工程流體力學(xué)試題三?一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.流體的粘性隨溫度變化的規(guī)律是（）A.液體和氣體的粘性都隨溫度的升高而增大B.液體和氣體的粘性都隨溫度的升高而減小C.液體的粘性隨溫度的升高而增大，氣體的粘性隨溫度的升高而減小D.液體的粘性隨溫度的升高而減小，氣體的粘性隨溫度的升高而增大

答案：D

解析：液體分子間距離較小，粘性主要由分子間的內(nèi)聚力決定，溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，內(nèi)聚力減小，粘性減小；氣體分子間距離較大，粘性主要由分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的碰撞決定，溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞頻繁，粘性增大。

2.作用在流體上的力有（）A.質(zhì)量力和表面力B.慣性力和粘性力C.重力和壓力D.摩擦力和彈性力

答案：A

解析：作用在流體上的力可分為質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力是與流體質(zhì)量相關(guān)的力，如重力、慣性力等；表面力是作用在流體表面上的力，如壓力、摩擦力等。

3.靜止流體中，某點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與（）無(wú)關(guān)。A.當(dāng)?shù)刂亓铀俣菳.受壓面的方向C.該點(diǎn)在流體中的位置D.流體的種類

答案：B

解析：根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程，靜止流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)大小只與該點(diǎn)在流體中的位置（深度）、流體的種類（密度）和當(dāng)?shù)刂亓铀俣扔嘘P(guān)，與受壓面的方向無(wú)關(guān)。

4.理想流體是指（）A.不可壓縮的流體B.粘性為零的流體C.運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)能量損失的流體D.密度不變的流體

答案：B

解析：理想流體是一種理想化的模型，假設(shè)流體沒(méi)有粘性，即粘性為零。

5.流線和跡線重合的流動(dòng)是（）A.恒定流B.非恒定流C.均勻流D.非均勻流

答案：A

解析：在恒定流中，流場(chǎng)中各點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化，流線和跡線重合；在非恒定流中，流線和跡線不重合。均勻流和非均勻流是根據(jù)流速沿程變化情況來(lái)劃分的，與流線和跡線是否重合無(wú)關(guān)。

6.圓管層流的沿程水頭損失與流速的（）成正比。A.一次方B.二次方C.三次方D.四次方

答案：A

解析：根據(jù)圓管層流沿程水頭損失計(jì)算公式\(h_f=\lambda\frac{l}2vxsoub\frac{v^2}{2g}\)，其中\(zhòng)(\lambda=\frac{64}{Re}\)，\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，對(duì)于層流，\(Re\lt2000\)，\(\lambda\)與\(Re\)成反比，而\(h_f\)與\(v\)的一次方成正比。

7.并聯(lián)管道的特點(diǎn)是（）A.各并聯(lián)管段的水頭損失相等B.各并聯(lián)管段的流量相等C.總流量等于各并聯(lián)管段流量之和D.總水頭損失等于各并聯(lián)管段水頭損失之和

答案：AC

解析：并聯(lián)管道中，各并聯(lián)管段的水頭損失相等，總流量等于各并聯(lián)管段流量之和。各并聯(lián)管段的流量與管道的阻力特性有關(guān)，不一定相等。

8.雷諾數(shù)\(Re\)反映了（）的對(duì)比關(guān)系。A.重力和粘性力B.慣性力和粘性力C.壓力和粘性力D.慣性力和重力

答案：B

解析：雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，其中\(zhòng)(v\)是流速，\(d\)是特征長(zhǎng)度，\(\nu\)是運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。\(Re\)反映了慣性力和粘性力的對(duì)比關(guān)系，\(Re\)較小表示粘性力起主導(dǎo)作用，\(Re\)較大表示慣性力起主導(dǎo)作用。

9.水泵的揚(yáng)程是指（）A.水泵提水高度B.水泵吸水面到壓水面的高度C.水泵進(jìn)出口的水頭差D.單位重量液體通過(guò)水泵后所獲得的能量

答案：D

解析：水泵的揚(yáng)程是指單位重量液體通過(guò)水泵后所獲得的能量，包括吸水揚(yáng)程和壓水揚(yáng)程等。水泵提水高度、吸水面到壓水面的高度只是揚(yáng)程的一部分，水泵進(jìn)出口的水頭差并不完全等同于揚(yáng)程。

10.流體在管道中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力（）A.與流速成正比B.與流速的平方成正比C.與流速的三次方成正比D.與流速的關(guān)系不確定

答案：B

解析：對(duì)于圓管紊流，沿程水頭損失\(h_f=\lambda\frac{l}sjt6l4i\frac{v^2}{2g}\)，局部水頭損失\(h_j=\zeta\frac{v^2}{2g}\)，可見(jiàn)流動(dòng)阻力與流速的平方成正比。

二、填空題（每題2分，共20分）1.流體的主要力學(xué)性質(zhì)有__、__、__、__和__。答案：慣性、粘性、壓縮性、膨脹性、表面張力

2.絕對(duì)壓強(qiáng)\(p\)、相對(duì)壓強(qiáng)\(p_r\)和真空度\(p_v\)之間的關(guān)系為：當(dāng)\(p\gtp_a\)（\(p_a\)為大氣壓強(qiáng)）時(shí)，\(p_r=__\)；當(dāng)\(p\ltp_a\)時(shí)，\(p_v=__\)。答案：\(pp_a\)；\(p_ap\)

3.靜止流體中同一點(diǎn)各方向的壓強(qiáng)__。答案：相等

4.連續(xù)性方程\(\frac{\partial(\rhou)}{\partialx}+\frac{\partial(\rhov)}{\partialy}+\frac{\partial(\rhow)}{\partialz}=0\)適用于__流體的__流動(dòng)。答案：任何；三維

5.理想流體伯努利方程\(z+\frac{p}{\rhog}+\frac{v^2}{2g}=C\)的適用條件是__、__、__。答案：理想流體；恒定流；不可壓縮

6.圓管層流的斷面流速分布呈__形，最大流速\(v_{max}\)與平均流速\(v\)的關(guān)系為\(v_{max}=__\)。答案：拋物；\(2v\)

7.沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)的大小與__和__有關(guān)。答案：流態(tài)；管壁相對(duì)粗糙度

8.局部水頭損失產(chǎn)生的原因是__。答案：流體流動(dòng)過(guò)程中，由于邊界條件的突然改變，如管道的突然擴(kuò)大、縮小、轉(zhuǎn)彎等，使流體的流速大小和方向發(fā)生變化，引起慣性力和粘性力之間的相互作用，從而產(chǎn)生能量損失。

9.水泵的主要性能參數(shù)有__、__、__、__和__。答案：揚(yáng)程；流量；功率；效率；轉(zhuǎn)速

10.文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)\(\mu\)一般__孔板流量計(jì)的流量系數(shù)。答案：大于

三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述流體粘性的概念及其物理意義。答：流體的粘性是指流體抵抗剪切變形的能力。

物理意義在于：當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，相鄰流體層之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粘性使得相鄰流體層之間產(chǎn)生摩擦力，阻礙流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。粘性是流體的重要屬性之一，它影響著流體的流動(dòng)狀態(tài)、能量損失以及許多與流體流動(dòng)相關(guān)的工程問(wèn)題。例如，在管道流動(dòng)中，粘性導(dǎo)致流體與管壁之間以及流體內(nèi)部各層之間的能量損失；在物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘性會(huì)產(chǎn)生阻力，影響物體的運(yùn)動(dòng)性能。

2.什么是等壓面？等壓面有哪些特性？答：等壓面是指流體中壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所組成的面。

等壓面的特性有：（1）在平衡流體中，等壓面與質(zhì)量力正交。（2）等壓面的形狀取決于質(zhì)量力的分布。（3）兩種互不相混的流體處于平衡時(shí)，它們的分界面必為等壓面。

3.簡(jiǎn)述恒定總流的能量方程\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{\alpha_1v_1^2}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{\alpha_2v_2^2}{2g}+h_{w12}\)各項(xiàng)的物理意義。答：\(z_1\)和\(z_2\)分別為總流中1、2兩過(guò)流斷面的位置水頭，表示單位重量流體相對(duì)于基準(zhǔn)面的位置高度，反映了流體的勢(shì)能。\(\frac{p_1}{\rhog}\)和\(\frac{p_2}{\rhog}\)分別為1、2兩過(guò)流斷面的壓強(qiáng)水頭，表示單位重量流體的壓能。\(\frac{\alpha_1v_1^2}{2g}\)和\(\frac{\alpha_2v_2^2}{2g}\)分別為1、2兩過(guò)流斷面的流速水頭，表示單位重量流體的動(dòng)能，\(\alpha\)為動(dòng)能修正系數(shù)。\(h_{w12}\)為1、2兩過(guò)流斷面之間的水頭損失，表示單位重量流體從斷面1流到斷面2過(guò)程中由于粘性摩擦等原因損失的機(jī)械能。

4.簡(jiǎn)述串聯(lián)管道的水力計(jì)算特點(diǎn)。答：串聯(lián)管道是由不同管徑的管段依次連接而成的管道系統(tǒng)。

其水力計(jì)算特點(diǎn)如下：（1）各管段的流量相等，即\(Q_1=Q_2=\cdots=Q_n\)。（2）總水頭損失等于各管段水頭損失之和，即\(h_{w}=h_{w1}+h_{w2}+\cdots+h_{wn}\)，其中\(zhòng)(h_{wi}\)為第\(i\)管段的水頭損失。（3）計(jì)算時(shí)需先根據(jù)流量和各管段的管徑確定流速，再分別計(jì)算各管段的水頭損失，最后匯總得到總水頭損失。在計(jì)算過(guò)程中，要注意各管段的沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)和局部水頭損失系數(shù)\(\zeta\)的取值，它們與管段的流態(tài)、管壁粗糙度以及管件情況有關(guān)。

四、計(jì)算題（每題20分，共40分）1.如圖所示，一水箱側(cè)面接出一水平短管，已知水箱水面高程\(H=3m\)，短管直徑\(d=50mm\)，管長(zhǎng)\(l=10m\)，沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda=0.02\)，進(jìn)口局部水頭損失系數(shù)\(\zeta_1=0.5\)，出口局部水頭損失系數(shù)\(\zeta_2=1.0\)，求通過(guò)短管的流量\(Q\)。（不計(jì)短管的流速水頭）

解：

以水箱水面為11斷面，短管出口為22斷面，基準(zhǔn)面取短管出口中心。

由能量方程\(z_1+\frac{p_1}{\rhog}+\frac{\alpha_1v_1^2}{2g}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+\frac{\alpha_2v_2^2}{2g}+h_{w12}\)，因?yàn)閈(p_1=p_2=p_a\)，\(v_1\approx0\)，\(\alpha_1=\alpha_2=1\)，\(z_1=H\)，\(z_2=0\)，可得：

\(H=h_{w12}\)

其中\(zhòng)(h_{w12}\)包括進(jìn)口局部水頭損失\(h_{j1}=\zeta_1\frac{v^2}{2g}\)，沿程水頭損失\(h_f=\lambda\frac{l}69iwtw1\frac{v^2}{2g}\)，出口局部水頭損失\(h_{j2}=\zeta_2\frac{v^2}{2g}\)。

所以\(H=(\zeta_1+\lambda\frac{l}ibgdjx6+\zeta_2)\frac{v^2}{2g}\)

已知\(H=3m\)，\(\lambda=0.02\)，\(l=10m\)，\(d=50mm=0.05m\)，\(\zeta_1=0.5\)，\(\zeta_2=1.0\)，代入上式可得：

\(3=(0.5+0.02\times\frac{10}{0.05}+1.0)\frac{v^2}{2\times9.8}\)

\(3=(0.5+4+1.0)\frac{v^2}{19.6}\)

\(3=5.5\times\frac{v^2}{19.6}\)

\(v^2=\frac{3\times19.6}{5.5}\)

\(v=\sqrt{\frac{3\times19.6}{5.5}}\approx3.28m/s\)

則流量\(Q=vA=v\times\frac{\pid^2}{4}=3.28\times\frac{\pi\times(0.05)^2}{4}\approx6.43\times10^{3}m^3/s\)

2.如圖所示的并聯(lián)管道，已知\(d_1=200mm\)，\(l_1=500m\)，\(\lambda_1=0.025\)；\(d_2=150mm\)，\(l_2=400m\)，\(\lambda_2=0.03\)。總流量\(Q=0.4m^3/s\)，求兩支管的流量\(Q_1\)和\(Q_2\)。（不計(jì)局部水頭損失）

解：

對(duì)于并聯(lián)管道，兩支管的水頭損失相等，即\(h_{f1}=h_{f2}\)。

由沿程水頭損失公式\(h_f=\lambda\frac{l}dhvjocq\frac{v^2}{2g}\)，可得：

\(\lambda_1\frac{l_1}{d_1}\frac{v_1^2}{2g}=\lambda_2\frac{l_2}{d_2}\frac{v_2^2}{2g}\)

已知\(d_1=200mm=0.2m\)，\(l_1=500m\)，\(\lambda_1=0.025\)；\(d_2=150mm=0.15m\)，\(l_2=400m\)，\(\lambda_2=0.03\)，代入上式可得：

\(0.025\times\frac{500}{0.2}\frac{v_1^2}{2g}=0.03\times\frac{400}{0.15}\frac{v_2^2}{2g}\)

\(\frac{0.025\times500\timesv_1^2}{0.2}=\frac{0.03\times400\timesv_2^2}{0.15}\)

\(31.25v_1^2=80v_2^2\)

\(v_1^2=\frac{80}{31.25}v_2^2\)

\(v_1=\sqrt{\frac{80}{31.25}}v_2\approx1.6v_2\)

又因?yàn)閈(Q=Q_1+Q_2\)，且\(Q_1=v_1A_1=v_1\times\frac{\pid_1^2}{4}\)，\(Q_2=v_2A