流体力学习题.doc
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单元2 习题(一) 一、选择题 1.一维流动是指( D ) A.恒定流动 B.均匀流动 C.层流运动 D.运动要素只与一个坐标有关的流动 2.满管流时,管径d与水力半径R的比值应是( B ) A.8 B.4 C.2 D.1 3.恒定流是( B )。 A.流动随时间按一定规律变化 B.各空间上的流动参数不随时间变化 C.各过流断面的速度分布相同 D.迁移加速度为零 4.一元流是( C )。 A.流线是直线 B.速度分布按直线变化 C.流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 D.流动参数不随时间变化的流动 5.变直径管,直径d1=320mm, d2=160mm,流速v1=1.5m/s。v2为( C )。 A.3m/s B.4m/s C.6m/s D.9m/s 6.等直径水管,A-A为过流断面,B-B为水平面,1、2、3、4为面上各点,各点的流动参数有以下关系( C )。 A.p1=p2 B. p3=p4 C.z1+p1/g= z2+p2/g D.z3+p3/g= z4+p4/g 7.伯努力方程中 表示( A )。 A.单位重量流体具有的机械能 B.单位质量流体具有的机械能 C.单位体积流体具有的机械能 D.通过过流断面流体具有的机械能 8.水平放置的渐扩管,若忽略水头损失,断面形心点的压强有 ( C )。 A.p1>p2 B. p1=p2 C. p1<p2 D.不定 9.粘性流体总水头线沿程的变化是( A )。 A.沿程下降 B.沿程上升 C.保持水平 D.前三种情况都有可能 10.粘性流体测压管水头线沿程的变化是( D )。 A.沿程下降 B.沿程上升 C.保持水平 D.前三种情况都有可能 11.变直径管,直径d1=320mm,d2=160mm,流速v1=1.5m/s,v2为( C )。 A.3m/s ; B.4m/s ; C.6m/s ; D.9m/s 。 12.金属压力表的读数是( B )。 A. 绝对压强 ;B. 相对压强 ; C. 绝对压强加当地大气压强;D. 相对压强加当地大气压强。 13. 断面平均流速v与断面上每一点的实际流速u的关系是( D )。 A.v=u B.v<u C.v>u D.v≤u或v≥u 14. 定常流动中, 。b a.加速度为零;b. 流动参数不随时间而变; c. 流动参数随时间变化;d. 速度为常数 15.连续性方程表示控制体的 守恒。d a.能量;b. 动量;c. 流量;d. 质量 16. 欧拉法研究 的变化情况。d a.每个质点的速度;b. 每个质点的轨迹; c. 每个空间点的流速;d.每个空间点的质点轨迹 二.简答题 1.什么是流体的粘性? 答:产生阻抗流体层间相对运动的内摩擦力的这种流体的性质。 2.流线与迹线 答:流线:某瞬时流场中的一条空间曲线,该瞬时曲线上的点的速度与该曲线相切。 迹线:流体微元的运动轨迹。 3.层流与紊流 答:层流:定向有规律的流动;紊流:非定向混杂的流动 4.流体连续介质模型 答:以流体微元这一模型来代替实际由分子组成的结构,流体微元具有足够数量的分子,连续充满它所占据的空间,彼此间无间隙,这就是连续介质模型。 5.恒定与非恒定流动 答:流体运动的运动参数在每一时刻都不随时间发生变化,则这种流动为恒定流动;流体运动的参数在每一时刻都随时间发生变化,则这种流动为非恒定流动。 三、计算题 1、有一贮水装置如图所示,贮水池足够大,当阀门关闭时,压强计读数为2.8个大气压强。而当将阀门全开,水从管中流出时,压强计读数是0.6个大气压强,试求当水管直径d=12cm时,通过出口的体积流量(不计流动损失)。 解】 当阀门全开时列1-l、2-2截面的伯努利方程 当阀门关闭时,根据压强计的读数,应用流体静力学基本方程求出H值 2、图所示为测定水泵扬程的装置。已知水泵吸水管直径为200mm,压水管直径为150mm,测得流量为60L/s。水泵进口真空表读数为4m水柱,水泵出口压力表读数为2at(工程大气压)。两表连接的测压孔位置高差h=0.5m。问此时水泵的扬程为多少?(流经水泵的损失,已考虑在水泵效率之内,故hw1-2=0) 解:列真空表所在的管道断面1-1,压力表所在的管道断面2-2的有能量输入的能量方程。 式中 流速水头计算如下: 代入能量方程,得水泵扬程 3、有一条输水管路由d1=200mm 和d2 =400mm的两根管道与渐变连接管组成(如图所示)。水在管中流动时,A断面的相对压强为70kPa, B断面的相对压强为40kPa, A断面平均流速为4m/s,A、B两断面中心的高差为1m,试求水流经两断面的水头损失,并判断管中的水流方向。 解: dA=200mm dB =400mm vA=4m/s vB=1m/s 流向A®B。 四、填空题 1. 表征 流体运动状态的物理量 称为流体的运动要素。 2. 在静力平衡时不能承受 剪切力 的物质就是流体。 3. 温度对流体粘性的影响是,随温度的升高,液体的粘度 减小 ,气体的粘度 增大 。 4. 在研究工程流体力学时主要采用 欧拉 法。 5. 定常流动是流体质点的一切运动要素不随 时间 而改变,而只是 空间坐标 的函数。 6. 列伯努力方程式时过水断面必须取在 渐变流或均匀流 。 7. 流线不能 相交 ,也不能 转折 。 8. 不可压缩流体做定常流动时,总流的各过水断面平均流速与过水断面面积成 反比 。 单元2 习题(二) 一、选择题 1、变直径管流,细断面直径为d1,粗断面直径d2=2d1,粗细断面雷诺数的关系是 D A. Re1=0.5 Re2; B. Re1= Re2; C. Re1=1.5 Re2; D. Re1=2 Re2。 2、粘性液体总水头线沿程的变化是:( A ) A. 沿程下降; B. 沿程上升; C. 保持不变; D. 前三种情况都有可能。 3、在渐变流过流断面上,动压强分布满足 C 规律。 A. z+ >0 B. z+ <0 C. z+ =c D. 以上都不是 4、局部损失产生的主要原因是 。D A.壁面切应力;B. 流态的变化;C. 流体的粘性;D. 局部旋涡和二次流 5、沿程损失产生的主要原因是 。C A.壁面切应力;B. 流态的变化;C. 流体的粘性;D. 局部旋涡和二次流 二、填空题 1、粘性流体能量损失一般分为 沿程损失 和 局部损失 。 2、判断流体流动状态的准则是 雷诺数 ,其表达式是 。 3、水力半径的计算式为 A/c ,半径为r的圆管的水力半径为 r/2 ,边长为a的正方形管的水力半径为 a/4 。 4、流体流动的两种状态为 层流 和 紊流 。 三、问答题 1、总流能量方程的物理意义是什么?试说明方程中各项的物理意义? 答:总流的能量方程表述为:= 它的物理意义是:水流只能从总机械能大的地方流向总机械能小的地方。各项物理意义如下: ─总流过水断面上单位重量液体所具有的位能,简称为单位位能; ─总流过水断面上单位重量液体所具有的压能,简称为单位压能; ─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均势能,简称为单位势能; ─总流过水断面上单位重量液体所具有的平均动能; ─总流过水断面上单位重量液体所具有的总能量,即总机械能; 2、什么叫总水头线和测压管水头线?什么是水力坡度 答:连接各断面的总水头()得到的线,即总水头线;连接各断面的测压管水头()得到的线,即为测压管水头线。 水力坡度就是单位管长的损失,用J表示。 3、有一直径d=25mm的水管,流速v=1.0m/s,水温为10℃时的运动粘度ν=1.31×10-6m2/s 则管中流体的流态为_紊流___ ___(填层流或紊流)。 四、计算题 1、某离心泵吸水管路系统如图所示。已知水泵出水量为30L/s,吸水管直径为150mm,水泵轴线距水面高度为hS=7m。若不计损失,试计算水泵进口处1-1断面的真空度。 解:列水面与1-1面能量方程 2、为测定AB管段的沿程阻力系数λ或者粗糙系数n ,可采用如图所示装置。已知AB段的管长为10m,管径d=50mm。今测得实验数据(1)A、B两测压管的水头差为0.8m,(2)经90秒钟流入量水箱的水量为0.247立方米,求该管段的沿程阻力系数值。 解:据能量方程, 流程阻力系数 3、有一直径缓慢变化的锥形水管(如图1所示),断面1-1处直径d1=0.15m,中心点A的相对压强为7.2kN/m2,断面2-2处直径d2=0.30m,中心点B的相对压强为6.1 kN/m2,断面平均流速v2=1.5m/s,A、B两点高差为1米。试判别管中水流方向,并求1、2两断面间的水头损失。 解:首先利用连续性方程求断面1-1的平均流速。 因水管直径变化缓慢,断面1-1及2-2水流可近似看作渐变流,以过A点水平面为基准面分别计算两断面的总能量。两断面的水头分别为: 因为H1>H2,所以管中水流应从A流向B。 水头损失 4、烟囱直径d=1m,通过的烟气量G=176.2kN/h,烟气密度ρ=0.7kg/m3,周围大气密度为=1.2kg/m3,烟囱内的压强损失,要保证烟囱底部断面1-1处的负压值不小于100Pa.,试求1)烟囱的高度H至少应为多少?2)此时在烟囱半高处A-A断面的静压值为多少? [解]:1)列进口前一定距离处空气断面1-1和烟囱出口断面2-2的能量方程: 依题意 : p1=-100、v1=0、z1=0、p2=0、 H=32 m 2)列进口前一定距离处空气断面1-1和烟囱中间断面M-M的能量方程: 5、图示水泵给水系统,输水流量Q=100l/s,水塔距与水池液面高差H=20m,吸水管长度l1=200m,管径d1=250mm,压力管长度l2=600m,管径d2=200mm。水泵真空度为7.5m,吸水管与压力管沿程阻力系数分别为λ1=0.025,λ2=0.02,各局部阻力系数分别为 。试求:水泵扬程与安装高度。 解: 1)连续性方程: 根据总流连续性方程可求得 1、2断面的平均流速。有: 2) 列1-2断面能量方程: 以1-1断面为基准面,1断面水体本身的总机械能为零,水体依靠水泵增加能量。其获得的能量全部用于克服吸水管、压力管的沿程水头损失和局部水头损失,并增加水体的势能。此题按有能量增加时的能量方程考虑。有: 3)列1-3断面能量方程: 1-3断面间无能量的增加,但3断面为负压,此负压由水泵的允许真空度决定。由此可求水泵的安装高度。 单元2 习题(三) 一、选择题 1、长管并联管道各并联管段的 A 。 A.水头损失相等; B.水力坡度相等; C.总能量损失相等; D.通过流量相等。 2、在并联管路问题中,有 C 。 A.流经每一管路的水头损失相加得总水头损失 B.流经所有管路的流量相同 C.并联的任一管路的水头损失相同 D.当总流量已知时,可直接解得各管的流量 3、图示两根完全相同的长管道,只是安装高度不同,两管的流量关系为: C A.Q1>Q2;B.Q1<Q2;C.Q1=Q2;D.不定 4、并联管道1、2,两管的直径相同,沿程阻力系数相同,长度l2=3l1,通过的流量为 C A.Q1=Q2;B.Q1=1.5Q2;C.Q1=1.73Q2;D.Q1=3Q2 5、并联管段1、2、3、A、B之间的水头损失关系是: D A.hfAB= hf1+hf2+hf3;B.hfAB= hf1+hf2; C.hfAB=hf2+hf3;D.hfAB= hf1=hf2=hf3 第3题 第4题 第5题 6、长管并联管道各并联管段的 A A.水头损失相等 B.水力坡度相同 C.总能量损失相同 D.通过的流量 相同 二、 问答题 1、什么是经济流速?干管管径如何计算? 答:1)经济流速:综合考虑管网造价c(包括铺筑水管建筑费、泵站建造费、水塔建造费)和运行管理费M(泵站电费、维护管网费)综合费用最低时相应的流速,称经济流速。 2)干管管径的计算方法:新建给水系统的干管管径的计算按经济流速和流量计算。同时,考虑最大允许流速、最小允许流速的要求。即: 允许vmin <经济v<允许vmax 2、什么是水击?减小水击压强的措施有那些? 答:压力管道中,由于管中流速突然变化,引起管中压强急剧增高(或降低),从而使管道断面上发生压强交替升降的现象,称为水击。 工程上常常采取以下措施来减小水击压强: (一)延长阀门(或导叶)的启闭时间T (二)缩短压力水管的长度 (三)修建调压室 (四)减小压力管道中的水流流速v0 3、简要叙述:试分析有压管路中,短管和长管的区分标准,以及串联、并联长管的水力计算特点。 答:1)在有压管路中的水力计算中,只计入沿程水头损失hf,忽略局部水头损失hj 和管路末端流速水头的管路系统称长管;相反,三者都计入的管路系统称短管。 2)串联管路的水力计算特点: ①各条管段内通过的流量相等。即:Q1=Q2=Qi ②对于整个管路系统的总水头等于各管段水头损失之和。 3)并联管路的水力计算特点: ①流量叠加 ②在分出节点与汇入节点之间的各管段水头损失相等,也等于管路系统的总水头损失。 三、计算题 1、 如图有一并联管路,已知=100 mm, =80 m,=0.021, =75 mm =50 m, =0.025,Q=30 l/s,求、。若=,如何改变第二支路? 解: (3分) 则,代入数值得 (7分) 则所以解出 (10分) 若=,(加大管径) 2、从水塔引水供给三层住宅,采用钢管,管长,管径供水流量,水塔地面标高,住宅地面标高,三层住宅需要的自由水头均为。问水塔高度为多少? 因此对进行修正。查表5-3,,查表5-2,A=9.029s2/m6, 3、求如图所示管路系统中的输水流量,已知=24,,,,,,。 解:列1-1,2-2断面能量方程 …………………………………(a) 由并联管流特点: …………………………………(b) …………………………………(c) 联立(a)、(b)、(c)式并代入已知条件可解得 4、如图,一水平放置的通风机,吸入管。压出管为直径不同的两段管串联组成,,。空气密度,风量为,不计局部阻力,试计算:1)风机所产生的总压强;2)若流量提高到,风机总压变化多少? 解:列进口与出口面能量方程 1) 代入已知得到风压 2) 代入已知得到风压 10- 配套讲稿:
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