华南理工大学2009年流体力学习题及参考答案

09流体力学习题1及参考答案一、单项选择题（共15分，每小题１分）1、下列各力中，属于质量力的是（）。A．离心力B．摩擦力C．压力D．表面张力2、下列关于流体粘性的说法中，不准确的说法是（）。A．粘性是实际流体的固有属性B．构成流体粘性的因素是流体分子间的吸引力C．流体粘性具有传递运动和阻碍运动的双重性D．动力粘度与密度之比称为运动粘度3、在流体研究的欧拉法中，流体质点的加速度由当地加速度和迁移加速度组成，当地加速度反映（）。A．流体的压缩性B．由于流体质点运动改变了空间位置而引起的速度变化率C．流体速度场的不稳定性D．流体速度场的不均匀性4、重力场中流体的平衡微分方程为（）。A．gdzdpB．gdzdpC．dzdpD．gdzdp5、无旋流动是指（）的流动。A．速度环量为零B．迹线是直线C．流线是直线D．速度环量不为零6、压强的量纲p是（）。A.2MLtB.21tMLC.11tMLD.1MLt7、已知不可压缩流体的流速场为则流动不属于（）。A．非均匀流B．非稳定流动C．稳定流动D．三维流动8、动量方程的适用条件是()。A．仅适用于理想流体作定常流动B．仅适用于粘性流体作定常流动C．适用于理想流体与粘性流体作定常或非定常流动D．适用于理想流体与粘性流体作定常流动9、在重力场中作稳定流动的系统，沿流动方向总水头线维持水平的条件是()。A．管道是水平放置的B．流体为不可压缩流体C．管道是等径管D．流体为不可压缩理想流体10、并联管道系统中,其各支管内单位质量流体的能量损失（）。A．不相等B．之和为总能量损失C．相等D．不确定11、边界层的基本特征之一是（）。A．边界层内流体的流动为层流B．与物体的特征长度相比，边界层的厚度很小C．边界层厚度沿流动方向逐渐减薄D．边界层内流体的流动为湍流12、指出下列论点中的错误论点：（）A．平行流的等势线与流线相互平行B．涡流的径向速度为零C．无旋流动也称为有势流动D．点源的圆周速度为零13、关于涡流有以下的论点，指出其中的错误论点：()。0),,(),(wtzxfzyfuinoutQVQVF)()(A．以涡束诱导出的平面流动，称为涡流B．点涡是涡流C．涡流的流线是许多同心圆D．在涡流区域速度与半径成正比14、超音速气体在收缩管中流动时，气流速度（）。A．逐渐增大B．不变C．不确定D．逐渐减小15、为提高离心泵的允许安装高度，以下哪种措施是不当的？（）A．提高流体的温度B．增大离心泵吸入管的管径C．缩短离心泵吸入管的管径D．减少离心泵吸入管路上的管件参考答案：1.A2.B3.C4.D5.A6.B7.C8.D9.D10.C11.B12.A13.D14.D15.A二、填空题（共12分,每小题２分）1、静止流体中任一点的静压强大小与其作用面在空间的方位无关，与该点位置相关。2、理想流体是指不考虑粘性的流体；不可压缩流体是指忽略密度变化的流体。３、粘性流体沿缓变流流动产生的阻力损失称为沿程阻力损失，在急变流处产生的阻力损失称为局部阻力。４、调节往复泵流量的方法有：改变活塞冲程，旁路调节等。５、造成边界层分离的原因，在于逆压强梯度作用和物面粘性滞止效应的共同影响。6、已知某输水管路中，泵的特性曲线方程为24102.740QH，管路的特性曲线方程为24108.428QHe，（注：式中H的单位为m，Q的单位为m3/s）。当输水量为8.5L/S时，消耗于阀门调节的水头损失是3.33m.三、简答题（共18分,每小题6分）(1)分别写出理想流体和粘性流体总流的伯努利方程。比较它们的相同之点和不同之处。参考答案：理想流体的伯努利方程：1211222222pVgzpVgz粘性流体总流的伯努利方程：whgpzgVgpzgV222221121122它们的相同之点：是能量守恒定律在流体流动系统的应用结果；均适用于不可压缩流体；反映流动系统中动能、势能、静压能之间的相互关系。不同之处是：理想流体伯努利方程表明，理想流体沿流动方向的总水头保持不变；粘性流体总流的伯努利方程则表明，为了克服粘性阻力，粘性流体沿流动方向的总水头是逐渐减少的。(2)为何流体静压力的方向总是沿着作用面的内法线方向？参考答案：因为:(1)静止流体不能承受剪力，即τ=0，故p垂直受压面；(2)因流体几乎不能承受拉力，故p指向受压面。(３)流体的压缩性指的是什么？列举出两种反映流体的压缩性的参数。在工程实际应用中，如何考虑液体和气体的压缩性？参考答案：流体在一定温度下，体积随压强增大而缩小的特性称为流体的压缩性。反映流体的压缩性的参数有：压缩系数、体积模量、音速。一般而言，液体的压缩性很小，但当压强变化很大时（如水击和水下爆炸），应考虑液体密度的变化；气体的压缩性很大，但在流速不太高，压强变化较小的情况下，可将气体视为不可压缩流体。四、计算题（六题，共55分）１、（5分）当压强增加5×104Pa时，某种液体的密度增长0.02%，求该液体的体积模量。解：0dVVddMVMddVVPadpddpVdVEp84105.2105%02.011112、（10分）已知某不可压缩流体平面流动的速度分布规律为：yxyyxxu22422判断说明该流动是否连续？是否无旋？并求出流函数。解：22,22xyxxu0yxu满足连续性方程，所以流动连续。yxyu2,4042yyux所以流动有旋。Cxfxfyxyxfyxyxxfyxyyxyxxuy)(,0)(22)(22)(2242222令C＝0，则流函数为2222yxyyx3、（14分）图示离心泵管路系统，将常压下20℃的水从低位槽抽到高位槽，已知输送水量：Q＝36m3/h，吸入管（泵前）直径100mm,吸入管长10m(含局部阻力的当量长度),摩擦系数λ1=0.02。排出管（泵后）直径75mm,排出管长50m(含局部阻力的当量长度),摩擦系数λ2=0.03。常压下，20℃水的密度可取1000kg/m3。泵的效率为55%。PapB19092mgVdllhieBf164.081.9227.11.01002.02)(2211111）＝（164.098107.1227.102Bpg求：（1）泵的轴功率N为多少kw？（2）泵入口处的真空表读数应该是多少Pa?解：Q＝36m3/h=0.01m3/s(1)泵的轴功率N泵吸入管内的流速为:smdQVi/27.11.001.044221泵压出管内的流速为smddVVo/26.2)75100(27.1)(22211在断面1-1和2-2之间列伯努利方程，并移项整理得kwNNkwQgHNmHmgVdllgVdllhuumzzgPPhguugPPzzHeeeeoeieffe84.155.001.101.101.0100081.93.103.103.373.381.9226.2)075.03003.081.9227.11.01002.02)(2)(,027)(,02)(22222222111121212212122121221212＋（）＝（（2）泵入口处的真空表读数取1－1、B断面列伯努利方程：BfBBihgpzgVgpzgV12112122解得4、（12分）已知：一个水平放置的90º弯管输送水d1＝150mm，d2＝75mmp1＝2.06×105Pa，Q＝0.02m3/s求：水流对弯管的作用力大小和方向（不计水头损失）。解：smdQAQV/132.142111smdQAQV/527.442222取1-1、2-2两断面列伯努利方程2gV2gV222211pp所以，PaVVpp522211210964.12对选取的控制体列动量方程：x方向：)0(111VQRApxy方向：)0(222VQApRy所以，NRNRyx9583663NRRRyx37862266.14xyRRarctg所以，水流对弯管壁的作用力为R的反作用力R'=-3786N，大小相等，方向相反。5、（8分）大容器压缩空气灌中的压缩空气，经一收缩喷管向大气喷出，设喷嘴出口处的大气绝对压为101.33kPa,温度为25℃，流速为234m/s,试求压缩空气灌中的温度和压强。解：kgmRTp/27.1)5273(2871013303由02121RTkkVpkk代入已知数据，得0228714.14.1223427.110133014.14.1T解得KT3050kPaTTppkk140)278305(33.101)(14.14.11006、（6分）如图，水箱中的水通过直径为d，长度为l，沿程阻力系数为λ的立管向大气中泄水，问h多大时，立管排出的流量Q与h无关？解：在水箱液面与出水口断面间列伯努利方程：fhgVlh22gVdlhf22ldlhdgdllhgV212ldlhdgdVdQ24422所以，当dh时，Q与h、l无关。