第一章 流體力學部分練習題及答案(2014)

1、農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 1 q 伯努利方程的實質(zhì)是伯努利方程的實質(zhì)是 和和 守恒。守恒。 q 理想流體忽略了實際流體的理想流體忽略了實際流體的 和和 。 q 直徑直徑0.8m的總管中水流速度為的總管中水流速度為1m/s，則四根直徑均為，則四根直徑均為0.4m 分水管中水流速度為分水管中水流速度為 。 q 變直徑管流中，細斷面直徑變直徑管流中，細斷面直徑d1，粗斷面直徑，粗斷面直徑 d2=2d1，則，則 粗細斷面雷諾數(shù)關系是粗細斷面雷諾數(shù)關系是 。 q 邊長分別為邊長分別為a、b的長方形過流斷面，其水力半徑為的長方形過流斷面，其水力半徑為 相當直徑（當量直徑）為

2、相當直徑（當量直徑）為 。 填空題 12 Re2Re 2() ab ab 2 () ab ab 機械能壓強能 粘滯性壓縮性 1m/s 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 2 q 斷面平均流速斷面平均流速 與實際流速與實際流速 u 的區(qū)別是的區(qū)別是 。 q 過流斷面上各點的實際流速是不相同的，而平均流速在過過流斷面上各點的實際流速是不相同的，而平均流速在過 流斷面上是相等的流斷面上是相等的 q 實際流體總流的伯諾利方程表達式為實際流體總流的伯諾利方程表達式為 ，其適用條件，其適用條件 是是 。 q ，穩(wěn)定流，不可壓縮流，穩(wěn)定流，不可壓縮流 體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重力，

3、所取斷面為緩變流體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重力，所取斷面為緩變流 動動 2 2 222 21 2 111 1 22 z g vap h g vap z 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 3 q 理想流體伯努力方程理想流體伯努力方程 常數(shù)中，其中常數(shù)中，其中 稱為稱為 水頭。水頭。 q 穩(wěn)定流動的流線與跡線穩(wěn)定流動的流線與跡線 。 q 雷諾數(shù)之所以能判別雷諾數(shù)之所以能判別 ，是因為它反映了，是因為它反映了 和和 q 的對比關系。的對比關系。 q 理 想 氣 體 伯 努 力 方 程理 想 氣 體 伯 努 力 方 程 中中 ， 稱稱 ， q 稱全壓，稱全壓， 稱總壓稱總壓

4、。 測壓管 重合 流態(tài)慣性 力 粘性力 2 u z-zp 2 g21 ）（ ）（ g21 z-zp 勢壓 2 u p 2 2 u z-zp 2 g21 ）（ 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 4 q 有兩個圓形管道，管徑不同，輸送的液體也不同，則流態(tài)有兩個圓形管道，管徑不同，輸送的液體也不同，則流態(tài) 判別數(shù)（雷諾數(shù)）不相同。判別數(shù)（雷諾數(shù)）不相同。 q “只有當過水斷面上各點的實際流速均相等時，水流才是只有當過水斷面上各點的實際流速均相等時，水流才是 均勻流均勻流”，該說法是否正確？為什么？，該說法是否正確？為什么？ q 不對。均勻流是指運動要素沿程不發(fā)生改變，而不是針

5、對不對。均勻流是指運動要素沿程不發(fā)生改變，而不是針對 一過水斷面。一過水斷面。 q 在一直管中流動的流體，其水頭損失包括沿程水頭損失與在一直管中流動的流體，其水頭損失包括沿程水頭損失與 局部水頭損失。局部水頭損失。 q 邊界層內(nèi)流體流動與粘性底層流體流動都屬于層流。邊界層內(nèi)流體流動與粘性底層流體流動都屬于層流。 q 漸變流任意兩個過流斷面的漸變流任意兩個過流斷面的 q 靜水壓強可以用測壓管來測量，而動水壓強則不能用測壓靜水壓強可以用測壓管來測量，而動水壓強則不能用測壓 管來測量。管來測量。 判斷題 X X X X X 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 5 q 在位置高度

6、相同，管徑相同的同一管道的兩斷面上，其勢在位置高度相同，管徑相同的同一管道的兩斷面上，其勢 能、動能都相等。能、動能都相等。 q 運動水流的測壓管水頭線可以沿程上升，也可以沿程下降運動水流的測壓管水頭線可以沿程上升，也可以沿程下降 。 q 對對 q 在均勻流中，任一過流斷面上的流體動壓強呈靜壓強分布在均勻流中，任一過流斷面上的流體動壓強呈靜壓強分布 特征。特征。 q 對對 q 均勻流過流斷面是一平面，漸變流過流斷面近似平面。均勻流過流斷面是一平面，漸變流過流斷面近似平面。 q 對對 q 孔口淹沒出流時，孔口淹沒越深，其出流的流速和流量就孔口淹沒出流時，孔口淹沒越深，其出流的流速和流量就 越大。

7、越大。 q “水一定由高處向低處流水一定由高處向低處流” q 平衡流體中任意點的靜壓強值只能由該點的坐標位置來決平衡流體中任意點的靜壓強值只能由該點的坐標位置來決 定，而與該壓強的作用方向無關。即作用于同一點上各方定，而與該壓強的作用方向無關。即作用于同一點上各方 向的靜壓強大小相等。向的靜壓強大小相等。 5 X X X 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 6 q 想一想：為什么在總流分析法中需引入斷面平均流速？想一想：為什么在總流分析法中需引入斷面平均流速？ q 因為總流過水斷面上各點的流速是不相等的。為了簡化總因為總流過水斷面上各點的流速是不相等的。為了簡化總 流的計

8、算，所以引入了斷面平均流速來代替各點的實際流流的計算，所以引入了斷面平均流速來代替各點的實際流 速。速。 q 實際水流中存在流線嗎？引入流線概念的意義何在？實際水流中存在流線嗎？引入流線概念的意義何在？ q 不存在。引入流線概念是為了便于分析流體的流動，確定不存在。引入流線概念是為了便于分析流體的流動，確定 流體流動趨勢。流體流動趨勢。 q 恒定流、均勻流各有什么特點？恒定流、均勻流各有什么特點？ q 恒定流是指各運動要素不隨時間變化而變化，恒定流是指各運動要素不隨時間變化而變化， 恒定恒定 流的流線、跡線重合，且時變加速度等于流的流線、跡線重合，且時變加速度等于0。 q 均勻流是指各運動要素

9、不隨空間變化而變化，均勻流是指各運動要素不隨空間變化而變化， 均勻均勻 流，位變加速度等于流，位變加速度等于0。 簡答題 0 t A 0 s A 6 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 7 q 問題：總流能量與元流能量方程有什么不同點？問題：總流能量與元流能量方程有什么不同點？ q 1）以斷面的平均流速）以斷面的平均流速 代替元流中的點流速代替元流中的點流速 ； q 2）以平均水頭損失）以平均水頭損失 代替元流的水頭損失；代替元流的水頭損失； q 3）各項反映的是整股水流的能量代替某一元流的能量。）各項反映的是整股水流的能量代替某一元流的能量。 q 問題：有人說問題：有人

10、說“均勻流一定是恒定流，急變流一定是非恒均勻流一定是恒定流，急變流一定是非恒 定流定流”，這種說法是否正確？為什么？，這種說法是否正確？為什么？ q 答：流動均勻與否是對流程而言，流動恒定與否是相對時答：流動均勻與否是對流程而言，流動恒定與否是相對時 間而言，這是判別流動的兩個不同標準。因此，這種說法間而言，這是判別流動的兩個不同標準。因此，這種說法 是錯誤的。是錯誤的。 q 問題：怎樣判別粘性流體的兩種流態(tài)問題：怎樣判別粘性流體的兩種流態(tài)層流和紊流？層流和紊流？ q 答：用下臨界雷諾數(shù)答：用下臨界雷諾數(shù)Rec來判別。當雷諾數(shù)來判別。當雷諾數(shù)Re Rec時，流動為紊流。時，流動為紊流。 q 當

11、為圓管流時當為圓管流時, q 當為明渠流時當為明渠流時 。(R為水力半徑為水力半徑) Re2000 c c d Re500 c c R 7 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 8 q 問題：為何不能直接用臨界流速作為判別流態(tài)（層流和紊問題：為何不能直接用臨界流速作為判別流態(tài)（層流和紊 流）的標準？流）的標準？ q 答：因為臨界流速跟流體的粘度、流體的密度和管徑（當答：因為臨界流速跟流體的粘度、流體的密度和管徑（當 為圓管流時）或水力半徑（當為明渠流時）有關。而臨界為圓管流時）或水力半徑（當為明渠流時）有關。而臨界 雷諾數(shù)則是個比例常數(shù)，對于圓管流為雷諾數(shù)則是個比例常數(shù)，對

12、于圓管流為2000，對于明渠流，對于明渠流 為為500，應用起來非常方便。，應用起來非常方便。 q 當管道流量一定時，隨管徑的加大，雷諾數(shù)是增大還是減當管道流量一定時，隨管徑的加大，雷諾數(shù)是增大還是減 小？??？ q 答：隨答：隨 d 增大，增大，Re 減小。減小。 q 圓管中層流與紊流，其流速分布有什么不同？圓管中層流與紊流，其流速分布有什么不同？ q 答答: 層流為拋物線分布，紊流為對數(shù)曲線分布。層流為拋物線分布，紊流為對數(shù)曲線分布。 4 Rec dQ d 8 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 9 如圖所示，水流通過由兩段等截面及一段變截面組成的管道，試問： （1）當

13、閥門開度一定，上游水位保持不變，各段管中，是恒定流還是非恒定流 ？是均勻流還是非均勻流？ （2）當閥門開度一定，上游水位隨時間下降，這時管中是恒定流還是非恒定流 ？ （3）恒定流情況下，當判別第II段管中是漸變流還是急變流時，與該段管長有無 關系？ 答：（1）是恒定流。、是均勻流，是非均勻流。 （2）管中為非恒定流。 （3）有。管段相當長為漸變流，管段較短為急變流。 9 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 10 q 問題：在靜止流體中，各點的測壓管水頭是否相等？在流問題：在靜止流體中，各點的測壓管水頭是否相等？在流 動流體中？動流體中？ q 答：相等，均勻流、漸變流中同一

14、斷面上各點測壓管水頭答：相等，均勻流、漸變流中同一斷面上各點測壓管水頭 相等，急變流中不相等。相等，急變流中不相等。 q 何謂均勻流及非均勻流？以上分類與過流斷面上流速分布何謂均勻流及非均勻流？以上分類與過流斷面上流速分布 是否均勻有無關系？是否均勻有無關系？ q 答：均勻流是指流線是平行直線的流動，答：均勻流是指流線是平行直線的流動， 非均勻流是流非均勻流是流 線不是平行直線的流動，線不是平行直線的流動， 這個分類與過流斷面上流速分這個分類與過流斷面上流速分 布是否均勻沒有關系。布是否均勻沒有關系。 10 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 11 q 雷諾數(shù)的物理意義？

15、它為什么能用來判別流態(tài)？雷諾數(shù)的物理意義？它為什么能用來判別流態(tài)？ q 答答: 雷諾數(shù)實質(zhì)是反映粘性力與慣性力之比。層流時慣性雷諾數(shù)實質(zhì)是反映粘性力與慣性力之比。層流時慣性 力不大力不大,而粘性力占主導而粘性力占主導,受粘性力的約束，流體質(zhì)點做規(guī)受粘性力的約束，流體質(zhì)點做規(guī) 則運動。紊流時慣性力占主導，受到干擾形成渦體，當粘則運動。紊流時慣性力占主導，受到干擾形成渦體，當粘 性力約束不了渦體時，流體質(zhì)點互相摻混，所以用雷諾數(shù)性力約束不了渦體時，流體質(zhì)點互相摻混，所以用雷諾數(shù) 可以來判別流態(tài)?？梢詠砼袆e流態(tài)。 q 當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數(shù)是增大還是變當輸水管直徑一定時，隨流量增大，

16、雷諾數(shù)是增大還是變 ??？當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還??？當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)是增大還 是變?。渴亲冃?？ q 答答: 當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數(shù)增大；當輸水管直徑一定時，隨流量增大，雷諾數(shù)增大； q 當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小當輸水管流量一定時，隨管徑加大，雷諾數(shù)變小 。 11 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 12 q 為什么用下臨界雷諾數(shù)，而不用上臨界雷諾數(shù)作為層流與為什么用下臨界雷諾數(shù)，而不用上臨界雷諾數(shù)作為層流與 紊流的判別準則？紊流的判別準則？ q 答：上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定，而下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定，只與

17、答：上臨界雷諾數(shù)不穩(wěn)定，而下臨界雷諾數(shù)較穩(wěn)定，只與 水流的過水斷面形狀有關。水流的過水斷面形狀有關。 q 當管流的直徑由小變大時，其下臨界雷諾數(shù)如何變化？當管流的直徑由小變大時，其下臨界雷諾數(shù)如何變化？ q 答：不變，下臨界雷諾數(shù)只取決于水流邊界形狀，即水流答：不變，下臨界雷諾數(shù)只取決于水流邊界形狀，即水流 的過水斷面形狀。的過水斷面形狀。 q 兩個不同管徑的管道，通過不同粘滯性的液體，它們的臨兩個不同管徑的管道，通過不同粘滯性的液體，它們的臨 界雷諾數(shù)是否相同？界雷諾數(shù)是否相同？ q 答答: 不一定。不一定。 q 能量損失有幾種形式？產(chǎn)生能量損失的物理原因是什么？能量損失有幾種形式？產(chǎn)生能量

18、損失的物理原因是什么？ q 答答: 有沿程能量損失和局部能量損失兩種。一是因為流體有沿程能量損失和局部能量損失兩種。一是因為流體 具有粘滯性，二是因為固體邊界條件的影響。具有粘滯性，二是因為固體邊界條件的影響。 12 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 13 問題：雷諾數(shù)與哪些因數(shù)有關？其物理意義是什么？當管道流量一定時，隨管徑 的加大，雷諾數(shù)是增大還是減??？ 答案： 雷諾數(shù)與流體的粘度、流速及水流的邊界形狀有關。Re=慣性力/粘滯力, 隨d增大，Re減小。 13 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 14 q 實際液體恒定總流的能量方程的適用條件實際

19、液體恒定總流的能量方程的適用條件 及方程中，及方程中，z、 、 、hl 的物理意義分別是什么？的物理意義分別是什么？ q 條件：條件： 恒定流恒定流質(zhì)量力僅為重力質(zhì)量力僅為重力不可壓縮液體不可壓縮液體 漸變流斷面漸變流斷面斷面間無分流和匯流。（斷面間無分流和匯流。（ 5分）分） q z 單位重量液體過流斷面所具有的位能（重力勢能單位重量液體過流斷面所具有的位能（重力勢能 ）、位置高度或位置水頭。）、位置高度或位置水頭。 q 單位重量液體過流斷面所具有的壓強（壓強勢能單位重量液體過流斷面所具有的壓強（壓強勢能 ）或壓強水頭。）或壓強水頭。 q 總流單位重量液體過流斷面上的平均動能或平均總流單位重

20、量液體過流斷面上的平均動能或平均 流速水頭。流速水頭。 q hl 總流兩過水斷面間單位重量液體的平均能量損失總流兩過水斷面間單位重量液體的平均能量損失 或水頭損失?；蛩^損失。 p 2 2 au g p 2 2 au g 14 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 15 實際氣體恒定總流的能量方程中各項的物理意義分別是什么？ 這里這里p1，p2稱為靜壓；稱為靜壓； 稱為動壓。稱為動壓。 （a-）g為單位體積氣體為單位體積氣體 所受有效浮力，（所受有效浮力，（z2-z1）為氣體沿浮力方向升高的距離，乘積（）為氣體沿浮力方向升高的距離，乘積（a-）g （z2-z1）為）為1-1

21、斷面相對于斷面相對于2-2斷面單位體積氣體的位能，稱為位壓。斷面單位體積氣體的位能，稱為位壓。 22 12 1212 () () 22 al pg zzpp 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 16 選擇題 例. 如圖所示，p 表示絕對壓強，pa表示大氣壓強，在試在圖中括號內(nèi) 填寫所表示的壓強。 問題：一元流動是 A、均勻流； B、速度分布按直線變化； C、運動參數(shù)是一個空間坐標和時間變量的函數(shù)； D、限于直線流動。 C 16 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 17 問題：恒定流是 A、流動隨時間按一定規(guī)律變化； B、流場中任意空間點的運動要素不隨

22、時間變化； C、各過流斷面的速度分布相同； D、各過流斷面的壓強相同。 問題：按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點是指 A、流體的分子； B、流體內(nèi)的固體顆粒； C、幾何的點； 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。 B D 17 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 18 問題：理想流體的特征是 A、粘度是常數(shù)； B、不可壓縮； C、無粘性； D、符合pV = RT。 問題：水平放置的漸擴管如圖所示，如忽略水頭損失，斷面形心點的 壓強有以下關系： p1 p2； B. p1 = p2 ；C. p1 p2p3； q (c)p1p2p3； q (d)p2pa； q

23、 C. p0、 或） A C 圖1 圖2 32 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 q 絕對壓強絕對壓強pabs、相對壓強、相對壓強p、真空值、真空值pv、當?shù)卮髿鈮簭?、當?shù)卮髿鈮簭妏a 之間的關系是之間的關系是 。( ) q A、 pabs = p+ pv B、p = pabs + pa C、 pv = pa - pabs q 流線與流線通常情況下流線與流線通常情況下 。 q A、能相交也能相切、能相交也能相切 B、僅能相交不能相切、僅能相交不能相切 q C、僅能相切不能相交、僅能相切不能相交 D、既不能相交也不能相切、既不能相交也不能相切 q 一維流動中，一維流動中，

24、“截面積大處速度小，截面積小處速度大截面積大處速度小，截面積小處速度大” 成立的條件是成立的條件是 。 q A、理想流體、理想流體 B、粘性流體、粘性流體 C、可壓縮流體、可壓縮流體 D、不、不 可壓縮流體可壓縮流體 q 某風管的斷面尺寸為某風管的斷面尺寸為300mm、200mm ，則該風管的當量，則該風管的當量 直徑是直徑是 。 q A、240mm B、 250mm C、 300mm D、 200mm C C D A 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 例：某段自來水管，d=100mm，v=1.0m/s。水溫10，（1）試判斷管中水 流流態(tài)？（2）若要保持層流，最大流速

25、是多少？ 解:（1）水溫為10時，水的運動粘度0.0131cm2/s 則： 即：圓管中水流處在紊流狀態(tài)。 （2） 要保持層流，最大流速是0.03m/s。 計算題 34 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 35 q 有一鋼板制風管，斷面尺寸有一鋼板制風管，斷面尺寸400mm200mm，管內(nèi)氣流，管內(nèi)氣流 平均速度為平均速度為1.5m/s，氣體運動粘滯系數(shù)為，氣體運動粘滯系數(shù)為15.010-8 m2/s ，判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)？，判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)？ q 解：解： q 所以管內(nèi)氣體為紊流流動。所以管內(nèi)氣體為紊流流動。 4 6 4 0.2 0.067 2 (0.20.4) 44

26、0.0670.267 0.267 1.5 Re2.67 102000 15.0 10 A R deR v de 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 例 如圖示，軸流式風機的吸入管，內(nèi)徑D = 0.3m，水測壓計讀數(shù)h = 0.25m，空氣容重 =12.6N/m3，求風機的風量。 1 o h 1 2 2 D a 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 【解】 選管軸線為基準面，計算斷面1-1距進 口足夠遠。列1-2斷面間的能量方程，并不計能 量損失。 sm7 .61 6 .12 9800 25. 08 . 92 smAvQ 32 22 36. 43 . 0 4 7 .61 解得 故風量 2 1 22 000hv 水氣 氣 水 hgv 2 2 1 o h 1 2 2 D 37 農(nóng) 業(yè) 設 施 設 計 基 礎 第一章 流體力學部分習題 例 圖示錐形水管，1-1斷面直徑 d1= 0.15m，中心點A的壓強為7.2kN/m2 ，2-2斷面直徑