西安交大流体力学题及答案.docx
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西安交大流体力学题及答案
一、选择题（略）
二、判断题（略）
三、简答题
1.等压面是水平面的条件是什么
:
①连续介质②同一介质③单一重力作用下.
2,同一容器中装两种液体，且12,在容器侧壁装了两根测压
管。
试问：
图中所标明的测压管中液面位置对吗为什么
解：
不对，（右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析）
3.图中三种不同情况，试问：
A-A、B-B、C-GD-D中哪个是等
压面哪个不是等压面为什么
（c）盛有不同种类溶液的连通器
:
（a）A-A是（b）B-B不是（c）C-C不是，D-D是。
四、作图题（略）
五、计算题（解题思路与答案）
1.已知某点绝对压强为80kN/m2,当地大气压强Pa=98kN/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。
解：
用水柱高表示
（1）该点绝对压强：
（2）该点相对压强：
（3）该点真空压强：
用水银柱高表示
（1）该点绝对压强：
599.1mmHg
（2）该点相对压强：
-135.4mmHg（3）该点真空压强：
135.4mmHg
2.一封闭水箱自由表面上气体压强po=25kN/m2,hi=5m,h2=2m。
求A、B两点的静水压强。
解：
由压强基本公式pp0gh求解
Pa=mH2O（74kN/m2）
Pb=mH20kN/m2）
试求水箱液面上的绝
P01
I-5
水银
解：
①找已知点压强（复式水银测压计管右上端，②找出等压面③计算点压强，逐步推求水箱液面上的压强叫
:
p0=kN/m2
4某压差计如图所示，已知HA=HB=1m,AH=0.5m。
求：
PaPb
解：
①找出等压面②求出相对的点压强
③列平衡方程式
求AB点的压强差.
④空气的g不计.
PapB=47kN/m2mH20）
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）。
解：
①画出相对压强分布图,②计算各侧静水压力,③求静水总压力的大小
④列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。
P=kNe1.267m（作用点到底部的距离）
6.一弧形闸门AB,宽b=4m,圆心角。
=45°,半径r=2m,闸门转轴恰与水面齐平。
求作用于闸门的静水压力及作用点（改为：
作用力的方向）。
解：
①画出压力体图,②计算水平方向分力Px、铅垂方向分
力pz,
③求出合力及作用力的方向
PkN25.040
1.述流体运动的两种方法是什么简述其内容。
答：
（略）
2.流体微团体运动分为哪几种形式
答：
①平移②线变形③角变形④旋转变形。
3.写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。
（改为：
写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与
流速势的关系。
）
答：
流函数具有的性质
①流函数相等的点组成的线即流线，或日，同一流线上个点的流函数为常数。
②两流线间的函数值之差为为单宽流量。
③平面势流的流函数为一个调和函数。
答：
流函数与流速势的关系
①流函数与势函数为调和函数。
②等势线与等流函数线正交。
4.什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。
5.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，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
答：
（1）是恒定流。
I、田是均匀流，n是非均匀流。
（2）管中为非恒定流。
（3）有。
管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。
四、计算题（解题思路）
1.恒定二维流动的速度场为Uxax,uyay，其中a1秒-1。
（1）
论证流线方程为xyc；
（2）绘出C=0、1及4m2的流线；
（3）求出质点加速度的表达式。
dxdy
解：
（1）流线方程为：
uxUy代入数值推导
⑵（略）
UxUxUx
axUxUy-
（3）由：
txy代入数值求解。
ay
Uy
2试检验下述不可压缩流体的运动是否存在22
（1）Ux2xy,Uy2yz,Uz4（xy）zxy
（2）Uxyzt,Uyxzt,Uzxyt
UxUyUz
解：
由连续性微分方程，xyz=0流体的运动存在，反之流体的运动不存在。
答案：
（1）代入数值求解，流体的运动不存在。
（2）代入数值求解，流体的运动存在。
3水流从水箱经管径分别为d110cm，d25cmm32.5cm的管道流
出，出口流速V31m/S,如图所示。
求流量及其它管道的断面平均流速。
解：
应用连续性方程
（1）流量:
Qv3A3103l/s
（2）断面平均流速
0.0625m/sv20.25m/s
4如图铅直放置的有压管道，已知di=200mm,d2=100mm,断面1-1处的流速vi=1m/so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a中若水自下而上流动，Q及V2是否会发生变化
解：
应用连续性方程
（1）Q31.4i/s
（2）v24m/s
（3）不变。
（4）流量不变则流速不变
5已知某流场的流速势为
a（x2V2）
2,a为常数，试求Ux及Uy。
解：
UxaxUyay-222
6.对于ux2xy,uyaxy的平面流动，a为常数。
试分析判断该流动：
（1）是恒定流还是非恒定流
（2）是均匀流还是非均匀流（3）是有旋流还是无旋流
解：
应用质点加速度数学表达式
UxUxUx
ax—UxUytxy
UyUyUy
ayUxUytxy求解。
看时间加速度与迁移加速
度判别是恒定流还是非恒定流；是均匀流还是非均匀流。
答案：
（1）是恒定流。
（2）是非均匀流z2g
（3）用无旋流数学表达式2yx求解，是无旋流
三.简答题
1.说明总流能量方程中各项的物理意义。
:
（略）
2.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流
的伯努利方程，弁指出他们的区别
（略）
3应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流
段或均匀流段
提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的
p
z——c
gO
4在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、
基准面是否
可以任意选取为什么
答：
可以。
因为渐变流断面或均匀流断面的
5关于水流流向问题有如下一些说法：
“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”o这些说法是否正确为什么如何正确描述
答：
（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。
“水是从压强大向压强小的地方流”（不对），在有压管
流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。
（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能
量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。
（不能单从位能或
压能一个角度比较）
6总流的动量方程为FQ（2V21V1）,试问：
（1）F中包括哪些力
（2）如果由动量方程求得的力为负值
说明什么问题
答：
（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）
（2）求得的力为负值说明原假设的力的方向不对，反向即
可。
四、计算题（解题思路）
Pi
1.在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度g为1.5m,过流面积A1为0.05m2;过流断面2-2的面积A2为0.02m2;两断面间
V20.5—
水头损失h为2g；管中流量Q为20l/s；Z1为2.5m,Z2为2.6m。
P2
试求断面2-2的测压管高度g0（提示：
注意流动方向）。
（，改为1.6m与图相符）
解：
①能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。
求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。
②向未知情况下，流动方向可以假定。
③先求出V，V2
④列能量方程求解
P2P2
答案：
g=（1流向2）;g=mH20（2流向1）
2.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,As=0.04m2,若水池容积很大，行近流速可以忽略（v0=0）,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。
②先解出第3条管中断面平均流速，在求流量
3一
答案:
V39.90m/sq0.396m/s
（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤:
①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.。
③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）
3.如图一管路，A、B两点的高差Az=1m,点A处直径dA=0.25m,压强PA=cm2,点B处直径dB=0.5m,压强Pb=cm2,断面平均流速VB=1.2m/s。
判断管中水流方向。
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
4.在水平安装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管
与喉部压差Ah为20cm,已知水管直径a为10cm,喉部直径”为
5cm,当不计水头损失时，求通过流量Qo
解：
可以直接用公式QKJ126h求解,也可以流能量方程推
导公式求解。
_.一3.
答案.Q0.01425m/s
5.为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm
虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量为多少在虹吸管顶部s点处的压强为多少
解：
此题属理想流体的水力计算，作用水头转化为动能。
s点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转化。
（1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量，_3.
Q0.1355m/s
（2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，
ps
s5mH20g
6.一平板闸门宽b为2m,当通过流量Q为8m3/s时闸前水深h为4m,闸孔后收缩断面水深he为0.5m,求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）。
'L————c
解：
此题为用动量方程求解作用力。
因为流量未知，涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的联合应用。
（1）取控制面（脱离体）（上游过流断面与C-C断面之间）
（2）画出相对压强分布图，全面弁分析、计算外力（上游
过流断面压力Pi，C-C断面压力P2,重力沿水流方向的分力为0,设平板闸门对水的动水总压力为R,方向向左。
（3）因为流量未知先列能量方程求流速。
（4）列出的能量方程由viM两个未知量，用连续性方程消
掉1个未知量。
求出流量、流速。
（5）列动量方程求解作用力。
答案：
作用于平板闸门上的动水总压力R=kN,方向向
7.如图溢流坝，上游断面水深hi=1.5m,下游断面水深h2=0.6m,略去水头损失；求水流对2m坝宽（垂直纸面）的水平作用力。
注：
上、下游河床为平底，河床摩擦力不计，为方便计算取p
=1000kg/m3,g=10m/s2。
解：
此题与上题解完全相同。
答案：
R=kN,方向向右。
一、选择题（略）
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.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（）
A呈抛物线分布B.呈对数线分布
C呈椭圆曲线分布D.呈双曲线分布
4.等直径圆管中的层流，具过流断面平均流速是圆管中最大流
速的（）
A倍3倍C.1/4倍D.1/2倍
5.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
6.圆管的水力半径是（）
A.d/2B.d/3C.d/4D.d/5.
7,谢才公式中谢才系数的单位是（）
A,无量纲B,m1"sC.m2-/sD,m7s
8,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
二、判断题（略）
1.层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
（）
2.壁面光滑的管道一定是水力光滑管。
（）
3.在过流断面突变处一般发生局部水头损失。
（）
4.等直径圆管中的层流，具过流断面平均流速是圆管中最大流速
的1/2倍（）
5.流体内切应力方向与流体运动方向相同。
（）
6.阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。
（）
三、简答题
1.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同
答：
层流为抛物线分布，紊流为对数曲线分布.（也可以画图）
2,简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数入的变化规律。
答：
尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数入的变化规律，文字表述或数学公式表述
一一一一.一、一f（―）
粗糙区（阻力平方区）：
（d）.
3.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，弁说明其层流、紊流的
vd
判别标准
-―Re
vR
答：
管流：
Re2000（层流）Re2000（紊流）
一-一Re
明渠水流：
Re500（层流）Re500（紊流）
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।100m,管径d5cm,已知油的密度930kg/m3,动力粘滞系数0.072Ns/m2。
当通过输油管的
流量Q0,。
。
5m7s时，判断液流的流态，计算输油管的沿程水头损失hf。
解：
（1）计算雷诺数判别流态。
（2）计算沿程阻力系数入。
（3）计算沿程水头损失hf。
答案：
层流沿程水头损失hf=25.74m（油柱）
2.水管直径d10mm,管中水流流速v0.2m/s,水温T100C,
（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,求管径。
答案：
d13,06mm
3.有一圆管，在管内通过0.013cm2/s的水，测得通过的流量为
一-2・
Q35cm/s,在管长15m的管段上测得水头损失为2cm,试求该圆管内径do
解：
（1）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数入表达式弁代入数据；
hIv2hf
（2）将上式再代入达西公式d2g弁化简，代入数据求
管径。
答案：
d14.2mm
4.水管直径d100mm，管中水流流速v100cm/s,水温T100C,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J0.0009,明渠底宽为b2m,水深h1m,粗糙系数n0.014,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，
①计算出水力要素：
面积A,湿周，水力半径R,
②用曼宁公式和巴氏公式计算谢齐系数C,
③谢齐公式计算流速；
④计算量
答案：
Q2.7m3/s（用曼宁公式计算）—3
Q3.03m6（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
di150mm,d275mm,I50m,管道的当量粗糙度K0.6mm,水
温为20C。
若管道的出口流速v2m/s
，求
（1）水位H;
（2）
绘出总水头线和测压管水头线o
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，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
（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05
（4）沿程阻力系数选取公式有别，结果可不同。
答案：
H12.93m
7.某一水池，水位恒定，通过一根管径d100mm、管长l800m的
管道，已知水池水面和管道出口高差H20m,管道上有两个弯
头，每个弯头的局部阻力系数0.3,管道进口是直角进口
（0.5）管道全长的沿程阻力系数0.025,试求通过管道的流
量。
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=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
[Wj。
A.6.0mB.7.5mC.9mD.10m
2.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
水面图差；
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H0
C.作用水头大于H0D.管长l=（3-4）d,作用水头HH0
4.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，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。
（）
三、简答题
1.为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大
答：
因为在管嘴进口收缩断面处形成了负压，相当增加了作
用水头，在相同条件下管嘴出流比孔口出流的流量大。
2,写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数
的表达式。
答：
（略）
3.外延管嘴的正常工作条件是什么
答：
管嘴长：
l（3~削，作用水头：
H9.0mH2°
4.为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大
答：
（与1重复）四、计算题（解体思路与答案）
1.有一虹吸管，作用水头Hi"m凡20m，管长1
5.0m
管径
did20.1m,沿程损失系数0.02,进口设拦污栅，进口局部损失系数110.0,弯管局部损失系数20.15。
求该虹吸管的过流量、管中最大真空值，弁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2O
①局部损失系数要考虑周全（共3个）。
②此题，管中最大真空值发生在最高处。
2.一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di=450mm,d2=350mm,d3=250mm,管长Li=100m,l_2=100m,L3=100m,qi=m3/s,q2=m3/s,q3=m3/s,管道的粗糙
系数n=o试确定水塔高度Ho
解：
此题属短管的水力计算，，也可直接用公式求解。
要点有3
①长管公式要记住，应注意修正。
②管中（节点）流量要算对。
③题目中给出了管道的粗糙系数，意指管流在粗糙区，不
必修正，但要记住以下公式,
c1168gs_8_
cnR/g2d5HslQ2
3,圆形有压涵管穿过路基，管长150m,管径d1.0m,上下游水
位差H3m,管路沿程阻力系数0.03,局部阻力系数：
进口
e0.5,弯管b0.65,水下出口se1.0,求通过流量
解：
此题属短管的水力计算，，也可直接用公式求解。
要
点是局部损失系数要考虑周全（共4个）
3.
答案：
Q2g/s
一、选择题（略）
1,对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度
分别达到最大。
A.0.5,B.,C.,081D.,
2.对于a,b,c三种水面线，下列哪些说法是错误（）（）
0，、一
A.所有a、c型曲线都是壅水曲线，即ds,水深沿程增大。
…………….他。
B.所有b型曲线都是壅水曲线，即ds,水深沿程增大。
……………•他0「「、口加…
C.所有a、c型曲线都是降水曲线，即ds,水深沿程减小。
……………--0
D.所有b型曲线都是降水曲线，即ds,水深沿程减小。
3.跌水的形成条件是（）
A.从急流过渡到急流B.从急流过渡到缓流
4
.水跃的形成条件是（
5.两段长直的棱柱形渠道，通过的流量相同
A,粗糙系数不同（ni>n2）,其他参数相同（n，b，m，Q）,则h。
1h°2
B.底坡不同（D,其他参数相同（i，b，m，Q）,则hoih02
C.底宽不同（b1b2）,其他参数相同（i，n，m,Q）,则ho1也
D.边坡系数不同（mi电），其他参数相同（iEbQ）,则hoiho2
6.一梯形断面渠道，底宽b=2m,边坡系数m=,明渠中的水深h=0.5m,则湿周、水力半径R分别为（）
A.,B.,C.,D.,
一.判断题（略）
1.缓流一定是均匀流，急流一定不是均匀流。
（）
2.断面单位能量沿程可大、可小，或者不变。
（）
3.明渠中均匀流一定是恒定流。
（）
4.明渠水流，从缓流到急流发生水跃。
（）
5.谈到某水流是临界流、急流、缓流，这是以明渠断面尺寸、
流量一定为前题而讲的。
（）
6.明渠水流的测压管水头线不可能沿程上升。
（）
简答题
1.简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。
答：
明渠均匀流的水力特征：
①底坡线，水面线，总线头线三线平行，即iJ人，
②水深h,过水断面面积A,断面平均流速及断面流速分
布沿程不变。
明渠均匀流形成条件:
n不变。
①流量恒定。
②必须是长直棱柱形渠道，糙率
③底坡i不变。
2.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。
答：
明渠水流分为缓流、急流、临界流。
个判别方法有：
1干扰波：
波速C=Mghm,V=C为临界流，Vc为急流；
V
②弗劳德数：
弗劳德数F尸而，Fr=1临界流，Fr〈1缓流，Fr>1急流；
3临界水深hk：
hhk缓流，hhk临界流，hhk急流，
4临界底坡ik:
iik缓流，iik临界流，iik急流。
3.写出佛劳德数的表达式，弁说明其物理意义。
v
答：
弗劳德数Fr=d前，物理意义是：
反映动能与势能之比。
4.为什么要引入断面单位能量的概念
答：
引入
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