《2023年工程流体力学习题集及超详细解析超详细解析答案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年工程流体力学习题集及超详细解析超详细解析答案.pdf（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 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）流体内的固体颗粒；（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】与牛顿内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：牛顿内摩擦定律是ddvy，而且速度梯度ddvy是流体微团的剪切变形速度ddt，故ddt。（
2、b）【1.3】流体运动黏度 的国际单位是：（a）m2/s；（b）N/m2；（c）kg/m；（d）Ns/m2。解：流体的运动黏度 的国际单位是/sm2。（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RTp。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95d1d0.5 101 1020 000k p。（a）【1.6】从力学的角度分析，一
3、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：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。（a）【1.8】15 Co时空气和水的运动黏度6215.2 10m/s空气，621.146 10m/s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；
4、（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）分子间内聚力；（c）易变形性；（d）抗拒变形的能力。解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。（b）上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 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 地大气压；（d）液面压强。解：相对压强是绝对压强和当地大
5、气压之差。（c）【2.2】金属压力表的读值是：（a）绝对压强；（b）相对压强；（c）绝对压强加当地大气压；（d）相对压强加当地大气压。解：金属压力表的读数值是相对压强。（b）【2.3】某点的真空压强为 65 000Pa，当地大气压为 0.1MPa，该点的绝对压强为：（a）65 000 Pa；（b）55 000 Pa；（c）35 000 Pa；（d）165 000 Pa。解：真空压强是当相对压强为负值时它的绝对值。故该点的绝对压强64ab0.1 106.5 1035 000Pap。（c）【2.4】绝对压强abp与相对压强p、真空压强vp、当地大气压ap之间的关系是：（a）abvppp；（b）ab
6、appp；（c）vabappp；（d）vappp。解：绝对压强当地大气压相对压强，当相对压强为负值时，其绝对值即为真空压强。即abavpppp ，故abvappp。（c）【2.5】在封闭容器上装有 U形水银测压计，其中 1、2、3 点位于同一水平面上，其压强关系为：（a）p1p p3；（b）p1=p=p3；（c）p1p p3；（d）p2p1p3。解：设 该 封 闭 容 器 内 气 体 压 强 为0p，则20pp，显 然32pp，而21Hgphph气体，显然12pp。（c）321水汞习题.52图p0h 习题.62图ABhph【2.6】用形水银压差计测量水管内、两点的压强差，水银面高度hp10cm
7、，pA-pB为：（a）13.33kPa；（b）12.35kPa；（c）9.8kPa；（d）6.4kPa。解：由于222H OH OH OHgApBpphhphh 故2HgH O()(13.61)9 8070.112.35kPaABppph。（b）【2.7】在液体中潜体所受浮力的大小：（a）与潜体的密度成正比；（b）与液体的密度成正比；（c）与潜体的淹没深度成正比；（d）与液体表面的压强成反比。上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 解：根据阿基米德原理，浮力的大小等于该物体所排开液体的重量，故浮力的大小与液体的密度成正比。（b）【2.8】静止流场中的压强分布规律：（a
8、）仅适用于不可压缩流体；（b）仅适用于理想流体；（c）仅适用于粘性流体；（d）既适用于理想流体，也适用于粘性流体。解：由于静止流场均可作为理想流体，因此其压强分布规律既适用于理想流体，也适用于粘性流体。（d）【2.9】静水中斜置平面壁的形心淹深Ch与压力中心淹深Dh的关系为Ch Dh：（a）大于；（b）等于；（c）小于；（d）无规律。解：由于平壁上的压强随着水深的增加而增加，因此压力中心淹深hD要比平壁形心淹深Ch大。（c）【2.10】流体处于平衡状态的必要条件是：（a）流体无粘性；（b）流体粘度大；（c）质量力有势；（d）流体正压。解：流体处于平衡状态的必要条件是质量力有势 （c）【2.11
9、】液体在重力场中作加速直线运动时，其自由面与 处处正交：（a）重力；（b）惯性力；（c）重力和惯性力的合力；（d）压力。解：由于流体作加速直线运动时，质量力除了重力外还有惯性力，由于质量力与等压面是正交的，很显然答案是 （c）计算题：【2.12】试决定图示装置中A、B两点间的压强差。已知h1=500mm，h2=200mm，h3=150mm，h4=250mm，h5=400mm，酒精1=7 848N/m3，水银2=133 400 N/m3，水3=9 810 N/m3。习题.122图BAh1h2h3h411334h52水酒精水水银 解：由于 3 1222Aphph 而 321 354324()Bpp
10、hphhh 因此 2543241 3()Bpphhhh 即 22354241 33 1ABpphhhhhh 354241 33 1()hhhhh 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 133 4000.29 810(0.40.25)133 4000.25 7 8480.159 8100.5 55 419.3Pa55.419kPa【2.13】试对下列两种情况求A液体中M点处的压强（见图）：（1）A液体是水，B液体是水银，y=60cm，z=30cm；（2）A液体是比重为 0.8 的油，B液体是比重为 1.25 的氯化钙溶液，y=80cm，z=20cm。解（1）由于12B
11、ppz 13pp 而 3MABAppyzy 134 0000.39 8100.646.086kPa（2）MBApzy 1.25 9 8100.20.8 9 8100.88.731kPa【2.14】在斜管微压计中，加压后无水酒精（比重为 0.793）的液面较未加压时的液面变化为y=12cm。试求所加的压强p为多大。设容器及斜管的断面分别为A和a，1001Aa，1sin8。习题.142图Apyap=0时液面h 解：加压后容器的液面下降yhA 则 (sin)(sin)yapyhyA 0.120.120.7939 810()126Pa8100【2.19】矩形闸门AB宽为 1.0m，左侧油深h1=1m，
12、水深h2=2m，油的比重为 0.795，闸门倾角=60，试求闸门上的液体总压力及作用点的位置。解：设油，水在闸门AB上的分界点为E，则油和水在闸门上静压力分布如图所习题.132图液体液体zyABM213上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 示。现将压力图F分解成三部分1F，2F，3F，而123FFFF，其中 111.155msinsin60hAE 222.31msinsin60hEB Ep油10.7959 810 17 799Pah BEpp水27 7999 810227 419Pah 1E11I7 799 1.1554 504N22Fp AE 2EI7 7992.
13、3118 016NFp EB 3BE11()I(27 4197 799)2.3122 661N22FppEB 故总压力1234 50418 01622 66145.18kNFFFF 设总压力F作用在闸门AB上的作用点为D，实质是求水压力图的形状中心离开A点的距离。由合力矩定理，123212()()323F ADFAEFEBAEFEBAE 故2124 5041.15518 016(2.31 1.155)22 661(2.31 1.155)32345 180AD 2.35m 或者 sin2.35sin602.035mDhADa 习题.192图油水h1h2ABpEFpBEDF1F2F3 习题.202
14、图OaHhOApAF1F2pBByF 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 【2.24】如图所示一储水容器，容器壁上装有 3 个直径为d=0.5m 的半球形盖，设h=2.0m，H=2.5m，试求作用在每个球盖上的静水压力。习题.242图cabhHFzbFzaFxcFzcVpaVpbVpc 解：对于a盖，其压力体体积paV为 23p11()2 426ahVHdd 2331(2.51.0)0.50.50.262m412 p9 8100.2622.57kNzaaFV（方向）对于 b 盖，其压力体体积为pbV 23p1()2 412bhVHdd 2331(2.51.0)0.
15、50.50.720m412 p9 8100.7207.063kNzbbFV（方向）对于c盖，静水压力可分解成水平及铅重两个分力，其中 水平方向分力229 8102.50.54.813kN44xcFHd（方向）铅重方向分力3p9 8100.50.321kN12zccFV（方向）【2.30】某空载船由内河出海时，吃水减少了 20cm，接着在港口装了一些货物，吃水增加了 15cm。设最初船的空载排水量为 1 000t，问该船在港口装了多 少 货 物。设 吃 水 线 附 近 船 的 侧 面 为 直 壁，设 海 水 的 密 度 为=1 026kg/m3。解：由于船的最初排水量为1 000t，即它的排水体
16、积为31 000m，它未装货时，在海水中的排水体积为 31 000974.66m1.026V，按题意，在吃水线附近穿的侧壁为直壁，则吃水线附近的水 线面积为 21 000974.66126.7m0.20S 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 因此载货量 126.70.15 1 02619.50t191.3W kN 第 3 章流体运动学 选择题：【3.1】用欧拉法表示流体质点的加速度a等于：（a）22ddtr；（b）vt；（c）()vv；（d）()t vvv。解：用欧拉法表示的流体质点的加速度为 ddtt vvavv（d）【3.2】恒定流是：（a）流动随时间按一定规
17、律变化；（b）各空间点上的运动要素不随时间变化；（c）各过流断面的速度分布相同；（d）迁移加速度为零。解：恒定流是指用欧拉法来观察流体的运动，在任何固定的空间点若 流体质点的所有物理量皆不随时间而变化的流动.（b）【3.3】一元流动限于：（a）流线是直线；（b）速度分布按直线变化；（c）运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d）运动参数不随时间变化的流动。解：一维流动指流动参数可简化成一个空间坐标的函数。（c）【3.4】均匀流是：（a）当地加速度为零；（b）迁移加速度为零；（c）向心加速度为零；（d）合加速度为零。解：按欧拉法流体质点的加速度由当地加速度和变位加速度（亦称迁移加速度）这两部
18、分组成，若变位加速度等于零，称为均匀流动 （b）【3.5】无旋运动限于：（a）流线是直线的流动；（b）迹线是直线的流动；（c）微团无旋转的流动；（d）恒定流动。解：无旋运动也称势流，是指流体微团作无旋转的流动，或旋度等于零的流动。（d）【3.6】变直径管，直径1320mmd，2160mmd，流速11.5m/sV。2V为：（a）3m/s；（b）4m/s；（c）6m/s；（d）9m/s。解：按连续性方程，22112244VdVd，故 2212123201.56m/s160dVVd （c）【3.7】平面流动具有流函数的条件是：（a）理想流体；（b）无旋流动；（c）具有流速势；（d）满足连续性。解：平
19、面流动只要满足连续方程，则流函数是存在的。（d）【3.8】恒定流动中，流体质点的加速度：（a）等于零；（b）等于常数；（c）随时间变化而变化；（d）与时间无关。上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 解：所谓恒定流动（定常流动）是用欧拉法来描述的，指任意一空间点观察流体质点的物理量均不随时间而变化，但要注意的是这并不表示流体质点无加速度。（d）【3.9】在 流动中，流线和迹线重合：（a）无旋；（b）有旋；（c）恒定；（d）非恒定。解：对于恒定流动，流线和迹线在形式上是重合的。（c）【3.10】流体微团的运动与刚体运动相比，多了一项 运动：（a）平移；（b）旋转；（c）
20、变形；（d）加速。解：流体微团的运动由以下三种运动：平移、旋转、变形迭加而成。而刚体是不变形的物体。（c）【3.11】一维流动的连续性方程VA=C成立的必要条件是：（a）理想流体；（b）粘性流体；（c）可压缩流体；（d）不可压缩流体。解：一维流动的连续方程VA C成立的条件是不可压缩流体，倘若是可压缩流体，则连续方程为VAC （d）【3.12】流线与流线，在通常情况下：（a）能相交，也能相切；（b）仅能相交，但不能相切；（c）仅能相切，但不能相交；（d）既不能相交，也不能相切。解：流线和流线在通常情况下是不能相交的，除非相交点该处的速度为零（称为驻点），但通常情况下两条流线可以相切。（c）【3
21、.13】欧拉法 描述流体质点的运动：（a）直接；（b）间接；（c）不能；（d）只在恒定时能。解：欧拉法也称空间点法，它是占据某一个空间点去观察经过这一空间点上的流体质点的物理量，因而是间接的。而拉格朗日法（质点法）是直接跟随质点运动观察它的物理量 （b）【3.14】非恒定流动中，流线与迹线：（a）一定重合；（b）一定不重合；（c）特殊情况下可能重合；（d）一定正交。解：对于恒定流动，流线和迹线在形式上一定重合，但对于非恒定流动，在某些特殊情况下也可能重合，举一个简单例子，如果流体质点作直线运动，尽管是非恒定的，但流线和迹线可能是重合。（c）上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有
22、 违者必究 【3.15】一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的必要条件是：（a）理想流体；（b）粘性流体；（c）可压缩流体；（d）不可压缩流体。解：这道题的解释同 3.11 题一样的。（d）【3.16】速度势函数存在于 流动中：（a）不可压缩流体；（b）平面连续；（c）所有无旋；（d）任意平面。解：速度势函数（速度势）存在的条件是势流（无旋流动）（c）【3.17】流体作无旋运动的特征是：（a）所有流线都是直线；（b）所有迹线都 是直线；（c）任意流体元的角变形为零；（d）任意一点的涡量都为零。解：流体作无旋运动特征是任意一点的涡量都为零。（d）【3.18】速度势函数和流函数同
23、时存在的前提条件是：（a）两维不可压缩连续运动；（b）两维不可压缩连续且无旋运动；（c）三维不可压缩连续运动；（d）三维不可压缩连续运动。解：流函数存在条件是不可压缩流体平面流动，而速度势存在条件是无旋流动，即流动是平面势流。（b）计算题 【3.19】设流体质点的轨迹方程为 123e1e1ttxCtyCtzC 其中C1、C2、C3为常数。试求（1）t=0 时位于ax，by，cz 处的流体质点的轨迹方程；（2）求任意流体质点的速度；（3）用 Euler法表示上面流动的速度场；（4）用 Euler 法直接求加速度场和用 Lagrange 法求得质点的加速度后再换算成 Euler 法的加速度场，两者
24、结果是否相同。解：（1）以0t，xa，yb，zc代入轨迹方程，得 12311acbccc 故得12311cacbcc 当0t 时位于(,)a b c流体质点的轨迹方程为 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 (1)e1(1)e1ttxatybtzc （a）（2）求任意质点的速度12e1e10ttxuctyvctw （b）（3）若用 Euler 法表示该速度场 由（a）式解出,a b c；即 111e111ettaxtbytcz （c）（a）式对t求导并将（c）式代入得(1)e1(1)e120ttxuaxttyvbyttzwt （d）（4）用 Euler 法求加速度场
25、 xuuuuauvwtxyz 1()1xtxt yvvvvauvwtxyz 1(2)1ytyt 0zwwwwauvwtxyz 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 由（a）式 Lagrange 法求加速度场为 222222(1)e(1)e0txtyzxaatyabtzat （e）将（c）式代入（e）式 得 011zyxatyatxa 两种结果完全相同【3.20】已知流场中的速度分布为 uyztvxztwxy （1）试问此流动是否恒定。（2）求流体质点在通过场中（1,1,1）点时的 加速度。解：（1）由于速度场与时间t有关，该流动为非恒定流动。（2）xuuuuauvw
26、txyz )()(1xyytxzz yvvvvauvwtxyz )()(1xyxtyzz zwwwwauvwtxyz )()(txzxtyzy 将 1,1,1xyz代入上式，得 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 213zyxatata【3.22】已知流动的速度分布为 2222()()uay yxvax yx 其中a为常数。（1）试求流线方程，并绘制流线图；（2）判断流动是否有旋，若无旋，则求速度势并绘制等势线。解：对于二维流动的流线微分方程为 ddxyuv 即 2222dd()()xyay yxax yx 消去 22()a yx 得 ddx xy y 积分 得
27、221122xyc 或者 22xyc 若c取一系列不同的数值，可得到流线族双曲线族，它们的渐近 线为xy 如图 有关流线的指向，可由流速分布来确定。2222()()uay yxvax yx 对于 0y,当|yx时，0u 当|yx时，0u 对于 0y,当|yx时，0u 当|yx时，0u 据此可画出流线的方向 判别流动是否有旋，只要判别rotv是否为零，yxO习题.223图上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 2222()()vuax yxay yxxyxy 222222()2()2a yxaxa yxay 22220axay 所以流动是有旋的，不存在速度势。maxma
28、x24233bubu【3.29】下列两个流动，哪个有旋？哪个无旋？哪个有角变形？哪个无角变形？（1）uay，vax，0w （2）22cyuxy，22cxvxy，0w 式中a、c是常数。解：（1）判别流动是否有旋，只有判别rotv是否等于零。000wvyz 000uwzx ()2vuaaaxy 所以 rot2avk 流动为有旋流动。角变形 11()()022xyvuaaxy&11()(00)022yzwvyz&11()(00)022xzuwzx&所以流动无角变形。(2)000wvyz 000uwzx 222222222222()2()20()()vuc xycxc xycyxyxyxy 故流动为
29、无旋 同理 22222()()xyc xyxy&0yz&0 xz&上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 【3.30】已知平面流动的速度分布224uxxy，22vxyy。试确定流动：（1）是否满足连续性方程；（2）是否有旋；（3）如存在速度势和流函数，求出和。解：（1）由divv是否为零 得 22220uvxxxy 故满足连续性方程 （2）由二维流动的rotv 得 2(4)0vuyxy 故流动有旋 （3）此流场为不可压缩流动的有旋二维流动，存在流函数 而速度势不存在 224uxxyy 积分得 2222()x yxyyf x 22vxyyx 故 22()22xyyfxx
30、yy ()0fx，()f xC 因此 2222x yxyy（常数可以作为零）第 4 章 理想流体动力学 选择题【4.1】如图等直径水管，AA为过流断面，BB为水平面，1、2、3、4 为面上各点，各点的运动参数有以下关系：（a）21pp；（b）43pp；（c）gpzgpz2211；（d）gpzgpz4433。上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 AB1342AB习题.14图 解：对于恒定渐变流过流断面上的动压强按静压强的分布规律，即 pzc，故在同一过流断面上满足gpzgpz2211 （c）【4.2】伯努利方程中22paVzgg表示（a）单位重量流体具有的机械能；（b
31、）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）通过过流断面流体的总机械能。解：伯努利方程gvgpz22表示单位重量流体所具有的位置势能、压强势能和动能之和或者是总机械能。故 （a）【4.3】水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心的压强，有以下关系：（a）21pp；（b）21pp；（c）21pp；（d）不定。解：水平放置的渐扩管由于断面 1 和 2 形心高度不变，但21VV因此12pp（c）【4.4】粘性流体总水头线沿程的变化是：（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。解：粘性流体由于沿程有能量损失，因此总水头线沿程总是下降的 （a）【4
32、.5】粘性流体测压管水头线沿程的变化是：（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。解：粘性流体测压管水头线表示单位重量流体所具有的势能，因此沿程的变化是不一定的。（d）计算题【4.6】如图，设一虹吸管a=2m,h=6m,d=15cm。试求：（1）管内的流量；（2）管内最高点S的压强；（3）若h不变，点S继续升高（即a增大，而上端管口始终浸入水内），问使吸虹管内的水不能连续流动的a值为多大。解：(1)以水箱底面为基准，对自由液面上的点1 和虹吸管下端出口处 2 建立 1-2 流线伯努利方程，则 2211221222pvpvzzgg 其中 hzz21，021pp，1
33、0v z1Sahz2d习题.64图112 2上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 则 2m22 9.81 610.85svgh 管内体积流量 3222m10.850.150.192s44Qvd (2)以管口 2 处为基准，对自由液面 1 处及管内最高点S列 1-S流 线伯努利方程。则2211122ssspvpvzzgg 其中 hz 1,yhzs,01p,10v,210.85m/ssvv 即22()2svpyg 9 807210.85(2)78.46kPa2 9.81 即S点的真空压强v78.46kPap (3)当h不变，S点y增大时，当S点的压强sp等于水的汽化压强
34、时，此时S点发生水的汽化，管内的流动即中止。查表，在常温下（15 ）水的汽化压强为 1 697Pa（绝对压强）以管口 2 为基准，列2S 点的伯 努利方程，2222222ssspvpvzzgg 其中 yhzs，02z，2svv，1 697 Pasp，21 01325Pap （大气绝对压强）即 21 013251 697 610.1664.16m9 807 sppyh 本题要注意的是伯努利方程中两边的压强计示方式要相同，由于sp为绝对压强，因此出口处也要绝对压强。【4.8】如图，水从密闭容器中恒定出流，经一变截面管而流入大气中，已知H=7m,p=0.3at,A1=A3=50cm2，A2=100c
35、m2，A4=25cm2，若不计流动损失，试求：（1）各截面上的流速、流经管路的体积流量；（2）各截面上的总水头。解：（1）以管口 4 为基准，从密闭容器自由液面上 0 点到变截面管出口处 4列 04 流线伯努利方程，2200440422pvpvzzgg 其中 Hz 0，04z 040ppp，上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 00v 即 4m2()2 9.81(73)14spvg H 2241410m22 9.81vg 由连续性原理，由于13AA 故13vv 又 由于 3 344AvA v 故 434325147m/s50AvvA 由于 2244AvAv 故 42
36、4225m143.5s100AvvA 流经管路的体积流量3444m25 10140.035sQA v（2）以管口为基准，该处总水头等于10m，由于不计粘性损失，因此各截面上总水头均等于10m。【4.9】如图，在水箱侧壁同一铅垂线上开了上下两个小孔，若两股射流在O点相交,试证明1 122h zh z。解：列容器自由液面 0 至小孔 1 及 2 流线的伯努利方程，可得到小孔处出流速度2vgh。此公式称托里拆利公式（Toricelli），它在形式上与初始速度为零的自由落体运动一样，这是不考虑流体粘性的结果。由 212ygt公式，分别算出流体下落y距离所需的时间，其中 121222yyttgg，经过1
37、t及2t时间后，两孔射流在某处相交，它们的水平距离相等，即 1 12 2v tv t，其中 112vgh，222vgh，因此 12122222yyghghgg 即 1122h yh y 【4.14】如图，一消防水枪，向上倾角30水管直径D=150mm，压力表读数p=3m水柱高，喷嘴直径d=75mm，求喷出流速，喷至最高点的高程及在最高点的射流直径。解：不计重力，对压力表截面 1 处至喷咀出口 2 处列伯努利方程 22112222pVpVgg p0A1A2A3A4H习题.84图0044h1h2z2z1习题.94图0012上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 其中 13
38、mp 20p 得 2221236VVgg ()a 另外，由连续方程 221244D Vd V 得 222122751504VdVVVD 上式代入()a式得 22226 9.8116VV 因此 27.92m/sV 设最高点位置为maxy，则根据质点的上抛运动有 22max(sin)2Vagy 2max(7.92sin30)0.8m2 9.81yo 射流至最高点时，仅有水平速度32cos30VVo，列喷咀出口处 2 至 最高点处 3 的伯努利方程（在大气中压强均为零）。22320.822VVgg 得 22320.8 27.920.8 2 9.816.86m/sVVg 或者水平速度始终是不变的 32
39、cos307.920.8666.86m/sVVo 由连续方程，最高点射流直径3d为 2223344d Vd V 故 2337.927580.6mm6.86VddV 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 习题.144图12 水d1d2V习题.154图xF1V1p1【4.15】如图，水以V=10m/s 的速度从内径为 50mm的喷管中喷出，喷管的一端则用螺栓固定在内径为 100mm水管的法兰上，如不计损失，试求作用在连接螺栓上的拉力。解：由连续方程2211244VdVd 故2221150102.5m/s100dVVd 对喷管的入口及出口列总流伯努利方程 221122pV
40、Vpgg 其中 0p 得 22222110.5 1 000102.546 875N/m2pVV 取控制面,并建立坐标如图,设喷管对流体的作用力为F。动量定理为 dxnxAFVV A 即 2221111121 000()1 000444FpdV VdVVd 故2222246 8750.11 0002.50.11 000 100.05444F 220.8N 则作用在连接螺栓上的拉力大小为 220.8N方向同F方向相反.第 7 章 粘性流体动力学 选择题：7.1 速度v、长度l、重力加速度g的无量纲集合是：（a）glv；（b）glv；（c）gvl；（d）glv2。解：（d）。上海海事大学 学生联合会
41、 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 7.2 速度v、密度、压强p的无量纲集合是：（a）vp；（b）pv；（c）2pv；（d）2vp。解：（d）。7.3 速度v、长度l、时间t的无量纲集合是：（a）ltv；（b）vlt；（c）2vtl；（d）vtl。解：（d）。7.4 压强差p、密度、长度l、流量Q的无量纲集合是：（a）2plQ；（b）2pQl；（c）plQ；（d）2lQp。解：（d）。7.5 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的相似准则是：（a）雷诺准则；（b）弗劳德准则；（c）欧拉准则；（d）其它。解：对于有压管流进行水力模型实验，主要是粘性力相似，因此取雷诺数相等（a）
42、7.6 雷诺数的物理意义表示：（a）粘性力与重力之比；（b）重力与惯性力之比；（c）惯性力与粘性力之比；（d）压力与粘性力之比。解：雷诺数的物理定义是惯性力与粘性力之比（c）7.7 压力输水管模型实验，长度比尺为 8，模型水管的流量应为原型输水管流量的：（a）1/2；（b）1/4；（c）1/8；（d）1/16。解：压力输水管模型实验取雷诺数相等即ppmmpmv dv d，若pm，则p1mlmpvdvd，而22mmmll2pppl118Qv dQv d （c）7.8 判断层流或紊流的无量纲量是：（a）弗劳德数Fr；（b）雷诺数Re；（c）欧拉数Eu；（d）斯特劳哈尔数Sr。解：判断层流和紊流的无
43、量纲数为雷诺数，当2300Re为层流，否则为紊流。（b）7.9 在安排水池中的船舶阻力试验时，首先考虑要满足的相似准则是：（a）雷诺数Re；（b）弗劳德数Fr；（c）斯特劳哈尔数Sr；（d）欧拉数Eu。解：在安排船模阻力试验时，理论上要满足雷诺准则和弗劳德准则，但Re数和Fr数同时分别相等是很难实现的，而且Re数相等在试验条件又存在困难，因此一般是取实船 和船模的弗劳德数相等。（b）7.10弗劳德数Fr代表的是 之比：（a）惯性力与压力；（b）惯性力与重力；（c）惯性力与表面张力；（d）惯性力与粘性力。解：（b）7.11 在安排管道阀门阻力试验时，首先考虑要满足的相似准则是：（a）雷诺数Re；
44、（b）弗劳德数Fr；（c）斯特劳哈尔数Sr；（d）欧拉数Eu。解：由于管道阀门阻力试验是粘性阻力，因此应满足雷诺数Re相等。（b）7.12 欧拉数Eu代表的是 之比：（a）惯性力与压力；（b）惯性力与重力；（c）惯性力与表面张力；（d）惯性力与粘性力。解：（a）上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 第8章 圆管中的流动 选择题：8.1 水 在 垂 直 管 内 由 上 向 下 流 动，相 距l的 两 断 面 间，测 压管水头差h，两断面间沿程水头损失fh，则：（a）fhh；（b）fhhl；（c）fhlh；（d）fhl。解：上测压管断面为 1，下测压管断面为 2，设上测
45、压管高度为1h,下测压管高度为2h，列 12 伯努利方程，由于速度相等，故1212fppzzh，故12f12pphllhhh ，答案为(a)。8.2 圆 管 流 动 过 流 断 面 上 的 切 应 力 分 布 为：（a）在 过 流 断面上是常数；（b）管轴处是零，且与半径成正比；（c）管壁处是零，向管轴线性增大；（d）按抛物线分布。(a)(b)(c)(d)习题.28图 解：由于圆管中呈层流，过流断面上速度分布为抛物线分布，设为 22max1Rruu，由牛顿内摩擦定律ducrdr (c 为常数)，故在管轴 中心0r处，切应力为零,rR处,切应力为最大，且与半径成正比，称 为切应力呈K字分布，答案
46、(b)。8.3 在圆管流动中，紊流的断面流速分布符合：（a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。解：由于紊流的复杂性，圆管的紊流速度分布由半经验公式确定符合对数分布规律或者指数分布规律。答案(d)。8.4 在圆管流动中，层流的断面流速分布符合：（a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。解：对圆管层流流速分布符合抛物线规律。答案(c)。h l 习题.18图上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 8.5 变直径管流，小管直径1d，大管直径122dd，两断面雷诺数的关系是：（a）120.5ReRe；（b）12R
47、eRe；（c）121.5ReRe；（d）122ReRe。解：圆管的雷诺数为VdRe，由于小管直径1d处的流速1V是大管直径122dd 处流速2V的 4 倍，即124VV,故122ReRe,答案(d)。8.6 圆管层流，实测管轴上流速为0.4m/s，则断面平均流速为：（a）0.4m/s；（b）0.32m/s；（c）0.2m/s；（d）0.1m/s。解：圆管层流中，管轴处的流速为最大，而断面平均流速是最大流速的一半，因此平均流速为 0.2ms，答案(c)。8.7 圆管紊流过渡区的沿程摩阻因数：（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙dks/有关；（c）与Re及dks/有关；（d）与Re及管长l
48、有关。解：从实验可知，紊流过渡区的沿程摩阻因数与雷诺数Re及相对粗糙 度dks均有关。答案(c)。8.8 圆管紊流粗糙区的沿程摩阻因数：（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙dks/有关；（c）与Re及dks/有关；（d）与Re及管长l有关。解：圆管紊流粗糙区又称为阻力平方区，沿程摩阻因数仅与dks有关，而与Re无关。答案(b)。8.9 工业管道的沿程摩阻因数，在紊流过渡区随雷诺数的增加；（a）增加；（b）减少；（c）不变；（d）不定。解：由穆迪图可以看出，工业管道的沿程摩阻因数随雷诺数的增加是 减小的。答案(b)。8.10 两根相同直径的圆管，以同样的速度输送水和空气，不会出现情况。a
49、水管内为层流状态，气管内为紊流状态；b水管，气管内都为层流状态；c水管内为紊流状态，气管内为层流状态；d水管，气管内都为紊流状态。解：由于空气的运动粘度大约是水运动粘度的 10 倍，VdRe，当这两种流体的Vd相等时，水为层流状态，则空气肯定也层流状态。（a）8.11圆管内的流动状态为层流时，其断面的平均速度等于最大速度的倍。a0.5；b1.0；c1.5；d2.0 上海海事大学 学生联合会 激情活力 精彩学联 版权所有 违者必究 解：圆管内的流态为层流时，断面的平均流速是最大速度的 0.5 倍。（a）8.12 紊流附加切应力是由于而产生的。a分子的内聚力；b分子间的动量交换；c重力；d紊流元脉
50、动速度引起的动量交换。解：紊流的附加切应力是由于紊流脉动，上下层质点相互掺混，动量交换所引起的。（d）8.13 沿程摩阻因数不受Re数影响，一般发生在。a层流区；b水力光滑区；c粗糙度足够小时；d粗糙度足够大时。解：当雷诺数足够大时，此时为阻力平方区，该区域沿程摩阻因数不受Re影响，而从穆迪图上看，该区域往往管壁粗糙度足够大。（d）8.14圆管内的流动为层流时，沿程阻力与平均速度的次方成正比。a1；b1.5；c1.75；d2 解：当流动为层流时，沿程阻力与平均速度的 1 次方成正比。（a）8.15 两根直径不同的圆管，在流动雷诺数Re相等时，它们的沿程阻力因数。a一定不相等；b可能相等；c粗管