工程流体力学习题

工程流体力学第一章思考题1、为什么要引进连续介质的假设？为什么可以把液体当作连续介质？2、非均质液体的密度应该如何表示？3、流体粘度与哪些因素有关？它们随温度是如何变化的？对流体有何影响？4、为什么水通常被视为不可压缩流体？什么情况下要考虑液体的可压缩性和表面张力特性？5、液体内摩擦力的大小与哪些因素有关？牛顿内摩擦定律的适用条件有哪些？6、图为管道过水断面水流流速分布图，从其对应部位取出水体A，试标出水体A顶面和底面切应力的方向。思考题6图7、为什么要引入理想液体的概念？它与实际液体有什么区别？8、单位质量力怎样定义的？静止液体和作自由落体运动的液体所受的单位质量力分别为多少？习题1.1容器中盛有静止液体，此时液体所受到的单位质量力为多少？1.2假设水的体积弹性系数aKPK6102.2，欲使其体积减小0.4%，问需要增加多大的压强？1.3当压强的增量为250/KNm，某种液体的密度增长0.02%，试求该液体的体积模量。1.4平板面积为25050cm,厚度为1.0cm，质量m=5kg，沿着涂有厚度=1.0mm油的斜面向下作等速运动，其速度u=1.0m/s,带动油层的运动速度呈直线分布,油的密度ρ＝950kg/m3，求油的动力粘度和运动粘度。1.5某种液体充满两平行边界的缝隙内，液体的动力粘度为为η，有一面积为A的极薄的平板以速度u平行于平板移动。x为平板距上边界的距离。求：平板所受的拖力T，（缝隙内的流速按直线分布）。()uTAxxι第1.4题图第1.5题图第1.6题图1.6水流在平板上运动(如第6题图)，流速分布曲线DE为抛物线形，E点为抛物线端点，E点处0dydu，水的运动粘度s/m100.126，试求cm4,2,0y处的切应力（提示：先设流速分布CByAyu2，利用给出的条件确定待定常数A，B，C）。第二章思考题1、理想流体处于静止状态时受到哪几种力的作用？2、等压面应具备什么条件？在什么条件下“静止液体内任何一个水平面都是等压面”的说法是正确的？3、下列哪一些是正确的等压面？思考题3图4、水静力学基本方程的形式和表示的物理意义是什么？5、压力表和测压计测得的压强是绝对压强还是相对压强？6、静止液体、流动液体中，各点的测压管水头是否相等？7、绘制静水压强分布图的原理和方法是什么？为什么在工程中通常只需要计算相对压强和绘制相对压强分布图？8、如图所示的容器中盛有两种不同重度的静止液体，试分析作用在容器AB壁面上的静水压强分布图应为哪一幅图？思考题8图9、压力中心D和受压平面形心C的位置之间有什么关系？什么情况下D点与C点重合？10、有四个不同的盛水容器，如图所示，它们的底面积A和水深h都相等。试回答：1）各容器底面所受的静水总压力是否相等？2）容器底面所受到的静水总压力与地面对容器的反力N是否相等？（容器重量不计）思考题10图11、采用图解法与解析法求解平面静水总压力时，对受压面的形状是如何规定的？为什么？12、如何确定压力体的体积？如何判断铅垂方向作用力Pz方向？13、如图所示的容器a中盛有密度为1的液体，容器b中盛有密度为1和2的两种液体，试分析两个容器中曲面AB上压力体及压力是否相同？思考题13图习题2-1如习题图2-1所示，已知z=1.5m，h=2.5m，app20。问水箱底部和水下1m处的测压管水头各为多少？相对压强和绝对压强各为多少？习题图2-1习题图2-22-2如习题图2-2，已知h1=10mm，h2=200mm；h3=180mm，求淹没深度H。2-3用习题图2-3的装置测量油的密度，已知：h=75mm；h1=150mm；h2=10mm，求油的密度。习题图2-32-4画出习题图2-4中各平面上的流体静压强分布图。习题图2-4习题图2-5(本图数字需修改，见文字)2-5有一水箱装置如习题图2-7所示，箱底高出地面3.5m，箱中水深2.5m，水箱的自由面绝对压强为65kN/m2（0.65工程大气压）。1）若以地面为基准面，A、B两点的位能、压能及测压管水头各为多少？2）若以水箱为基准面，A、B两点的位能、压能及测压管水头又各为多少？2-6如习题图2-6所示为一船闸闸室的闸门，巳知闸室的宽度b=10m，上游水深h1=10m，闸室中水深h2=5m，求每扇闸门上的静水总压力P及其作用点。习题图2-6习题图2-72-7矩形平板闸门AB一侧挡水（习题图2-7），己知闸门长L=3m，宽b=1m，形心点水深hc=2.5m；倾角030α，闸门上缘A处设有转铀，闸门自重G=30kN，若不计门轴摩擦力，试求开启闸门所需拉力T。2-8如习题图2-8所示为一混凝土重力坝，为了较核坝的稳定性，试分别计算当下游有水和无水时两种情况下，每单位宽度上的静水总压力。习题图2-8习题图2-92-9如习题图2-9所示为一长方形平面闸门，高3m，宽2m，上游水位高出门顶3m，下游水位高出门顶2m，求：1）闸门所受总压力和作用点；2）若上下游水位同时上涨1m时，总压力作用点是否会有变化?试作简要论证。2-10如习题图2-10所示，一个直径为D的球（球的重量可忽略）处于平衡状态，导出D与2121,,,hh的关系式。习题图2-102-11、试画出以下图中各曲面上的压力体剖面图，并指出垂直压力的方向。（a）(b)(c)(d)(e)(f)习题2-11图2-12如习题图2-12所示的密闭盛水容器，已知h1=50cm,h2=120cm，水银测压计读数△h=25cm。试求半径R=0.5m的半球形盖AB所受铅直方向和水平方向的静水总压力。习题图2-122-13、图示为一弧形闸门，半径m5.7R，挡水深度m8.4h，旋转轴距渠底m8.5H，闸门宽度m4.6b。试求作用于闸门上的静水总压力的大小及作用点。习题图2-13第三章思考题1、拉格朗日法和欧拉法有何不同？2、流线有哪些性质？流线和迹线的区别和联系是什么？3、流动有哪些分类方法？4、什么是恒定流与非恒定流？什么是均匀流与非均匀流？什么是渐变流和急变流？有人说“均匀流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流”，这种说法是否正确？为什么？5、总流连续方程的物理意义是什么？6、动水压强与静水压强有什么不同？在推导恒定总流能量方程时，为什么过流断面必须位于渐变流段？7、什么是总水头线和测压管水头线，两者的关系是怎样的？8、什么是水力坡度？9、恒定总流能量方程的限制条件有哪些？如何选取计算断面、基准面和计算点？10、应用能量方程判断下列说法是否正确：（1）水一定从高处向低处流动；（2）水一定从压强大的地方向压强小的地方流动；（3）水总是从流速大的地方向流速小的地方流动？11、如图断面突然缩小管道通过粘性恒定流，管路装有U形管水银差计，判定压差计中水银液面A、B哪个高？思考题11图12、拿两张薄纸，平行提在手中，当用嘴顺纸间缝隙吹气时，问薄纸是不动、相互靠拢还是向外张开？为什么？13、应用动量方程时要注意哪些问题？由动量方程求得的力若为负值，说明什么问题？待求未知力的大小与隔离体的大小有无关系？应用动量方程时如何选择隔离体。习题3-1如习题3-1图所示的管流，已知断面A-A处的流速分布为22max02ouurrr，圆管半径04rcm，12rcm，且A-A断面中心点处的max0.2/ucms，求小管段的断面平均流速1v。习题3-1图3-2某矩形断面渠道，底宽b=20m，当通过流量为Q=100m3/s时，某断面处的平均流速2.0/vms，求该断面的水深。3-3某分汊河段如习题3-3图所示，已知在断面A-A处左汊河道过水断面面积为2500㎡，断面平均流速为0.97m/s；右汊河道过水断面面积为3400㎡，断面平均流速为0.62m/s。求：①左、右汊道的分流量及总流量；②各汊道的分流量占总流量的百分比（称为分流比）。3-4如习题3-4图所示的压力水管，小管直径Ad=20cm，A断面形心点处的压强为75KPa；大管直径Bd=40cm，B断面形心点处的压强为45KPa，大管断面平均流速B=1m/s。求①A、B两断面间的总水头差；②水流流向。习题3-3图习题3-4图3-5某变管径压力管流如习题3-5图所示，已知130dcm，225dcm，320dcm，忽略水头损失，试求：①通过管道的流量及A、B和C各点的压强；②绘制测压管水头线。习题3-5图3-6有一密闭盛水容器如习题3-6图所示，容器内气压由水银压差计测量，侧壁与直径为5cm的圆管相接，管长6Lm，5Hm，压差计读数为△h=0.4m，出流时总水头损失为3.4m，求通过管道的流量。习题3-6图习题3-7图3-7有一安装在压力管道上的压差式毕托管，如习题3-7图所示，已知管径30dcm，40hcm，3113600/kgm，求A处的点流速Au。3-8铅直放置的90°输水弯管，装有一水银压差计如习题3-8图所示，直径130dcm，225dcm，弯管段的水头损失220.552jhg，流量30.12/Qms，求水银压差计中的水银面高差△h。习题3-8图3-9某管道过渡段（习题3-9图），130dcm，210dcm，流量为30.06/Qms，不计1-1、2-2两断面间的水头损失。问：①若流水自上向下流，且断面1处压力计的读数为57N/cm2，水银面高差△h及断面2处的压力计读数为若干？②若水流自下向上流，且断面2处压力计的读数为57N/cm2，其水银面高差△h及断面1处的压力计读数又为若干？习题3-9图习题3-10图3-10一竖直放置的文丘德里流量计如习题3-10图所示，130dcm，215dcm，水银压差计的读数h=6cm，忽略两断面间的水头损失，求通过的流量。3-11在石油管道中安装文丘里流量计，管道直径120dcm，流量计喉管直径210dcm，石油密度3850/kgm，流量计的流量系数为0.95，现测得水银压差计读数15hcm，问此时管中流量Q为多少？3-12贮水容器内水面保持恒定，底部接一铅直输水管，如习题3-12图所示，输水管直径115dcm，末端收缩管嘴出口直径25dcm，若不计水头损失，试求管中流量A、B、C、D各点的压强。习题3-11图习题3-12图3-13某管道中安装文丘里流量计，当通过流量30.005/Qms时水管与喉管之间的测压管高差h为11cm，当通过流量30.006/Qms时h为14cm，已知水管直径D为10.4cm，喉管直径为6.4cm，试求该文丘里流量计的流量系数。3-14某抽水系统如习题3-14图所示，已知管径15dcm，当抽水流量30.03/Qms时，吸水管（包括进口）水头损失1whm。如限制吸水管末端断面A中心点的真空值不超过268.86/kNm，求水泵的最大安装高度maxh为多少？习题3-14图习题3-15图3-15有一大水箱，下接一管道，水箱面积很大，如习题3-15图所示。已知大管和收缩段管径分别为16dcm和24dcm，水箱水面与管道出口中心点的高差为2Hm，，如不计水头损失，问容器A中的水是否会沿管B上升？如上升，上升高度h为多少？3-16有一输油管路的渐变管，与水平面的倾角为45º，其装置如习题3-16图所示。若油的密度为3900/kgm，1-1断面的管径1200dmm，2-2断面的管径2100dmm，两断面的间距3lm，在1-1断面处的流速12.5/vms，水银压差计中的液位差20hcm。试求：（1）1-1断面～2-2断面之间的水头损失12wh。（2）判断液流流向。（3）1-1断面～2-2断面的压强差。习题3-16图习题3-17图3-17图示为一水电站压力水管的渐变段，直径11500dmm，21000dmm，当渐变段起点压强1400pkPa（相对压强），流量31.8/Qms，不计水头损失，求渐变段镇墩上所收的轴向推力为多少？3-18一近似为矩形的河床上建有一溢流坝如习题3-18图所示。已知河宽B=16m，且溢流坝与河床等宽，坝高P=2.5m，坝前水头H