用公式。要点有2 。
①  局部损失系数要考虑周全（共3个）。
②       此题，管中最大真空值发生在最高处。 
答案：     
2. 一水塔供水系统如图所示，已知管道末端要求的自由水头Hz=10m，管径d1=450mm，d2=350mm，d3=250mm，管长L1=100m，L2=100m，L3=100m，q1=0.10，q2=0.08，q3=0.05，管道的粗糙系数n=0.02。试确定水塔高度H。

 解：此题属短管的水力计算，，也可直接用公式求解。要点有3 。
①  长管公式要记住，应注意修正。
②       管中（节点）流量要算对。
③       题目中给出了管道的粗糙系数，意指管流在粗糙区，不必修正，但要记住以下公式，

     答案：H=15.1m
 6. 一梯形断面渠道，底宽b=2m，边坡系数m=1.0，明渠中的水深h=0.5m, 则湿周、水力半径R分别为（   ）
A.  3.414, 0.366   B. 3.5, 0.30     C. 3.414, 0.30    D. 3.5, 0.366
15