流体力学题及答案

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1、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？DCCD(c)盛有不同种类溶液的连通器3已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强p98kN/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p25kN/m2, h5m, h2 = 2mo 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）。2水银解：画出相对压强分布图， 计算各侧静水压力， 求 静水总

2、压力的大小列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。P=24.5 kN e 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，

3、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?-X9水流从水箱经、管径分别为 孔=咛已，d =5d出，出口流速匕=im 均流速。W分别/s，如阁所示。m，d3 = 25on的管道流求流量及其它管道的断面平解：应用连续性方程（1）流量：Q =七七=4.91 x 10一31/s（2）断面平均流速七=0.0625m/ s ,七=0.25m/ s。10如图铅直放置的有压管道，已知dj200mm, 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

4、a中若水自下而上流动，Q及v是否会发生变化？饥2勺11解：应用连续性方程（a）（1）Q = 31.4 i / s（2）v = 4m / s（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Ai=0.05m2，A2=0.03m3，A0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略(vo0)，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。_Y_ _d 中 a2 a3.十解：(1)因为不计

5、管路的水头损失，此题为理想流体的流动。 因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。 先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。答案：七=9m / s q = 0.396m 3/ s(2) 绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤： 因为是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。V 2 计算各段流速水头X 。 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Az = 1m，点A处直径d =0.25m， A压强 p7.84N/cm2，点 B 处直径 d0.5m，压强 PB = 4.9N/cm2，断面平均流速VB=1.2m/s。判断管中水流方

6、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

7、 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Re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

8、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l = 100m ,管径d = 5cm，已知油的密度P = 930kgm3，动力粘滞系数R = 0.

9、072N - s前。当通过输油管的 流量Q = O.005m3s时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水 头损失hf O解：(1)计算雷诺数判别流态。(2) 计算沿程阻力系数4。(3) 计算沿程水头损失七o答案：层流 沿程水头损失气=25.74m(油柱)2. 水管直径d = 10mm，管中水流流速v = 0.2m/s，水温T = 10OC，( 1) 试判别其流态；(2)若流速与水温不变，管径改变为30mm，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

10、，求管径。答案：d = 13.06mm3. 有一圆管，在管内通过v= 0.013cm2 /s的水，测得通过的流量为 Q = 35cm2 /s，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4表达式 并代入数据；（2）将上式再代入达西公式广d 2g并化简，代入数据求 管径。答案：d = 14.2mm4. 水管直径d = 100mm，管中水流流速v = 100cm/s，水温T = 1OoC， 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J = 0.0009，明渠底宽为 b = 2m，水深h = 1m，粗糙系数n =

11、 0.014，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， 计算出水力要素：面积A，湿周x，水力半径R， 用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C， 谢齐公式计算流速； 计算量答案：Q = 2.7m3/s （用曼宁公式计算）Q = 3.03m 3/s（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。已知气=150mm，d2 = 75mm，/ = 50m，管道的当量粗糙度K = 0.6mm，水 温为20 C。若管道的出口流速与=2m/s，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

12、，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人（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。=0.5（4）沿程阻力系数人选取公式有别，结果可不同。答案：H = 12.93m7. 某一水池，水位恒定，通过一根管径d = 100mm、管长l = 800m的 管道，已知水池水面和管道出口高差H = 20m，管道上有两个弯 头，每个弯头的局部阻力系数 =。3，管道进口是直角进口（。=0.5）管道全长的沿程阻力系数牛0.025，试求通过管道的流 量。di-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=

13、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.10m2. 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气C.作用水头大于0.75H0 D.管长/ = （3-4）d，作用 水头 h 0.75 H04.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

14、，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 H 1 = 1.5m , H 2 = 2.0m，管长 11= 12= 5.0m， 管径d1

15、= d2 = 0.1m，沿程损失系数牛0.02，进口设拦污栅，进口局部损失系数P 1=10.0，弯管局部损失系数2=0.15。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。 局部损失系数要考虑周全（共3个）。 此题，管中最大真空值发生在最高处。答案：Q = 0.0117 m 3/s（马=3.369mH 2 02. 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，qj0.10 m 3 / s， q2=0.08 m3 / s， q3=0.05 m3 / s， 管道的粗糙系数n=0