立秋习俗-杭州之江专修学院

中国石油大学（北京）远程教育学院
工程流体力学复习题答案

一 判断题
（1）当温度升高时液体的动力粘度系数μ一般会升高。 ×
（2）连续性假设使流体的研究摆脱了复杂的分子运动，而着眼于宏观机械运动。 √
（3）对于静止流体来说，其静压力一定沿着作用面内法线方向。 √
（4）N-S方程适于描述所有粘性流体的运动规律。 ×
（5）欧拉法是以研究个别流体质 点的运动为基础，通过对各个流体质点运动的研究来获得整个流体
的运动规律。×
（6）流线和迹线一定重合。×
（7）通常采用雷诺数作为判断流态的依据。√
（8）欧拉数的物理意义为粘性力与惯性力的比值×
（9）在牛顿粘性流体的流动中p
x
+p
y
+p
z
=3p√
（10）长管指的是管线的距离较长×
（11）流体和固体的显著区别在于当它受到切力作用时，就要发生连续不断的变形即流动。√
（12）压力体中必须充满液体。×
（13） 流体总是从高处流向低处。×
（14）不可压缩流体的平面流动一定具有流函数。√
（15）正确的物理公式一定符合量纲合谐性（齐次性）原理的√
（16）理想流体即使在运动中其所受的剪切应力也为0√
（17）串联管路各管段的流量相等√
（18） 理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守恒 。×
（19）从层流过渡到湍流和从湍流过渡到层流的临界雷诺数是相同的×
（20）尼古拉兹曲线是利用人工粗糙管得到的实验数据绘制的√
（20）发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和压缩性√
（21）并联管路各管段的水头损失不相等×

二 单选题
（1）动力粘度系数的单位是 A

A：Pa.s B：m
2
s C：sm
2

（2）静止流体的点压强值与 B 无关
A：位置 B：方向 C：流体的密度
（3）在缓变流的同一有效截面中，流体的压强分布满足 A
p
ZC

g
A． B．P＝C
p
v
2
pv
2CZC

g2g

g2g
C． D．
（4）串联管路AB有3段组成，设水头损失hf1>hf2>hf3，摩阻系数相等，管线长 度也相等，中间
无流体引入引出，则三段管线的流量之间的关系是 B
A：Q1B：Q1=Q2=Q3
C：Q1>Q2>Q3
（5）动量方程不可以适用于 C
A：粘性流体的的流动
B：非稳定流动
C：以上两种说法都不对
（6）N-S方程不可以适用于 D
A：不可压缩粘性流体的流动
B：不可压缩理想流体的非稳定流动
C：不可压缩理想流体的稳定流动
D：非牛顿流体的运动
（7）下列说法中正确的是 B
A：液体不能承受压力
B：理想流体所受的切应力一定为0
C：粘性流体所受的切应力一定为0
（8）己知某管路截面为正方形，边长为12cm，其水力半径为 C
A：12cm B：6cm C：3cm < br>（9）其它条件(流体和管材，管径和管壁厚度等)均相同的情况下，当管路中液体流速增加，则水击压力会 A
A：增加 B：减小 C：不变

（10）单位时间内，控制体内由于密度变化引起的质量增量等于从控制面 D 。
A．流入的质量 B．流出的质量 C.流入与流出质量之和 D.流入与流出质量之差
（11）以下关于流体静压力说法中错误的是 C
A. 静压力沿着作用面的内法线方向
B. 流体与固体的接触面上静压力将垂直于接触面
C. 静止流体中任一点的静压力大小与作用方向无关，因此静止流体对固体接触面上的作用力是一个
标量
（12）雷诺数表征 C 之比
A：压力与粘性力之比
B：惯性力与重力这比
C：惯性力与粘性力之比
（13）静止的水仅受重力作用时，其测压管水头线必为 A
A：水平线 B：向下直线 C：斜线


三 简答题
（1）试写出欧拉平衡方程式，并分析
其适用条件
X
1p1p1p
0，Y0，Z0


 x

y

z
适用于绝对静止状态和相对静止状态，适用于可压缩 流体和不可压缩流体。
（2）试写出理想流体的伯努利方程，并解释其中每一项的含义
pv
2
zC


g2g
三项分别是压力水头 、速度水头和位置水头，分别代表压力能、动能和重力势能
（3）试比较流体力学研究中欧拉法和拉格朗日法的不同？
研究流体运动的方法主要有两种： （1）拉格郎日法：把流体质点作为研究对象，跟踪一个质点，
描述它运动的历史过程，并把足够多的质 点运动情况综合起来，可以了解整个流体的运动。（2）
欧拉法：主要研究流场中的空间点，观察质点流 经每个空间上运动要素随时间变化的规律，把
足够多的空间点综合起来得出整个流体运动的规律。

（4）试叙述什么是连续性假设？
在流体力学领域内， 一般不考虑流体的微观结构，而且假设流体是充满整个空间而不留任何空隙的，
即把流体看作连续介质。 这样就可以把大量离散分子和原子的运动问题近似为连续充满整个空间的
流体质点的运动问题。
（5）粘性及粘性的表示方法
流体微团发生相对运动时产生切向阻力的性质称为流体的粘性
常用的表示方法：动力粘度、运动粘度，也可以用相对粘度表示（不扣分）
（6）什么是系统和控制体？
系统是一团流体质点的集合，它始终包含着相同的流体质点，而 且具有确定的质量。控制体是指流
场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体的形状 和位置相对于所选定的坐标
系统是固定不变的，它所包含的流体的量可能时刻改变。
（7）层流和紊流的区别以及判别准则
流动状态主要表现为流体质点的互相摩擦和变形，这种 流体质点互不干扰各自成层的流动称为层流；
流动状态主要表现为流体质点的互相掺混，这种流体质点之 间互相掺混杂乱无章的流动称为紊流；
一般
Re2000
时认为是层流，
R e2000
即可认为流动为紊流。
（8）试叙述压力体的概念
压力体是由液体的 自由表面、承受压力的曲面和该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面或其延伸面
的各表面所围成的体积。

四 计算题
（1）如图所示，一铅直矩形阀门，己知闸门上缘距液面h1=1m， 闸门高h2=2m，宽b=2.5m，求闸
门上的静水总压力

b
h
2
h
1

解：取坐标系y方向向下，则
dF

gybdy

所以积分得
F

gbh
c
h98kN


（2）如图所示，一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用，已知h
1
＝ 4.5m，h
2
＝2.5m，闸门宽度
1m，求作用在闸门上的静水总压力大小及作用 点。(10分)
解：作用在闸门上的总压力为两测水压力之差，即：
P

h
c1
A
1


h
c 2
A
2
=68670N
作用点离底部距离L为：

L1.8m


（3）己知平面 流动的速度分布为
ux2x4y
，
v2xy2y
，试确定流动是 否满足连续性
方程？是否有旋？
解：
2
h
1

h
2

uv
2x22x20

xy
所以流动符合连续性方程

z


< br>


2y4

y20


2

xy

2
所以流动是有旋的

1

vu

1

（ 4）相对密度0.9的原油，沿内径300mm、壁厚10mm的钢管输送。输量204th，钢管弹性模量为< br>2.06×10
11
Pa，原油弹性系数为3.32×10
9
Pa，试 计算原油中的水击波速和最大水击压力。己知
E
c

eE
0
1
DE
。

答案：
求解水击波速
c
0

E3.3210
9
1921ms


900

c
c
DE
1
eE
0

1921

3003.32
1
10206


运算得到结果
c1577ms


求解油的流速

204
Q
3600
0.9
0.063m
3
s< br>

v
4Q40.063
0.892ms


d
2
3.140.3
3


求解水击压力
p

cv90015770.892

6

运算得到结果
p1.26610Pa1.266MPa





（5）某一管路的管径为0.02m,若温度为15℃的水通过此管时，平均流速 为1ms,问流动状态是层流
还是紊流？ （水的粘度为0.0114×10-4m2s）
解：Re=udv=0.02*1(0.0114*10e-4)=17500>2000为紊流

（6）已知（1）平面流动的流速为
ux2x4y
，
v 2xy2y
，问：流动是否连续；（2）平
2



223
面流动的流速为
V3xyi2xyj
，问：流动是否连续。
解：
uv
2x2(2x2)0
连续
xy
uv
6xy
2
6xy
2
0
连续
xy

（7）下图所示是一种酒精和水银的双液测压计，当细管上端接通大气时， 酒精液面高度读数为0，
当酒精液面下降
h
1
30mm
时，求细 管上端的相对压强。己知D
1
=5mm，D
2
=20mm，D
3=50mm，
酒精密度为800kgm
3
，水银密度为13.6kgL。
D1
D2
D3

解：当细管酒精液面下降
h
1< br>30mm
时，因为移动的液体体积相等
D
1
2

5

22
中间酒精下降的高度
h
2
D
2
h
1
D
1
，因此
h
2
h
1

2
30

1.875mm

D
2
20

同理可以得到
22
h
3
D
3
2
D
2
h
2
D
2
h
1
D
1
2
2

，
5
2
 h
3
30
2
0.357mm
2
5020
因此
所以相对压力为

（8）今欲以长
l800m
，内径
d50mm
的水平光滑管道输油，问输油流量欲达
135Lmin
，用
3

920kgm
以输油的油泵扬程为多大（设油的密度，粘度

 0.056Pas
）
p

2
g

h
3
h
2



1
g

h
1
h
2

518Pa

< br>V
解：平均流速
Q

4

2
13510
3
60d

4
1.146
m
2
0 .05
s

Re
流动雷诺数
Vd



1.1460.05920
941
0.056
<
2300为层流
lV
2
64lV
2
648001.146
2< br>h
f


72.84m
d2gRed2g9410 .0529.81
沿程水头损失
因此输油油泵的扬程为

H
m
h
f
72.84m
（油柱）

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工程流体力学复习题答案

一 判断题
（1）当温度升高时液体的动力粘度系数μ一般会升高。 ×
（2）连续性假设使流体的研究摆脱了复杂的分子运动，而着眼于宏观机械运动。 √
（3）对于静止流体来说，其静压力一定沿着作用面内法线方向。 √
（4）N-S方程适于描述所有粘性流体的运动规律。 ×
（5）欧拉法是以研究个别流体质 点的运动为基础，通过对各个流体质点运动的研究来获得整个流体
的运动规律。×
（6）流线和迹线一定重合。×
（7）通常采用雷诺数作为判断流态的依据。√
（8）欧拉数的物理意义为粘性力与惯性力的比值×
（9）在牛顿粘性流体的流动中p
x
+p
y
+p
z
=3p√
（10）长管指的是管线的距离较长×
（11）流体和固体的显著区别在于当它受到切力作用时，就要发生连续不断的变形即流动。√
（12）压力体中必须充满液体。×
（13） 流体总是从高处流向低处。×
（14）不可压缩流体的平面流动一定具有流函数。√
（15）正确的物理公式一定符合量纲合谐性（齐次性）原理的√
（16）理想流体即使在运动中其所受的剪切应力也为0√
（17）串联管路各管段的流量相等√
（18） 理想不可压均质量重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守恒 。×
（19）从层流过渡到湍流和从湍流过渡到层流的临界雷诺数是相同的×
（20）尼古拉兹曲线是利用人工粗糙管得到的实验数据绘制的√
（20）发生水击现象的物理原因主要是由于液体具有惯性和压缩性√
（21）并联管路各管段的水头损失不相等×

二 单选题
（1）动力粘度系数的单位是 A

A：Pa.s B：m
2
s C：sm
2

（2）静止流体的点压强值与 B 无关
A：位置 B：方向 C：流体的密度
（3）在缓变流的同一有效截面中，流体的压强分布满足 A
p
ZC

g
A． B．P＝C
p
v
2
pv
2CZC

g2g

g2g
C． D．
（4）串联管路AB有3段组成，设水头损失hf1>hf2>hf3，摩阻系数相等，管线长 度也相等，中间
无流体引入引出，则三段管线的流量之间的关系是 B
A：Q1B：Q1=Q2=Q3
C：Q1>Q2>Q3
（5）动量方程不可以适用于 C
A：粘性流体的的流动
B：非稳定流动
C：以上两种说法都不对
（6）N-S方程不可以适用于 D
A：不可压缩粘性流体的流动
B：不可压缩理想流体的非稳定流动
C：不可压缩理想流体的稳定流动
D：非牛顿流体的运动
（7）下列说法中正确的是 B
A：液体不能承受压力
B：理想流体所受的切应力一定为0
C：粘性流体所受的切应力一定为0
（8）己知某管路截面为正方形，边长为12cm，其水力半径为 C
A：12cm B：6cm C：3cm < br>（9）其它条件(流体和管材，管径和管壁厚度等)均相同的情况下，当管路中液体流速增加，则水击压力会 A
A：增加 B：减小 C：不变

（10）单位时间内，控制体内由于密度变化引起的质量增量等于从控制面 D 。
A．流入的质量 B．流出的质量 C.流入与流出质量之和 D.流入与流出质量之差
（11）以下关于流体静压力说法中错误的是 C
A. 静压力沿着作用面的内法线方向
B. 流体与固体的接触面上静压力将垂直于接触面
C. 静止流体中任一点的静压力大小与作用方向无关，因此静止流体对固体接触面上的作用力是一个
标量
（12）雷诺数表征 C 之比
A：压力与粘性力之比
B：惯性力与重力这比
C：惯性力与粘性力之比
（13）静止的水仅受重力作用时，其测压管水头线必为 A
A：水平线 B：向下直线 C：斜线


三 简答题
（1）试写出欧拉平衡方程式，并分析
其适用条件
X
1p1p1p
0，Y0，Z0


 x

y

z
适用于绝对静止状态和相对静止状态，适用于可压缩 流体和不可压缩流体。
（2）试写出理想流体的伯努利方程，并解释其中每一项的含义
pv
2
zC


g2g
三项分别是压力水头 、速度水头和位置水头，分别代表压力能、动能和重力势能
（3）试比较流体力学研究中欧拉法和拉格朗日法的不同？
研究流体运动的方法主要有两种： （1）拉格郎日法：把流体质点作为研究对象，跟踪一个质点，
描述它运动的历史过程，并把足够多的质 点运动情况综合起来，可以了解整个流体的运动。（2）
欧拉法：主要研究流场中的空间点，观察质点流 经每个空间上运动要素随时间变化的规律，把
足够多的空间点综合起来得出整个流体运动的规律。

（4）试叙述什么是连续性假设？
在流体力学领域内， 一般不考虑流体的微观结构，而且假设流体是充满整个空间而不留任何空隙的，
即把流体看作连续介质。 这样就可以把大量离散分子和原子的运动问题近似为连续充满整个空间的
流体质点的运动问题。
（5）粘性及粘性的表示方法
流体微团发生相对运动时产生切向阻力的性质称为流体的粘性
常用的表示方法：动力粘度、运动粘度，也可以用相对粘度表示（不扣分）
（6）什么是系统和控制体？
系统是一团流体质点的集合，它始终包含着相同的流体质点，而 且具有确定的质量。控制体是指流
场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体的形状 和位置相对于所选定的坐标
系统是固定不变的，它所包含的流体的量可能时刻改变。
（7）层流和紊流的区别以及判别准则
流动状态主要表现为流体质点的互相摩擦和变形，这种 流体质点互不干扰各自成层的流动称为层流；
流动状态主要表现为流体质点的互相掺混，这种流体质点之 间互相掺混杂乱无章的流动称为紊流；
一般
Re2000
时认为是层流，
R e2000
即可认为流动为紊流。
（8）试叙述压力体的概念
压力体是由液体的 自由表面、承受压力的曲面和该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面或其延伸面
的各表面所围成的体积。

四 计算题
（1）如图所示，一铅直矩形阀门，己知闸门上缘距液面h1=1m， 闸门高h2=2m，宽b=2.5m，求闸
门上的静水总压力

b
h
2
h
1

解：取坐标系y方向向下，则
dF

gybdy

所以积分得
F

gbh
c
h98kN


（2）如图所示，一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用，已知h
1
＝ 4.5m，h
2
＝2.5m，闸门宽度
1m，求作用在闸门上的静水总压力大小及作用 点。(10分)
解：作用在闸门上的总压力为两测水压力之差，即：
P

h
c1
A
1


h
c 2
A
2
=68670N
作用点离底部距离L为：

L1.8m


（3）己知平面 流动的速度分布为
ux2x4y
，
v2xy2y
，试确定流动是 否满足连续性
方程？是否有旋？
解：
2
h
1

h
2

uv
2x22x20

xy
所以流动符合连续性方程

z


< br>


2y4

y20


2

xy

2
所以流动是有旋的

1

vu

1

（ 4）相对密度0.9的原油，沿内径300mm、壁厚10mm的钢管输送。输量204th，钢管弹性模量为< br>2.06×10
11
Pa，原油弹性系数为3.32×10
9
Pa，试 计算原油中的水击波速和最大水击压力。己知
E
c

eE
0
1
DE
。

答案：
求解水击波速
c
0

E3.3210
9
1921ms


900

c
c
DE
1
eE
0

1921

3003.32
1
10206


运算得到结果
c1577ms


求解油的流速

204
Q
3600
0.9
0.063m
3
s< br>

v
4Q40.063
0.892ms


d
2
3.140.3
3


求解水击压力
p

cv90015770.892

6

运算得到结果
p1.26610Pa1.266MPa





（5）某一管路的管径为0.02m,若温度为15℃的水通过此管时，平均流速 为1ms,问流动状态是层流
还是紊流？ （水的粘度为0.0114×10-4m2s）
解：Re=udv=0.02*1(0.0114*10e-4)=17500>2000为紊流

（6）已知（1）平面流动的流速为
ux2x4y
，
v 2xy2y
，问：流动是否连续；（2）平
2



223
面流动的流速为
V3xyi2xyj
，问：流动是否连续。
解：
uv
2x2(2x2)0
连续
xy
uv
6xy
2
6xy
2
0
连续
xy

（7）下图所示是一种酒精和水银的双液测压计，当细管上端接通大气时， 酒精液面高度读数为0，
当酒精液面下降
h
1
30mm
时，求细 管上端的相对压强。己知D
1
=5mm，D
2
=20mm，D
3=50mm，
酒精密度为800kgm
3
，水银密度为13.6kgL。
D1
D2
D3

解：当细管酒精液面下降
h
1< br>30mm
时，因为移动的液体体积相等
D
1
2

5

22
中间酒精下降的高度
h
2
D
2
h
1
D
1
，因此
h
2
h
1

2
30

1.875mm

D
2
20

同理可以得到
22
h
3
D
3
2
D
2
h
2
D
2
h
1
D
1
2
2

，
5
2
 h
3
30
2
0.357mm
2
5020
因此
所以相对压力为

（8）今欲以长
l800m
，内径
d50mm
的水平光滑管道输油，问输油流量欲达
135Lmin
，用
3

920kgm
以输油的油泵扬程为多大（设油的密度，粘度

 0.056Pas
）
p

2
g

h
3
h
2



1
g

h
1
h
2

518Pa

< br>V
解：平均流速
Q

4

2
13510
3
60d

4
1.146
m
2
0 .05
s

Re
流动雷诺数
Vd



1.1460.05920
941
0.056
<
2300为层流
lV
2
64lV
2
648001.146
2< br>h
f


72.84m
d2gRed2g9410 .0529.81
沿程水头损失
因此输油油泵的扬程为

H
m
h
f
72.84m
（油柱）