国家开放大学《流体力学》综合练习参(下载可编辑)

一、选择题

1．气体与液体的粘度随着温度的升高分别（    ）。

A. 减小、增大

B. 增大、减小

C. 减小、减小

D. 增大、增大

2．流体运动的连续性方程是根据（    ）原理导出的。

A. 能量守恒

B. 质量守恒

C. 动量守恒

D. 力的平衡

3．等直径圆管中层流的过流断面流速分布是（    ）。

A. 呈抛物线分布

B. 呈对数线分布

C. 呈双线分布

D. 呈椭圆曲线分布

4．下列属于质量力的是（    ）。

A. 剪切力

B. 压力

C. 重力

D. 表面张力

5．总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是：（    ）。

A. 总水头线总是在测压管水头线的上方

B. 总水头线总是沿程升高

C. 测压管水头线沿程升高

D. 测压管水头线总是沿程下降的

6．在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的表面力有（  ）

A. 正压力

B. 切向力、正压力 

C. 切向力、重力

D. 正压力、重力

7．流体中某点存在真空时，（  ）

A. 该点的绝对压强为正值

B. 该点的绝对压强为负值 

C. 该点大于大气压强

D. 该点的相对压强为正值

8．等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（  ）

A. 呈直线分布

B. 呈椭圆曲线分布

C. 呈对数线分布

D. 呈抛物线分布

9．对于实际流体,总水头线总是（  ）

A. 沿程下降

B. 沿程升高

C. 沿程不升不降

D. 沿程可升可降

10．水跃的形成条件是（   ）

A. 从缓流过渡到急流

B. 从急流过渡到急流

C. 从急流过渡到缓流

D. 从缓流过渡到缓流

11．在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上的表面力有（   ）

A. 切向力、正压力

B. 切向力、重力

C. 正压力、重力

D. 正压力

12．圆管的水力半径是 （   ）

A. d/4

B. d/3

C. d/5

D. d/2

13．等直径圆管中层流的过流断面流速分布是（   ）

A. 呈抛物线分布

B. 呈直线分布

C. 呈对数线分布

D. 呈椭圆曲线分布

14．外延管嘴的正常工作条件是（   ）

A. 作用水头小于9m（水柱）

B. 管长l=(3～4)d，H<9m（水柱）

C. 管长大于（3～4）倍的管径

D. 作用水头大于9m（水柱）

15．宽顶堰形成淹没出流的充分条件是（A）

A. 

B. 

C. 

D. 

16．在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有（   ）

A. 正压力、切向力、重力

B. 正压力、重力

C. 切向力、正压力

D. 正压力

17．在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，当水箱内水面不变、阀门开度一定时，管中水流为（   ）

A. 恒定非均匀流

B. 非恒定均匀流

C. 非恒定非均匀流

D. 恒定均匀流

18．等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（   ）

A. 呈抛物线分布

B. 呈双线分布

C. 呈对数线分布

D. 呈椭圆曲线分布

19．流体内部某点存在真空，是指（   ）

A. 该点的绝对压强为正值

B. 该点的相对压强为正值

C. 该点的相对压强为负值

D. 该点的绝对压强为负值

20．总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是：（   ）

A. 总水头线总是在测压管水头线的下方

B. 测压管水头线沿程升高

C. 测压管水头线总是沿程下降的

D. 总水头线总是沿程下降的

21．在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上的表面力有（   ）

A. 切向力、正压力

B. 切向力、重力

C. 正压力

D. 正压力、重力

22．在水箱上接出一条逐渐收缩锥形管道，末端设有阀门已控制流量，若水箱内水面随时间变化，当阀门开度一定时，管中水流为（   ）

A. 非恒定均匀流

B. 非恒定非均匀流

C. 恒定均匀流

D. 恒定非均匀流

23．外延管嘴的正常工作条件是 （   ）

A. 管长l=(34)d ，作用水头小于9米水柱

B. 作用水头小于9米水柱

C. 管长I<(34)d，作用水头大于9米水柱

D. 管长等于34倍的管径

24．按长管进行水力计算的管路是（   ）

A. 给水管路

B. 倒虹吸管

C. 虹吸管

D. 水泵吸水管

25．水跃的形成条件是（   ）

A. 从缓流过渡到急流

B. 从急流过渡到急流

C. 从缓流过渡到缓流

D. 从急流过渡到缓流

二、判断题

1．理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。（×）

2．相对静止的液体的等压面一定是水平面。（×）

3．在恒定流情况下，流线与迹线重合。（√）

4．阻力平方区内阻力系数与雷诺数无关。（√）

5．壁面光滑的管道一定是水力光滑管。（×）

6．计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。（×）

7．在恒定流情况下，流线与迹线重合。（√）

8．总流伯努利能量方程只适用于恒定流。（√）

9．水力最佳断面是进行渠道设计必须遵循的标准。（×）

10．在进行管路水力计算时，“长管”是指管道几何长度长的管道。（×）

11．下游水位超过堰顶时一定会形成淹没式堰流。（×）

12．明渠中均匀流一定是恒定流。（√）

13．理想流体与实际流体的区别在于，理想流体不具有粘滞性。（√）

14．无论流体作何种运动，水平面都是等压面。（×）

15．非恒定流一定是非均匀流。（√）

16．水力最佳断面不是进行渠道设计必须遵循的标准。（√）

17．对于短管，若管路（管径、管长及布置）完全相同、作用水头相等，自由出流与淹没出流的流量是相同的。（√）

18．按尼古拉滋试验曲线分析程沿程阻力系数的变化规律时,把紊流分为三个区。（√）

19．理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体不具有粘滞性。（√）

20．流体中某点的静压强大小与受压面方位无关。（√）

21．恒定流一定是均匀流。（×）

22．对于均匀流，过流断面上动水压强分布符合静水压强分布规律。（√）

23．临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。（×）

24．明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水（水跌）。（×）

25．流体内部切应力的大小不仅与流速梯度有关，还与流体的种类有关。（√）

26．相对压强的数值可为正值，也可以是负值。（√）

27．非均匀流一定是非恒定流。（×）

28．应用总流伯努利能量方程时，过流断面只能取均匀流或渐变流断面。（√）

29．长管是指管道几何长度较长的管道。（×）

30．对于短管，若管路（管径、管长及布置）完全相同、作用水头相等，自由出流与淹没出流的流量是相同的。（√）

三、简答题

1．图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？

参：

（a）连通容器中，A-A是等压面，因为符合静止、同种、连续介质的条件。（b）连通器被隔断中，B-B不是等压面，因为流体被隔断了，不连续。（c）盛有不同种类液体的连通容器中，C-C不是等压面，因为C-C面上有两种液体；D-D是等压面，因为符合静止、同种、连续介质的条件。

2．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：

（1）当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？

（2）当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？

（3）恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？

参：

（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是均匀流，Ⅱ是非均匀流。

（2）管中为非恒定流。

（3）有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。

3．关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？

参：

（1）“水一定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不一定。“水是从压强大向压强小的地方流”（不对），在有压管流中常常有从压强小向压强大的地方流的现象。

（2）正确描述时，流体的运动方向总是由单位重量流体能量大的位置流向单位重量流体能量小的位置。（不能单从位能或压能一个角度比较）

4．写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？

参：

管流：Re=vd/v,Re>2000（紊流）Re<2000（层流）。

明渠水流：Re＝vR/v，Re>500（紊流）Re<500（层流）。

5. 等压面是水平面的条件有哪些？

参：

（1）必须是同一介质。

（2）必须是连续的。

（3）必须是单一重力作用。

6. 写出实际流体恒定总流动量方程应用时主要注意事项？

参：

（1）选择控制面（脱离体），过流断面应为渐变流或均匀流断面。

（2）全面分析外力，注意力的方向。

（3）选择坐标系，动量方程一般写为分量形式，注意各物理量的方向。

7. 写出管流和明渠水流雷诺数的表达时，并说明其层流、紊流的判别标准？

参：

管流雷诺数的表达式：，层流：Re<2000，紊流：Re>2000

明渠水流雷诺数的表达式：，层流：Re<500，紊流：Re>500

8. 明渠恒定均匀流的水流特征有哪些？

参：

（1）过流断面面积、水深、断面平均流速及流速分布沿程不变。

（2）总水头线、水面线、底坡线相互平行，即

（3）水体重力沿水流方向的分力等于摩阻力，或曰：重力功等于阻力功。

9. 说明描述流体运动的两种方法（拉格朗日法与欧拉法）的主要区别。

参：

拉格朗日法是以研究个别流体质点的运动为基础，通过对每个流体质点运动规律的研究，获得整个流场流体运动规律。

而欧拉法是以在空间设点，研究不同流体质点通过固定空间点运动，掌握整个流场流体运动规律。

10. 写出实际流体恒定总流能量方程应用时主要注意事项？

参：

（1）选择基准面（以方便为原则）。

（2）选择过流断面（一定是渐变流或均匀流断面）

（3）选择计算点（代表点）（以方便为原则）。

11．圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？

参：

圆管中层流断面流速分布呈抛物线分布，而圆管中紊流断面流速分布呈对数曲线分布，流速分布均匀化了。

12. 写出明渠均匀流形成的条件？

参：

明渠均匀流形成的条件是：

（1）必须是恒定流，即

（2）必须是长直棱柱形渠道，且糙率系数n不变。

（3）必须是顺坡渠道，底坡不变，且。

13. 什么叫流体的粘滞性？写出切应力的计算公式，并指出其物理意义？

参：

流体的粘滞性是指流体具有抵抗剪切变形的特性。

切应力的计算公式：，其其物理意义是切应力的大小与流体的种类和流速梯度有关。

14. 何种流动叫恒定流？

参：

若流体中任一点的运动要素与时间无关，或曰：流体中任一点的运动要素不随时间变化，即为恒定流。

15. 圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？

参：

圆管中层流断面流速分布为抛物线状，而圆管中紊流断面流速分布为对数曲线，紊流的断面流速分布均匀化了。

16. 管路如图示，当阀门关闭时,试问：

（1）各测压管中水面高度如何？

（2）标出个点的位置水头、压强水头和测压管水头。

参：

各测压管中水面高度与水箱中的水面齐平。

17. 何种流动叫均匀流？

参：

流线为相互平行的直线称之为均匀流，既位变加速度为0。

18. 层流与紊流的内部切应力有何不同？

参：

层流的内部切应力仅为粘性引起的切应力，；紊流的内部切应力有两项组成，一项为粘性引起的切应力，另一项为紊动引起的切应力，即。

19. 进行水力计算时，“长管”和“短管”是如何定义的？

参：

若沿程水头损失占主导地位，局部水头损失和流速水头可忽略不计，则按“长管” 进行水力计算，定义为“长管”；若沿程水头损失、局部水头损失和流速水头各占相当比重，都可忽略不计，则按“短管”进行水力计算，定义为“短管”。

20. 图示的供水系统，已知，，，问那条管道流量大？为什么？

参：

1管流量大。因为2号管比1号管长，局部水头损失相同的情况下，2号管的沿程水头损失大，故1管流量大于2号管的流量。

四、计算题（共50分）

1．在某供水管路上装一复式U形水银测压计，如图所示。已知测压计显示的各液面的标高和A点的标高为

，试确定管中A点压强。（）

参:

解：已知断面1上作用着当地大气压强，因此可以从点1开始，通过等压面，并应用流体静力学基本方程式逐点推算，最后便可求得A点压强。

因2-2、3-3、4-4为等压面

根据式，

可得

联立求得

将已知值代入上式，得pA =298.5 kPa

答：A点压强为298.5 kPa

2．水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m，闸门宽度2m。试求作用在闸门上静水总压力的大小及作用点位置。

参：

（1）画出静压强分布图。

（2）计算两侧静水压力及静水总压力：

（3）求静水总压力的作用点。（设作用点距渠底的距离为e）

答：静水总压力p=39.2kN，方向向右。

静水总压力的作用点在闸门的对称轴上，距渠底的距离e=1.26m。

3．如图所示，左侧为密闭水箱，水通过一管道流入右侧水箱，已知左水箱内自由表面相对压强p=29.4kPa，两水箱液面高差H=2.0m，管长l=5m，管径d=0.20m，管路沿程水头损失系数λ=0.02，在恒定流情况下，求通过流量。

参：

解：以右水箱水面为基准面，取a＝1.0，管道进口局部损失ε＝0.5，管道出口局部损失

（1）把左水糟内自由表面压强换算成液柱高度

4. 如图所示，一封闭的容器中装有水，右侧安装一个U形管，U形管内水银，；，A点与水箱内水面高差为0.4m，求水箱内水面的相对压强。

参：

解：画出1-2等压面。

∵ 

∴ 

答：水箱内水面的相对压强为105.45kN/m2(1.076atm)。

5. 如图所示，一条管道，A、B两点的高差，A点处直径，A点压强，B点处直径，B点压强，管中流量，试判断管中水流方向？

参：

解：判断水流流向，要比较单位重量流体总的机械能。

又， 水柱）

 水柱）

代入（1）式：（水柱）

代入（2）式：（水柱）

∵  ∴水流是从B流向A。

6. 某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽2m，当闸门在某一开度时，闸门前水深，闸孔后收缩断面水深，闸孔出流局部水头损失为cc断面流速水头的1/2，即，求：（1） 此时该渠道通过流量？（2）此时作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）？

参：

解：（1）以渠底为基准面，列能量方程，求通过流量：

依连续方程： 代入（1）式得：

流量： 

（2）选择控制体，分析外力，列动量方程求作用于平板闸门上的动水总压力：

 （方向向右）

设闸门对水的作用力为R，方向向左。

列动量方程：

答：作用于平板闸门上的动水总压力为37.34kN，方向向右。

7. 如图所示，A、B两条供水管道间装有一复式压差计测量管道压差，已知，水银柱高差，求A、B两点压强差？（水的密度，水银的密度 ）

参：

解：画出U形管处等压面，空气密度不计，

设空气压强为。

则， 

联立（1）（2）式，消掉 

得：

答：A、B两点压强差为47.04。

8. 如图所示，由三条不同管径的管段组成一条管路，水箱内水面恒定，已知，三条管段的长度相等，均为10m，沿程损失系数，管道进口局部水头损失为，B点处局部水头损失为，C点处局部水头损失为，并且，（1）求各管中的断面平均流速？（2）求作用水头H（管中心至水面高差）？

参：

解：（1）求各管中的断面平均流速：

由连续性方程，

（2）求作用水头H

+++

=

=0.051+0.00166+0.0118+0.3519=0.416m 

9. 图示为一分叉管道位于同一水平面，已知，，AA断面压强，管中流量，两支管流量相同。局部水头损失不计，求水流对镇墩的水平推力R=？

参：

解：（1）求叉管中流量及各管中流速

（2）求B-B，C-C断面压强及A-A，B-B，C-C压力

列A-A，B-B能量方程：

  （水柱）

因为叉管对称，所以

∴ 

（3）列动量方程求水流对镇墩的水平推力：

=3.1kN

答：水流对镇墩的水平推力为3.1kN。   

10. 弧形闸门如图所示，门宽2m，其他尺寸如图，求：（1）作用于闸门上的静水总压力？（2）总压力与水平面的夹角？

参：

（1）画出压力体图

（2）计算水平方向分力：  

（3）计算铅垂方向分力：

压力体体积  

（4）总压力： 

（5）总压力与水平面的夹角：

答：作用于闸门上的静水总压力

总压力与水平面的夹角：

11. 如图所示平地渠道，断面为矩形，宽。渠道某处抬高，坎前渐变流断面处水深，坎后水面跌落，坎顶水流为渐变流，水头损失为，求该渠道中的流量Q？

参：

（1）画出过流断面1-1，2-2，选上游渠底为基准面。

（2）列出能量方程，求断面平均流速：

由连续性方程：

所以上式：

取，代入数据，

求流量：

答：该渠道中的流量Q为6.04。

12. 图示离心水泵，抽水流量为，吸水管长，管径，沿程阻力系数，底阀局部阻力系数，弯头局部阻力系数，安装高度。求：

（1）水泵进口压强？

（2）若水泵允许真空高度为（水柱），该水泵安装是否合理？

参：

（1）取1-1~2-2断面，以下游水面为基准面，列能量方程：

又管中流速：

代入数据，

（水柱） 

（2）因为水泵进口压强为-5.123m（水柱），即真空高度为5.123m。

小于水泵允许真空高度为（水柱）

所以该水泵安装合理。

答：水泵进口压强为-5.123m（水柱），该水泵安装合理。

13. 倾角60°的矩形闸门AB，上部油深，；下部水深求作用在闸门每米宽度上的静压力及其作用点。

参：

（1）画出压强分布图，压强分布图分为三部分。

（2）计算各部分压力

=（方向向右）

（方向向右）

 （方向向右）

（3）总压力：

（4）求作用点：

设作用点的位置距点的距离为，

设作用点的位置距点的距离为，

设作用点的位置距点的距离为，

总压力作用点的位置距点的距离为，

答：静压力，总压力作用点的位置距点的距离。

14. 如图所示溢流坝，坝宽，上游断面水深0.6m，下游断面水深0.6m，略去水头损失,求水流对该坝的水平推力？（上下游河床在同一水平面上，不计摩擦力，水的密度，）

参：

（1）以渠底为基准面，列上下游两断面间的能量方程，求流量：

 （1）

 （2）

取，将（2）代入（1）式，得

，，

（2）列动量方程求水流对该坝的水平推力R

答：水流对该坝的水平推力，方向向右。

15. 如图所示为嵌入支座内的输水管，管径，，支座前断面相对压强，管中通过流量，不计水头损失，求支座所受到的轴向力？

参：

（1）求管中流速：

（2）应用能量方程求2-2断面的压强（以管轴线所在平面为基准面）

取，

（水柱）

（3）应用动量方程求作用力：

外力：

设支座对水流的反力为R，方向向左，取

则，

答：设支座受轴向力，方向向右。