工程流体力学试题及答案.pdf

工 程 流 体 力 学 综 合 复 习 资 料一 、 判 断 题1、 温 度 升 高 时 ， 液 体 的 粘 度 增 大 。 （ ）2、 外 径 为 D、 内 径 为 d的 环 形 空 间 过 流 断 面 ， 其 水 力 半 径 是 （ D-d） 。 （ ）3、 作 用 在 对 称 曲 面 上 的 总 压 力 只 有 垂 直 分 力 。 （ ）4、 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 。 （ ）5、 欧 拉 数 的 物 理 意 义 是 压 力 与 惯 性 力 之 比 。 （ ）6、 长 管 是 指 运 算 过 程 中 流 速 水 头 不 能 略 去 的 流 动 管 路 。 （ ）二 、 选 择 题 1、 并 联 管 路 的 并 联 段 的 总 水 头 损 失 等 于 。 各 管 的 水 头 损 失 之 和 较 长 管 的 水 头 损 失 各 管 的 水 头 损 失 都 不 对2、 产 生 水 击 现 象 的 主 要 物 理 原 因 是 液 体 具 有 。 压 缩 性 与 惯 性 惯 性 与 粘 性 弹 性 与 惯 性 压 缩 性 与 粘 性3、 缓 变 流 断 面 的 水 力 特 性 。 质 量 力 只 有 惯 性 力 常 数pz 常 数 g2upz 2 常 数p 4、 理 想 流 体 是 一 种 的 流 体 。 不 考 虑 惯 性 力 静 止 时 理 想 流 体 内 部 压 力 相 等 运 动 时 没 有 摩 擦 力 运 动 时 理 想 流 体 内 部 压 力 相 等5、 两 个 流 场 动 力 相 似 的 必 要 条 件 是 相 等 。 雷 诺 数 牛 顿 数 欧 拉 数 弗 汝 德 数6、 动 力 粘 度 SPa 2100.8 的 流 体 沿 平 板 流 动 ， 速 度 梯 度 sdydu /1103 ， 产 生 切 应 力为 。 1 0.1Pa 0.8Pa 80Pa 100Pa7、 高 为 h的 敞 口 容 器 装 满 水 ， 作 用 在 侧 面 单 位 宽 度 平 壁 面 上 的 静 水 总 压 力 为 2h 221 h 22 h h 8、 水 力 光 滑 区 具 有 的 性 质 。 沿 程 水 头 损 失 与 平 均 流 速 的 二 次 方 成 正 比 。 绝 对 粗 糙 度 对 紊 流 不 起 作 用 。 沿 程 阻 力 系 数 与 平 均 流 速 的 平 方 成 正 比 。 绝 对 粗 糙 度 对 紊 流 起 作 用 。三 、 填 空 题1、 静 力 学 基 本 方 程 式 的 两 种 表 达 式 和 。2、 液 体 流 动 状 态 有 两 种 ， 即 和 ， 用 参 数 判 别 ，临 界 值 大 约 。3、 运 动 粘 度 的 因 次 是 ， 其 国 际 单 位 是 。4、 雷 诺 数 的 物 理 意 义 。5、 圆 管 层 流 总 流 量 与 管 径 的 次 方 成 正 比 。 6、 外 径 为 D、 内 径 为 d的 环 形 空 间 过 流 断 面 ， 其 水 力 半 径 是 。7、 牛 顿 内 摩 擦 定 律 的 表 达 公 式 是 。8、 长 管 是 指 的 管 路 。9、 压 力 中 心 总 压 力 的 作 用 点 也 称 为 压 力 中 心 。10、 动 能 修 正 系 数 的 物 理 意 义 是 ： 。11、 收 缩 系 数 、 流 速 系 数 与 流 量 系 数 的 关 系 式 是 。四 、 简 答 题1、 静 压 强 的 第 一 个 特 性 。2、 流 动 阻 力 的 分 类 。3、 管 嘴 出 流 的 流 量 计 算 公 式 。 4、 牛 顿 数 与 欧 拉 数 的 物 理 意 义 。5、 产 生 水 击 现 象 的 主 要 物 理 原 因 。6、 缓 变 流 断 面 的 水 力 特 性 。7、 写 出 节 流 式 流 量 计 的 流 量 计 算 公 式 。8、 流 线 的 微 分 方 程 是 什 么 ？9、 压 力 体 的 定 义 是 什 么 ？10、 分 析 局 部 水 头 损 失 产 生 的 原 因 。11、 压 力 管 路 的 定 义 是 什 么 ？12、 静 止 流 体 作 用 在 曲 面 上 的 总 压 力 大 小 计 算 公 式 。13、 简 述 研 究 流 体 流 动 的 拉 格 朗 日 法 。 五 、 计 算 题 1、 如 图 所 示 ， 一 挡 水 坝 二 向 曲 面 AB， 已 知 m1d ， m5.01 h ， m0.2h2 ， 曲 面 AB的宽 度 m5.1b ， 求 曲 面 AB上 所 受 总 压 力 的 大 小 。图2、 直 径 257mm的 长 输 管 线 ， 总 长 km50 ， 起 点 高 程 45m， 终 点 高 程 84m， 输 送 相 对 密 度 （ 比 重 ） 88.0 的 原 油 ， 运 动 粘 度 sm /10276.0 24 ， 设 计 输 量 为 smQ /063.0 3 ， 求管 路 总 压 降 。 （ 按 长 管 计 算 ， 假 设 510Re2000 按 水 力 光 滑 区 处 理 ）3、 如 图 所 示 ， 油 品 相 对 密 度 油 =0.8， 被 一 隔 板 和 一 直 径 D=0.3m 的 球 形 阀 分 隔 ， 上 游油 深 H1=0.6m， 下 游 油 深 H2=0.45m， 试 求 ： 球 阀 所 受 液 体 总 压 力 的 水 平 分 力 Px和 铅 垂 分力 Pz的 大 小 。 图4、 如 图 所 示 ， 将 一 平 板 垂 直 探 入 水 的 自 由 射 流 中 ， 设 平 板 截 去 射 流 的 部 分 流 量 Q1 0 .0 1 2 m3 /s， 并 引 起 射 流 的 剩 余 部 分 偏 转 一 角 度 。 已 知 射 流 速 度 为 3 0 m/s， 总 流 量 Q0 0 .0 3 6 m3 /s， 不 计 重 量 及 水 头 损 失 。 求 偏 转 角 度 ？ 图5、 相 对 密 度 0.8的 石 油 以 流 量 50L/s沿 直 径 为 150mm的 水 平 管 线 流 动 ， 石 油 的 运 动 粘度 为 sm /101.0 24 ， 试 求 每 公 里 管 线 上 的 压 降 （ 设 mm2.0 ） 。6、 如 图 所 示 ， 一 输 水 管 变 径 段 。 已 知 ， mD 5.11 ， mD 12 ， 当 支 座 前 压 力 表 读 数 为4个 工 程 大 气 压 ， 流 量 smQ /8.1 3 ， 试 确 定 渐 缩 段 中 所 承 受 的 轴 向 力 ？ 图7、 如 图 水 流 经 过 60 渐 细 弯 头 AB ， 已 知 A处 管 径 m5.0AD ， B 处 管 径 m25.0BD ,通 过 的 流 量 为 0.1m3/s， A处 压 强 为 PA=178350.2Pa， B 处 压 强 8.1Bp 大 气 压 。 设 弯 头 在同 一 水 平 面 上 ， 摩 擦 力 不 计 ， 求 弯 头 所 受 推 力 为 多 少 牛 顿 ？ 图 8、 长 输 管 线 ， 设 计 水 力 坡 降 9.5， 输 送 相 对 密 度 0.9、 运 动 粘 度 1.125St的 油 品 ， 设计 输 送 量 为 40t/h。 试 求 应 用 多 大 管 径 ？ （ 先 设 流 态 为 层 流 ） 工 程 流 体 力 学 综 合 复 习 资 料 参 考 答 案一 、 判 断 题题 目 1 2 3 4 5 6答 案 二 、 选 择 题题 目 1 2 3 4 5 6 7 8答 案 三 、 填 空 题1、 静 力 学 基 本 方 程 式 的 两 种 表 达 式 Cpz 和 hpp 0 。2、 液 体 流 动 状 态 有 两 种 ， 即 层 流 和 湍 （ 紊 ） 流 ， 用 参 数 Re 判别 ， 临 界 值 大 约 2000 。3、 运 动 粘 度 的 因 次 是 L2T-1 ， 其 国 际 单 位 是 m2s-1 。4、 雷 诺 数 的 物 理 意 义 雷 诺 数 Re是 综 合 了 影 响 流 动 状 态 的 各 种 因 素 ， 反 映 了 流 体 惯 性力 与 粘 性 力 的 比 值 。5、 圆 管 层 流 总 流 量 与 管 径 的 4 次 方 成 正 比 。6、 外 径 为 D、 内 径 为 d的 环 形 空 间 过 流 断 面 ， 其 水 力 半 径 是 4 dDXAR 。7、 牛 顿 内 摩 擦 定 律 的 表 达 公 式 是 yuAT dd 。 8、 长 管 是 指 和 沿 程 水 头 损 失 相 比 ， 流 速 水 头 和 局 部 水 头 损 失 可 以 忽 略 的 流 动 管 路的 管 路 。9、 压 力 中 心 总 压 力 的 作 用 点 也 称 为 压 力 中 心 。10、 动 能 修 正 系 数 的 物 理 意 义 是 总 流 有 效 断 面 上 的 实 际 动 能 对 按 断 面 平 均 流 速 算 出假 想 动 能 的 比 值 。11、 收 缩 系 数 、 流 速 系 数 与 流 量 系 数 的 关 系 式 是 。四 、 简 答 题1、 静 压 强 的 第 一 个 特 性 。答 ： 特 性 一 ， 静 压 强 方 向 永 远 沿 着 作 用 面 内 法 线 方 向 。 也 可 理 解 为 静 压 强 方 向 垂 直 并 且 指 向 作 用 面 。2、 流 动 阻 力 的 分 类 。 答 ： 流 动 阻 力 可 分 为 沿 程 阻 力 和 局 部 阻 力 二 类 。3、 管 嘴 出 流 的 流 量 计 算 公 式 。答 ： 管 嘴 泄 流 流 量 gHAQ 2标 准 外 圆 柱 管 嘴 ， 2.80 。4、 牛 顿 数 与 欧 拉 数 的 物 理 意 义 。答 ： 牛 顿 (Newton)数 它 表 征 了 作 用 在 流 体 上 的 某 一 种 外 力 与 惯 性 力 之 比 值 。欧 拉 (Euler)数 它 表 征 了 作 用 在 流 体 上 的 压 力 与 惯 性 力 之 比 值 。5、 产 生 水 击 现 象 的 主 要 物 理 原 因 。 答 ： 发 生 水 击 现 象 的 物 理 原 因 主 要 是 由 于 液 体 具 有 惯 性 和 压 缩 性 。 惯 性 企 图 维 护 液 体 原来 的 运 动 ， 而 压 缩 性 企 图 改 变 液 体 原 来 的 运 动 。6、 缓 变 流 断 面 的 水 力 特 性 。答 ： 缓 变 流 断 面 的 水 力 特 性 为 常 数pz 7、 写 出 节 流 式 流 量 计 的 流 量 计 算 公 式 。答 ： 计 算 流 量 大 小 使 用 公 式 212 24 ppgdQ 8、 流 线 的 微 分 方 程 是 什 么 ？ 答 ： ),(),(),( tzyxu dztzyxu dytzyxu dx zyx 9、 压 力 体 的 定 义 是 什 么 ？答 ： 压 力 体 是 从 积 分 式 AhA d 得 到 一 个 体 积 ， 它 是 一 个 纯 数 学 的 概 念 ， 与 这 个 体 积 内 是否 充 满 着 液 体 无 关 。 所 以 ,对 压 力 体 可 进 一 步 理 解 为 ： 由 所 研 究 的 曲 面 ,通 过 曲 面 周 界 所作 的 垂 直 柱 面 和 与 曲 面 接 触 流 体 的 自 由 表 面 或 其 延 伸 面 所 封 闭 而 成 的 体 积 V。10、 分 析 局 部 水 头 损 失 产 生 的 原 因 。答 ： 由 于 液 流 经 过 局 部 管 件 时 受 到 扰 动 ， 引 起 流 速 重 新 分 布 和 产 生 漩 涡 ， 在 漩 涡 中 流 体不 规 则 地 旋 转 、 摩 擦 ， 给 主 流 造 成 阻 碍 ， 消 耗 能 量 ； 另 一 方 面 ， 速 度 重 新 分 布 使 主 流 摩擦 加 剧 ， 引 起 流 体 质 点 相 互 碰 撞 ， 同 样 消 耗 能 量 造 成 损 失 ， 由 此 产 生 的 局 部 水 头 损 失 。 11、 压 力 管 路 的 定 义 是 什 么 ？ 答 ： 压 力 管 路 是 指 液 流 充 满 全 管 在 一 定 压 差 下 流 动 的 管 路 。 压 力 管 路 中 流 体 压 力 可 以 高于 大 气 压 ， 譬 如 ， 泵 的 排 出 管 线 ； 压 力 管 路 中 流 体 压 力 也 可 以 低 于 大 气 压 譬 如 ， 泵 的 吸入 管 线 。12、 静 止 流 体 作 用 在 曲 面 上 的 总 压 力 大 小 计 算 公 式 。答 ： 水 平 分 力 ： xCx AhP 垂 直 分 力 ： zAz AhP d总 压 力 的 大 小 为 22 zx PPP 13、 简 述 研 究 流 体 流 动 的 拉 格 朗 日 法 。答 ： 如 果 把 流 体 质 点 作 为 研 究 对 象 ， 跟 踪 一 个 质 点 ， 描 述 它 运 动 的 历 史 过 程 ， 并 把 足 够 多 的 质 点 运 动 情 况 再 综 合 起 来 ， 就 可 以 了 解 整 个 流 体 的 运 动 。 这 种 方 法 叫 做 拉 格 朗 日 法 。五 、 计 算 题1、 解 ： 2/2bRAhApP ccx 4/2RbVPz 1641 4/2/ 22 2222 22 bR RbbR PPP zx2、 解 ： 雷 诺 数 444 4 0.063Re 1.133 103.14 0.257 0.276 10Qd 所 以 ， 流 态 为 湍 流 的 水 力 光 滑 区 。 0.0246 0.25m ， 则 沿 程 水 头 损 失 0.254 1.7525 4.750.276 10 0.063 500000.0246 448.50.257m mf mQ Lh md 在 管 线 的 起 、 终 点 列 能 量 方 程 1 21 21 2 2 1 84 45 448.5 487.5ffp pz z hp p z z h m 管 线 的 总 压 降 61 2 487.5 0.88 9800 4.2 10p p pa 3、 解 ： 球 阀 受 左 端 油 品 水 平 方 向 作 用 力 为 ：21 1 1 2( )2 40.3 3.14 0.30.8 9800 (0.6 ) 249.252 4x C x D DP h A H N 油 油 ， 方 向 向 右 （ ）球 阀 受 右 端 油 品 水 平 方 向 作 用 力 为 ：22 2 2 2( )2 40.3 3.14 0.30.8 9800 (0.45 ) 166.172 4x C x D DP h A H N 油 油 ， 方 向 向 左 （ ）球 阀 受 液 体 总 压 力 的 的 水 平 分 力 为 ：1 2 249.25 166.17 83.1x x xP P P N ， 方 向 向 右 （ ）球 阀 手 液 体 总 压 力 的 铅 垂 分 力 由 压 力 体 确 定 ， 绘 制 压 力 体 如 图 。 3 34 4 3.14 0.30.8 9800 110.83 2 3 2z DP V N 油 油 ， 方 向 向 上 （ ）4、 解 ： 设 平 板 对 水 流 的 作 用 力 为 R。 R 仅 有 x 方 向 分 量 。列 x 方 向 动 量 方 程 ： 2 2cosQ v Qv R 列 y 方 向 动 量 方 程 ： 1 1 2 2sin 0Qv Q v 2 1 24 /Q Q Q L s 列 0 -0 、 1 -1 断 面 伯 努 利 方 程 ， 有 ：1 30 /v v m s 同 理 有 ： 2 30 /v v m s 联 立 解 得 ： 30 , 34.56 10R N F 与 R 互 为 作 用 力 与 反 作 用 力 ， F 与 R 大 小 相 等 ， 方 向 相 反 。5、 解 ： 42463100.10.15 10504d4QRe 43 2.83m/s0.153.14 41050AQv 0.022424630.3164则水 力 光 滑 区 522510.2/1502 59.7/d259.7Re 23 478781 222f 469855N/m9.822.830.1510000.0220.898002gvdLhp 6、 解 ： 22222 785.04767.14 mdAmDA smAQvsmAQv /293.2/019.1 221 取 支 座 前 后 两 断 面 列 伯 努 利 方 程 ： Papgvpgvp 38989022 222221 设 R 为 支 座 对 液 流 的 作 用 力 ， 取 支 座 前 后 两 断 面 之 间 的 流 体 为 控 制 体 列 动 量 方程 ： )(384300)( 1222 NRvvQRAppA 所 以 ， 水 流 作 用 支 座 上 的 作 用 力 大 小 为 3 8 4 3 0 0 N， 方 向 水 平 向 右 。 7、 解 ： smDQvsmDQv BBAA /04.24/51.04 22 yyy xxx FvvQ FvvQ )( )( 12 12 0)sin60vQ(Rsin60Ap )vcos60Q(vRcos60ApAp 0By0BB A0Bx0BBAA代 入 已 知 条 件 R x=30621.92 NRy=7671.57 N NRRR yx 3.3158522 8、 解 ： smQ /0123.09003600 1040 33 DDDQ 21.13910125.114.3 0123.044Re 4 设 流 态 为 层 流 ， 则 =4.15， m=1层 流7.886157.0 21.139Re校 核 ： 157.0得105.9 10125.10123.015.4 105.910125.10123.015.4 3 44 34 45 2 mDD DDQLhi mmmf