流體熱學試題、習題及答案.doc
流體熱學與葉柵理論課程考試試卷
一、選擇題（每小題1分，共10分）
1、在括弧內填上“表面力”或“質量力”：
磨擦力（）；重力（）；
離心力（）；壓強（）；
壓力（）。
2、判斷下述表述是否正確（對者畫√，錯者畫╳）：
(a)基準面可以任意選定。（）
(b)流體在水平圓管內流動，倘若流量減小一倍而其它條件不變的話，沿程
阻力也將減小一倍。（）
(c)由于并聯管道中各并聯大道的水力損失相等，所以其能量損失也一定相
等。（）
(d)定常流動時，流線與跡線重合。（）
(e)沿程阻力系數λ的大小只取決于流體的流動狀態。（）
二、回答下述各題（1—2題每題5分，3題10分證明大氣壓強的實驗有哪些，共20分）
1、什么是流體的連續介質模型？它在流體熱學中有何作用？
2、用工程單位制表示流體的速率、管徑、運動黏性系數時，管流的雷諾數Re104，問采用國際單位制時，該條件下的雷諾數是多少？為何？
3、常見的流量的檢測方式有什么？各有何特征？
三、計算題（70分）
1、如圖所示，一油缸及其中滑動溶栓，規格D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，
間隙內飽含μ=·S的潤滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,試問活塞勻速運動時的速率是多少？（10分）
題1圖
2、如圖所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD為半個圓錐體，直徑R=1m，自由表面處浮力為一個大氣壓，高度H=3m，試分別估算作用在單位寬度上AB面、BC面和CD面所遭到的靜水總壓力。（10分）
題2圖
3、原型流動中油的運動黏性系數υp=15×10-5m2/s，其幾何尺度為模型的5倍，如確定佛汝德數和雷諾數作為決定性相像準數，試問模型中流體運動黏性系數
υm=？（10分）
4、如圖所示，變半徑圓管在水平面內以α=30。彎曲，半徑分別為d1=0.2m，d2=0.15m，過水流量若為Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2時，不計損失的情況下，求水
流對圓管的作用
力及斥力的位置。（20分）
題4圖
5、兩水池的水位差H=6m，用一組管線聯接，管線的第一段BC長L1=3000m，半徑d1=600mm，C點后分為兩根長
L2=L3=3000m，半徑d2=d3=300mm的并聯管，各在
點及E點步入下水池。設管線的沿程阻力系數λ=，求總流量Q=？（20分）
題5圖
習題
第一章總論
1.連續介質假定意味著。
(A)流體分子相互緊連(B)流體的數學量是連續函數
(C)流體分子間有縫隙(D)流體不可壓縮
2.流體的容積壓縮系數kp是在____條件下單位浮力變化導致的容積變化率。
(A)等壓(B)等溫(C)等密度
3.在常溫下水的密度為/m3。
(A)1(B)10(C)100(D)1000
4.空氣的容積彈性模數E＝____。
(A)(B)(C)(D)
5.氣溫為20℃，浮力為105Pa的空氣密度為/m3。
(A)341(B)(C)(D)
6.水的容積彈性模數____空氣的彈性模數。
(A)大于(B)近似等于(C)小于
7.靜止流體____剪切撓度。
(A)不能承受(B)可以承受(C)能承受很小的(D)具有黏性時可承受
8.氣溫下降時，空氣的黏性系數____。
(A)變小(B)變大(C)不變
9.運動黏性系數的單位是____。
(A)(B)(C)(D)
10.____是非牛頓流體。
(A)水(B)空氣(C)血液(D)瀝青
11.動力黏性系數與運動黏性系數的關系為____。
(A)(B)(C)(D)
12.流體的黏性與流體的____無關。
(A)分子內聚力(B)分子動量交換(C)氣溫(D)速率出家
13.潤滑油的動力黏性系數，已測得剪切撓度為，流體微團的角變型速度則為____。
(A)4(B)1/4(C)25(D)
14.____的流體稱為理想流體。
(A)速率很小(B)速率很大(C)忽視黏性切力(D)密度不變
15.表面張力系數的量綱是____。
(A)(B)(C)(D)
16.下述四種液體中，接觸角的液體不潤濕固體。
(A)120o(B)20o(C)10o(D)0o
17.動力黏性系數的流體沿平板壁面流動，測得離壁面處的速率分布為，在y＝5mm處的黏性切撓度為。
(A)－(B)0(C)×10－4(D)
18.氣溫下降時，表面張力系數____。
(A)減小(B)減少(C)不變
19.毛細液柱高度h與____成正比。
(A)表面張力系數(B)接觸角(C)內徑(D)黏性系數
20.液滴內的浮力與大氣浮力之差。
(A)＞(B)＝(C)＜
第二章流體靜力學
1．哪些是絕對壓力、相對壓力、真空？它們之間的關系怎么？
22
2．已知大氣壓力為m。求：（1）絕對壓力為kN/m時的相對壓力；（2）絕對壓力為kN/m2時的真空值各是多少？（用火柱高度表示）
3．流體靜壓力有什么特點？
4．哪些是等壓面？等壓面的兩個重要性質是哪些？
5．流體靜力學基本方程式有哪幾個表達式？方程式的數學意義、幾何意義怎樣？
6．如圖2-34所示，已知=800kg/m3
,p1=64kpa,p2=，求z。
圖2-34題6圖
22
2為多7．如圖2-35所示，已知A1=0.2m,A2=10.0m,P1=100kN,試求
少。
圖2-35題7圖
8．水深h=3m,大氣壓pa=1at,求水池頂部的相對浮力及絕對浮力。9．虹吸管內最低絕對浮力為45kpa,及pa=1at,試求虹吸管內的最大真空值pv和最大真空度hv=?
如圖
2-36所示，Ddh，求
杯口氣壓的真空度=60mm,=5mm,=200mm
圖2-36題10圖
11．如圖2-37所示，已知鉛垂放置閘門,h1=1m,H=2m,B=1.2m求:作用于閘門上的總壓力及作用點位置。
圖2-37題11圖
12．已知如圖2-38所示，閘門為方形,D=1.25m,=80,可繞通過C的水平軸旋轉
求(1)作用在閘門上的力矩與閘門在水下的深度無關
(2)閘門完全吞沒,作用在閘門的扭矩
圖2-38題12圖
13．如圖2-39所示，半徑相等的半球狀面，求作用在三個球面的斥力的大小
及方向。
圖2-39題13圖
．如圖2-40所示，圓弧閘門,寬B
=45,r
=2m,轉軸與水平面平齊14
=5m,
求:水對閘門軸的壓力
圖2-40題14圖
15．如圖2-41所示，一輛貨車車廂長L，高H，裝有1/2的水，往右行駛，求使水不溢出的最大加速度。
圖2-42題15圖
16．如圖2-43所示，底面積相同，高度相同、形狀不同的四個容器，放在桌面
上。不計容器質量。試求四個容器中的水對椅子的斥力的大小次序以及水對容
器頂部的斥力的大小次序。
圖2-43題16圖
17．求如圖2-44所示，水下傾斜放置的平板，已知h3m，寬b5m,30。求：作用在平板上的總壓力和壓力中心的位置。
圖2-44題17圖
18．如圖2-45所示，用一U形管檢測車輛的加速度，,當車輛加速行駛時，使，求車輛的加速度。
圖2-45題18圖
19．如圖2-46所示，一容器，下部為油，上部為水，已知h11.5m,h23m,油的800kg/m3，求作用于容器側壁AB單位長度上的斥力的大小及其作
密度為
用點的位置
圖2-46題19圖
20．量測容器中A點浮力的真空計如圖2-47所示，已知：z1m,h2m,當地大氣壓為98kPa，求A點的絕對浮力，相對浮力和真空度。
圖2-47題20圖
21．如圖2-48所示，已知h10.91,h20.61m,h3h40.305m,油900kg/m3，估算各液面的相對浮力。
圖2-48題21圖
22．如圖2-49所示，用躍層測壓計檢測爐窯中海面上蒸氣的絕對浮力p，已知H3m,h11.4m,h22.5m,h31.2m,h42.3m,試求p值的大小。
圖2-49題22圖
23．如圖2-50所示，一圓錐形容器，半徑d1.2m，飽含水，并繞垂直軸等角速率旋轉，在艙蓋上r00.4m處安裝一開口測壓管，管中的水位h0.5m。問此容器的怠速n為多少時艙蓋所受的總壓力為0。
圖2-50題23圖
24．如圖2-51所示，設計手動泄水閥，要求當水位為h時，用沉船一半的加油柱形魚漂將細桿所聯接的堵塞提起。已知堵塞半徑d，魚漂長l，活動部件的重量G,求魚漂半徑D為多少，假如魚漂改為圓球狀，其直徑R應為多少？
圖2-51題24圖
25．如圖2-52所示，，一正方形容不得器，底面積為bb200200mm2，m1414kg。當它裝水的高度h150mm時，在的荷載作用下沿平面滑動。若容器的底與平面間的磨擦系數f0.3，試求不使水溢出時容器的最小的高度H。
圖2-52題25圖
26．如圖2-53所示，直徑R0.2m，寬度l2m的圓錐體與油（比重為）、水接角，圓錐體左側與容器頂邊成直線接觸，試求：
（1）圓錐體作用在容器頂邊上的力；
（2）圓錐體的重量與比重。
圖2-53題26圖
27．如圖2-54所示，用融化鐵水（比重為7）澆鑄帶花鍵的半球狀零件，已知，H0.5m,D0.8m,R0.3m,d0.05m,10.02m,20.05m，試求鐵水作用在砂箱上的力。
圖2-54題27圖
第三章流體動力學基礎
3-1二元不可壓縮紊流中，vx5x3，vy15x2y，試求點1,2上的速率和加速度。
[答：v30.41ms，a167.7ms2]
3-2已知vx
kytkxt
，vz0，式中k是不為零的常數。試求：（1）y2
，vy
y2
x2x2
流線多項式。（2）t1時，通過
點1,0流線的形狀。
[答：x2y2tC，流線為x2y21，流線的形狀為一圓。]
3-3流體質點速率沿x方向成線形規律變化，已知相距l50cm兩點的速率為vA2ms，vB6ms。流動是恒定的，試求A、B兩點的質點加速度。
[答：aA16ms2，aB48ms2]
3-4已知不可壓縮流體流動的兩個分速率為vx2x2y，vy2y2z，且在z0處有vz0。試求流速份量vz的表達式。
[答：vz4xyz]
3-5大管半徑d15m，小管半徑d21m，已知大管中過流斷面上的速率分布為
v6.25r2ms（式中r表示點所在直徑，單位為m）。試求管中流量及小管中
的平均速率。
[答：qV61.36m3s，v78.13ms]
3-6如圖所示以斷面平均流速v0.15ms流入半徑D20mm的排孔管中的液體，全部經8個半徑d1mm的排孔流出，假設每孔流速依次增加2%，試求第1孔和第8孔德流速。
[答：v18.04ms，v86.98ms]
3-7試證明下述不可壓縮均質流體運動中，什么滿足連續性多項式，什么不滿足連
續性等式。（1）
kx，，vyky，
4x，
vx-ky，y
vz0；（2）vxkxvz0；（3）vx
vy0；（4）vx4xy，vy
0。
[答：（1）、（2）滿足連續性多項式，（3）、（4）不滿足連續性多項式。]
3-8水平放置的水管，半徑由d115cm收縮到d2
7.5cm，已知p14gNcm2、
p21.5gNcm2（g為重力加速度），不計損失證明大氣壓強的實驗有哪些，試求管中流量。
[答：qV
0.101m3s]
3-9借助皮托管原理檢測輸水管中的流量qV。已知輸水管半徑d200mm，水銀液位計讀數hp
60mm，斷面平均流速v
0.84v
max
，其中v
為皮托管前管軸上
max
未受擾動水流的速率。
[答：qV
0.102m3s]
3-10油從鉛直圓管向上流出。管半徑d110cm，管口處的速率為v11.4ms，
試求管口下方H
1.5m處的速率和油柱半徑。
[答：v25.6ms，d2
5cm]
3-11圖示為煙囪，供熱管線系統，h19m，h20.7m。當球閥打開時，管線中水的平均流速v
4ms，總能量損失hW13m，試確定煙囪的海面高度H。
[答：H5.52m]
3-12已知鉛直輸水管線的半徑d
200mm，在相距l20m的上下兩測壓計讀數
分別為196.2kPa和588.6kPa。試判定流動方向，并估算水頭損失。
[答：從下往上流，hf20.01m]
3-1320oC的水通過虹吸管從水箱吸至B點。虹吸管半徑d1
60mm，出口B處
噴管半徑d230mm。當h12m、h24m時，在不計水頭損失條件下，試求流量和C點的浮力。
[答：qV
0.00626m3s，pC
22024.3Pa]
3-14圖示一自來水龍頭將水從水箱中放出，設水龍頭半徑d12mm，圖示壓力
表當水龍頭關掉時讀數為p
0.28MPa，打開水龍頭后讀數為p
0.06MPa，求
自來水龍頭流出的流量，不計損失。
[答：qV
2.37103m3s]
3-15圖示一自然排煙爐窯，水塔半徑d1m，煙氣流量Q7.135m3s，煙氣密
度
0.7kgm3
，外部空氣密度
1.2kgm3，煙囪的壓強損失
pw0.035
v2。為使水塔頂部入口斷面的真空度不多于10mm火柱，試求水塔
d2
的高度H。
[答：H32.63m]
3-16已知dA15cm，dB
7.5cm，a2.4m，水的流量qV
0.02m3s，
pB
pA11772Nm2。（1）假如AB之間的水頭損失表示為
vA2，試求的值。
2g
（2）求水銀液位計中的讀數h。
[答：3.4，h9.5cm]
3-17在離心電機的實驗裝置上測得吸水管上的計示浮力p0.4g104Pa，壓水
管上的計示浮力p22.8g104Pa（g為重力加速度），d130cm，d225cm，a1.5m，qV0.1m3s。試求電機的輸出功率。
[答：P32.96kW]
3-18如圖所示的水平設置的輸水彎頭，拐角60o，半徑由d1200mm變為d2150mm。已知拐彎前斷面的浮力p118kNm2（相對浮力），輸水流量Q0.1m3s，不計水頭損失，試求水流對彎頭斥力的大小。
[答：Fx0.538kN,Fy0.597kN]
3-19密度m3的水從圖示水平放置的噴管噴吐流入大氣。已知噴管規格D8cm，d2cm，測得出口速率v215ms，求螺絲組A所受的力。
[答：F497N]
3-20一股水平方向上的射流沖擊一斜置的光滑平板。已知射流來流速率為v0，流量為qV，密度為，平板夾角為。不計重力及流動損失，求射流對平板的作
使勁及分流流量qV1、qV2。
[答：qVq
V1cos,q
V1cos]
1222
3-21周長b30cm的正圓形鐵板閘門，上面合頁聯接于O，其重力為W117.7N，水射流半徑d2cm的中心線通過閘板中心C，射流速率v15ms。（1）為使閘門保持垂直位置，在其下面應加多大的力F？（2）撤消力F后，閘門傾斜角是多少？忽視合頁磨擦。
[答：F35.3N，36o52]
3-22半徑為d4cm，速率為v30ms的水射流，在莖稈一端流入，從另一端
流出，速率大小不變，但方向隨莖稈而偏轉，試求下述兩種情況下射流對莖稈作
使勁。
（1）
30o，（2）
0，
60o。
[答：（1）
=1958N,=0，（）
=1958N,=Fy
FFx
2F
Fx
FyFx=-30
3-23旋轉式噴水器由三個均布在水平平面上的旋轉噴管組成，總供熱量為qV，
噴管出口截面積為A，懸臂長為R，噴管出口速率方向與懸臂的傾角為
。（1）
不計一些磨擦，試求懸臂的旋轉角速率
。（2）假如使早已有角速率的懸臂停
止，須要施加多大的外扭力M？
[答：
qV
sin，M
RqV2sin]
3AR
3A
3-24判定紊流vx
x2xy2，vy
2xyy是有旋流動還是無旋流動。
[答：無旋流動]3-25設紊流中的速率分布為
vx1，vy
2,試判定是否存在流函數
和速率勢
，若存在則繪出它們的分布圖。
[答：
y2x，
x2y，為相互垂直的平行直線]
3-26已知平面勢流的速率勢函數
4x2y2，試求速率和流函數。
[答：v8x2
y2，與水平方向的傾角
y；8xy]
3-27已知某二元不可壓縮紊流速率分布vx
x24xy2，vy
2xy4y，試
確定：（1）流動是否連續？（2）紊流是否有旋？（3）速率為零的駐點位置。（4）速率勢函數和流函數。
[答：流動連續；紊流無旋；駐點為（0，0）和（-4，0）；
1x32x
2y2x2y2，
1y3]
x2y4xy
3-28
已知（1）
vr0，
k，
是不為零的常數；（）
，
v2
，r2vrr
為常數。試求上述兩紊流中直徑為r1和r2兩條流線間流量的表示式。
[答：（1）qklnr
1，（2）q12r
2r22]r22
3-29源流和匯流的硬度q均為60m2s，分別坐落x軸上的a,0、a,0點，
a為3m。估算通過（0，4m）點的流線的流函數值，并求該點的流速。
[答：（1）12.29；
vx2.29ms，v0
3-30將速率為v平行于x軸的均勻流和在原點O的點源疊加而成如圖所示繞平面半柱體的流動，試求它的速率勢和流函數，并證明平面半柱體的外型多項式為rq2vsin，它的長度等于qv。
3-31設在1,0點置有0的漩渦，在1,0點置有0的漩渦。試求
沿下述路線的速率環量。（1）22
4（；）2
（；）
xy2x13x2,y2的一個矩形框；（4）x0.5,y0.5的一個矩形框。
3-32給定紊流為vx
Cy
，vy
Cx
，vz
，其中C為常數。作一x2y2x2y2
個圍繞Oz軸的任意封閉曲線，試用斯托克斯定律求此封閉曲線的速率環
量，并說明此環量值與所取封閉曲線的形狀無關。
3-33已知某紊流的速率為vcr，vr0，vz0，其中c為常數，rx2y2。求：（1）沿曲線x2y2a2的速率環量；（2）通過上述封閉曲線所包圍的圓面積的漩渦硬度J。
[答：2ca2，Jca2]
3-34有一紊流，在ra時，vry，vry，v0；在
xz
x2x2y22x2y2ra時，vxy，vyx，vz0，求沿圖所示曲線l1，l2，l3和l4（l3和
l4的直徑相等）的速率環量。l4的直徑為r0。
[答：，l12a2，l2a2，
l3
0，
l42r02]
3-35設流體質點運動的速率份量為vxy2z，vyz2x，vzx2y，試求渦線多項式。若渦管斷面dA0.0001m2，求漩渦硬度J。
第四章相像理論及量綱剖析
1.為研究風對高層建筑物的影響，在風洞中進行模型實驗，當風速為v9m/s
時測得迎風面浮力為42N/m2，背風面浮力為20N/m2，試求氣溫不變風速增至v12m/s時，迎風面和背風面的浮力。
(74.67N,35.56N)
2.一個潮汐模型，按弗勞得相像準則設計，尺度比列系數為
中的三天，相當于模型的時間是多少？
l2000，問原型
(32.2min)3.為研究輸水管線上半徑600mm球閥的阻力特點，采用半徑300mm，幾何相像的
球閥用氣流做模型實驗。已知輸水管線的流量為0.283m3/s，試求模型的氣流量。(氣/水15.6)
(qm2.207m3/s)
4.有一外徑d200mm的圓管，輸送運動黏度系數為4105m2/s的油，其
流量q0.12m3/s。若用d50mm的圓管分別用20℃的水和20℃的空氣作模型實驗，試求模型相像時管內應有的流量。
（7.553104m3/s,1.139102m3/s）5.用尺度比列系數l20的模型進行溢流壩的實驗，今在模型中測得通過流量
qm0.19m3/s時，壩體水頭Hm0.15m，壩趾收縮斷面出流速vcm3.35m3/s，試求原型相應的流量、壩頂水頭及收縮斷面處的流速。
(qp339.88m3/s,Hp3m,vcp15m3/s)6.車輛的高度h2m,速率v108km/h，環境濕度為20℃。為求車輛阻力在
風洞中做模型實驗。設風洞中氣溫為0℃。氣流速率vm60m/s，試求模型車輛的高度hm；若在風洞中測得模型車輛阻力Fm1500N，原型車輛阻力有多大？
（hm0.873m,F1830N）7.光滑球體以速率v1.6m/s在水底運動，為求球體遭到的阻力F，在風洞中用
半徑放大到2倍的光滑球體進行模型實驗。為保證三者相像，風洞中的空氣
0.95N
速率應多大？若在風洞中測到的阻力為Fm，則原型球的阻力有多大？
(vm12.5m/s,Fp4.4N)8.小球在不可壓縮黏性流體中運動阻力FD與小球的半徑d、等速運動的速率v、
流體的密度、動力黏度系數有關，試導入阻力的表達式。
（FDf(Re)d2v2）
42
9.雷諾數是流速v，物體特點尺度l，流體密度，以及流體動力黏度系數這
相關主題