工程流體力學(xué)習(xí)題庫.doc

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一、 選擇題1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著 。(A) 流體分子互相緊連 (B) 流體的物理量是連續(xù)函數(shù)(C) 流體分子間有間隙 (D) 流體不可壓縮2空氣的等溫積模量K= 。(A) p （B）T (C) （D）RT3.靜止流體 剪切應(yīng)力。 (A) 不能承受 (B) 可以承受(B) 能承受很小的 (D) 具有粘性是可承受4溫度升高時(shí)，空氣的粘度 。(A) 變小 （B）變大 (C) 不變5流體的粘性與流體的 無關(guān)。(A) 分子的內(nèi)聚力 （B）分子的動量交換 (C) 溫度 （D）速度梯度6在常溫下，水的密度為 kg/m3。(A) 1 （B）10 (C) 100 （D）10007水的體積彈性模量 空氣的體積彈性模量。(A) 8 的流體稱為理想流體。(A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不變9 的流體稱為不可壓縮流體。(A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不變10用一塊平板擋水，平板形心的淹深為hc，壓力中心的淹深為hD，則hc hD。(A) （B） （B）= (C) p2p3 ；C. p1p2p2 ；Bp1=p2 ；Cp1n；9m B L=(3-4)d H0(3-4)d ,H09mL(3-4)d ,H09m99圖示兩根完全相同的長管道只是安裝高度不同，兩管的流量關(guān)為12 1=2 不定。100并聯(lián)長管、兩管的直徑相同，沿程阻力系數(shù)相同，長度L2=3L1，通過的流量為12；11.5Q2；11.732；1=3101、兩節(jié)點(diǎn)連接并聯(lián)管段1、則、兩節(jié)點(diǎn)的水頭損失為hfab=hf1+hf2+hf3; hfab=hf1+hf2;hfab=hf2+hf3; hfab=hf1=hf2=hf3。102長管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的A.水頭損失相等; B.水力坡度相等; C總能量損失相等; D.通過水量相等。103并聯(lián)管道如圖,閥門全開時(shí)各管段流量Q1、Q2、Q3,現(xiàn)關(guān)小閥門K,其他條件不變,流量變化為A、都減?。?B. 、減小不變; C.、減小,增大; D. 不變,增大,減小。104將孔口改為同直徑的外管嘴出流,其他的條件不變化,則出流流量增大,這是由于A. A. 阻力系數(shù)減小所致; B流速系數(shù)增大所致; C作用水頭增大所致。105長管作用水頭H保持不變,出口又由自由出流改為淹沒出流后,管路流量A.減小; B.不變; C增大; D不一定。106長管的水力計(jì)算場采用比阻A公式=ALQ 比阻有關(guān)的參數(shù)包括管徑d管長，管道的摩阻系數(shù)；管徑d管道的摩阻系數(shù)；管長和管道的摩阻系數(shù)；管徑d管長和管道流量。107某薄壁小孔口在作用的出流0，當(dāng)作用水頭將為，并孔口改為同直徑的管嘴后的出流流量為n,與n的流量關(guān)系為；0=QnQ0n108明渠均勻流只能發(fā)生在：A. A.平坡棱柱形渠道；B.順坡棱柱形渠道；C逆坡棱柱形渠道。109水力最優(yōu)斷面是:A. A.造價(jià)最低的渠道斷面;B.壁面粗糙系數(shù)最小斷面；C.對一定的流量具有最大斷面積的斷面；D對一定的面積具有最小濕周的斷面。110水力最優(yōu)矩形斷面,寬深比是:A. A.0.5；B.1.0；C.2.0；D4.0。111梯形斷面渠道,在底坡i,粗糙系數(shù)n和通過流量Q一定的條件下,水力最優(yōu)斷面的條件是:A.過水?dāng)嗝婷娣e具有最大的濕周Xmax；B.底寬b=2h(h為水深); C.h=2Rh(Rh為水力半徑)。 112無壓圓管均勻流的流量隨水深而變化,當(dāng)充滿度為何值時(shí),其流量最大:A.=1；B.=0.95；C.=0.81；D.=0.5。113.無壓圓管均勻流的流速隨水深而變化,當(dāng)充滿度為何值時(shí),其流速最大:A=1；B.=0.95；C.=0.81；D.=0.5。114明渠流動為急流時(shí).A.Fr1； B.hhc；C.hh0；D.de/dh0。 115明渠流動為緩流時(shí):A.Fr1；B.hhc；C.hh0；D.de/dh0。116明渠水流由急流過渡到緩流時(shí)發(fā)生:A.水躍;B水跌;C.連續(xù)過渡;D.都可能。117在流量一定時(shí),渠道斷面的形狀、尺寸和壁面粗糙一定時(shí)，隨底坡的增大，正常水深將：A.增大;B.減小;C.不變。118在流量一定,渠道斷面的形狀、尺寸一定時(shí)，隨底坡的增大，臨界水深將：A.增大;B減小;C.不變。119堰流特定的局部水流現(xiàn)象是:A.緩流通過障壁; B緩流溢過障壁; C.急流通過障壁; D.激流溢過障壁。120符合以下條件的堰流是寬頂堰流:A. 0.76；B.0.762.5； C.2.510。121自由式寬頂堰的堰頂水深hc0A.hc0hc；C.hc0=hc；D.不定(其中hc為臨界水深)122理想流體與實(shí)際流體的主要區(qū)別在于( )。A. 是否考慮粘滯性 B. 是否考慮易流動性 C.是否考慮重力特性 D. 是否考慮慣性123對于實(shí)際流體,總水頭線是（ ）的線。A. 沿程下降。B. 沿程升高。 C. 沿程可升可降。 D. 沿程不升不降。二、判斷題判斷下列說法是否正確。若正確在括號內(nèi)劃，否則劃。1動能修正系數(shù)與斷面流速分布有關(guān)。（ ）2臨界雷諾數(shù)的大小與流體的性質(zhì)無關(guān)。（ ）3長短是指管道幾何長度長的管道。（ ） 4謝齊（Chezy）公式適用于紊流粗糙區(qū)。 （ ） 5按程沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律,尼古拉滋試驗(yàn)曲線分為三個(gè)區(qū)。（ ） 6對于以重力為主導(dǎo)因素的流動，可按佛勞德準(zhǔn)則進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。（ ）三、簡答題 1.等壓面是水平面的條件有那些？2. 流體靜壓強(qiáng)的有那兩個(gè)特性？3.明渠均勻流有那些特性？4. 說明描述流體運(yùn)動的兩種方法（拉格朗日法與歐拉法）的主要區(qū)別。5. 何謂不可壓縮流體？6. 試述系統(tǒng)和控制體的概念。7. 何謂絕對壓強(qiáng)？何謂計(jì)示壓強(qiáng)？8. 試述理想流體和粘性流體的概念。9. 試述流線和跡線的概念。10. 試解釋水擊現(xiàn)象.11. 試述層流和紊流的概念。12. 試述有旋流動和無旋流動的概念。四、計(jì)算題1 已知一流動的速度場為：vx = 2xy+x，vy = x2-y2-y，試證明該流動為有勢流動，且存在流函數(shù)，并求速度勢及流函數(shù)。解：（1） ， 則 x= y= z = 0， 流動為無旋流動， 該流動為有勢流動。又 ，即流動為不可壓縮流體的平面流動，該流動存在流函數(shù)。（2） 速度勢為： 流函數(shù)為：2 如圖所示，兩圓筒內(nèi)裝的是水，用管子連接。第一個(gè)圓筒的直徑d1= 45 cm，其活塞上受力F1=320 N，密封氣體的計(jì)示壓強(qiáng)為981.0 Pa；第二個(gè)圓筒的直徑d2= 30 cm，其活塞上受力F2=490 N，開孔通大氣。若不計(jì)活塞重量，求平衡狀態(tài)時(shí)兩活塞的高度差h。解： 3 已知：一閘門如圖，h1 = 2m，h2 =3m，h3 =5m，閘門寬B = 2m，1 =9806 N/m3，2 =12000 N/m3，3 =46000 N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B點(diǎn)的合力矩。解： 4 圖示為水自壓力容器定常出流，壓力表讀數(shù)為10atm，H=3.5m，管嘴直徑D1=0.06m，D2=0.12m，試求管嘴上螺釘群共受多少拉力？計(jì)算時(shí)管嘴內(nèi)液體本身重量不計(jì)，忽略一切損失。解：對容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程：選管嘴表面和管嘴進(jìn)出口斷面所圍成的體積為控制體，列動量方程：對管嘴的進(jìn)出口斷面列伯努利方程，得 5 如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，不計(jì)水頭損失，求彎管上所受的力。解：由連續(xù)方程： 得： 對彎管的進(jìn)、出口截面列伯努利方程：其中，P2 b= 0，z1 = z 2，代入得： 選彎管所圍成的體積為控制體，對控制體列動量方程：求得：Fpnbx= - 710.6 (N) Fx= - Fpnbx= 710.6 (N) Fpnby= 1168.5 (N) Fy= - Fpnby= -1168.5 (N)6 已知油的密度=850 kg/m3，粘度=0.06 Pa.s，在圖示連接兩容器的光滑管中流動，已知H=3 m。當(dāng)計(jì)及沿程和局部損失時(shí)，求：（1）管內(nèi)的流量為多少？（2）在管路中安一閥門，當(dāng)調(diào)整閥門使得管內(nèi)流量減小到原來的一半時(shí)，問閥門的局部損失系數(shù)等于多少？（水力光滑流動時(shí)，= 0.3164/Re0.25）。解：（1）對兩容器的液面列伯努利方程，得： 即： (1)設(shè)= 0.03，代入上式，得 v = 3.27 m/s，則故，令=0.0291，代入（1）得：v=3.306（m/s）則（2）則求得：7為確定魚雷阻力，可在風(fēng)洞中進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模型與實(shí)物的比例尺為1/3，已知實(shí)際情況下魚雷速度vp=6 km/h，海水密度p=1200 kg/m3，粘度p=1.14510-6 m2/s，空氣的密度m=1.29 kg/m3，粘度m=1.4510-5 m2/s，試求：（1）風(fēng)洞中的模擬速度應(yīng)為多大？（2）若在風(fēng)洞中測得模型阻力為1000N，則實(shí)際阻力為多少？解：已知（1） 由Rep = Rem 得， k = kv kl， vm= kvvp= 386 =228 (km/h)（2）由kF= kkl2 kv2 得 FP = Fm/kF = 1000/0.1725 = 5798 (N)7 流體通過孔板流量計(jì)的流量qv與孔板前、后的壓差P、管道的內(nèi)徑d1、管內(nèi)流速v、孔板的孔徑d、流體密度和動力粘度有關(guān)。試用定理導(dǎo)出流量qv的表達(dá)式。 （dimP =ML-1T-2， dim=ML-1T-1）。解：設(shè)qv= f (P, d1, v, d,)選d, v, 為基本變量上述方程的量綱方程為：由量綱一致性原則，可求得：a1=0 a2=1 a3=0 a4=1b1=1 b2=2 b3=0 b4=1c1=2 c2=0 c3=1 c4=1 8 如圖所示，由上下兩個(gè)半球合成的圓球，直徑d=2m，球中充滿水。當(dāng)測壓管讀數(shù)H=3m時(shí)，不計(jì)球的自重，求下列兩種情況下螺栓群A-A所受的拉力。（1）上半球固定在支座上；（2）下半球固定在支座上。解：（1）上半球固定在支座上時(shí)（2）下半球固定在支座上時(shí)9. 新設(shè)計(jì)的汽車高1.5m，最大行駛速度為108km/h，擬在風(fēng)洞中進(jìn)行模型試驗(yàn)。已知風(fēng)洞試驗(yàn)段的最大風(fēng)速為45m/s，試求模型的高度。在該風(fēng)速下測得模型的風(fēng)阻力為1500N，試求原型在最大行駛速度時(shí)的風(fēng)阻。解： 根據(jù)粘性力相似準(zhǔn)則， 又10. 連續(xù)管系中的90漸縮彎管放在水平面上，管徑d1=15 cm，d2=7.5 cm，入口處水平均流速v1=2.5 m/s，靜壓p1e=6.86104 Pa（計(jì)示壓強(qiáng)）。如不計(jì)能量損失，試求支撐彎管在其位置所需的水平力。 解：由連續(xù)方程： 由能量方程： X方向動量方程： Y方向動量方程： 合力為:11. 小球在不可壓縮粘性流體中運(yùn)動的阻力FD與小球的直徑D、等速運(yùn)動的速度v、流體的密度、動力粘度有關(guān)，試導(dǎo)出阻力的表達(dá)式。 （dimF =MLT-2， dim=ML-1T-1）。（15分）解：設(shè)FD = f (D, v, ,)選D、v、為基本變量上述方程的量綱方程為：由量綱一致性原則，可求得：a1=1 a2=1 b1=2 b2=1 c1=2 c2=1 12. 如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚h1=40 cm，油的密度o=850 kg/m3，盛有水銀的U形測壓管的液面距水面的深度h2=60 cm，水銀柱的高度低于油面h=50 cm，水銀的密度hg= 13600 kg/m3，試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)（15分）。解： 13. 額定流量qm=35.69 kg/s的過熱蒸汽，壓強(qiáng)pe=981 N/cm2，蒸汽的比體積為v=0.03067 m3/kg，經(jīng)內(nèi)徑為227mm的主蒸汽管道鉛垂向下，再經(jīng)90彎管轉(zhuǎn)向水平方向流動。如不計(jì)能量損失，試求蒸汽作用給彎管的水平力。解：由連續(xù)方程： 得： 選彎管所圍成的體積為控制體，對控制體列x方向動量方程：14. 為測定90彎頭的局部阻力系數(shù)，在A、B兩斷面接測壓管，流體由A流至B。已知管徑d=50 mm，AB段長度LAB = 0.8 m，流量qv = 15 m3/h，沿程阻力系數(shù)=0.0285，兩測壓管中的水柱高度差h = 20 mm，求彎頭的局部阻力系數(shù)。（15分）解： 對A、B列伯努利方程： 15. Pipe AB is of uniform diameter and h=10.5 m The pressure at A is 170 kPa and at B is 275 kPa. Find the direction of the flow, and what is the pipe friction head loss in meters of the fluid if the liquid has a specific gravity of (a) 0.85; (b) 1.45? (10分)Solution: (a) the flow is from B to A (b) the flow is from A to B 16. A curved pipe is attached to a tank, and liquid flows out into atmosphere through the curved pipe. Determine the resultant force on the curved pipe. All the significant data are given in the figure. Assume an ideal liquid with =55 lb/ft3. Neglect the weight of the liquid. (10分)Solution: 17. An 180-mm-diameter pipeline (f=0.032) 150 m long discharges a 60-mm-diameter water jet into the atmosphere at a point that is 80 m below the water surface at intake. The entrance to the pipe is reentrant, with ke=0.9, and the nozzle loss coefficient k2=kn=0.055. Find the flow rate and the pressure at B. (15分)Solution:(a) (b)18. What minimum value of b is necessary to keep the rectangular stone from sliding if it weighs 160 lb/ft3, a=14ft, c=16ft, and the coefficient of friction is 0.45? With this minimum b value, will it also be safe against overturning? Assume that water dose not get underneath the stone block. (10分)Solution1: to keep the rectangular stone from sliding, then Since it is also safe against overturning.19. A flow is defined by u=2(1+t), v=3(1+t), w=4(1+t). What is the velocity of flow at the point (3,2,4) at t=2? What is the acceleration at that point at t=2? (10分)Solution: At t=220. Water flows over the spillway of constant section. Given that y1 = 4.2m and y2 = 0.7m, determine the resultant horizontal force on the spillway per meter of spillway width (perpendicular to the spillway section). Assume ideal flow. (10分)Solution: 將y1 = 4.2m, y2 = 0.7m, p1 = p2 , =9810 N/m2 , 代入得 解得：v1 =1.4 , v2 =8.4 To the right21. Water and oil in an open storage tank. (a) Find the total forces exerted by the fluids on a tank wall, and (b) the location of the center of pressure. (10分)Solution:(a) (b) 22. A diverging nozzle that discharges an 8-in-diameter water jet into the air is on the right end of a horizontal 6-in-diameter pipe. If the velocity in the pipe is 12fps, find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle. Neglect fluid friction. (10分)Solution: to the right23. A horizontal 100-mm-diameter pipe (f=0.027) projects into a body of water (ke=0.8) 1m below the surface. Considering all losses, find the pressure at a point 5 m from the end of the pipe if the velocity is 4 m/s and the flow is (a) into the body of water; (b) out of the body of water. (10分)Solution:(a) (b) 24. A rectangular plate 5 ft by 4 ft is at an angle of 30with the horizontal, and the 5-ft side is horizontal. Find the magnitude of the force on one side of the plate and the depth of its center of pressure when the top edge is (a) at the water surface; (b) 1 ft below the water surface. (10分)Solution:(a) (b)1. 25. Water in a reservoir is discharged from a vertical pipe. If a=25 ft, b= 60 ft, c=40 ft, d= 2ft. All the losses of energy are to be ignored when the stream discharging into the air at E has a diameter of 4 in. What are pressure heads at B, C and D, if the diameter of the vertical pipe is 5 in? (10分) 26. A nozzle that discharges a 60-mm-diamater water jet into the air is on the right end of a horizontal 120-mm-diameter pipe. In the pipe the water has a velocity of 4 m/s and a gage pressure of 400 kPa. Find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle, and the head loss in the nozzle. (10分)Solution: to the right27. A 450-ft-long pipeline runs between two reservoirs, both ends being under water, and the intake end is square-edged and nonprojecting. The difference between the water surface levels of the two reservoirs is 150ft. (a) What is the discharge(流量) if the pipe diameter is 12 in and f = 0.028? (b) When this same pipe is old, assume that the growth of tubercles has reduced the diameter to 11.25 in and that f=0.06. What will the rate of discharge be then? (10分)Solution:(a) (b)