第一章 流体力学部分练习题及答案(2014)

农业设施设计基础

第一章 流体力学部分习题

填空题 伯努利方程的实质是 机械能 和 压强能 守恒。 理想流体忽略了实际流体的 粘滞性 和 压缩性 。

直径0.8m的总管中水流速度为1m/s,则四根直径均为0.4m分水管中水流速度为 1m/s 。 变直径管流中，细断面直径d1,粗断面直径 d2=2d1,则粗 细断面雷诺数关系是 Re1 2Re2 。 边长分别为a、b的长方形过流断面，其水力半径为ab 2(a b)

相当直径(当量直径)为 2ab (a b) 。

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第一章 流体力学部分习题

断面平均流速 ν 与实际流速 u 的区别是

。

过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速 在过流断面上是相等的

实际流体总流的伯诺利方程表达式为是

,其适用条件

。p1

a1v12 p 2 a 2 v2 z1 h1 2 z 2 ,稳定流，不可压缩 2g 2g

2

流体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为 缓变流动

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第一章 流体力学部分习题

理想流体伯努力方程 常数中，其中 称为 测压管水头。 稳定流动的流线与迹线 重合 。 雷诺数之所以能判别 流态 ，是因为它反映了 惯性 力 和

粘性力 的对比关系。p (z1 - z 2)( g) (z1 - z 2)( g) 称 ，p 2

理想气体伯努力方程 。p

u 22

中

u2

势压

,

称全压，

p (z1 - z 2)( g)

u 22

称总压

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第一章 流体力学部分习题

判断题 有两个圆形管道，管径不同，输送的液体也不同，则流态判别数(雷

诺数)不相同。 X “只有当过水断面上各点的实际流速均相等时，水流才是均匀流”, 该说法是否正确？为什么？

不对。均匀流是指运动要素沿程不发生改变，而不是针对一过水断 面。

在一直管中流动的流体，其水头损失包括沿程水头损失与局部水头损 失。 X 边界层内流体流动与粘性底层流体流动都属于层流。 X

渐变流任意两个过流断面的

X

静水压强可以用测压管来测量，而动水压强则不能用测压管来测量。 X4

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第一章 流体力学部分习题

在位置高度相同，管径相同的同一管道的两断面上，其势能、动能都 相等。 X 运动水流的测压管水头线可以沿程上升，也可以沿程下降。

对

在均匀流中，任一过流断面上的流体动压强呈静压强分布特征。

对

均匀流过流断面是一平面，渐变流过流断面近似平面。

对

孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。 X “水一定由高处向低处流” X

平衡流体中任意点的静压强值只能由该点的坐标位置来决定，而与该 压强的作用方向无关。即作用于同一点上各方向的静压强大小相等。 √5

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第一章 流体力学部分习题

简答题 想一想：为什么在总流分析法中需引入断面平均流速？

因为总流过水断面上各点的流速是不相等的。为了简化总流的计算， 所以引入了断面平均流速来代替各点的实际流速。 实际水流中存在流线吗？引入流线概念的意义何在？

不存在。引入流线概念是为了便于分析流体的流动，确定流体流动趋 势。 恒定流、均匀流各有什么特点？ 迹线重合，且时变加速度等于0。 A 0 t

恒定流是指各运动要素不随时间变化而变化，

恒定流的流线、

A 0 均匀流是指各运动要素不随空间变化而变化， s 均匀流，位变加

速度等于0。6

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第一章 流体力学部分习题

问题：总流能量与元流能量方程有什么不同点？ 1)以断面的平均流速 代替元流中的点流速 ； 2)以平均水头损失 代替元流的水头损失； 3)各项反映的是整股水流的能量代替某一元流的能量。 问题：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？ 答：流动均匀与否是对流程而言，流动恒定与否是相对时间而言，这 是判别流动的两个不同标准。因此，这种说法是错误的。 问题：怎样判别粘性流体的两种流态——层流和紊流？ 答：用下临界雷诺数Rec来判别。当雷诺数Re < Rec时，流动为层流， Re > Rec时，流动为紊流。 当为圆管流时, 当为明渠流时Rec

c d 2000 R Rec c 500 。(R为水力半径)

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第一章 流体力学部分习题

问题：为何不能直接用临界流速作为判别流态(层流和紊流)的标准? 答：因为临界流速跟流体的粘度、流体的密度和管径(当为圆管流时 )或水力半径(当为明渠流时)有关。而临界雷诺数则是个比例常数 ，对于圆管流为2000,对于明渠流为500,应用起来非常方便。 当管道流量一定时，随管径的加大，雷诺数是增大还是减小？ 答：随 d 增大，Re 减小。Rec

d 4Q d

圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？ 答: 层流为抛物线分布，紊流为对数曲线分布。

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第一章 流体力学部分习题

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？

答：(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。9

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第一章 流体力学部分习题

问题：在静止流体中，各点的测压管水头是否相等？在流动流体中？ 答：相等，均匀流、渐变流中同一断面上各点测压管水头相等，急变 流中不相等。 何谓均匀流及非均匀流？以上分类与过流断面上流速分布是否均匀有 无关系？

答：均匀流是指流线是平行直线的流动， 非均匀流是流线不是平行直线的流动， 这个分类与过流断面上流速分布是否均匀没有关系。

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第一章 流体力学部分习题

雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？ 答: 雷诺数实质是反映粘性力与惯性力之比。层流时惯性力不大,而粘

性力占主导 ,受粘性力的约束，流体质点做规则运动。紊流时惯性力占主导，受到干扰形成涡体，当粘性力约束不了涡体时，流体质点互 相掺混，所以用雷诺数可以来判别流态。

当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是变小？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是变小？ 答: 当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数增大； 当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数变小。

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第一章 流体力学部分习题

为什么用下临界雷诺数，而不用上临界雷诺数作为层流与紊流的判别准则？ 答：上临界雷诺数不稳定，而下临界雷诺数较稳定，只与水流的过水

断面形状有关。 当管流的直径由小变大时，其下临界雷诺数如何变化？ 答：不变，下临界雷诺数只取决于水流边界形状，即水流的过水断面 形状。 两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是 否相同？ 答: 不一定。

能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？ 答: 有沿程能量损失和局部能量损失两种。一是因为流体具有粘滞性 ，二是因为固体边界条件的影响。12

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第一章 流体力学部分习题

问题：雷诺数与哪些因数有关？其物理意义是什么？当管道流量一定时，随管径

的加大，雷诺数是增大还是减小？

答案：

雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。Re=惯性力/粘滞力,

随d增大，Re减小。

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第一章 流体力学部分习题pau 2 、 、 2g

实际液体恒定总流的能量方程的适用条件 及方程中，z、hl 的物理意义分别是什么？

条件： ①恒定流②质量力仅为重力③不可压缩液体④渐变流断面⑤ 断面间无分流和汇流。( 5分) z 单位重量液体过流断面所具有的位能(重力势能)、位置高度或 位置水头。p

单位重量液体过流断面所具有的压强(压强势能)或压强水头。

au 2 总流单位重量液体过流断面上的平均动能或平均流速水头。 2g

hl

总流两过水断面间单位重量液体的平均能量损失或水头损失。

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第一章 流体力学部分习题

实际气体恒定总流的能量方程中各项的物理意义分别是什么？

p1

122

( a ) g ( z2 z1 ) p2

2 2

2

pl

这里p1,p2称为静压；

称为动压。 (ρa-ρ)g为单位体积气体

所受有效浮力，(z2-z1)为气体沿浮力方向升高的距离，乘积(ρa-ρ)g

(z2-z1)为1-1断面相对于2-2断面单位体积气体的位能，称为位压。

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第一章 流体力学部分习题

选择题例. 如图所示，p 表示绝对压强，pa表示大气压强，在试在图中 括号内填写所表示的压强。

问题：一元流动是 C A、均匀流； B、速度分布按直线变化； C、运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；

D、限于直线流动。16