电大《流体力学》形成性考核.docx
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电大《流体力学》形成性考核
作业1答案（第1章、第2章）
第1章一、选择
1、牛顿内摩擦定律适用于（B）
A、任何流体B、牛顿流体C、非牛顿流体
2、液体不具有的性质是（C）
A、易流动性B、压缩性C、抗拉性D、粘滞性
3、连续介质假定认为流体（C）连续。
A、在宏观上B、在微观上C、分子间D、原子间
4、在国际制单位制中流体力学基本量纲不包括（D）
A、时间B、质量C、长度D、力
5、在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（D）
A、切向力、正压力B、正压力、重力C、正压力、重力
D
、正压力、切向力、重力
6、下属那些力属于质量力（E）
A、惯性力B、粘滞力C、弹性力D、表面张力
E
、重力
二、判断题
1、压强和切应力属表面力。
（正确）
2、流体惯性力与加速度方向相同。
（错误）
3、粘滞性可以制止流体流动。
（正确）
4、理想流体与实际流体的区别仅在于理想流体具有不可压缩性。
（正确）
三、简答题（要点）
1.为什么要建立连续介质模型？
答：
液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。
工程上研究的流体，关心的
是流体宏观的物理性质。
把流体看成为由质点组成的连续体——连续介质模型，目的是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。
2．什么是流体的粘滞性？
它对流体流动起什么作用？
答：
流体具有的阻滞变形运动的特性——流体的粘滞性，它对流体流动产生阻力，造成能量损失。
3.动力粘滞系数和运动粘滞系数有什么区别？
答：
两者都反映流体的粘滞性，为动力量，为运动量，，量纲不同。
4.容器内盛有液体，求下述不同情况时该液体所受单位质量力？
（1）容器静止时；液体所受单位质量力仅有重力。
（2）容器以等加速度g垂直向上运动：
液体所受单位质量力为2g。
（3）容器以等加速度g垂直向下运动。
液体所受单位质量力为0。
5.试分析图中三种情况下水体A受哪些表面力和质量力？
（1）静止水池；
（2）顺直渠道水流
（均匀流）；（3）平面弯道水流。
u
u
A
AA
（a）
（b）
（c）
（1）：
水体A受哪些表面力为压应力（正压力），质量力为重力g。
（2）：
水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g（均匀流）。
（3）：
水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g和惯性力。
一、作图题（略）
二、计算题（解题思路与答案）
1.已知某水流流速分布为
u0.72y1/10，u的单位为m/s，y为距壁面的距离，单位为m。
（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；
（2）若水的运动粘滞系数
0.1010cm2
/s，计
算相应的切应力。
解：
（1）：
①求出点流速,②设y的增量dy=0.01m③y
ydy
处的点流速，④求出求解流
速梯
du0.5477
dy
1,0.1332
s
1,0.071691
ss
（2）：
du
5.53
dy
106
pa;1.345
106
pa;0.724
106
pa。
2.已知温度20℃时水的密度
998.2kg
/m3，动力粘滞系数
1.002
103N
s/m2，求
其运动粘滞系数？
解：
直接用公式解，注意单位制。
：
1.0038
103
m2/s
第2章
一、选择题（略）
1、某点存在真空时，（A）（D）
A、该点的绝对压强为正值B、该点的相对压强为正值C、该点的绝对压强为负值D、该点的相对压强为负值2、流体静压强的（B）
A、方向与受压面有关B、大小与受压面积有关C、大小与受压面积方位无关
3、流体静压强的全微分式为（C）
A、dp=p（Xdx+Ydy+Zdz）B、p=p（x，y，z）C、ppagh
2
4、压强单位为N/m时，采用了哪种表示法（A）
A、应力单位B、大气压倍数C、液柱高度
5、密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（A）A、高于容器内液面B、低于容器内液面C、等于容器内液面二、判断题
1、等压面与质量力垂直。
（错误）
2、某点存在真空，是指该点的压强小于大气压强（错误）
3、静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。
4、相对压强的数值可为正值，也可以是负值。
（错误
）
（正确）
5、静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。
（正确）
6、和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。
（正确）
7、相对静止的液体的等压面一定是水平面。
（正确）
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？
：
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
AACC
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）
22
1.已知某点绝对压强为80kN/m，当地大气压强pa=98kN/m。
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：
8.16mH2o
（2）该点相对压强：
-1.84mH2o
（3）该点真空压强：
1.84mH2o
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.
2
一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m，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pp0gh求解
2
pA=7.551mH2o（74kN/m）
2
pB=4.551mH2o（44.6kN/m）
3如图所示为一复式水银测压计，已知
12.3m，2
1.2m，3
2.5m，4
1.4m，
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=273.04kN/m2
4某压差计如图所示，已知HA=HB=1m，ΔH=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/m2（4.8mH2o）
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）。
m3
m2
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=24.5kNe1.267m（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
作业2答案（第3章、第4章）
第3章
一、选择题
1、流体运动的连续性方程是根据（C）原理导出的。
A、动量守恒B、质量守恒C、能量守恒
D
、力的平衡
2、流线和迹线重合的条件为（C）
A、恒定流B、非恒定流C、非恒定均匀流
二、判断题
1、以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。
2、恒定流一定是均匀流。
（正确）
（错误）
3、涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。
4、无旋流就是无涡流。
（正确）
（正确）
5、非均匀流一定是非恒定流。
（错误）
三、简答题
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
2
uxax,uy
ay，其中a
-1
1秒。
（1）论证流线方程为
xyC
；
（2）绘出C＝0、1及4m的流线；（3）求出质点加速度的表达式。
解：
（1）流线方程为：
dx
dy
代入数值推导
uxuy
（2）（略）
（3）由：
ax
uxux
u
x
tx
ux
u
y代入数值求解。
y
uyuy
ayux
tx
uy
uy代入数值求解。
y
答案:
aa2x
aa2y
2
x
y
y
试检验下述不可压缩流体的运动是否存在？
（1）ux
2x2y,
u2y2z,
uz4（x
y）zxy
（2）ux
yzt,
uyxzt,
uzxyt
ux
解：
由连续性微分方程，
x
uyuz
yz
=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d1
10cm,d2
5cm,d3
2.5cm
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：
Q
v3A3
4.91
103l/s
（2）断面平均流速v1
0.0625m/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？
第4章
一．选择题
1、总流伯努力方程适用于（A）
A、恒定流B、非恒定流C、可压缩流体
2、总水头线与测压管水头线的基本规律是：
（A）（C）
A、总水头线总是沿程下降的B、总水头线总是在测压管水头线的上方
C、测压管水头线沿程可升可降D、测压管水头线总是沿程下降的
二．判断题
1、N-S方程为理想流体运动的微分方程。
（正确）
2、毕托管是量测流体电流速的一种仪器。
（正确）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？
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？
答：
因为建立恒定总流的伯努利方程时，把
（zp
g
）作为常数提到积分号外面，只有
渐变流断面或均匀流断面的
zpc。
g
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
zpc。
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（
2v2
1v1
），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）
1.在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度
p1为1.5m，过流面积A为0.05m2；过流断面
1
g
v
2
2
2-2的面积A2为0.02m；两断面间水头损失h为0.51
2g
；管中流量Q为20l/s；z1为2.5m，
z2为2.6m。
试求断面2-2的测压管高度
p2
。
（提示：
注意流动方向）。
（
g
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
答案：
p2
=-2.289mH2o（1流向2）;
g
p2
=-1.473mH2o（2流向1）
g
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
232
三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m，A2=0.03m，A3=0.04m，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：
v3
9.90m/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.
2
如图一管路，A、B两点的高差Δz＝1m，点A处直径dA=0.25m，压强pA=7.84N/cm，点B处
2
直径dB=0.5m，压强pB＝4.9N/cm，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Δh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Q
K12.6
h求解，也可以流能量方程推导公式求解。
答案：
Q
0.01425m3/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
ps
（2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，
g
5mH2o
3
6.一平板闸门宽b为2m，当通过流量Q为8m/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。
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、
（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=93.5kN,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/m
32
，g=10m/s。
解:
此题与上题解完全相同。
答案：
R=3.46kN,方向向右。
作业3答案（第5章、第6章）
第5章一、选择题
1.管道中液体的雷诺数与（D）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（B）。
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（D）
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（C）
A1.0倍B.1/3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（B）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）
A.d/2B.d/3C.d/4D.d/5.
7、谢才公式中谢才系数的单位是（C）
A.无量纲B.
1
m2sC.
3
m2sD.
m2s
8.判断层流和紊流的临界雷诺数是（C）
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
2.壁面光滑的管道一定是水力光滑管。
（错误
）
3.在过流断面突变处一般发生局部水头损失。
（正确
）
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
5.流体内切应力方向与流体运动方向相同。
（错误
1/2倍（正确）
）
6．阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。
（正确
）
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。
3
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
930kg
m，动力粘滞系
数0.072N
2
sm。
当通过输油管的流量Q
3
0.005m
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