流體力學(xué)試卷、習(xí)題及答案

流體力學(xué)與葉柵理論課程考試試題

一、選擇題〔每題1分，共10分〕

1、在括號(hào)內(nèi)填上“外表力〃或“質(zhì)量力〃：

摩擦力()；重力();

離心力()；浮力();

壓力()o

2、判斷以下表達(dá)是否正確(對(duì)者畫(huà)J錯(cuò)者畫(huà)X)：

(a)基準(zhǔn)面可以任意選取。()

(b)流體在程度圓管內(nèi)流動(dòng)，假如流量增大一倍而其它條件不變的話，沿程

阻力也將增大一倍。()

(c)因?yàn)椴⒙?lián)管路中各并聯(lián)支路的水力損失相等，所以其能量損失乜一定相

等。()

(d)定常流動(dòng)時(shí)，流線與跡線重合。()

(e)沿程阻力系數(shù)入的大小只取決于流體的流動(dòng)狀態(tài)。()

二、答復(fù)以下各題［1-2題每題5分，3題10分，共20分〕

1、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型？它在流體力學(xué)中有何作用？

2、用工程單位制表示流體的速度、管徑、運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)時(shí)，管流的雷諾數(shù)%=104,

問(wèn)采用國(guó)際單位制時(shí)，該條件下的雷諾數(shù)是多少？為什么？

3、常見(jiàn)的流量的測(cè)量方法有哪些？各有何特點(diǎn)？

三、計(jì)算題〔70分〕

1如下圖，一油缸及其中滑動(dòng)栓塞，尺寸D=,d=,L=160mm,間隙內(nèi)充滿

〃二0.065Pa?S的光滑油，假設(shè)施加活塞以F=10N的拉力，試問(wèn)活塞勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速

度是多少？（10分）

題1圖

2、如下圖一盛水容器，平壁及AD為半個(gè)圓柱體，半徑R=lm,

自由外表處壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓，高度H=3m,試分別計(jì)算作用在單位長(zhǎng)度上45

面、8。面和面所受到的靜水總壓力。（10分）

題2圖

3、原型流動(dòng)中油的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)即=15xl0.5m?/s,其幾何尺度為模型的5倍，如

確定佛汝德數(shù)和雷諾數(shù)作為決定性相似準(zhǔn)數(shù)，試問(wèn)模型中流體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)

所二？（1。分〕

4、如下圖，變直徑圓管在程度面內(nèi)以a=30。彎曲，直徑分別為力二，4二，過(guò)水

流量假設(shè)為。=3/s,P=1000N/m2時(shí)、不計(jì)損失的情況下，求水流對(duì)圓管的作用

力及作用力的位置。（20分）

題4圖

5、兩水池的水位差斤=6m,用一組管道連接，管道的第一段8c長(zhǎng)L/=3000m,

直徑r//=600mm,C點(diǎn)后分為兩根長(zhǎng)L2=L3=3000m,直徑d2=d3=300mm的并聯(lián)管,

各在D點(diǎn)及E點(diǎn)進(jìn)入下水池。設(shè)管道的沿程阻力系數(shù)2=0.04,求總流量。=?（20

分）

題5圖

習(xí)題

第一章緒論

1.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著O

(A)流體分子互相緊連(B)流體的物理量是連續(xù)函數(shù)

(C)流體分子間有空隙(D)流體不可壓縮

2.流體的體積壓縮系數(shù)即是在—條件下單位壓強(qiáng)變化引起的體積變化率。

(A)等壓(B)等溫(C)等密度

3.在常溫下水的密度為—kg/m3o

(A)1(B)10(C)100(D)1000

4.空氣的體積彈性模數(shù)E=-o

(A)p(B)T(C)p(D)RT

5.溫度為20℃,壓強(qiáng)為Upa的空氣密度為kg/m\

(

6.水的體積彈性模數(shù)—空氣的彈性模數(shù)。

(A)小于(B)近似等于(C)大于

7.靜止流體剪切應(yīng)力。

(A)不能承受(B)可以承受(C)能承受很小的(D)具有粘性時(shí)可承受

8.溫度升高時(shí)，空氣的粘性系數(shù)—o

(A)變小(B)變大(C)不變

9.運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的單位是—o

(A)slm2(B)m21s(C)N8/附'(D)Nmls

10.—是非牛頓流體。

(A)水⑻空氣(C)血液(D)瀝青

11.動(dòng)力粘性系數(shù)〃與運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)v的關(guān)系為〃=—o

(A)pv(B)v!p(C)v1p(D)pv

12.流體的粘性與流體的一無(wú)關(guān)。

(A)分子內(nèi)聚力(B)分子動(dòng)量交換(C)溫度(D)速度剃度

13.光滑油的動(dòng)力粘性系數(shù)〃=4乂1。84.6"/，已測(cè)得剪切應(yīng)力為

r=0流體微團(tuán)的角變形速率那么為一o

14.—的流體稱為理想流體。

(A)速度很小(B)速度很大(C)忽略粘性切力(D)密度不變

15.外表張力系數(shù)b的量綱是—o

(A)N!m(B)Ns(C)NAm(D)NmA

16.以下四種液體中，接觸角6二的液體不潤(rùn)濕固體。

(A)120°(B)20°(C)10°(D)0°

17.動(dòng)力粘性系數(shù)的流體沿平板壁面流動(dòng)，測(cè)得離壁面

丁伽)處的速度分布為“二】-200(0.05在y=5mm處的粘性切應(yīng)力為

r=Nfm”。

(A)-2.97(B)0(C)8.9x10-4

18.溫度升高時(shí)，外表張力系數(shù)b—o

(A)增大(B)減小(C)不變

19.毛細(xì)液柱高度h與一成反比。

(A)外表張力系數(shù)(B)接觸角(C)管徑(D)粘性系數(shù)

20.液滴內(nèi)的壓強(qiáng)p與大氣壓強(qiáng)「。之差p-po-0o

(A)>(B)=(C)<

第二章流體靜力學(xué)

1.什么是絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、真空？它們之間的關(guān)系如何？

2.大氣壓力為2。求：（1）絕對(duì)壓力為117.72kN/m2時(shí)的相對(duì)壓力；（2）絕對(duì)壓

力為68.5kN/n?時(shí)的真空值各是多少？（用水柱高度表示）

3.流體靜壓力有哪些特性？

4.什么是等壓面？等壓面的兩個(gè)重要性質(zhì)是什么？

5.流體靜力學(xué)根本方程式有哪幾個(gè)表達(dá)式？方程式的物理意義、幾何意義如何？

6.如圖2-34所示，8OOkg/m3,〃/=64kpa,〃2，求Az。

圖2-34題6圖

7.如圖2-35所示，A/=；&二：P尸lOOkN,試求&為多少。

圖2-35題7圖

8.水深〃=3m,大氣壓pa=1at,求水池底部的相對(duì)壓強(qiáng)及絕對(duì)壓強(qiáng)。9.虹吸管

內(nèi)最低絕對(duì)壓強(qiáng)為45kpa,及pa=lat,試求虹吸管內(nèi)的最大真空值Pv和最大真

空度〃產(chǎn)？

如圖2-36所示，D=60mm,/?=200mm,求：杯口氣壓的真空度

圖2-36題10圖

11.如圖2-37所示，鉛垂放置閘門(mén),力尸血,”=2111,5=求:作用于閘門(mén)上的總壓力

及作用點(diǎn)位置。

圖2-37題11圖

12.如圖2-38所示，閘匚為圓形Q二,@80°，可繞通過(guò)C的程度軸旋轉(zhuǎn)

求⑴作用在閘門(mén)上的轉(zhuǎn)矩與閘門(mén)在水下的深度無(wú)關(guān)

⑵閘門(mén)完全吞沒(méi)，作用在閘門(mén)的轉(zhuǎn)矩

圖2-38題12圖

13.如圖2-39所示，直徑相等的半球形面，求作用在三個(gè)球面的作用力的大小

及方向。

圖2-39題13圖

14.如圖2-40所示，弧形閘門(mén)，寬8=5m,族45。,『2m,轉(zhuǎn)軸與程度面平齊

求：水對(duì)閘門(mén)軸的壓力

b

圖2-40題14圖

15.如圖2-41所示，一輛小車車箱長(zhǎng)3高，，裝有1/2的水，向右行駛，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，底面積一樣，高度一樣、形狀不同的四個(gè)容器，置于桌面

上。不計(jì)容器質(zhì)量。試求四個(gè)容器中的水對(duì)桌子的作用力的大小順序以及水對(duì)容

器底部的作用力的大小順序。

圖2-43題16圖

17.求如圖2-44所示，水下傾斜放置的平板，〃=3m,寬〃=5m,a=30,求:

作用在平板上的總壓力和壓力中心的位置。

18.如圖2-45所示，用一U形管測(cè)量汽車的加速度，L=200mm,當(dāng)汽車加速行

駛時(shí)，使”=100mm,求汽車的加速度。

a

圖2-45題18圖

19.如圖2-46所示，一容器，上部為油，下部為水，％=1.5m,4=3m,油的密度

為A=800%g/m3,求作用于容器側(cè)壁A3單位寬度上的作用力的大小及其作用點(diǎn)

的位置

圖2-46題19圖

20.量測(cè)容器中A點(diǎn)壓強(qiáng)的真空計(jì)如圖2-47所示，：z=lm,/?=2m,當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

圖2-47題20圖

21.如圖2-48所示，h}=0.91,/^=0.61m也=九=0.305m,夕油=900&g/m’，計(jì)算

各液面的相對(duì)壓強(qiáng)。

圖2-48題21圖

22.如圖2-49所示，用復(fù)式測(cè)壓計(jì)測(cè)量鍋爐中水面上蒸汽的絕對(duì)壓強(qiáng)p,

H=3m,%=1.4m,%=2.5m,%=1.2m,/z4=2.3m,試求p值的大小。

圖2-49題22圖

23.如圖2-50所示，一圓柱形容器，直徑d=1.2m,充滿水，并繞垂直軸等角速

度旋轉(zhuǎn)，在頂蓋上％=0.4m處安裝一開(kāi)口測(cè)壓管，管中的水位〃=0.5m。問(wèn)此容

器的轉(zhuǎn)速〃為多少時(shí)頂蓋所受的總壓力為0。

圖2-50題23圖

24.如圖2-51所示，設(shè)計(jì)自動(dòng)泄水閥，要求當(dāng)水位為〃時(shí)，用漂浮一當(dāng)?shù)募佑?/p>

柱形浮標(biāo)將細(xì)桿所連接的堵塞提起。堵塞直徑d,浮標(biāo)長(zhǎng)/,活動(dòng)部件的重量G,求

浮標(biāo)直徑。為多少，假如浮標(biāo)改為圓球形，其半徑R應(yīng)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〃xZ?=200x200mm2,

班=4必。當(dāng)它裝水的高度〃=150mm時(shí)，在生=25必的載荷作用下沿平面滑動(dòng)。

假設(shè)容器的底與平面間的摩擦系數(shù)/=0.3,試求不使水溢出時(shí)容器的最小的高度

H。

圖2-52題25圖

26.如圖2-53所示，半徑R=0.2m,長(zhǎng)度/=2m的圓柱體與油（比重為）、水接

角，圓柱體右邊與容器頂邊成直線接觸，試求：

（1）圓柱體作用在容器頂邊上的力；

（2）圓柱體的重量與比重。

圖2-53題26圖

27.如圖2-54所示，用熔化鐵水（比重為7）鑄造帶凸緣的半球形零件，,

H=0.5m,0=0.8m,R=0.3m,d=0.05m@I=0.02m,占/=0.05m，試求鐵水作用在

砂箱上的力。

圖2-54題27圖

第三章流體動(dòng)力學(xué)根底

2

3-1二元不可壓縮流場(chǎng)中，匕=5d,Vv=-i5x^,試求點(diǎn)（1,2）上的速度和加速

度。

［答:v=30.41m/s,a=167.7m/s2］

3-2匕=4^，匕=4V，V.=0,式中人是不為零的常數(shù)。試求：（1）流

廠+），■廠+廠

線方程。（2）r=lM,通過(guò)點(diǎn)（1,0）流線的形狀。

［答：（f+y2>=c,流線為/+y2=］,流線的形狀為一圓。］

3-3流體質(zhì)點(diǎn)速度沿工方向成線形規(guī)律變化，相距/=50cm兩點(diǎn)的速度為

=2m/s,vB=6m/so流動(dòng)是恒定的，試求A、8兩點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)加速度。

22

［答：aA=16m/s,aB=48m/s］

2

3-4不可壓縮流體流動(dòng)的兩個(gè)分速度為匕=2/+y,v=2y+zf且在z=0處有

匕=0。試求流速分量匕的表達(dá)式。

［答：匕=-4（x+y）z］

3-5人管直徑q=5m,小管直徑d2=lm,人管中過(guò)流斷面上的速度分布為

v=6.25-r2m/s（式中一表示點(diǎn)所在半徑，單位為m）。試求管中流量及小管中

的平均速度。

［答：qv=61.36m7s,v=78.13m/s］

3-6如下圖以斷面平均流速u=0.15m/s流入直徑O=20mm的排孔管中的液體，

全部經(jīng)8個(gè)直徑d=lmm的排孔流出，假定每孔流速依次降低2%,試求第1孔

和第8孔德流速。

［答：V）=8.04m/s,v8=6.98m/s］

3-7試證明以下不可壓縮均質(zhì)流體運(yùn)動(dòng)中，哪些滿足連續(xù)性方程，哪些不滿足連

續(xù)性方程。（1）v.=-ky,v=kx,v,=0；（2）v=kx,vv=ky,v.=0；（3）v.=4x，

vv=0；⑷vv=4xy,vv=0o

［答：（1）、（2）滿足連續(xù)性方程，（3）、（4）不滿足連續(xù)性方程。］

3-8程度放置的水管，直徑由4=15cm收縮到q=7.5cm,pL&N/cm?、

%=L5gN/cm21g為重力加速度），不計(jì)損失，試求管中流量。

s

［答：qv=0.101m7］

3-9利用皮托管原理測(cè)量輸水管中的流量為。輸水管直徑d=2（X）mm,水銀差壓

計(jì)讀數(shù)4=60mm,斷面平均流速U=0.84%2其中%ax為皮托管前管軸上未受

擾動(dòng)水流的速度。

［答：％=0,102m3/s］

3-10油從鉛直圓管向下流出。管直徑4=10cm,管口處的速度為匕=L4m/s,

試求管口下方〃=1.5m處的速度和汕柱直徑。

［答：v2=5.6m/s,d2=5cm］

3-11圖示為水塔，供水管道系統(tǒng)，4=9m,%=0-7m。當(dāng)閥門(mén)翻開(kāi)時(shí)，管道中

水的平均流速u=4m/s,總能量損失%,=13m,試確定水塔的水面高度以。

［答：//=5.52m］

3-12鉛直輸水管道的直徑。=200mm,在相距/=20m的上下兩測(cè)壓計(jì)讀數(shù)分別

為196.2kPa和588.6kPa。試判斷流動(dòng)方向，并計(jì)算水頭損失。

［答:從下往上流，4=20.01m］

3-1320C的水通過(guò)虹吸管從水箱吸至8點(diǎn)。虹吸管直徑4=60mm,出口8處噴

嘴直徑《=30mm。當(dāng)％=2m、4=401時(shí)，在不計(jì)水頭損失條件下，試求流量

和C點(diǎn)的壓強(qiáng)。

［答：%=0.00626n?/s,=-22024.3Pa|

3-14圖示一自來(lái)水龍頭將水從水箱中放出，設(shè)水龍頭直徑d=12mm,圖示壓力

表當(dāng)水龍頭關(guān)閉時(shí)讀數(shù)為〃=0.28MPa,翻開(kāi)水龍頭后讀數(shù)為〃'=0.06MPa,求

自來(lái)水龍頭流出的流量，不計(jì)損失。

［答：外方2.37x10-3m3/s］

3-15圖示一自然排煙鍋爐，煙囪直徑d=lm,煙氣流量Q=7.135n?/s,煙氣密

3

度夕=0.7kg/n?,外部空氣密度pa=1.2kg/m,煙囪的壓強(qiáng)損失

=0.035—^o為使煙囪底部入口斷面的真空度不少于10mm水柱，試求煙

d2

囪的高度Ho

［答：H>32.63m］

3

3-16dA=15cm,dH=7.5cm,a=2.4m,水的流量qN=0.02m/s,

2

2

/4-pA=11772N/mo⑴假如AB之間的水頭損失表示為二上，試求4的值。

2g

⑵求水銀差壓計(jì)中的讀數(shù)〃。

［答：？=3.4,/?=9.5cmJ

3-17在離心水泵的實(shí)驗(yàn)裝置上測(cè)得吸水管上的計(jì)示壓強(qiáng)8=-0.4gxl0，Pa,壓水

管上的計(jì)示壓強(qiáng)〃2=2.8gxl（）4pa（g為重力加速度），4=30cm,d2=25cm,

3

<7=1.5m,=0.lm/so試求水泵的輸出功率。

［答：P=32.96kW］

3-18如下圖的程度設(shè)置的輸水彎管，轉(zhuǎn)角8=60,直徑山4=200mm變?yōu)?/p>

J2=150mmo轉(zhuǎn)彎前斷面的壓強(qiáng)p】=18kN/m2（相對(duì)壓強(qiáng)），輸水流量

C=0.1m7s,不計(jì)水頭損失，試求水流對(duì)彎管作用力的大小。

［答：工=0.538kN，G=0.597kN］

3-19密度夕=1000kg/m3的水從圖示程度放置的噴嘴噴出流入大氣。噴嘴尺寸

D=8cm,J=2cm,測(cè)得出口速度匕=15m/s,求螺栓組A所受的力。

［答：b=Y97N］

3-20一股程度方向上的射流沖擊一斜置的光滑平板。射流來(lái)流速度為％,流量

為劭，密度為「，平板傾角為6。不計(jì)重力及流動(dòng)損失，求射流對(duì)平板的作用力

及分流流量的、%O

［答:qVi=y(l-cosi9),9v2=y(l+cos^)］

3-21邊長(zhǎng)〃=30cm的正方形鐵板閘門(mén)，上邊錢鏈連接于。，其重力為

W=U7.7N,水射流直徑4=2cm的中心線通過(guò)畫(huà)板中心C,射流速度u=15m/s。

(1)為使閘門(mén)保持垂直侑置，在其下邊應(yīng)加多大的力尸？(2)撤銷力「后，閘

門(mén)傾斜角夕是多少？忽略校鏈摩擦。

［答：F=35.3N,0=3652'］

3-22直徑為d=4cm,速度為u=30m/s的水射流，在葉片一端流入，從另一端

流出，速度大小不變，但方向隨葉片而偏轉(zhuǎn)，試求以下兩種情況下射流對(duì)葉片作

用力。

(1)a=J3=30>(2］a=0,/?=60o

_______F

2

［答：(1)F=q=1958N,e=0,［2)F=+Fv=1958N,^=arctan=-30］

3-23旋轉(zhuǎn)式噴水器由三個(gè)均布在程度平面上的旋轉(zhuǎn)噴嘴組成，總供水量為外，

噴嘴出口截面積為A,懸臂長(zhǎng)為R,噴嘴出口速度方向與懸臂的夾角為，。(1)

不計(jì)一些摩擦，試求懸臂的旋轉(zhuǎn)角速度。。［2)假如使己經(jīng)有口角速度的懸臂停

頓，需要施加多大的外力矩M?

［答：①=-^—sin。，M='""vsin。］

3AR3A

3-24判斷流場(chǎng)匕=/+工一,2,匕=_(2xy+y)是有旋流動(dòng)還是無(wú)旋流動(dòng)。

［答：無(wú)旋流動(dòng)］

3-25設(shè)流場(chǎng)中的速度分布為匕=1,匕.=2,試判斷是否存在流函數(shù)”和速度勢(shì)夕，

假設(shè)存在那么繪出它們的分布圖。

［答：i//=y-2x,9=x+2y,為互相垂直的平行直線］

3-26平面勢(shì)流的速度勢(shì)函數(shù)0=4卜2-），2）,試求速度和流函數(shù)。

［答：v=8-Jx2+y2,與程度方向的夾角。=arctan-1;°=8x）”

22

3-27某二元不可壓縮流場(chǎng)速度分布匕=x+4x-y,vv=-2xy-4y,試確定:

（1）流動(dòng)是否連續(xù)？（2）流場(chǎng)是否有旋？（3）速度為零的駐點(diǎn)位置。（4）

速度勢(shì)函數(shù)9和流函數(shù)材。

222

［答:流動(dòng)連續(xù);流場(chǎng)無(wú)旋；駐點(diǎn)為（0,0）和（-4,0）；（p=-x^2x-yx-2yf

W=x2y+4xy-^y3］

2

3-28（1）vr=0,v產(chǎn)士,攵是不為零的常數(shù)；（2）vr=0,V,=cor,①為

r

常數(shù)。試求上述兩流場(chǎng)中半徑為“和4兩條流線間流量的表示式。

22

［答：⑴q=l<\v\—,（2］q=-a）^rl-/?）］

r?2

3-29源流和匯流的強(qiáng)度9均為60m2/s,分別位于x軸上的（-a,。）、（%（））點(diǎn),

。為3m。計(jì)算通過(guò)（0,4m）點(diǎn)的流線的流函數(shù)值，并求該點(diǎn)的流速。

［答：（1）”=一12.29；匕=2.29m/s,vv=0］

3-30將速度為％平行于x軸的均勻流和在原點(diǎn)。的點(diǎn)源疊加而成如下圖繞

平面半柱體的流動(dòng)，試求它的速度勢(shì)和流函數(shù)，并證明平面半柱體的外形方

程為廠=4（?-6）/2m^sin。，它的寬度等于切包o

3-31設(shè)在（1,0）點(diǎn)置有「=「°的旋渦，在（-1,0）點(diǎn)置有「=-「。的旋渦。試求

沿以下道路的速度環(huán)量。⑴/+y2=4；⑵口一1）2+y2=1；⑶x=±2,y=±2

的一個(gè)方形框；（4）4=±0.5,），=±0.5的一個(gè)方形框。

3-32給定流場(chǎng)為匕=一二二，匕.=」^,匕=0,其中。為常數(shù)。作一

廠+）2r+），2-

個(gè)圍繞。軸的任意封閉曲線，試用斯托克斯定理求此封閉曲線的速度環(huán)量，

并說(shuō)明此環(huán)量值與所取封閉曲線的形狀無(wú)關(guān)。

22

3-33某流場(chǎng)的速度為匕vr=0,vz=0,其中c為常數(shù)，r=>Jx+yo

求：（1）沿曲線/+），2=/的速度環(huán)量「；QI通過(guò)上述封閉曲線所包圍的

圓面積的旋渦強(qiáng)度1。

［答：「=2〃。/,J=c7rcr］

3-34有一流場(chǎng)，在廠>〃時(shí)，匕=---——、））,v=---v2=0；在

2萬(wàn)V+y2X2^-X2+y2

rWaO寸，vA=-coy,vv=cox,v.=0,求沿圖所示曲線。a4和乙（4和

。的半徑相等）的速度環(huán)量。。的半徑為6。

1

［答：，「=—2萬(wàn)。％,r,=——aco,幾=0,r/}=—27rr^a）］

3-35設(shè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度分量為匕=y+2z,vv=z+2x,匕=x+2），，試

求渦線方程。假設(shè)渦管斷面cL4=0.0001n?,求旋渦強(qiáng)度J。

第四章相似理論及量綱分析

1.為研究風(fēng)對(duì)高層建筑物的影響，在風(fēng)洞中進(jìn)展模型實(shí)驗(yàn)，當(dāng)風(fēng)速為u=9〃z/s

時(shí)測(cè)得迎風(fēng)面壓強(qiáng)為42N/,/?,背風(fēng)面壓強(qiáng)為-20N/,%2,試求溫度不變風(fēng)

速增至U=12"2/S時(shí)，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓強(qiáng)。

(74.67M—35.56N)

2.一個(gè)潮汐模型，按弗勞得相似準(zhǔn)那么設(shè)計(jì)，尺度比例系數(shù)為4=2000,問(wèn)原

型中的一天，相當(dāng)于模型的時(shí)間是多少？

(32.2min)

3.為研究輸水管道上直徑600mm閥門(mén)的阻力特性，采用直徑300mm,幾何相

似的閥門(mén)用氣流做模型實(shí)驗(yàn)。輸水管道的流量為0.283m3/5,試求模型的氣

流量。(D氣/u水=15.6,)

(%〃=2.207m3Is)

4.有一內(nèi)徑d=200〃〃〃的圓管，輸送運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)為u=4x10-5加2的油,其

流量夕=0.12帆3/s。假設(shè)用d=50z的圓管分別用20℃的水和20℃的空氣

作模型實(shí)驗(yàn)，試求模型相似時(shí)管內(nèi)應(yīng)有的流量。

(7.553xlO-463/s,i.]39xl(r2后r)

5.用尺度比例系數(shù)4=20的模型進(jìn)展溢流壩的實(shí)驗(yàn)，今在模型中測(cè)得通過(guò)流量

心=0.19//s時(shí)，壩頂水頭%=0.15m,壩趾收縮斷面出流速

3

vrw=3.35mIs,試求原型相應(yīng)的流量、壩頂水頭及收縮斷面處的流速。

33

(qp=339.88m/sp=3m,vcp=15mIs)

6.汽車的高度〃=2"?,速度u=108m/〃，環(huán)境溫度為20C。為求汽車阻力在風(fēng)

洞中做模型實(shí)驗(yàn)。設(shè)風(fēng)洞中溫度為0℃。氣流速度4=60〃?/$,試求模型汽

車的高度加；假設(shè)在風(fēng)洞中測(cè)得模型汽車阻力￡〃=1500N,原型汽車阻力有

多大？

(hm=0.873加，歹=1830N)

7.光滑圓球以速度u=L66/s在水中運(yùn)動(dòng)，為求圓球受到的阻力F,在風(fēng)洞中用

直徑放大到2倍的光滑圓球進(jìn)展模型實(shí)驗(yàn)。為保證兩者相似，風(fēng)洞中的空氣

速度應(yīng)多大？假設(shè)在風(fēng)洞中測(cè)到的阻力為0=0.95N,那么原型球的阻力有

多大？

(vm=12.5mis,Fp=4.4N)

8.小球在不可壓縮粘性流體中運(yùn)動(dòng)阻力性與小球的直徑d、等速運(yùn)動(dòng)的速度八

流體的密度夕、動(dòng)力粘度系數(shù)〃有關(guān)，試導(dǎo)出阻力的表達(dá)式。

(小/(Re).亨。

9.雷諾數(shù)是流速萬(wàn)，物體特征尺度/,流體密度p,以及流體動(dòng)力粘度系數(shù)4這

四個(gè)物理量的綜合表達(dá)，試用兀定理推出雷諾數(shù)的表達(dá)形式。

(Re="

10.不可壓縮粘性流體在程度圓管中做定常流動(dòng)忙，流量q與直徑1、單位長(zhǎng)度的

壓降△〃//及流體動(dòng)力粘度系數(shù)〃有關(guān)。試用兀定理推出9與這些物理量的關(guān)

系。

m

11.圓型孔口出流的流速V與作用水頭H,孔口直徑d,流體的密度Q,動(dòng)力粘

度系數(shù)〃和重力加速度g有關(guān)，試用兀定理推導(dǎo)孔口出流速度的表達(dá)式。

(v=fg，Re,))

第五章液流形態(tài)及水力損失

5-1用直徑d=100mm的管道，輸送流量為10kg/s的水，如水溫5℃,試確

定管內(nèi)水的流態(tài)。如用這管道輸送同樣質(zhì)量的石油，石油的密度為p=850kg/n?,

運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)u=2/s,試確定石油的流態(tài)。

5-2有一矩形斷面小排水溝,水深h=15cm,底寬b=20cm,流速u=/s,水溫

為15℃,試判別其流態(tài)。

5-3溫度為匚20℃的水，以Q=4000cn?/s的流量通過(guò)直徑d=10cm的水管，

試判別其流態(tài)。假如保持管內(nèi)液體為層流運(yùn)動(dòng)，流量應(yīng)受怎樣的限制？

5-4有一均勻流管路，長(zhǎng)1=100m,直徑d=,水流的水力坡度，求管壁處和

廠處切應(yīng)力及水頭損失。

5-5輸油管管徑d=150mm,輸送油量，求油管管軸上的流速Umax和1km長(zhǎng)

的沿程水頭損失。y油3,口油=2/s。

5-6汕以流量Q=3/s,通過(guò)直徑d=6mm的細(xì)管，在l=2m長(zhǎng)的管段兩端接水

銀差壓計(jì)，差壓計(jì)讀數(shù)h=18cm,水銀的容量丫或，油的容重丫油3。求油的運(yùn)動(dòng)

粘度。

題5-6圖

5-7在管內(nèi)通過(guò)運(yùn)動(dòng)粘度v=2/s。的水，實(shí)測(cè)其流量Q=35cn?/s,長(zhǎng)15m管段

上水頭損失h尸2cmH20,求該圓管的內(nèi)徑。

5-8液體薄層流（厚度為b）在斜面上向下呈均勻流動(dòng)，試用取隔離體方法

證明：

流速分布u=^(b2-y2)sin0

2//

單寬流量Q=Z/sm。

3//

5-9半徑ro=150mm的輸水管在水溫t=15℃下進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)為p水

二999kg/m3,|i水=0.001139N-s/m2,u=/s,。

(1)求管壁處、。處、廠0處的切應(yīng)力。

(2)如流速分布曲線在。處的速度梯度為4.341/s,求該點(diǎn)的粘性切應(yīng)力與

紊流附加切應(yīng)力。

(3〕求。處的混合長(zhǎng)度及尢量綱常數(shù)K。假如令尸項(xiàng)K=?

5-10圓管直徑d=15cm,通過(guò)該管道的水的速度u=/s,水溫t=18°C。假設(shè)，

試求粘性底層厚度&O假如水的流速進(jìn)步至/s,&如何變化？如水的流速不變，

管徑增大到30cm,&又如何變化？

5-11鑄鐵輸水管內(nèi)徑d=300mm,通過(guò)流量Q=50L/s,水溫t=10℃,試用舍

維列夫公式求沿程阻力系數(shù)X及每公里長(zhǎng)的沼程水頭損失。

5-12鑄鐵輸水管長(zhǎng)l=1000m,內(nèi)徑d=300mm,通過(guò)流量Q=100L/s,試按公

式計(jì)算水溫為10℃、15℃兩種情況下的入及水頭損失hf。又如水管程度放置，水

管始末端壓強(qiáng)降落為多少？

5-13城市給水干管某處的水壓,從此處引出一根程度輸水管，直徑d=250mm,

當(dāng)量粗糙高度△二。假如保證通過(guò)流量為Q=50L/s,問(wèn)能送到多遠(yuǎn)？(水溫t=25℃)

5-14一輸水管長(zhǎng)/=1000m,內(nèi)徑d=300mm,管壁當(dāng)量粗糙高度△=,運(yùn)動(dòng)

粘度v=0.013lcm2/s,試求當(dāng)水頭損失h尸時(shí)所通過(guò)的流量。

5-15圓管直徑d=10cn粗糙度△=Zmm,假設(shè)測(cè)得2m長(zhǎng)的管段中的水頭損

失為，水溫為10℃。問(wèn)此時(shí)是水力光滑管還是水力粗糙管流動(dòng)？如管內(nèi)流動(dòng)屬水

力光滑區(qū)，問(wèn)水頭損失可減至多少？

5-16混凝土排水管的水力半徑R=。水均勻流動(dòng)1km的水頭損失為In,粗

糙系數(shù)，試計(jì)算管中流速,

5-17用泵程度輸送溫度t=20℃及流量Q=90L/s的水，經(jīng)直徑d=250mm,

/=1000m的新焊接鋼管至用水點(diǎn)，試求水頭損失。

5-18容重y=8435N/m3的石油，在水泵壓力p=1930kPa下通過(guò)直徑d=250mm

的程度輸油管，輸送間隔/=20km,如運(yùn)動(dòng)粘度v=2/s,試求石油的流量。

5-19有一水管，管長(zhǎng)/=500m,管徑d=300m,粗糙高度△二,假設(shè)通過(guò)流量

Q=600L/S,水溫20℃,試：

(1)判別流態(tài)；

(2)計(jì)算沿程損失；

(3)求斷面流速分布。

5-20流速由in變?yōu)閁2的突然擴(kuò)大管，如分為二次擴(kuò)大，中間流取何值時(shí)

部分水頭損失小，此時(shí)水頭損失為多少？并與一次擴(kuò)大時(shí)的水頭損失比擬。

5-21水從封閉容器A沿直徑d=25mm、長(zhǎng)度/=10m的管道流入容器B。假

設(shè)容器A水面的相對(duì)壓強(qiáng)為2個(gè)工程大氣壓，Hi=lm,H2=5m,部分阻力系數(shù)，

進(jìn)，，強(qiáng)，C彎，沿程最系數(shù)，求流量Q。

題5-20圖

題5-21圖

5-22自水池中引出一根具有三段不同直徑的水管如下圖。d=50mm,

D=200mm,/=100m,H=12m,部分阻力系數(shù)，進(jìn)，(閥，，沿程阻力系數(shù)，求管中

通過(guò)的流量并繪出總水頭線與測(cè)壓管水頭線。

5-23圖中/=75cm,d=，u=/s,,，進(jìn)，計(jì)算水銀差壓計(jì)的水銀面高差hp,并表

示出水銀面高差方向。

題5-22圖

題5-23圖

5-24如下圖為一突然擴(kuò)大的管道，其管徑由d尸50mm突然擴(kuò)大到

d2=100mm,管中通過(guò)流量Q=16n?/h的水。在截面改變處插入一差壓計(jì)，其中充

以四氯化碳(p2=1600kg/m3),讀得的液面高度差h=173mm。試求管徑突然擴(kuò)大的

損失系數(shù)，并把測(cè)得的結(jié)果與按理論計(jì)算的結(jié)果相比擬。

5-25計(jì)算圖中逐漸擴(kuò)大管的部分阻力系數(shù)。由=,pi工程大氣壓，d2=15cm,

p?I：程大氣壓，/=150cm,流過(guò)的水量Q=/s。

題5-24圖

題5-25圖

5-26測(cè)定一蝶閥的部分阻力系數(shù)裝置如下圖，在蝶閥的上、下游裝設(shè)三個(gè)

測(cè)壓管，其間距/i=lm,/2=2mo假設(shè)圓管直徑d=50mm,實(shí)測(cè)▽i=l50cm,

V2=125cm,V3=40cm,流速u=3m/s,試求蝶閥的部分阻力系數(shù)C值。

題5-26圖

5-27一圓形橋墩立于水中，橋墩直徑為，水深2m,平均流速2m/s。試求橋

墩受到的水流作用力。（水溫為20C）

5-28一個(gè)直徑d=lcm,比重為的小球在靜水中下沉，到達(dá)等速沉降時(shí)速度

uo=463m/s,求:

(1)等速沉降時(shí)小球所受到的繞流阻力D；

(2)繞流阻力系數(shù)CD及雷諾數(shù)Re。(水溫為20℃)

第六章孔口、管嘴及有壓管道流動(dòng)

6-1假設(shè)管嘴出口面積和孔口面積相等，且作用水頭”也相等，為什么管嘴

出流量要比孔口出流量大？并寫(xiě)出管嘴收縮斷面處真空高度的表達(dá)式。

6-2液流從貯藏箱的垂直側(cè)壁上的小孔口中程度射出，從收縮斷面處量起，

程度射程為x,孔口中心離地高為丁。試用x和y來(lái)表示出流流速。假設(shè)貯液箱

內(nèi)液面比孔口中心高出“，求流速系數(shù)的表達(dá)式。

習(xí)題6-2

6-3在混凝土壩中設(shè)置一泄水管，如下圖，管長(zhǎng)/=4m,管軸處的水頭

”=6m,現(xiàn)需通過(guò)流量紜=10n?/s,假設(shè)流量系數(shù)〃=0.82,試決定所需管徑d,

并求管道水流收縮斷面處的真空值。

習(xí)題6-3

6-4如題圖所示的水箱用隔板分成左右兩個(gè)水箱，隔板上開(kāi)一直徑

4=40mm的薄壁小孔口，水箱底接一直徑d2=30mm的外管嘴,管嘴長(zhǎng)7=0.1m,

“i=3m。試求在恒定出流時(shí)水深/和水箱出流流量外I、/2。

習(xí)題6-4

6-5水從A水箱通過(guò)直徑為10cm的孔口流入3水箱，流量系數(shù)為。設(shè)上游

水箱的水面高程4=3m保持不變。假設(shè)水箱A、8頂部均與大氣相通，求（1）

B水箱中無(wú)水時(shí)，通過(guò)孔口的流量為多少？（2）8水箱水面高程凡=2m時(shí)，

通過(guò)孔口的流量為多少？⑶假設(shè)A箱水面壓力改為〃oA=2OOOPa,X=3m,

8水箱水面壓力〃03=0,“2=2m,求通過(guò)孔口的流量。

習(xí)題6-5

6-6如下圖虹吸管，上、下游水池的水位差H為，管長(zhǎng)九段為15m,6段

為25m,管徑d=200mm,沿程阻力每當(dāng)入=0.025,入口水頭損失系數(shù)，=1.0,

各轉(zhuǎn)彎的水頭損失系數(shù)均為，管頂允許真空高度&=7m。試求通過(guò)流量及最大

允許安裝高度4。

B

習(xí)題6-6

6-7虹吸濾池的進(jìn)水虹吸管如下圖。管長(zhǎng)《=2.0m、，2=3.0m,管徑d=0.3m,

沿程阻力系數(shù)為=0.025,進(jìn)口部分損失系數(shù)卻=0.6,彎頭部分損失系數(shù)J=L4,

出口部分損失系數(shù)，3=1?。。假設(shè)通過(guò)流量*=O.2m3/s,求水位差H。

A

習(xí)題6-7（將z改為H））

6-8一河下圓形斷面混凝土倒虹吸管，：粗糙系數(shù)〃=0.014,上下游水位差

”=L5m,流量%=0.5m3/s,，=20m,/2=30m,/3=20m,進(jìn)口部分阻力系

數(shù)，=0.4,折角8=30,試求管徑d。

習(xí)題6-8

6-9如下圖水泵將水從進(jìn)水池抽至水塔，水泵的功率N=25kW,流量

3

qv=0.06m/s,水泵效率〃=75%,吸水管長(zhǎng)度4=8m,壓水管長(zhǎng)度/2=50m,

吸水管直徑4=25