西安交大流体力学题及答案docx.docx
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西安交大流体力学题及答案docx
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-C、D-D中哪个是等压面哪个不是等压面为什么
油
BB
CC
AA
DD
水
（a）连通容器（b）连通器被隔断（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
1.一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m2，h1=5m，h2＝2m。
求A、B两点的静水压强。
p0
h2
h1
B
A
解：
由压强基本公式pp0
gh求解
pA=
mH2o（74kN/m2）
pB=
mH2okN/m2）
3如图所示为一复式水银测压计，已知
12.3m，
21.2m，
32.5m，41.4m，51.5m（改为3.5m）。
试求水箱液面上的绝
对压强p0＝
P0
5
水
3
1
水
4
2
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p0.
:
p0=kN/m2
4某压差计如图所示，已知HA=HB=1m，H=0.5m。
求：
pApB。
空气
A
HB
HA水
ΔH
B
水
水银
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/m2mH2o）
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）。
m
3
m
2
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θ＝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）。
Ar
h
B
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，或曰，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、Ⅲ是均匀流，Ⅱ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,uy
ay，其中a
1秒-1。
（1）
论证流线方程为xyC；
（2）绘出C＝0、1及4m
2的流线；
（3）求出质点加速度的表达式。
解：
（1）流线方程为：
（2）（略）
dxdy
uxuy代入数值推导
ax
ux
ux
ux
（3）由：
ux
uy
t
x
y代入数值求解。
uy
ux
uy
uy
ay
uy
y代入数值求解。
t
x
答案:
ax
a2xay
a2y
2试检验下述不可压缩流体的运动是否存在
（1）ux
2
2
2x
y,
uy
2y
z,
uz
4（xy）zxy
（2）ux
yzt,
uy
xzt,
uz
xyt
ux
uy
uz
解：
由连续性微分方程，
x
y
z=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,d25cm,d32.5cm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v10.0625m/s,v20.25m/s。
4如图铅直放置的有压管道，已知d1=200mm，d2=100mm，断
面1-1处的流速v1=1m/s。
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）Q
31.4l/s
（2）v2
4m/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（x2
y2）
，a为常数，试求ux及uy。
2
解：
uxax
uyay
6.对于ux
2xy，uya2
x2
y2
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
ux
ux
ux
ax
ux
uy
t
x
y
uy
uy
uy
ay
ux
uy
t
x
y
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
1
ux
uy
（3）用无旋流数学表达式
z
（
）
2
y
x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，并指出他们的区别
：
（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
（z
p）
答：
因为建立恒定总流的伯努利方程时，
把
g作为常数
z
p
c
g
提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的
。
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
p
zc
答：
可以。
因为渐变流断面或均匀流断面的g。
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”。
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）
p1
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
0.5
v12
水头损失h为
2g；管中流量Q为20l/s；z为2.5m，z为2.6m。
1
2
p2
试求断面2-2的测压管高度
g。
（提示：
注意流动方向）。
（z2
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v1,v2
④列能量方程求解
p2p2
答案：
g=（1流向2）;g=mH2o（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A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=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。
解:
（1）因为不计管路的水头损失,此题为理想流体的流动。
①因为是理想流体，作用水头完全转化为动能。
②先解出第3条管中断面平均流速，在求流量。
答案：
v39.90m/s
q0.396m3/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。
v2
②计算各段流速水头2g。
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z＝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h为20cm，已知水管直径d1为10cm，喉部直径d2为
5cm，当不计水头损失时，求通过流量Q。
解:
可以直接用公式QK12.6h求解，也可以流能量方程推导公式求解。
答案：
Q0.01425m3/s
5．为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为15cm的
虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹吸管的流量Q
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，
Q0.1355m3/s
（2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，
ps
5mH2o
g
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hC为0.5m，求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）。
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，全面并分析、计算外力（上游
过流断面压力P1，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v1,v2两个未知量，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
右。
7．如图溢流坝，上游断面水深h1=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ρ
=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，其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（）
3
1
sD.m2s
A.无量纲B.m2sC.m2
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,其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λ的变化规律。
答:
尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数λ的变化规律,文字表述或数学公式表述.
层流:
f（Re）;水力光滑区:
f（Re）;过渡粗糙区:
f（Re,K）
d
f（
K
）
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，并说明其层流、紊流的
判别标准
Re
vd
Re2000（层流）Re
2000（紊流）
答:
管流:
vR
明渠水流:
Re
500（紊流）
Re500（层流）Re
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l100m,管径d5cm，已知油的密度
930kgm3，动力粘滞系数0.072Nsm2。
当通过输油管的
流量Q0.005m3s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λ。
（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T
100C，
（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
Q35cm2/s，在管长15m的管段上测得水头损失为2cm，试求该
圆管内径d。
解：
（1）设管中水流为层流，推导出沿程阻力系数λ表达式并代入数据；
lv2
（
2）将上式再代入达西公式
hf
d2g并化简，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）
Q3.03m3/s（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
d1150mm，d2
75mm，l50m，管道的当量粗糙度
K0.6mm，水
温为20C。
若管道的出口流速
v22m/s，求
（1）水位H；
（2）
绘出总水头线和测压管水头线。
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0.5
（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
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