L;;,《工程清?體力學》苴習題及賽考答案

整理人：郭冠中內蒙古科技大學能源與環境學院熱能與動力工程09級1班

使用專業：熱能與動力工程

一、名詞解釋。

1、雷諾數2、流線3、壓力體4、牛頓流體5、歐拉法6、拉格朗日法

7、濕周8、恒定流動9、附面層10、卡門渦街11、自由紊沅射流

12、流場13、無旋流動14、貼附現象15、有旋流動16、自由射流

17、濃差或溫差射流18、音速19、穩定流動20、不可壓縮流體21、駐點22、自動模型區

二、是非題。

1.流體靜止或相對靜止狀態的等壓面一定是水平面。()

2.平而無旋流動既存在流函數又存在勢函數。()

3.附面層別離只能發生在增壓減速區。()

4.等溫管流摩阻隨管長增加而增加，速度和壓力都減少。()

5.相對靜止狀態的等壓面一定也是水平面。()

6.平面流只存在流函數，無旅流動存在勢函數。()

7.流體的靜壓是指流體的點靜壓。()

8.流線和等勢線一定正交。()

9.附面層內的流體流動是粘性有旋流動。()

10.亞音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加，速度增加，壓力減小，()

11.相對靜止狀態的等壓面可以是斜面或曲面。()

12.超音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加，速度減小，壓力增加，()

13.壁面靜壓力的壓力中心總是低于受壓壁面的形心。()

14.相鄰兩流線的函數值之差，是此兩流線間的單寬流量O()

15.附而層外的流體流動時理想無旋流動。()

16.處于靜止或相對平衡液體的水平面是等壓面。()

17.流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高粘滯性減少；溫度降低粘滯性增大。

()

18.流體流動時切應力與流體的粘性有關，與其他無關。()

三、填空題。

1、lmmH2O=Pa

2、描述流體運動的方法有和。

3、流體的主要力學模型是指、和不可壓縮性。

4、雷諾數是反映流體流動狀態的準數，它反映「流體流動時

與的比照關系。

5、流量Q1和Q2,阻抗為S1和S2的兩管路并聯，那么并聯后總管路的流量Q為，總阻抗S為。串聯后總管路的流量

Q為，總阻抗S為。

6、流體紊流運動的特征是，處理方法是。

7、流體在管道中流動時，流動阻力包括和。

8、流體微團的根本運動形式有：、和。

9、馬赫數氣體動力學中一個重要的無因次數，他反映了

與的相比照值。

10、穩定流動的流線與跡線。

11、理想流體伯努力方程z+R+工一=常數中，其中Z+E稱為水頭。

r2gr

12、一切平面流動的流場,無論是有旋流動或是無旋流動都存在.因而?切平而流動都存在.但是.只有無旋流動

才存在。

13、雷諾數之所以能判別，是因為它反映了

和的比照關系。

14、流體的主要力學性質有、、

、和。

15、畢托管是廣泛應用于測量和一種儀器。

16、流體的力學模型按粘性是否作用分為和。作用與液上的力包括,。

17、力學相似的三個方面包括、與。

18,流體的力學模型是模型。

19、理想氣體伯努力方程p+(Z]-Z2)(九一%:)+弓一'3p+(Z[-Z2)(ya-/g)稱，稱全壓，稱

總壓。

20、紊流射流的動力特征是。

21、流體的牛頓內摩擦定律的表達式，u的單位為。

22、濃差或溫差射流的熱力特征是。

23、流體微團的運動是由運動，運動，運動和運動四種根本運動形式符合而成。

24、幾何相似是力學相似的，運動相似是模型實驗的，動力相似是運動相似的。

25、歐拉準數是和的相比照值。

26、馬赫數M反映了慣性力和相比照值。

27、流體流動的狀態分為和。

28、弗魯得準數反映了和相比照值。

匹、選擇題。

1、按連續介質的概念，流體質點是指。

A、流體的分子B、流體內的固體顆粒3無大小的幾何點

D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體

2、一下哪種流體為非牛頓流體。

A、空氣B、清水C、血液D、酒精

3、絕對壓強Pabs、相對壓強P、真空值葭、當地大氣壓強Pa之間的關系是。

A、Pabs=P+PvB、P=PabJPaC'Pv=Pa-Pabs

4、圓管層流過流斷面的流速分布為。

A、均勻分布B、對數曲線分布C、二次拋物線分布

5、一下那些概念屬于歐拉法。

A、流線B、跡線C、液體質點D、液體微團

6、圓管紊流粗糙區的沿程摩阻系數

A、與雷諾數Rc有關B、與管壁相對粗糙度△■有關

(1

A

C、與Re和1有關D、與和管長1有關

7、速度V、長度1、時間t的無量綱組合是。

Vt11

A、——B、—C、——D、—

ItV1Vt~Vt

8、圓管斷面直徑由cl】突然擴大到d2,假設將一次擴大改為兩級擴大，那么該擴大的局部水頭損失。

A、減小B、不變C、增大

9、在圓管流動中，層流的斷面速度分布符合。

A、均勻規律B、立線變化規律C、拋物線變化規律D、對數曲線規律

10、流線與流線通常情況下。

A、能相交也能相切B、僅能相交不能相切

C、僅能相切不能相交D、既不能相交也不能相切

11、速度丫，密度夕，壓強p的無量刑集合是。

、PPR『V「*P

A、---E、---C、----D、----

vppM

12、宙諾數代表的是之比。

A、慣性力與壓力B、慣性力與重力

C、慣性力與外表張力D、慣性力與粘性力

13、壓力輸水管模型實驗，長度比尺為8,模型水管的流量應為原型輸水管流量的。

11

D

--一

5c>8、

16

14、?維流動中,“截面積大處速度小，截面積小處速度大”成立的條件是。

A、理想流體B、粘性流體C、可壓縮流體D、不可壓縮流體

15、彈簧管壓力表的讀數是。

A、絕對壓強B、相對壓強

C、絕對壓強加當地大氣壓D、相對壓強加當地大氣壓

16、靜水中斜置平面壁的形心淹沒深hc與壓力中心淹沒深hD的關系是。

A、大于B、小于C、等于D、無規律

17、某風管的斷面尺寸為300nlmX200mm,那么該風管的當量直徑是。

A、240mmB、250mmC、3()0mmD、200mm

18、有一變直徑管流，小管直徑d],大管直徑d2=2d],那么兩斷面雷諾數的關系是。

、Re.=—Re^、Re=Re、Re.、Re.=

AIIB、―、Ic=/1.5/?e0ID27?e,

19、以下流體哪個屬于牛頓流體。

A、汽油B、紙漿C、血液D、瀝青

五、簡答題。

1、流體靜壓強的特性是什么？

2、尼古拉茲實驗分區級意義是什么？

3、附面層提出的意義？

4、溫差或濃差射流彎曲產生的原因是什么？

5、附面層別離的原因是什么？

6、運動粘滯系數r的物理意義是什么？

7、流體動力枯滯系數u的物理意義是什么？

8、元流的特性是什么？

9、伯努利方程Z+P+g一二常數中各項的物理意義？

r2g

10、管網水力計算遵循的原則是什么？

11、水擊(水錘)現象及產生的原因是什么？

12、管嘴出流產生真空的原因和條件是什么？

13.自由紊流射流的運動、動力特證是什么？

14、射流彎曲產生的原因？

15、繞流升力產生的原因？

16、畢托管是廣泛應用于測量水流和氣流的一種儀器，試畫出其示意圖，并說明其工作原°

17、簡要說明管道流動局部阻力損失產生的機理。

18、下式不可壓縮流體N-S方程中,各項的物理意義是什么？

六、計算題。

1、有一鋼板制風管，斷面尺寸為400mmx200mm,管內氣流平均速度為.5m/s,氣體運動粘滯系數為

I5.ox10-8m2/s,判斷管內氣體的流態？

2,一高壓管末端接噴嘴，如以下圖所示，噴嘴出口直徑為10cm,管道直徑為40cm,水在管中流量Q為o.4nd/s,

求管嘴對水流的作用力。

22

3、不n]"壓縮流體的流速分量為：ux=x-y,Uy=-2xy,、=0,問該流動是否為無旋流動？

4、平面流動的速度分量為：U、=X+t2,UY=-y+12：求：當t=l是過M(1.1)的流線方程。

5、?車間用直徑為0.5m的風口送風，風口風速為6.0m/s,如長度比例常數為4,確定實驗模型風口風速。假設

在模型內測得某點氣流速度為3.0加/$,那么車間相應點的速度為多少？(空氣的運動粘滯系數為

0.0000157/n2/s)

6、對某一橋墩采用模型比例為4='-進行實驗。模型中水流速度為0.76〃?/s,實測模型橋墩受水流作用力為4N。

16

求原型中相應的流速與作用方。

7、在水平放置的管線中接彎管，直徑從600mm逐漸減小到300mni,水流方向偏轉60°如下圖，在直徑較大一端

壓強為172kN/n/，求作用于彎管上的力的大小和方向，①當水不流動時：②當通過的流量為876L/S時：

8、一弧形閘門AB,寬4m,圓心角為45°,半徑為2m,閘門轉軸恰好與水面平齊，求作用于閘門的水靜壓力。

A

C

O

9、如以下圖所示，一水箱側面開孔并接有一直徑為50mm的短管，形成管嘴出流，作用水頭H=5m,管嘴出流流

量系數u=0.82,試問：①管嘴出流流量Q：②靠近水箱一側管嘴內壁形成真空的原因是什么？③適宜的管嘴長度

是多少？

H

廠F

10、如卜.圖，一水平射流沖擊光滑平板，流量為Qo,密度夕，直徑為d°,求：①平板所受的沖擊力。②流量Q1和

。2，V2

Q2?

11、如以下圖所示：水箱側壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管道，（1,=200mm,d2=100mm,兩管短長均

為L=50m,H=\0m,沿程阻力系數4=0.01,=0.3,M=0.2,求：管道中水的流量、流速.

H

A~B

參考答案:

一、名詞解釋。

1、雷諾數：是反響流體流動狀態的數，雷諾數的大小反響了流體流動時，流體質點慣性力和粘性力的比照關系。

2、流線：流場中，在某一時刻，給點的切線方向與通過該點的流體質點的劉速方向重合的空間曲線稱為流線。

3、壓力體：壓力體是指三個面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲而，頂面是受壓曲面邊界線封閉的面積在自由面

或者其延長面上的投影面，中間是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影面。

，1、牛頓流體：把在作剪切運動時滿足牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體。

5、歐拉法：研究流體力學的一種方法，是指通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法。

6、拉格朗日法：通過描述每一質點的運動到達了解流體運動的方法稱為拉格朗日法。

7、濕周：過流斷面上流體■固體壁面接觸的周界稱為濕周。

8、恒定流動：流場中，流體流速及由流速決定的壓強、粘性力、慣性力等也不隨時間變化的流動。

9、附面層：粘性較小的流體在繞過物體運動時，其摩擦阻力主要發生在緊靠物體外表的一個流速梯度很大的流體薄

層內，這個薄層即為附面層。

10、卡門渦街：當流體經繞流物為時，在繞流物后面發生附面層別離，形成旋渦，并交替釋放出來，這種交替排列、

有規則的旋渦組合稱為卡門渦街。

11、自由紊流射流：當氣體自孔口、管嘴或條縫以紊流的形式向自日空間噴射時，形成的流動即為自由紊流射流。

12、流場：充滿流體的空間。

13、無旋流動：流動微團的旋轉角速度為零的流動。

14、貼附現象：貼附現象的產牛.是由于靠近頂棚流速增大靜壓減少，而射流下部靜壓大，上下壓差致但射流不得脫

離頂棚。

15、有旋流動：運動流體微團的旋轉角速度不全為零的流動。

16、自由射流：氣體自孔口或條縫向無限空間噴射所形成的流動。

17、濃差或溫差射流：射流介質本身濃度或溫度與周圍氣體濃度或溫度有差異所引起的射流。

18、音速：音速即聲速，它是弱擾動波在介質中的傳播速度。

19、穩定流動：流體流動過程與時間無關的流動。

20、不可壓縮流體：流體密度不隨溫度與流動過程而變化的液體。

21、駐點：流體繞流物體迎流方句速度為零的點。

22、自動模型區：當某一相似準數在一定的數值范圍內，流動的相似性和該準數無關，也即原型和模型的準數不相

等，流動仍保持相似，準數的這一范玉稱為自動模型區。

二、是非題。

1、錯誤2、正確3、正確4、錯誤5、錯誤6、正確7、正確

8、正確9、正確10、正確11、正確12、正確13、正確14、正確

15、正確16、錯誤17、錯誤18、錯誤

三、填空題。

1、9.807:

2、歐拉法；拉格朗日法；

3、連續介質；無粘性；

4、慣性力：粘性力：

111

5、Q=Q1+Q2：-==-=+-；=;Q=Q1=Q2;S=S1+S2：

石何區

6、脈動現象；時均法：

7、沿程阻力：局部阻力；

8、平移運動；旋轉流動；變形運動；

9、慣性力；彈性力：

10、重合:

11、測壓管：

12、流線：流函數：勢函數：

13、流態；慣性力；粘性力

14、慣性：重力性：粘滯性；壓縮性和熱脹性：外表張力特性；

15、氣體：水流；

16、理想氣體；枯性氣體；質量力；外表力；

17、幾何相似；運動相似；動力相似；

18、連續介質；

-

19、勢壓：p+^—;p+（Z）-Z2）（7a-/g）+^：

20、各橫截面上的動量相等；

du

21、T=+U——；pa?5；

-dy

22、各截面的相對焰值相等：

23、平移；旋轉；線變形；角變形：

24、前提；目的；保證：

25、壓力:

26、彈性力：

27、層流：紊流：

28、重力；慣性力；

匹、選擇題。

1-5:DCCCA6-10:BDACC11-15:DDCDB16-19：BADA

五、簡答題。

1、流體靜壓強的方向是沿著作用面的內法線方向；在靜止或相對靜止的流體中，任一點流體靜壓強的大小作用面方

向無關，只與該點的位置有關。

2、①層流區②臨界過渡區③紊流光滑區④紊流過度區⑤紊流粗糙區

意義：比擬完整地反響r沿程阻力系數的變化規律，揭示r沿程阻力系數變化的主要因素。

3、在于將流場劃分為兩個計算方法不同的區域，即勢流區和附面層。在附面層外的勢流區按無旋流動理想流體能

量方程或動量方程求解：在附面層內，按粘性有旋流動流體能量方程或卜s方程求解：

4、濃差或溫差射流由于濃度或溫度不同，引起射流介質密度與周圍其氣體密度與周圍氣體密度不同，所受的重力

與浮力不相平衡，使得整個射流將發生向上或向下的軸彎曲。

5、當流體繞流曲面體流動時，在減壓增速區，流動維持原來的附面層：流動進入增壓減速區時.，流體質點受到與

主流方向相反的樂差作用.將產生方向的回流,而附面層外的流體仍保持原有的前進.這樣.同流和前進這兩局部運動

方向相反的流體相接觸，就形成旋渦，旋渦的產生使得附面層與壁面發芻別離。

6、流體運動粘滯系數r表征單位速度梯度作用下的切應力對單位體積質量作用產生的阻力加速度，具有運動學要

素。

7、流體動力粘滯系數u表征單位速度梯度作用下的切應力，反映了粘滯的動力性偵。

8、元流的特性：元流的邊界由流線組成：流體質點不能出入元流；元流斷面.上的流速和壓強是均勻分布。

9、Z：斷面對基準面高度，水刀學中稱位置水頭，單位位能：

R：在斷面壓強作用下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強水頭，單位位能：

r

u2

—:斷面以速度U為初速度的鉛直向上射流所能到達的理論的高度，流速水頭，單位位能。

2g

10、①任一節點流入和流出的流量相等：②任一閉合環路中，如規定順時針方向流動的阻力損失為正,反之為負，

那么各管段阻力損失的代數和必等于零。

11、有壓管路中運動者的液體，由于閥門或水泵突然關閉，使得液體的速度和動量發生急劇變化，從而造成液體

壓強驟然變化，該現象就是水擊（水錘）現象，產生的原因①液體的可壓縮性②管道材質的彈性。

12、原因是流體質點流動時由于有慣性，因而流線不能成折線，是光滑的曲線，所以能夠形成真空區域：條件是:

管嘴長度為管徑的3?4倍；作用水頭11。極限值為9.3〃？o

13、在自由紊流射流的主體段，射流各斷面上速度分布是相似的，軸線速度越來越小，橫截面積越來越大，質量

流量也越來越大：個橫截面上的動量守恒。

14、在溫差射流場中，由于氣流密度與周圍的氣體的不同，射流氣體所受的浮力■重力不相平衡，使整個射流發

生向下或向上彎曲。

15、當繞流物體為非對稱形或雖為對稱但其對稱軸與來流方向不平行時，在繞流物體上部流線較密，流速大；下

部流線較疏，流速小，那么上部壓強小，下部壓強大，上、下部存在壓強差，由此產生向上的力稱為升力。

16、（見第五版書P61）

17、（略）

18、X：是作用在流體微團上的單位質量力。

一1二加七：是作用在流體微團上單位質量流體的壓力。

pCX

^2U

y（一2+一9+一/）：是作用在流體微團上單位質量流體粘性偏應力的合力。

ax力2a2

du,

—2■:是流體質點的加速度。

dt

六、計算題。

_A4x0.2）

R=—=-----------------=0.067

/2x（0.2+0.4）

1、解：de=4R=4乂0.067=0.267

y0.267x1.5i八4、”八八

Re=dex—=-----------=2.67x10A2000

/15.0xl06

所以管內氣體為紊流流動。

2,解：如下圖，山連續性方程得：

0.4

v=義=——=3^18m/.

'A40

—x3.14x(2

100

Q0.4…

v,=—=---------------——=51.Om/s

42-1x32.1"4x(/——1°、y2

4100

以軸線為基準面，列卜2斷面的伯努利方程a=\

x51"-3.18-=]295.4ZN/m2

那么：P）=（L)X7=9.8

2g2g2x9.8

設噴嘴對水流的作用力為F,沿水流方向列動量方程，并取a=1得:

3、①檢查流動是否無旋：

兩者相等，故為無旋流動

②求速度勢函數：

4、根據流線方程定義得流線方程：

dy

當一時，2

X+1

化簡得：xdy+ydx+dy-dx=0

積分：xy+y-x+c=0

流線通過（1,1）點：即1X1+1-1+C=0得：c=-l

將c=-l帶入上式，得xy+y-x-l=0

化簡得：（x+1）（y-1）=0

5、根據相似原理可得，實驗模型風口直徑為：

原型雷諾數為：Ren=6.0X0.5/0.0000157=191082.8>50000

所以氣流處于阻力平方區，（可采用粗糙度較大的管道），那么阻力平方區的最低雷諾數為50000那么:相應的模型

氣流出口速度Vm為:

VmXO.125/0.0000157=50000

Vm=6.28m/s

流速比尺為：2=6°=0.955

6.28

假設在模型內測得某點氣流速度為3.Om/s,那么車間相應點的速度為:

Vn=VX2=3.0X0.955=2.87m/s

6、經分析可知，此流動的主要作用力是重力，所以決定性相似準數為忖魯德準數。由付魯德模型律可知:

由付魯德準數相等推理得:

所以：v?=x0.76=3.O4//2/s

由歐拉準數相等推理得:

7、建"以下圖所示的坐標,水流方.向如下圖:

設Fx,Fy為水流作用于彎管的分力，如圖

COS

Fx=P)-P2A2600

X方向:=172xlx3.14x(-^9-)2-172xlx3.14x(^2,)2xO.5

4100041000

=42.5kN

Y方向：K.=0-《Asina6()°

=0-172X1/4X3.14X(300/1000)zX0.86

=-10.5kN

對彎管的合力：R=J/7：+*=43.8k7V

方向為：a=arctan(Fy/Fx)

=14°

②當有流動時：

由違續性方程得：一;%7；%-0.876

解得：

％=3.2m/su2=12.4/zi/s

忽略阻力,應用伯努利方程，列1-1,2-2斷面的方程:

帶入數據解得：P2/r=10.21120=10.2X9,8=100Kn/m~

列動量方程：

(,

X方向：PI4-p2A2cos60"-Fx=/?2(U2COS6()-0)

帶入數據得:Fx=42.4kN

同理：y方向：Fy-P,A2sina60°=pQ(u2sina60°-0)

代入數據解得：Fy=15.2Kn

合力為：R=J/7：=45.IKn

方向為:a=arctan（Fy/Fx）

=19.7°

th=rsm45°=42m

8、解；

9,①。二必7麗=0.82x3.14x；x（粉2萬元^=00]61m3/s

②孔口與管嘴出流流動時，在出流管嘴內形成以真空區域生耍原