流体力学A
7、在输运公式中当地导数项是由下列哪项引起的？
A.流场的非稳定性
B.流场的非均匀性
C.流场的可压缩性
D.流场的粘性
8、流体静力学中，等压面与质量力的关系是？
A.相交
B.正交
C.斜交
D.相切
9、输运公式的具体含义为：任一瞬时系统内物理量N（如质量、动量和能量等）随时间的变化率等于该瞬时其控制体内物理量的变化率与通过控制体表面的净通量之和。其中通量指的是？
A.单位时间、单位长度通过的流体的量
B.单位时间、单位面积通过的流体的量
C.单位时间、单位体积通过的流体的量
D.单位时间、单位位移通过的流体的量
10、下列哪一项为零，可以说明流体运动形式为定常流动？
A.迁移加速度
B.当地加速度
C.位变加速度
D.加速度
11、下列哪个方程首先给出了不可压缩粘性流体的运动规律？
A.连续性方程
B.伯努利方程
C.欧拉运动微分方程
D.纳维-斯托克斯方程
12、圆管的水力半径是？
A.d/2
B.d/3
C.d/4
D.d/5
13、达郎伯疑题是指？
A.在实际流体中运动的物体既没有升力也没有阻力
B.在可压缩流体中运动的物体既没有升力也没有阻力
C.在不可压缩流体中运动的物体既没有升力也没有阻力
D.在理想流体中运动的物体既没有升力也没有阻力
14、拉格朗日法又称为？
A.质点法
B.局部法
C.随体法
D.控制体法
15、针对河流在转弯处内外侧的压强大小，下列哪项是正确的？
A.内测大于外侧
B.外侧大于内测
C.一样大
D.不能确定
三、解答题（共15分）
1、试推导欧拉平衡微分方程。（10分）
2、图示两平板沿相反的方向运动， m/s 22==V U ，若 21p p =，
， s kg/m 49.0?=μ，求作用在上、下平板上的切应力。（5分）
四、计算题（共30分） 1、试判断不可压缩流体平面流动：x xy u +=2，y y x v --=2
2是否有势
流动，若有，求出速度势。（8分） 2、图示地秤装置中，直径 m 6.3=D 的水池中盛水，地秤的浮筒直径 m 2.3=d ，自重 N 1035?=W ，淹深为Ｈ，当加负载 N 105=F 于浮筒后，求浮筒的下降距离 h ?。（6分）
3、如图所示，将一平板垂直探人水的自由射流中，设平板截去射流的部分流量
q v1，并引起射流的剩余部分偏转一角度α，已知射流速度v = 30m/s ，总流量q v = 36L/s ，平板所截流量q v1 = 12L/s 。不计重力及流动损失，求射流加于平板上的力和偏转角度。（10分）
4、油船长60 m ，吃水面积400 m 2，船速6 m/s ，现用模型在水中进行实验，模型吃水面积 1 m 2。若只计重力影响，求模型长度及船速。（6分）
工程流体力学A卷及答案
工程流体力学 A 卷 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μτ=中的y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 《工程流体力学》复习题及参考答案 整理人:郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班 使用专业:热能与动力工程 一、名词解释。 1、雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、湿周 8、恒定流动 9、附面层 10、卡门涡街11、自由紊流射流 12、流场 13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流 17、浓差或温差射流 18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、驻点22、 自动模型区 二、就是非题。 1.流体静止或相对静止状态的等压面一定就是水平面。 ( ) 2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。 ( ) 3.附面层分离只能发生在增压减速区。 ( ) 4.等温管流摩阻随管长增加而增加,速度与压力都减少。 ( ) 5.相对静止状态的等压面一定也就是水平面。 ( ) 6.平面流只存在流函数,无旋流动存在势函数。 ( ) 7.流体的静压就是指流体的点静压。 ( ) 8.流线与等势线一定正交。 ( ) 9.附面层内的流体流动就是粘性有旋流动。 ( ) 10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加,压力减小。( ) 11.相对静止状态的等压面可以就是斜面或曲面。 ( ) 12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度减小,压力增加。( ) 13.壁面静压力的压力中心总就是低于受压壁面的形心。 ( ) 14.相邻两流线的函数值之差,就是此两流线间的单宽流量。 ( ) 15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。 ( ) 16.处于静止或相对平衡液体的水平面就是等压面。 ( ) 17.流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少;温度降低粘滞性增大。 ( ) 18.流体流动时切应力与流体的粘性有关,与其她无关。 ( ) 三、填空题。 1、1mmH2O= Pa 2、描述流体运动的方法有与。 3、流体的主要力学模型就是指、与不可压缩性。 4、雷诺数就是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动时 与的对比关系。 5、流量Q1与Q2,阻抗为S1与S2的两管路并联,则并联后总管路的流量Q 闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案 第一章 绪论 1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？ 解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。如空气、水等。而在同等条件下，固体则产生有限的变形。 因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。 1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？ 解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。 流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。 在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm ）内的流动。 1-3 底面积为2 5.1m 的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为s m 16，液层 厚度为mm 4，当液体分别为C 020的水和C 0 20时密度为3 856m kg 的原油时，移动平板 所需的力各为多大？ 题1-3图 解：20℃ 水：s Pa ??=-3 10 1μ 20℃，3 /856m kg =ρ， 原油：s Pa ??='-3 102.7μ 水： 23 3 /410 416 101m N u =??=? =--δμτ N A F 65.14=?=?=τ 皖西学院08–09学年度第2学期期末考试试卷答案（A 卷） 城环系 土木工程专业 本科 06级 流体力学课程 一．选择题：本大题共15小题；每小题2分，共30分。在每小题给 出的四个选择中，只有一项是符合题目要求的，把所选择项前的字母 填在题后的括号内。 1.给定某一瞬间，如果流场中每一空间点上流体相对应的物理参数均相等，这种流场称之为( C ) （A ）定常流场 （B ）非定常流场 （C ）均匀流场 （D ）非均匀流场 2.在列伯努利方程时，方程两边的压强项必须( C ) （A ）均为表压强 （B ）均为绝对压强 （C ）同为表压强或同为绝对压强 （D ）一边为表压强一边为绝对压强 3.绝对压强abs p 与相对压强p ，真空度v p 、当地大气压a p 之间的关系（ C ） （A ）abs a p p p -= （B ）abs a p p p += （C ）abs a v p p p -= （D ）abs a v p p p += 4.已知管内水流流动处于紊流粗糙管阻力平方区，此时，若增大流量，则管路沿程损失h f 与沿程损失系数λ的相应变化为( C ) （A ）h f 与λ都增大 （B ）h f 与λ都减小 （C ）λ不变，h f 增大 （D ）λ减小，h f 变 5.文丘里管用于测量流量时的主要工作原理是（ C ） （A ）连续性方程 （B ）运动方程 （C ）伯努利方程 （D ）动量方程 6.有压管道的管径与管流水力半径的比值=R d /（ B ） （A ）8 （B ）4 （C ）2 （D ）1 7.动量方程表示，对不可压流体作定常流动时，作用在控制体内流体上的合外力等于( C ) （A ）控制体的流出动量减去流入动量 （B ）控制体的动量对时间的变化率 （C ）单位时间流出与流入控制体的流体动量的差值 （D ）体积流量乘以流出与流入控制体的流体速度的差值 8.如下图1所示，一压力水箱恒定水深H=1.5m ，液面相对压强p 0=40 kPa ，箱底外接一直径d=30mm 的管嘴，管嘴长l=0.1m ，若管嘴流量系数μn =0.82，其流量Q 为( D ) （A ）3.14×10-3 m3/s （B ）3.25×10-3m3/s （C ）6.06×10-3 m3/s （D ）6.12×10-3m3/s 9.在正常工作条件下，作用水头H 、直径d 相等时，小孔口收缩端面的流速v 和圆柱形外管嘴出流的流速n v ，则（ A ） （A ）n v v > （B ）n v v = （C ）n v v < （D ）不定 10.变直径管，直径mm d 3201 =，mm d 1602=，流速s m v /5.11=。2v 为（ C ） （A ）3s m / （B ）4s m / （C ）6s m / （D ）9s m / 11.水平放置的渐扩管（图2），如忽略水头损失，端面形心点的压强，有以下关系，正确的是（ B ） （A ）21p p > （B ）21p p < （C ）21p p = （D ）不确定 12.长管并联管道各并联管断的（ A ） （A ）水头损失相等 （B ）水力坡度相等 （C ）总能量损失相等 （D ）通过的水量相等 13.明渠均匀流可能发生在（ B ） （A ）平坡棱柱形渠道 （B ）顺坡棱柱形渠道 （C ）逆坡棱柱形渠道 （D ）长直渠道都有可能 14.断面单位能量e 随水深h 的变化特点是( A ) （A ）e 存在极小值 （B ）e 存在极大值 （C ）e 随h 增加而单调减少 （D ）e 随h 增加而单调增加 15.水跃是明渠水流由( C ) （A ）缓流向缓流过渡的水力现象 （B ）缓流向急流过渡的水力现象 （C ）急流向缓流过渡的水力现象 （D ）急流向急流过渡的水力现象 图1 一\选择题部分 （1）在水力学中，单位质量力是指（答案：c ） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 （2）在平衡液体中，质量力与等压面（答案：d） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（答案：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。 （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（答案：b） a、8； b、4； c、2； d、1。 （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于答案：c a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为答案：c a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m （8）在明渠中不可以发生的流动是（答案：c ） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（答案：b）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为答案：b a、缓流； b、急流； c、临界流； （11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（答案：d ）成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方 （12）渗流研究的对象是（答案：a ）的运动规律。 a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。 （13）测量水槽中某点水流流速的仪器有答案：b a、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰 （14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为答案：d a、1米，λQ =1000； b、10米，λQ =100； 流体力学练习题 第一章 1-1解：设：柴油的密度为ρ，重度为γ；40C 水的密度为ρ0，重度为γ0。则在同一地点的相对密度和比重为： 0ρρ=d ，0 γγ=c 30/830100083.0m kg d =?=?=ρρ 30/81348.9100083.0m N c =??=?=γγ 1-2解：336/1260101026.1m kg =??=-ρ 3/123488.91260m N g =?==ργ 1-3解：269/106.191096.101.0m N E V V V V p p V V p p p ?=??=?-=?-=????-=ββ 1-4解：N m p V V p /105.210 41010002956 --?=?=??-=β 299/104.0105.211m N E p p ?=?==-β 1-5解：1）求体积膨涨量和桶内压强 受温度增加的影响，200升汽油的体积膨涨量为： ()l T V V T T 4.2202000006.00=??=?=?β 由于容器封闭，体积不变，从而因体积膨涨量使容器内压强升高，体积压缩量等于体积膨涨量。故： 26400/1027.16108.9140004 .22004.2m N E V V V V V V p p T T p T T ?=???+=?+?-=?+?-=?β 2）在保证液面压强增量0.18个大气压下，求桶内最大能装的汽油质量。设装的汽油体积为V ，那么：体积膨涨量为： T V V T T ?=?β 体积压缩量为： ()()T V E p V V E p V T p T p p ?+?=?+?=?β1 因此，温度升高和压强升高联合作用的结果，应满足： ()()???? ? ??-?+=?-?+=p T p T E p T V V T V V 1110ββ ()())(63.197108.9140001018.01200006.012001145 0l E p T V V p T =???? ?????-??+=???? ???-?+=β ()kg V m 34.1381063.19710007.03=???==-ρ 1-6解：石油的动力粘度：s pa .028.01.010028=?= μ 石油的运动粘度：s m /1011.39 .01000028.025-?=?==ρμν 1-7解：石油的运动粘度：s m St /1044.0100 4025-?===ν 石油的动力粘度：s pa .0356.010 4100089.05=???==-ρνμ 1-8解：2/1147001 .01147.1m N u =?== δμτ 1-9解：()()2/5.1621196.012.02 15.0065.021m N d D u u =-?=-==μδμτ N L d F 54.85.16214.01196.014.3=???=???=τπ 第二章 2-4解：设：测压管中空气的压强为p 2，水银的密度为1ρ，水的密度为2ρ。在水银面建立等压面1-1，在测压管与容器连接处建立等压面2-2。根据等压面理论，有 21p gh p a +=ρ （1） gz p z H g p 2221)(ρρ+=++（2） 由式（1）解出p 2后代入（2），整理得： gz gh p z H g p a 2121)(ρρρ+-=++ 工程流体力学A第1次作业 四、主观题(共8道小题) 33.简述流体的形态特征和力学特征。 形态特征：流体随容器而方圆，没有固定的形状。 力学特征：流体主要承受压力，静止流体不能承受拉力和剪力。 34.一封闭水箱如图所示，已知金属测压计读数Pa，金属测压计中心和容器液面分别比A 点高0.5m和1.5m，试求液面的绝对压强和相对压强。 解： 由得水箱液面的相对压强 绝对压强或93.1kPa 35.如图所示为测量容器中A点压强的真空计。已知，试求A点的真空压强及真空度。解： 真空计的测压管中压缩空气压强变化可忽略不计。由题意 得A点真空压强 及真空度 36.如图所示绕铰链C 转动的自动开启式矩形平板闸门。已知闸门倾角为，宽度为，闸门两侧水深分别为和，为避免闸门自动开启，试求转轴C至闸门下端B的距离x。 解：为避免闸门自动打开，由理论力学知必有关系 式中 故 37.利用检查井作闭水试验检验管径的市政排水管道施工质量。已知排水管堵头形心高程为256.34m，检查井中水面高程为259.04m，试求堵头所受的静水总压力大小。 解：排水管堵头形心处的相对压强 堵头所受的静水总压力 38.如图所示盛水（重度为）容器由半径为 R 的两个半球用 N 个螺栓连接而成，已知测压管水位高出球顶 H ，试求每个螺栓所受的拉力 F 。 解：取上半球为隔离体，由，得 式中为静止液体作用在上半球面上的总压力的铅垂分力，由上半球面的压力体计算得 故每个螺栓所受的拉力为 39.如图所示水流流经等径直角弯管。已知管径mm，管轴上A、B两点高差400mm，U形水银差压计读数=300mm，管流速度m/s，相对压强，，试求相对压强和A、B两断面间的机械能损失。 解： 由差压计原理 得 由伯努利方程 考虑到,得A、B两断面间的机械能损失 山东建筑大学 研究生入学考试《流体力学A》考试大纲 流体力学课程硕士研究生入学考试要求： l、绪论 1）理解流体主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律； 2）理解作用在流体上的力； 3）理解连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念。 2、流体静力学 1）理解流体静压强的概念及其性质； 2）掌握流体平衡微分方程及其在相对平衡中的应用； 3）掌握点压强和总压力的计算。 3、一元流体动力学基础 1）了解描述流体运动的两种方法，建立以流场为对象的描述流体运动的概念； 2）理解一元流动模型的有关概念； 3）掌握流体运动的总流分析法，能综合运用连续性方程、总流能量方程或气流能量方程和动量方程计算总流问题。 4．流动阻力和能量损失 1）掌握流体运动的两种流态及其判别； 2）理解圆管中层流的运动规律； 3）理解紊流的特性、紊流时均化概念，了解附加切应力及混合长度的概念； 4）理解沿程能量损失的成因和阻力系数的变化规律，掌握沿程能量损失的计算方法； 5）理解局部能量损失的成因，掌握局部能量损失的计算方法。 5、孔口、管嘴、管道流动 l）掌握孔口、管嘴的基本公式及其应用； 2）掌握简单管路、串联管路和并联管路的水力计算。 6、气体射流 l）理解无限大空间和层流和紊流射流的基本特性； 2）掌握圆断面和平面等温、温差、浓差射流的计算方法。 7、不可压缩流体动力学基础 1）了解流体微元运动的基本形式； 2）理解有势流动和有旋流动； 3）理解连续性微分方程； 4）了解流体运动的微元分析法； 5）了解纳维一斯托克斯方程及其各项的物理意义； 6）了解不可压缩粘性流体紊流运动的基本概念。 8、绕流运动 1）理解速度势函数、流函数和流网，了解势流迭加原理； 2）理解附面层概念、附面层分离现象； 3）理解统流阻力和升力，掌握悬浮速度的计算方法。 9、一元气体动力学基础 1）理解可压缩流体的基本参数、流动分类及基本方程； 2）理解热力过程对流动的作用，掌握渐缩喷管、拉法尔喷管断而参数变化的规律； 3）掌握等摘流动，有沿程损失的圆管等温流动和绝热流动的计算方法。 10、相似性原理和因次分析 1）理解力学相似概念、相似准则数的物理意义及应用； 2）了解因次分析法及应用。 参考教材： 《流体力学、泵与风机》(第四版)蔡增基主编，中国建筑工业出版社，1999 一、判断题 1、 根据牛顿内摩擦定律，当流体流动时，流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。 2、 一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压强的平均 值。 3、 流体流动时，只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。 4、 在相同条件下，管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。 5、 稳定（定常）流一定是缓变流动。 6、 水击产生的根本原因是液体具有粘性。 7、 长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。 8、 所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。 9、 外径为D ，内径为d 的环形过流有效断面，其水力半径为4 d D -。 10、 凡是满管流流动，任何断面上的压强均大于大气的压强。 二、填空题 1、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数cm h 4=?，通过的流量为s L /2，分析 当汞水压差计读数cm h 9=?，通过流量为 L/s 。 2、运动粘度与动力粘度的关系是 ，其国际单位是 。 3、因次分析的基本原理是： ；具体计算方法分为两种 。 4、断面平均流速V 与实际流速u 的区别是 。 5、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ， 其适用条件是 。 6、泵的扬程H 是指 。 7、稳定流的动量方程表达式为 。 8、计算水头损失的公式为 与 。 9、牛顿内摩擦定律的表达式 ，其适用范围是 。 10、压力中心是指 。 一、判断题 ×√×√× ×××√× 二、填空题 1、 3 L/s 2、 ρμν=，斯(s m /2 ) 3、 因次和谐的原理，п定理 4、 过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速在过流断面上是相等的 5、 22222212111 122z g v a p h g v a p z +++=++-γγ，稳定流，不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动 6、 单位重量液体所增加的机械能 7、 ∑?=F dA uu cs n ρ 流体及其主要物理性质 7 相对密度0.89的石油，温度20oC 时的运动粘度为40cSt ，求动力粘度为多少？ 解：89.0== 水 ρρ d ν＝40cSt ＝0.4St ＝0.4×10-4 m 2 /s μ＝νρ＝0.4×10-4 ×890＝3.56×10-2 Pa ·s 8 图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s ，板与固定边界的距离δ=1，油的动力粘度μ＝1.147Pa ·s ，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？ 解：233/10147.110 11147.1m N dy du ?=??==-μ τ 9 如图所示活塞油缸，其直径D ＝12cm ，活塞直径d ＝11.96cm ，活塞长度L ＝14cm ，油的μ＝0.65P ，当活塞移动速度为0.5m/s 时，试求拉回活塞所需的力F=？ 解：A ＝πdL , μ＝0.65P ＝0.065 Pa ·s , Δu ＝0.5m/s , Δy=(D-d)/2 ()N dy du A F 55.82 1096.11125 .010141096.1114.3065.0222=?-??????==---μ流体静力学 6油罐内装相对密度0.70的汽油，为测定油面高度，利用连通器原理，把U 形管内装上相对密度为1.26的甘油，一端接通油罐顶部空间，一端接压气管。同时，压气管的另一支 引入油罐底以上0.40m 处，压气后，当液面有气逸出时，根据U 形管内油面高差h ＝0.70m 来推算油罐内的油深H 为多少？ 解：p －γ甘油Δh ＝p －γ汽油（H-0.4） H ＝γ甘油Δh/γ汽油+0.4=1.26×0.7/0.70+0.4=1.66m 7为测定油品重度，用如下装置，经过1管或2管输入气体，直至罐内油面出现气泡为止。用U 形管水银压力计分别量出1管通气时 流体力学的背景及其发展 姓名：王灿学号：106030123 摘要：这篇文章主要描述流体力学的背景及其发展。从欧洲工业革命以后，资本经济的良性运作带动了自然科学的发展，在众多的自然科学起得耀眼成绩之下，流体力学也得到了空前的发展。许多科学家在流体的研究中起得的重大成果，并推动流体力学的发展。比如比较有代表性的科学家有：伽利略，帕斯卡，伯努利等伟大的科学家。他们关于流体力学的众多科学研究成果，关系到与流体有关的产业良好的发展。有了他们，才有了今天的航空工业水利工程，电力工业，石油工业等产业的发展，这些都离不开流体力学。尤其是航空航天事业的发展。 流体力的背景 从大约十四世纪左右，我们伟大的科学家们就开始了对流体的研究，并起得了许多重要的成就：伽利略的虚位移原理，并首先提出，运动物体的阻力随着流体介质的密度的增大和速度的提高而增大；帕斯卡提出密闭容器能传递压强原理；伯努利出版《流体的力学》，在书中提出流体位势能，压强势能和动能之间的转换关系著名的伯努利方程；等众多的科学家都提出了很多理论原理，为流体力学的发展做出了巨大的贡献。 流体的定义： 流体：在任何微小切力的作用下都能够发生联系性变形的物质叫做流体。通常所说的能流动的物质叫流体。液体，气体统称流体。液体，气体都有有利于流动的共同特征，但是也有不同的特征。气体分子与液体分子的大小并没有明显的差异，但是气体分子间的距离是液体分子间距离的1000倍左右，所以气体容易压缩，分子能高度地自由运动，而液体且不能像气体那样自由的运动，但是还是能在相比气体分子小的空间里自由运动，气体流动性比液体的好。在工业生产中，根据流体的不同特性选择不同的流体加以应用。流体的特征：当流体在受力的时候，将会产生联系性变形，即是流动的特征，这与固体是不同的。 流体力学研究的内容及其方法 流体力学是研究流体平衡和宏观运动规律的科学，它的平衡条件及压强分布的规律，流云的基本规律，流体扰流物体或者通过通道似的速度分布，压强分布，能量损失，流体与固体之间的相互作用。 流体力学的研究方法：理论分析法，实验研究法，数值计算法。人类在认识自然规律的时候，总是有简单到复杂，由浅入深，需要具体的实验去验证，也要有理论指导。对于流体力学，他不仅是一门新兴的学科，而且我认为这是一门经验性比强的学科，需要建立在大量统计分析的基础上的。定理只适用于一定的范围。任何定理都是这样的，因为我们所在的世界是相对的。 （一）帕斯卡定理 密闭容器内的液体能够向各个方向传递压强。 （二）伯努利定理 经过大量的实验和理论分析，伯努利总结得出，动能+重力势能+压力势能=常数，有如下关系： ρ=流体的密度，v=流动速度，p=流体所受的压强，h=流体处于的高度(从某参考点计)， 32学时流体力学课复习题 一、填空题 1、流体是一种受任何微小的剪切力作用时都会产生连续变形的物质。 2、牛顿内摩擦定律=μ其中的比例系数称为动力黏性系数(动力粘度) 。 3、作用于流体上的力按其性质可以分为表面力力和质量力 4、水力学中，单位质量力是指作用在单位_质量_ 液体上的质量力。 5、单位质量力的量纲是L/T2。 6、对于不同的流体，体积弹性系数的值不同，弹性模量越大，流体越不易被压缩。 7、某点处的绝对压强等于该处的大气压强减去该处的真空度。 8、某点处的真空等于该处的大气压强减去该处的绝对压强。 9、某点处的相对压强等于该处的绝对压强减去该处的一个大气压。 10、根据粘性的大小，粘性流体的流动状态可分为层流和紊流。 11、根据流体是否有粘性，流体可分为粘性流体和理想流体。 12、根据流动参数随时间的变化，流体流动可分为定常流动和非定常流动。 13、连续性方程是质量守恒定律在流体力学上的数学表达形式。 14、总流伯努利方程是机械能守恒定律在流体力学上的数学表达形式。 15、计算局部阻力的公式为：；计算沿程阻力的公式为：。 16、相似条件包括几何相似、运动相似和动力相似。 17、沿程阻力主要是由于流体内摩擦力引起的，而局部阻力则主要是由于流动边界局部形状急剧变化引起的。 18、连续性方程表示控制体的__质量_____守恒。 19、液体随容器作等角速度旋转时，重力和惯性力的合力总是与液体自由面_垂直。 20、圆管层流中断面平均流速等于管中最大流速的1/2 二、简答题 1、简述液体与气体的粘性随温度的变化规律，并说明为什么？ 答: 温度升高时液体的黏性降低，因为液体的粘性主要是分子间的内聚力引起的，温度升高时，内聚力减弱，故粘性降低，而造成气体粘性的主要原因在于气体分子的热运动，温度越高，热运动越强烈，所以粘性就越大 2、请详细说明作用在流体上的力。 作用在流体上的力按其性质可分为表面力和质量力，表面力是指作用在所研究流体表面上的力，它是由流体的表面与接触的物体的相互作用差生的，质量力是流体质点受某种力场的作用力，它的大小与流体的质量成正比 3、简述连续介质假说。 连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一。（宏观无限小微观无限大） 4、何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性？ 除某些特殊流动问题，工程实际中将液体看作是密度等于常数的不可压缩流体，当气体的速度小于70m/s 且压力和温度变化不大时也可近似地将气体当作不可压缩流体处理 5、流体静压力有哪两个重要特征？ 特征一：在平衡的流体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力互相垂直。 特征二：当两种互不相混的液体处于平衡时，它们的分界面必为等压面。 6、不同形状的敞开的贮液容器放在桌面上，如果液深相同，容器底部的面积相同，试问作用于容器底部的总压力是否相同？桌面上受到的容器的作用力是否相同？为什么？ 容器底部的总压力=液体压强x面积，而压强由液深决定（同种液体），所以作用于容器底部的总压力相同； 桌面上所受力是整个储有液体容器的重力，桌面上受到的容器的作用力因容器总重量不同而不同。 本题目也有漏洞：不同形状的敞开的贮液容器，体积关系不能确定，其总重量不一定相同或也不一定不同。 7、相对平衡的液体的等压面形状与什么因素有关？ 质量力（在平衡点流体中，通过任意一点的等压面必须与该店所受的质量力互相垂直） 8、静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体？或者两者都可？为什么？ 流体处于静止或相对静止状态时，各流体质点间没有相对运动，速度梯度等于零，切向应力也等于 皖西学院07–08学年度第2学期期末考试试卷（A 卷） 城环系 土木工程专业 本科 05级 流体力学课程 一．选择题：本大题共15小题；每小题3分，共45分。在每小题给出的四个选择中，只有一项是符合题目要求的，把所选择项前的字母 填在题后的括号内。 1.与流体内摩擦力成正比的是（ C ） （A ）正压力 （B ）压力梯度 （C ）流速梯度 （D ）温度 2.体积为10m 3的水在温度不变的条件下，当压强从98kPa 变到490kPa 时，体积减少为2升，水的压缩系数近似为（ B ）m 2/N （A ）0.82*10-9 （B ）0.51*10-9 （C ）0.67* 10-9 （D ）0.45*10-9 3.绝对压强abs p 与相对压强p ，真空度v p 、当地大气压a p 之间的关系（ C ） （A ）abs a p p p -= （B ）abs a p p p += （C ）abs a v p p p -= （D ）abs a v p p p + = 4.如图1所示：长10m ，直径2m 的圆柱水坝，其水平方向受水压力为（ D ） （A ）98KN （B ）980KN （C ）49KN （D ）196KN 5.静止流体中存在（ A ） （A ）正压力 （B ）正压力和拉应力 （C ）正应力和切应力 （D ）正应力、切应力和拉应力 6.变直径管，直径mm d 3201 =，mm d 1602=，流速s m v /5.11=。2v 为（ C ） （A ）3s m / （B ）4s m / （C ）6s m / （D ）9s m / 7.设流场的表达式：t x u x +=，t y u y +-=，0=z u ，当1=t 时，通过空间点（1，2，3）的流线（ B ） （A ）2)1)(1(=++y x ，3=z （B ）2)1)(1(=-+y x ，3=z （C ）2)1)(1(-=-+y x ，3=z （D ）2)1)(1(-=++y x ，3=z 8.关于恒定流的说法，下列正确的是（ B ） （A ）流动随时间按一定规律变化的流动 （B ）流场中任意空间点的运动要素不随时间变化的流动 （C ）各过流端面的速度分布相同的流动 （D ）各过流端面的压强相同的流动 9.水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，端面形心点的压强，有以下关系，正确的是（ B ） （A ）21p p > （B ）21p p < （C ）21p p = （D ）不确定 10.伯努利方程g v z p 22 ++γ表示 （ C ） （A ）单位质量流体具有的机械能 （B ）单位体积流体具有的机械能 （C ）单位重量流体具有的机械能 （D ）通过过流端面流体的总机械能 11.圆管紊流过渡区的沿程损失系数（ C ） （A ）只与雷诺数Re 有关 （B ）与管壁相对粗糙度d k /有关 （C ）与Re 及d k / 有关 （D ）与Re 和管长l 有关 12.半圆形明渠，半径m r 40=，水力半径（ C ） （A ）4m （B ）3m （C ）2m （D ）1m 13.在正常工作条件下，作用水头H 、直径d 相等时，小孔口收缩端面的流速v 和圆柱形外管嘴出流的流速 n v ，则（ A ） （A ）n v v > （B ）n v v = （C ）n v v < （D ）不定 14.长管并联管道各并联管断的（ A ） （A ）水头损失相等 （B ）水力坡度相等 （C ）总能量损失相等 （D ）通过的水量相等 流体力学分支及其概述 ： 班级：硕5015 学号： 2015/12/20 目录 流体力学分支 (2) 地球流体力学 (2) 学科的形成 (2) 研究的地球流体运动类型： (2) 水动力学 (4) 研究容 (5) 水动力学的应用 (6) 气动力学 (7) 容介绍 (7) 渗流力学 (9) 物理-化学流体动力学 (10) 研究对象 (11) 研究容 (11) 等离子体动力学和电磁流体力学 (12) 环境流体力学 (12) 生物流变学 (12) 流体力学分支 流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体。所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。 地球流体力学 流体力学的一个分支，研究地球以及其他星体上的自然界流体的宏观运动，着重探讨其尺度运动的一般规律。它是 20世纪 60年代发展起来的一个新学科。geophysical fluid dynamics按字义为"地球物理流体力学"，由于考虑到地球和自然界还有包含化学反应的许多流动过程也日渐成为这一学科的研究容，故以译作地球流体力学为宜。另外，这个学科在国际上还有一些别的名称，其中一个比较流行的是"自然流体力学"(natural fluid dynamics)。 学科的形成 近百年来，人类对天气预报、航海和海洋资源开发的需要不断增长，大气大尺度运动和海洋大尺度运动的研究得到了发展，逐渐形成了大气动力学和海洋动力学。随着空间科学技术的发展，研究近地空间和其他星体的流体运动已成为现实，而随着地质和地球物理学的发展，研究地幔运动也成为重要的课题。流体力学的一般原理虽然也适用于上述自然界流体运动，但像天气系统和大洋环流等流体运动是由自然界中巨大的能源所推动，其时间尺度和空间尺度都比气体动力学和水动力学（见液体动力学）等与生产技术有关的流体运动的尺度要大得多，而引力、星体的自旋以及能量的交换和转移过程又在其中起着主要作用，因而这些流动具有非常鲜明的特点和共同的基本规律。研究这些共同的基本规律能使人类对大气或海洋等各种具体运动的特点和规律有深刻的认识。地球流体力学正是在这种背景下逐渐形成的。 研究的地球流体运动类型： 地球流体运动按空间尺度或性质可分为下列数种类型：重力－惯性波、行星波、埃克曼流、大气和大洋环流、涡旋、重力波和对流等。后三者为一般流体 第1章 绪论 选择题 【1.1】 按连续介质的概念，流体质点是指：（a ）流体的分子；（b ）流体的固体颗粒；（c ） 几何的点；（d ）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点，但它又含有大量的分子，且具有 诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （d ） 【1.2】 与牛顿摩擦定律直接相关的因素是：（a ）切应力和压强；（b ）切应力和剪切变形 速度；（c ）切应力和剪切变形；（d ）切应力和流速。 解：牛顿摩擦定律是d d v y τμ =，而且速度梯度d d v y 是流体微团的剪切变形速度d d t γ，故d d t γτμ=。 （b ） 【1.3】 流体运动黏度υ的国际单位是：（a ）m 2/s ；（b ）N/m 2；（c ）kg/m ；（d ）N·s/m 2。 解：流体的运动黏度υ的国际单位是/s m 2。 （a ） 【1.4】 理想流体的特征是：（a ）黏度是常数；（b ）不可压缩；（c ）无黏性；（d ）符合RT p =ρ 。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （c ） 【1.5】当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（a ）1/20 000；（b ） 1/1 000；（c ）1/4 000；（d ）1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约 95d 1d 0.51011020 000k p ρ ρ-==???=。 （a ） 【1.6】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（a ）能承受拉力，平衡时 不能承受切应力；（b ）不能承受拉力，平衡时能承受切应力；（c ）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（d ）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切 应力。 （c ） 【1.7】下列流体哪个属牛顿流体：（a ）汽油；（b ）纸浆；（c ）血液；（d ）沥青。 解：满足牛顿摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （a ） 【1.8】 15C 时空气和水的运动黏度6215.210m /s υ-=?空气， 621.14610m /s υ-=?水，这说明：在运动中（a ）空气比水的黏性力大；（b ）空气比水的黏性力小；（c ）空气与水的黏性力接近；（d ）不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近10倍，但由于水的密度是空气的近800倍，因此水 的黏度反而比空气大近50倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有 关，因此它们不能直接比较。 （d ） 【1.9】 液体的黏性主要来自于液体：（a ）分子热运动；（b ）分子间聚力；（c ）易变形性； （d ）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子聚力决定。 （b ）第2章 流体静力学 选择题： 【2.1】 相对压强的起算基准是：（a ）绝对真空；（b ）1个标准大气压；（c ）当 工程流体力学 习题详解 第一章 流体的物理性质 【1－1】500cm 3的某种液体，在天平上称得其质量为0.453kg ，试求其密度和相对密度。 【解】 3340.4530.90610 kg/m 510 m V ρ-= ==?? 3 3 0.906100.9061.010w ρδρ?===? 【1－2】 体积为5m 3的水，在温度不变的条件下，当压强从98000Pa 增加到4.9×105Pa 时， 体积减少1升。求水的压缩系数和弹性系数。 【解】由压缩系数公式 105 10.001 5.110 1/Pa 5(4.91098000) p dV V dP β-=-==???- 911 1.9610 Pa 5.1 p E β= = =? 【1－3】温度为20℃，流量为60 m 3/h 的水流入加热器，如果水的体积膨胀系数βt =0.00055K -1，问加热到80℃后从加热器中流出时的体积流量变为多少？ 【解】根据膨胀系数 1t dV V dt β= 则 211t Q Q dt Q β=+ 3600.00055(8020)6061.98 m /h =??-+= 【1－4】图中表示浮在油面上的平板，其水平运动速度为u =1m/s ，δ=10mm ，油品的粘度μ=0.9807Pa·s ，求作用在平板单位面积上的阻 力。 【解】根据牛顿内摩擦定律 =du dy τμ 则 21 =0.980798.07N/m 0.01 τ? = 【1－5】已知半径为R 圆管中的流速分布为 r z u 习题1-4图 油 δ u y x 2 2=(1)r u c R - 式中c 为常数。试求管中的切应力τ与r 的关系。 【解】根据牛顿内摩擦定律 =du dy τμ 则 2222=[(1)]d r r c c dr R R τμμ-=- 第二章 流体静力学 【2－1】容器中装有水和空气，求A 、B 、C 和D 各点的表压力？ 【解】 3434222 3232() ()()(2) MA MB MA MC MB MD MC p g h h p p g h h h gh p p gh p p g h h g h h ρρρρρρ=+=-++=-==-=-+=-+ 【2－2】如图所示的U 形管中装有水银与水，试求： (1)A 、C 两点的绝对压力及表压力各为多少？ (2)求A 、B 两点的高度差h ？ 【解】 (1) ()w 0.3a b A a p p g ρ=+? w 0.3MA p g ρ=? ()w H 0.30.1ab C a p p g g ρρ=+?+? w H 0.30.1MC p g g ρρ=?+? (2)选取U 形管中水银的最低液面为等压面，则 w H 0.3g gh ρρ?= 得 w H 0.3 22 cm h ρρ?== 【2－3】 在一密闭容器内装有水及油，密度分别为ρw 及ρo ，油层高度为h 1，容器底部装有水银液柱压力计，读数为R ，水银面与液面的高度差为h 2，试导出容器上方空间的压力p 与读 数R 的关系式。 【解】选取压力计中水银最低液面为等压面，则 1w 21()o H p gh g h R h gR ρρρ+++-= 得 1w 21()H o p gR gh g h R h ρρρ=--+- 题2－1图 ? ?A ?B ?C p a h 1 h 2 h 3 h 4 空气 空气 D 题2－2图 p a C p a 30cm 10cm h A B 水 水银 水 油 ? p h 1 h 2 R 题2－3图 流体力学A卷参考答案 一、简要回答(共32分,每小题4分) 1．定常流动 答：各空间点处质点的运动要素不随时间变化的流动。 2.表面力 答：表面力是作用在流体表面或截面上且与作用面的面积成正比的力，表面力包括压应力和切应力。 3. 量纲 答：量纲表征物理量性质和类别的标志，是物理量的质的特征,也称为因次。4. 流线 答：流场中人为做出的光滑曲线，在同一瞬时其上每点的切线与该点的速度矢量重合。（流线具有瞬时性） 5. 缓变流 答：缓变流—流线为近似平行直线的流动或曲率半径很大处的流动。 6. 层流 答：各层流体质点互不干扰混杂、有秩序地一层层的流动。这种流动称为“层流”。 7. 水力光滑管 答：当δ 管的粗糙度层流底层厚度时，管壁的凹凸部分完全淹没在层流中，流体的?< 紊流核区不直接与管壁接触，?对液体紊流无影响。由于层流边层的存在，?对层流阻力有一定影响，这种管称水力光滑管。 8. 力学相似 答：力学相似——实物流动与模型流动在对应点上的对应（同名）物理量都应该具有固定的比例关系。力学相似的3个条件是：几何相似、运动相似、动力相似。 二、雷诺数Re有什么物理意义？它为什么能起到判别流态的作用？（10分） 答：雷诺数的物理意义是流体运动时所受到的惯性力与粘性力之比。（3分）层流和紊流的根本区别在于层流各流层间互不掺混，只存在粘性引起的摩擦阻力；紊流则有大小不等的涡流动荡于各流层之间，除了粘性阻力，还存在着由于质点掺混、互相碰撞所造成的惯性阻力。（4分） 层流受扰动后，当粘性力的稳定作用起主导作用时，扰动就受到粘性的阻滞而衰减下来，层流趋于稳定。当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动作用衰减下来，于是流动便变为紊流。因此，流动呈现什么状态，取决于扰动的惯性力作用和粘性的稳定作用相互制约的结果。 雷诺数之所以能判别流态，正是因为它反映了惯性力和粘性力的对比关系，是一个无量纲的纯数。因此，当圆管中流体流动的雷诺数小于2320时，其粘性起主导作用，层流稳定。当雷诺数大于2320时，在流动核心部分的惯性力克服了粘性力的阻滞而产生涡流，掺混现象出现，层流向紊流转化。（3分） 三、如图所示为一侧有水的倾斜安装的均质矩形闸门，其宽度b=2m，倾斜角α=600，铰链《工程流体力学》考试试卷及答案解析
工程流体力学教学课件ppt作者闻建龙工程流体力学习题+答案(部分)
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