流体力学刘鹤年第3版答案解析李忠芳

流体力学第3版全章节答案 X鹤年第一章选择题（单选题）1.1 按连续介质的概念，流体质点是指：（d）（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。1.2 作用于流体的质量力包括：（c）（a）压力；（b）摩擦阻力；（c）重力；（d）表面X力。1.3 单位质量力的国际单位是：（d）（a）N；（b）Pa；（c）；（d）。1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是：（b）（a）剪应力和压强；（b）剪应力和剪应变率；（c）剪应力和剪应变；（d）剪应力和流速。1.5 水的动力黏度随温度的升高：（b）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。1.6 流体运动黏度的国际单位是：（a）（a）；（b）；（c）；（d）。1.7 无黏性流体的特征是：（c）（a）黏度是常数；（b）不可压缩；（c）无黏性；（d）符合。1.8 当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为：（a）（a）1/20000；（b）1/10000；（c）1/4000；（d）1/2000。1.9 水的密度为1000，2L水的质量和重量是多少？解：（kg）（N）答：2L水的质量是2kg，重量是19.614N。1.10 体积为0.5的油料，重量为4410N，试求该油料的密度是多少？解：（kg/m3）答：该油料的密度是899.358kg/m3。1.11 某液体的动力黏度为0.005，其密度为850，试求其运动黏度。解：（m2/s）答：其运动黏度为m2/s。1.12 有一底面积为60cm40cm的平板，质量为5Kg，沿一与水平面成20角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为0.6mm，若下滑速度0.84，求油的动力黏度。解：平板受力如图。沿轴投影，有：（）答：油的动力黏度。1.13 为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm；涂料的黏度=0.02，模具的直径为0.9mm，长度为20mm，导线的牵拉速度为50，试求所需牵拉力。解：（kN/m2）（N）答：所需牵拉力为N。1.14 一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转=16，锥体与固定壁面间的距离=1mm，用=0.1的润滑油充满间隙，锥底半径R=0.3m，高H=0.5m。求作用于圆锥体的阻力矩。解：选择坐标如图，在处半径为的微元力矩为。其中（）答：作用于圆锥体的阻力矩为。1.15 活塞加压，缸体内液体的压强为0.1Mpa时，体积为1000，压强为10Mpa时，体积为995，试求液体的体积弹性模量。解：（Mpa）（m3）（pa）答：液体的体积弹性模量pa。1.16 图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为=4.7510-10的液压油，由手轮丝杠推进活塞加压，已知活塞直径为1cm，丝杠螺距为2mm，加压前油的体积为200mL，为使油压达到20Mpa，手轮要摇多少转？解：（m3）设手轮摇动圈数为，则有圈即要摇动12圈以上。答：手轮要摇12转以上。1.17 图示为一水暖系统，为了防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一膨胀水箱。若系统内水的总体积为8，加温前后温差为50，在其温度X围内水的膨胀系数=0.00051/。求膨胀水箱的最小容积。解：（m3）答：膨胀水箱的最小容积m3。1.18 钢贮罐内装满10的水，密封加热到75，在加热增压的温度和压强X围内，水的热膨胀系数=4.110-4/，体积弹性模量=2109，罐体坚固，假设容积不变，试估算加热后罐壁承受的压强。解：自由膨胀下有：又（Mpa）加热后，钢罐内的压强为Mpa。设（表压强）。答：加热后罐壁承受的压强是Mpa。1.19 汽车上路时，轮胎内空气的温度为20，绝对压强为395kPa，行驶后轮胎内空气的的温度上升到50，试求这时的压强。解：设满足理想气体方程，则有：假设，可解得（kPa）答：这时的压强为kPa。第二章习题答案选择题（单选题）2.1 静止流体中存在：（a）（a）压应力；（b）压应力和拉应力；（c）压应力和剪应力；（d）压应力、拉应力和剪应力。2.2 相对压强的起算基准是：（c）（a）绝对真空；（b）1个标准大气压；（c）当地大气压；（d）液面压强。2.3 金属压力表的读值是：（b）（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。2.4 某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：（c）（a）65000Pa；（b）55000Pa；（c）35000Pa；（d）165000Pa。2.5 绝对压强与相对压强、真空度、当地大气压之间的关系是：（c）（a） =+；（b）=+；（c）=-；（d）=+。2.6 在密闭容器上装有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：（c）（a）；（b）=；（c）；（d）0）的流线。解： 或 为线性方程答：流线方程为。3.11已知平面流动的速度场为=，=，其中为常数。试求流线方程并画出若干条流线。解： 为圆心在的圆族。答：流线方程为，为圆心在的圆族。3.12已知平面流动的速度场为=。求=1时的流线方程，并画出14区间穿过轴的4条流线图形。解：当秒时，过的流线为：过的流线为：过的流线为：过的流线为：答：=1时的流线方程为。3.13不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）？（1）=2；=（2）=；=（3）=；=；=解：（1）不能出现。（2）能出现。（3）不能出现。3.14已知不可压缩流体平面流动，在方向的速度分量为=-2+2。试求速度在方向的分量。解：答：速度在方向的分量。3.15在送风道的壁上有一面积为0.4的风口，试求风口出流的平均速度。解： 其中：m3/s，m3/s（m3/s）（m/s）答：风口出流的平均速度m/s。3.16求两平行平板间，流体的单宽流量，已知速度分布为=。式中=0为中心线，=为平板所在位置，为常数。（单宽，宽度为1.0米）解：单宽流量为：答：两平行平板间，流体的单宽流量为。3.17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）=，=；=0（2）=，=，=0式中、是常数。解：（1）有旋。无角变形。（2）无旋（不包括奇点）。存在角变形运动。3.18已知有旋流动的速度场=2+3，=2+3，=2+3。试求旋转角速度和角变形速度。解：答：旋转角速度，角变形速度。第四章习题答案选择题（单选题）4.1等直径水管，A-A为过流断面，B-B为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系：（c）（a） =；（b）=；（c）+=+；（d）+=+。4.2伯努利方程中+表示：（a）（a）单位重量流体具有的机械能；（b）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。4.3水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系：（c）（a）；（b）=；（c）(1+)d/）综合解：由伯努利方程得由连续性方程得 v1和d1一定。【7.26】水箱中的水经管道出流，已知管道直径为25mm，长度为6m，水位H=13m，沿程摩阻系数为=0.02，试求流量及管壁切应力。（3.12L/s；101.12N/m2）管壁切应力解：由伯努利方程得流量：【7.28】两水池水位恒定，已知管道直径d=10cm，管长l=20m，沿程摩阻系数=0.042，局部损失系数弯=0.8，阀=0.26，通过流量Q=65L/s，试求水池水面高差H。综合解：由伯努利方程得【7.29】水池中的水经弯管流入大气中。已知管道直径d=100mm，水平段AB和倾斜段BC的长度均为l=50m，高差h1=2m，h2=25m，BC段设有阀门，沿程阻力系数=0.035，管道入口及转弯局部阻力不计。试求：为使AB段末端B处的真空高度不超过7m，阀门的局部水头损失系数最小应是多少？此时的流量是多少?综合解 列伯努利方程115 / 115第八章习题答案选择题（单选题）8.1比较在正常工作条件下，作用水头，直径相等时，小孔口的流量和圆柱形外管嘴的流量：（b）（a）；（b）9m；（b）=（34），（34），9m；（d）（34），9m。8.3图示两根完全相同的长管道，只是安装高度不同，两管的流量关系是：（c）（a）；（c）=；（d）不定。8.4并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度=3，通过的流量为：（c）（a）=；（b）=1.5；（c）=1.73；（d）=3。8.5并联管道1、2、3、A、B之间的水头损失是：（d）（a）=+；（b）=+；（c）=+；（d）=。8.6长管并联管道各并联管段的：（c）（a）水头损失相等；（b）水里坡度相等；（c）总能量损失相等；（d）通过的流量相等。8.7并联管道阀门为全开时各段流量为、，现关小阀门，其他条件不变，流量的变化为：（c）（a） 、都减小；（b）减小，不变，减小；（c）减小，增加，减小；（d）不变，增加，减小。8.8有一薄壁圆形孔口，直径为10mm，水头为2m。现测得射流收缩断面的直径为8mm，在32.8s时间内，经孔口流出的水量为0.01，试求孔口的收缩系数，流量系数，流速系数及孔口局部损失系数。解： 答：孔口的收缩系数，流量系数，流速系数，孔口局部损失系数。8.9薄壁孔口出流，直径=2cm，水箱水位恒定=2m，试求：（1）孔口流量；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量；（3）管嘴收缩断面的真空高度。解： （l/s）（l/s）以收缩断面c-c到出口断面n-n列伯努利方程：（m）答：（1）孔口流量L/s；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量L/s；（3）管嘴收缩断面的真空高度为m。8.10水箱用隔板分为、两室，隔板上开一孔口，其直径=4cm，在室底部装有圆柱形外管嘴，其直径=3cm。已知=3m，=0.5m，试求：（1），；（2）流出水箱的流量。解： 要保持不变，则补充水量应与流出水量保持相等，即孔口出流量、管嘴出口流量均为。可解得：（m）（m）（l/s）答：（1）m，m；（2）流出水箱的流量L/s。8.11有一平底空船，其船底面积为8，船舷高为0.5m，船自重为9.8kN，现船底破一直径10cm的圆孔，水自圆孔漏入船中，试问经过多少时间后船将沉没。解： 设船底到水面的水深为，船中水深为，下沉过程是平稳的，则有：从孔口流入的流量为，为常数。 当船沉没时：（s）答：经过s后船将沉没。8.12游泳池长25m，宽10m，水深1.5m，池底设有直径10cm的放水孔直通排水地沟，试求放净池水所需的时间。解： 设池内水深为时，为水流量为（h）设水池中的水量为，则水量减少量为答：放净池水所需的时间为h。8.13油槽车的油槽长度为，直径为，油槽底部设有卸油孔，孔口面积为，流量系数为，试求该车充满油后所需卸空时间。解：设当油箱中漏深为时，瞬时泄油量为。其中 ，； 当时，当 当时其中积分可得：答：该车充满油后所需卸空时间为。8.14虹吸管将池中的水输入池，已知长度=3m，=5m，直径=75mm，两池水面高差=2m，最大超高=1.8m，沿程摩阻系数=0.02，局部损失系数：进口=0.5，转弯=0.2，出口=1，试求流量及管道最大超高断面的真空度。解： 以下游水面为基准面，从上池水面到下池水面列伯努利方程：（m/s）（L/s）从C过流断面到下池水面列伯努利方程：取m答：流量L/s，管道最大超高断面的真空度为m。8.15风动工具的送风系统由空气压缩机、贮气筒、管道等组成，已知管道总长=100mm，直径=75mm，沿程摩阻系数=0.045，各项局部水头损失系数之和=4.4，压缩空气密度=7.86，风动工具要求风压650kPa，风量0.088，试求贮气筒的工作压强。解： 从贮气筒到风动工具入口列伯努利方程，忽略高差，则有：（kPa）答：贮气筒的工作压强为kPa。8.16水从密闭容器，沿直径=25mm，长=10m的管道流入容器，已知容器水面的相对压强=2at，水面高=1m，=5m，沿程摩阻系数=0.025，局部损失系数：阀门=4.0，弯头=0.3，试求流量。解： 以地面为基准面，从池面到池面列伯努利方程：取；，则有（m/s）（l/s）答：流量l/s。8.17水车由一直径=150mm，长=80m的管道供水，该管道中有两个闸阀和4个90弯头（=0.03，闸阀全开=0.12，弯头=0.48）。已知水车的有效容积为25，水塔具有水头=18m，试求水车充满水所需的最短时间。解： 以管出水口为基准面，列伯努利方程：（m/s）（l/s）（s）（min）答：水车充满水所需的最短时间为min。8.18自密闭容器经两段串联管道输水，已知压力表读值=1at，水头=2m，管长=10m，=20m，直径=100mm，=200mm， 沿程摩阻系数=0.03，试求流量并绘总水头线和测压管水头线。解： 以管中心线为基准面，从容器水面到出口断面列伯努利方程：，可求得：（m/s）（m/s）（L/s）（m）（m）答：流量L/s，总水头线和测压管水头线见上图。8.19水从密闭水箱沿垂直管道送入高位水池中，已知管道直径=25mm，管长=3m，水深=0.5m，流量=1.5L/s，沿程摩阻系数=0.033，局部损失系数：阀门=9.3，入口=1，试求密闭容器上压力表读值，并绘总水头线和测压管水头线。解： 以下池水面为基准面，列伯努利方程：（kPa）（m/s）xH (m)Hp (m)-h11.58 / 11.1011.58 / 10.63l3.977 / 3.53.5 / 3.5l+h3.53.5阀4.444.44答：密闭容器上压力表读值kPa，总水头线和测压管水头线见上图。8.20工厂供水系统，由水塔向、三处供水，管道均为铸铁管，已知流量=10，=5，=10，各段管长=350m，=450m，=100m，各段直径=200mm，=150mm，=100mm，整个场地水平，试求所需水头。解： 以水平面为基准面，从水塔水面到断面出口列伯努利方程：其中：，取，查表7-3可得：；（l/s）；（l/s）；（l/s）代入可得：（m）答：所需水头为m。8.21在长为2，直径为的管道上，并联一根直径相同，长为的支管（图中虚线），若水头不变，不计局部损失，试求并联支管前后的流量比。解： 并联前，设管道的比阻为，则有：，并联后，总流为，两支路的流量为答：并联支管前后的流量比为。8.22有一泵循环管道，各支管阀门全开时，支管流量分别为、，若将阀门开度变小，其他条件不变，试论证主管流量怎样变化，支管流量、怎样变化。解： 设主管阻抗为，支管阻抗为，。主管损失为，支管损失为。水泵扬程 对离心泵，一般有，成立。即减小，而增加，减小，故增加。又，当增加时，不变，故增加减少答：主管流量减小，支管流量减少、增加。8.23电厂引水钢管直径=180mm，壁厚=10mm，流速=2，工作压强为1106Pa，当阀门突然关闭时，管壁中的应力比原来增加多少倍？解： 其中 （m/s）其中Pa；Pa；mm；mm（m）（kPa）管中压强增大的倍数为倍。答：管壁中的应力比原来增加倍。8.24输水钢管直径=100mm，壁厚=7mm，流速=1.2，试求阀门突然关闭时的水击压强，又如该管道改为铸铁管水击压强有何变化？解： 对钢管：（m/s）对铸铁：（m/s）（m）（m）PaPa答：阀门突然关闭时的水击压强为Pa，该管道改为铸铁管水击压强为Pa。8.25水箱中的水由立管及水平支管流入大气，已知水箱水深=1m，各管段长=5m，直径=25mm，沿程摩阻系数=0.0237，除阀门阻力（局部水头损失系数）外，其他局部阻力不计，试求：（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量、；（2）阀门全开（=0）时，流量、；（3）使=，应为多少？解：（1）阀门关闭。（m/s）（L/s）（2）阀门全开。设结点处压强为，以水平管为基准面，则有：；可得：其中再从水池面到出口列能量方程：可得：解得：故 ，不合题意。代入方程中可得：（L/s），（L/s），（L/s）（3）设置阀门开度，使时，阀门阻力系数为。则有 及 ， /可得：（L/s）（l/s）答：（1）阀门关闭时，立管和水平支管的流量、L/s；（2）阀门全开（=0）时，流量L/s、L/s；（3）使=，应为。8.26离心泵装置系统，已知该泵的性能曲线（见图7-49），静扬程（几何给水高度）=19m，管道总阻抗=76000，试求：水泵的流量、扬程、效率、轴功率。解： 装置扬程为 在图上作曲线，列表如下：确定工作点为：流量（L/s）扬程（m）效率轴功率（kW）8.27由一台水泵把贮水池的水抽送到水塔中去，流量=70，管路总长（包括吸、压水管）为1500m，管径为=250mm，沿程摩阻系数=0.025，水池水面距水塔水面的高差=20m，试求水泵的扬程及电机功率（水泵的效率=55%）。解： 水泵扬程 （m）（kW）答：水泵的扬程为m，电机功率为kW。第九章习题答案选择题（单选题）9.1明渠均匀流只能出现在：（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）天然河道中。9.2水力最优断面是：（c）（a）造价最低的渠道断面；（b）壁面粗糙系数最小的断面；（c）过水断面积一点，湿周最小的断面；（d）过水断面积一定，水力半径最小的断面。9.3水力最优矩形渠道断面，宽深比是：（c）（a）0.5；（b）1.0；（c）2.0；（d）4.0。9.4平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：（b）（a）0；（b）1；（b）；（c）；（d）1；（b）；（c）；（d）0。9.7明渠水流由急流过渡到缓流时发生：（a）（a）水跃；（b）水跌；（c）连续过渡；（d）都可能。9.8在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将： （a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。9.9在流量一定，渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将：（b）（a）增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。9.10宽浅的矩形断面渠道，随流量的增大，临界底坡将：（b）（a） 增大；（b）减小；（c）不变；（d）不定。9.11明渠水流如图8-49所示，试求1、2断面间渠道底坡，水面坡度，水力坡度。解： 答：1、2断面间渠道底坡，水面坡度，水力坡度。9.12梯形断面土渠，底宽=3m，边坡系数=2，水深=1.2m，底坡=0.0002，渠道受到中等养护，试求通过流量。解： （m2）（m）（m），取（见教材153页表6-4）（m3/s）答：通过流量m3/s。9.13修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量=9.7，底坡=0.001，试按水力最优断面设计断面尺寸。解： 对矩形断面，水力最优断面满足。，取，（m），（m）答：断面尺寸为m，m。9.14修建梯形断面渠道，要求通过流量=1，边坡系数=1.0，底坡=0.0022，粗糙系数=0.03，试按不冲允许流速=0.8，设计断面尺寸。解： ，（m2）又，即有 即有 解得：，（m），（m）答：断面尺寸为m，m。9.15已知一钢筋混凝土圆形排水管道，污水流量=0.2，底坡=0.005，粗糙系数=0.014，试确定此管道的直径。解： 取充满度为，则，。（m）故应取，则由表8-4查得，（m）故取（mm）答：管道的直径mm。9.16钢筋混凝土圆形排水管，已知直径=1.0m，粗糙系数=0.014，底坡=0.002，试校核此无压管道的过流量。解： 满流时的过流量为：（m3/s）对管径为m的输水管，取由图8-16查得：，（m3/s）解法2：取，则；（m3/s）答：无压管道的过流量m3/s。9.17三角形断面渠道，顶角为90，通过流量=0.8，试求临界水深。解： 临界水深满足 其中 ，取（m）答：临界水深m。9.18有一梯形土渠，底宽=12m，边坡系数=1.5，粗糙系数=0.025，通过流量=18，试求临界水深和临界底坡。解： 用试算法求解。（m）临界底坡满足：其中：