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流体力学习题集及答案解析

流体力学与叶栅理论课程考试试题

一、选择题（每小题1分，共10分）

1、在括号内填上“表面力”或“质量力”：

摩擦力（）；重力（）；

离心力（）；浮力（）；

压力（）。

2、判断下列叙述是否正确（对者画√，错者画╳）：

(a) 基准面可以任意选取。（）

(b) 流体在水平圆管内流动，如果流量增大一倍而其它条件不变的话，沿程

阻力也将增大一倍。（）

等。（）

(d) 定常流动时，流线与迹线重合。（）

(e) 沿程阻力系数λ的大小只取决于流体的流动状态。（）

二、回答下列各题（1—2题每题5分，3题10分，共20分）

1、什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？

2、用工程单位制表示流体的速度、管径、运动粘性系数时，管流的雷诺数4

Re ，

3、常见的流量的测量方法有哪些？各有何特点？

三、计算题（70分）

1、如图所示，一油缸及其中滑动栓塞，尺寸D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，间隙内充满μ=0.065Pa·S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速度是多少？（10分）

题1图

2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆柱体，半径R=1m，自由表面处压强为一个大气压，高度H=3m，试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。（10分）

题2图

3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如

确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数，试问模型中流体运动粘性系数υm=？（10分）

4、如图所示，变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d

=0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水2

流对圆管的作用

力及作用力的位置。（20分）

题4图

5、两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直

径d1=600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各

在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=0.04，求总流量Q=？（20

分）

题5图

习题

第一章绪论

1. 连续介质假设意味着________ 。

(A)流体分子互相紧连(B) 流体的物理量是连续函数(C) 流体分子间有空隙(D) 流体不可压缩

(A) 等压(B) 等温(C) 等密度

3. 在常温下水的密度为____kg/m3。

(A) 1 (B) 10 (C) 100 (D) 1000

4. 空气的体积弹性模数E＝____ 。

(A) (B) (C) (D)

5. 温度为20℃，压强为105Pa的空气密度为____kg/m3。

(A) 341 (B) 17.42 (C) 1.19 (D) 0.041

6. 水的体积弹性模数____空气的弹性模数。

(A) 小于(B) 近似等于(C) 大于

7. 静止流体____剪切应力。

(A) 不能承受(B) 可以承受(C) 能承受很小的(D) 具有粘性时可承受

8. 温度升高时，空气的粘性系数____ 。

(A) 变小(B) 变大(C) 不变

9. 运动粘性系数的单位是____ 。

(A) (B)(C) (D)

10. ____是非牛顿流体。

(A) 水(B) 空气(C) 血液(D) 沥青

11. 动力粘性系数与运动粘性系数的关系为____ 。

(A) (B) (C) (D)

12. 流体的粘性与流体的____无关。

13. 润滑油的动力粘性系数，已测得剪切应力为

，流体微团的角变形速率则为____ 。

(A) 4 (B) 1/4 (C) 25 (D) 0.04

14. ____的流体称为理想流体。

(A) 速度很小(B) 速度很大(C) 忽略粘性切力(D) 密度不变

15.表面张力系数的量纲是____ 。

(A)(B)(C)(D)

16. 下列四种液体中，接触角的液体不润湿固体。

(A) 120o (B) 20o(C) 10o(D) 0o

17. 动力粘性系数的流体沿平板壁面流动，测得离壁面

处的速度分布为，在y＝5mm处的粘性切应力为。

(A) －2.97 (B) 0 (C) 8.9×10－4 (D) 0.027

18. 温度升高时，表面张力系数____ 。

(A) 增大(B) 减小(C) 不变

19. 毛细液柱高度h与____成反比。

(A) 表面张力系数(B) 接触角(C) 管径(D) 粘性系数

20. 液滴内的压强与大气压强之差。

(A) ＞(B) ＝(C) ＜

第二章流体静力学

1．什么是绝对压力、相对压力、真空？它们之间的关系如何？

2．已知大气压力为98.1kN/m2。求：（1）绝对压力为117.72 kN/m2时的相对压力；

（2）绝对压力为68.5 kN/m2时的真空值各是多少？（用水柱高度表示）3．流体静压力有哪些特性？

4．什么是等压面？等压面的两个重要性质是什么？

5．流体静力学基本方程式有哪几个表达式？方程式的物理意义、几何意义如何？

6．如图2-34所示，已知ρ = 800k g/m3, p

1 =64 kpa, p

=79.68kpa，求?z。

图2-34题6图

7．如图2-35所示，已知A

1= 0.2m2, A

= 10.0m2, P

= 100kN,试求P

为多少。

图2-35题7图

8．水深h=3m, 大气压p a=1 at, 求水池底部的相对压强及绝对压强。9．虹吸管内最低绝对压强为45kp a, 及p a=1at, 试求虹吸管内的最大真空值p v和最大真空度h v=?

如图2-36所示，D=60mm, d=5mm, h=200mm，求: 杯口气压的真空度

图2-36 题10图

11．如图2-37所示，已知铅垂放置闸门, h1=1m, H=2m,B=1.2m求:作用于闸门上的总压力及作用点位置。

图2-37题11图

12．已知如图2-38所示，闸门为圆形,D=1.25m,θ=80?,可绕通过C的水平轴旋转求(1)作用在闸门上的转矩与闸门在水下的深度无关

(2)闸门完全淹没,作用在闸门的转矩

图2-38题12图

13．如图2-39所示，直径相等的半球形面，求作用在三个球面的作用力的大小及方向。

图2-39题13图

14．如图2-40所示，弧形闸门, 宽B=5m,θ=45?, r=2m, 转轴与水平面平齐

求: 水对闸门轴的压力

图2-40题14图

15．如图2-41所示，一辆小车车箱长L，高H，装有1/2的水，向右行驶，求使水不溢出的最大加速度。

图2-42题15图

16．如图2-43所示，底面积相同，高度相同、形状不同的四个容器，置于桌面上。不计容器质量。试求四个容器中的水对桌子的作用力的大小顺序以及水对容器底部的作用力的大小顺序。

图2-43 题16图

17．求如图2-44所示，水下倾斜放置的平板，已知m

h，宽

b。

=α

求：作用在平板上的总压力和压力中心的位置。Array

图2-44题17图

18．如图2-45所示，用一U形管测量汽车的加速度，mm

200

L,当汽车加速行

驶时，使mm

H，求汽车的加速度。

100

19．如图2-46所示，一容器，上部为油，下部为水，已知,m 3,m 5.121==h h 油的密度为30m /800kg =ρ，求作用于容器侧壁AB 单位宽度上的作用力的大小及其作用点的位置

图2-46题19图

20．量测容器中A 点压强的真空计如图2-47所示，已知：,m 2,m 1==h z 当地大气压为98kPa ，求A 点的绝对压强，相对压强和真空度。

图2-47题20图

21．如图2-48所示，已知34321m /900,m 305.0,m 61.0,91.0kg h h h h =====油ρ，计算各液面的相对压强。

图2-48 题21图

22．如图2-49所示，用复式测压计测量锅炉中水面上蒸汽的绝对压强p ，已知

,m 3.2,m 2.1,m 5.2,m 4.1,m 34321=====h h h h H 试求p 值的大小。

图2-49题22图

23．如图2-50所示，一圆柱形容器，直径，m 2.1=d 充满水，并绕垂直轴等角速度旋转，在顶盖上m 4.00=r 处安装一开口测压管，管中的水位m 5.0=h 。问此容器的转速 n 为多少时顶盖所受的总压力为0。

图2-50题23图

24．如图2-51所示，设计自动泄水阀，要求当水位为h 时，用沉没一半的加油柱形浮标将细杆所连接的堵塞提起。已知堵塞直径d ，浮标长l ，活动部件的重量

G , 求浮标直径D 为多少，如果浮标改为圆球形，其半径R 应为多少？

图2-51 题24图

25．如图2-52所示，，一正方形容不得器，底面积为2mm 200200?=?b b ，

kg m 41=。当它装水的高度mm 150=h 时，在kg m 252=的载荷作用下沿平面滑动。

若容器的底与平面间的摩擦系数3.0=f ，试求不使水溢出时容器的最小的高度

图2-52题25图

26．如图2-53所示，半径m 2.0=R ，长度m 2=l 的圆柱体与油（比重为0.8）、水接角，圆柱体右边与容器顶边成直线接触，试求：（1）圆柱体作用在容器顶边上的力；（2）圆柱体的重量与比重。

图2-53题26图

27．如图2-54所示，用熔化铁水（比重为7）铸造带凸缘的半球形零件，已知，

m 05.0,m 02.0,m 05.0,m 3.0,m 8.0,m 5.021======δδd R D H ，试求铁水作用在

砂箱上的力。

第三章流体动力学基础

3-1 二元不可压缩流场中，35x v x =，215y v x y =-，试求点()12,上的速度和加速度。

[答：3041m .v =，21677m s .a =] 3-2 已知22x kyt v x y =

+，22

kxt

v x y =+，0z v =，式中k 是不为零的常数。试求：（1）流线方程。（2）1t =时，通过点()10,流线的形状。

[答：()

22x y t C +=，流线为221x y +=，流线的形状为一圆。]

3-3 流体质点速度沿x 方向成线形规律变化，已知相距50cm l =两点的速度为

2m A v =，6m B v =。流动是恒定的，试求A 、B 两点的质点加速度。

[答：216m s A a =，248m B a =]

3-4 已知不可压缩流体流动的两个分速度为22x v x y =+，22y v y z =+，且在0z =处有0z v =。试求流速分量z v 的表达式。

[答：()4z v x y z =-+]

3-5 大管直径1d 5m =，小管直径2d 1m =，已知大管中过流断面上的速度分布为

2625m s .v r =-（式中r 表示点所在半径，单位为m ）。试求管中流量及小管中

的平均速度。

[答：36136m s .V q =，7813m s .v =]

3-6 如图所示以断面平均流速015m .v =流入直径20mm D =的排孔管中的液体，全部经8个直径1mm d =的排孔流出，假定每孔流速依次降低2%，试求第1孔和第8孔德流速。

[答：1804m .v =，8698m .v =]

3-7 试证明下列不可压缩均质流体运动中，哪些满足连续性方程，哪些不满足连

续性方程。（1）x v -ky =，y v kx =，0z v =；（2）x v kx =，y v ky =，0z v =；（3）

4x v x =，0y v =；（4）4x v xy =，0y v =。

[答：（1）、（2）满足连续性方程，（3）、（4）不满足连续性方程。] 3-8 水平放置的水管，直径由115cm d =收缩到27.5cm d =，已知214N cm p g =、

22 1.5N cm p g =（g 为重力加速度），不计损失，试求管中流量。

[答：30101m s .V q =]

3-9 利用皮托管原理测量输水管中的流量V q 。已知输水管直径200mm d =，水银差压计读数p 60mm h =，断面平均流速max 084.v v =，其中max v 为皮托管前管轴上未受扰动水流的速度。

[答：30102m s .V q =]

3-10 油从铅直圆管向下流出。管直径110cm d =，管口处的速度为1 1.4m s v =，试求管口下方15m .H =处的速度和油柱直径。

[答：256m s .v =，25cm d =]

3-11 图示为水塔，供水管道系统，19m h =，20.7m h =。当阀门打开时，管道中水的平均流速4m v =，总能量损失13m W h =，试确定水塔的水面高度H 。

3-12 已知铅直输水管道的直径200mm d =，在相距20m l =的上下两测压计读数分别为196.2kPa 和588.6kPa 。试判断流动方向，并计算水头损失。

[答：从下往上流，f 2001m .h =]

3-13 20C 的水通过虹吸管从水箱吸至B 点。虹吸管直径160mm d =，出口B 处喷嘴直径230mm d =。当12m h =、24m h =时，在不计水头损失条件下，试求流量和C 点的压强。

[答：3V 000626m s .q =，220243Pa .C p =-]

3-14 图示一自来水龙头将水从水箱中放出，设水龙头直径12mm d =，图示压力表当水龙头关闭时读数为028MPa .p =，打开水龙头后读数为006MPa .p '=，求自来水龙头流出的流量，不计损失。

[答：33V 23710m s .q -≈?]

3-15 图示一自然排烟锅炉，烟囱直径1m d =，烟气流量37.135m Q =，烟气密度30.7kg m ρ=，外部空气密度3a 1.2kg m ρ=，烟囱的压强损失

00352

.w H v p d ρ=。为使烟囱底部入口断面的真空度不少于10mm 水柱，试求烟

囱的高度H 。

[答：3263m .H ≥]

3-16 已知15cm A d =，7.5cm B d =，24m .a =，水的流量3V 002m s .q =，

11772N m B A p p -=。（1）如果AB 之间的水头损失表示为22g

v ζ，试求ζ的值。

（2）求水银差压计中的读数h 。