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流体热学与叶栅理论课程考试试卷
一、选择题（每小题1分，共10分）
1、在括弧内填上“表面力”或“质量力”：
磨擦力（）；重力（）；
离心力（）；压强（）；
压力（）。
2、判断下述表述是否正确（对者画√，错者画╳）：
(a)基准面可以任意选定。（）
(b)流体在水平圆管内流动，倘若流量减小一倍而其它条件不变的话，沿程
阻力也将减小一倍。（）
(c)由于并联管道中各并联大道的水力损失相等，所以其能量损失也一定相
等。（）
(d)定常流动时，流线与迹线重合。（）
(e)沿程阻力系数λ的大小只取决于流体的流动状态。（）
二、回答下述各题（1—2题每题5分，3题10分证明大气压强的实验有哪些，共20分）
1、什么是流体的连续介质模型？它在流体热学中有何作用？
2、用工程单位制表示流体的速率、管径、运动黏性系数时，管流的雷诺数Re104，问采用国际单位制时，该条件下的雷诺数是多少？为何？
3、常见的流量的检测方式有什么？各有何特征？
三、计算题（70分）
1、如图所示，一油缸及其中滑动溶栓，规格D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，
间隙内饱含μ=·S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速率是多少？（10分）
题1图
2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆锥体，直径R=1m，自由表面处浮力为一个大气压，高度H=3m，试分别估算作用在单位宽度上AB面、BC面和CD面所遭到的静水总压力。（10分）
题2图
3、原型流动中油的运动黏性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相像准数，试问模型中流体运动黏性系数
υm=？（10分）
4、如图所示，变半径圆管在水平面内以α=30。弯曲，半径分别为d1=0.2m，d2=0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水
流对圆管的作用
力及斥力的位置。（20分）
题4图
5、两水池的水位差H=6m，用一组管线联接，管线的第一段BC长L1=3000m，半径d1=600mm，C点后分为两根长
L2=L3=3000m，半径d2=d3=300mm的并联管，各在
点及E点步入下水池。设管线的沿程阻力系数λ=，求总流量Q=？（20分）
题5图
习题
第一章总论
1.连续介质假定意味着。
(A)流体分子相互紧连(B)流体的数学量是连续函数
(C)流体分子间有缝隙(D)流体不可压缩
2.流体的容积压缩系数kp是在____条件下单位浮力变化导致的容积变化率。
(A)等压(B)等温(C)等密度
3.在常温下水的密度为/m3。
(A)1(B)10(C)100(D)1000
4.空气的容积弹性模数E＝____。
(A)(B)(C)(D)
5.气温为20℃，浮力为105Pa的空气密度为/m3。
(A)341(B)(C)(D)
6.水的容积弹性模数____空气的弹性模数。
(A)大于(B)近似等于(C)小于
7.静止流体____剪切挠度。
(A)不能承受(B)可以承受(C)能承受很小的(D)具有黏性时可承受
8.气温下降时，空气的黏性系数____。
(A)变小(B)变大(C)不变
9.运动黏性系数的单位是____。
(A)(B)(C)(D)
10.____是非牛顿流体。
(A)水(B)空气(C)血液(D)沥青
11.动力黏性系数与运动黏性系数的关系为____。
(A)(B)(C)(D)
12.流体的黏性与流体的____无关。
(A)分子内聚力(B)分子动量交换(C)气温(D)速率出家
13.润滑油的动力黏性系数，已测得剪切挠度为，流体微团的角变型速度则为____。
(A)4(B)1/4(C)25(D)
14.____的流体称为理想流体。
(A)速率很小(B)速率很大(C)忽视黏性切力(D)密度不变
15.表面张力系数的量纲是____。
(A)(B)(C)(D)
16.下述四种液体中，接触角的液体不润湿固体。
(A)120o(B)20o(C)10o(D)0o
17.动力黏性系数的流体沿平板壁面流动，测得离壁面处的速率分布为，在y＝5mm处的黏性切挠度为。
(A)－(B)0(C)×10－4(D)
18.气温下降时，表面张力系数____。
(A)减小(B)减少(C)不变
19.毛细液柱高度h与____成正比。
(A)表面张力系数(B)接触角(C)内径(D)黏性系数
20.液滴内的浮力与大气浮力之差。
(A)＞(B)＝(C)＜
第二章流体静力学
1．哪些是绝对压力、相对压力、真空？它们之间的关系怎么？
22
2．已知大气压力为m。求：（1）绝对压力为kN/m时的相对压力；（2）绝对压力为kN/m2时的真空值各是多少？（用火柱高度表示）
3．流体静压力有什么特点？
4．哪些是等压面？等压面的两个重要性质是哪些？
5．流体静力学基本方程式有哪几个表达式？方程式的数学意义、几何意义怎样？
6．如图2-34所示，已知=800kg/m3
,p1=64kpa,p2=，求z。
图2-34题6图
22
2为多7．如图2-35所示，已知A1=0.2m,A2=10.0m,P1=100kN,试求
少。
图2-35题7图
8．水深h=3m,大气压pa=1at,求水池顶部的相对浮力及绝对浮力。9．虹吸管内最低绝对浮力为45kpa,及pa=1at,试求虹吸管内的最大真空值pv和最大真空度hv=?
如图
2-36所示，Ddh，求
杯口气压的真空度=60mm,=5mm,=200mm
图2-36题10图
11．如图2-37所示，已知铅垂放置闸门,h1=1m,H=2m,B=1.2m求:作用于闸门上的总压力及作用点位置。
图2-37题11图
12．已知如图2-38所示，闸门为方形,D=1.25m,=80,可绕通过C的水平轴旋转
求(1)作用在闸门上的力矩与闸门在水下的深度无关
(2)闸门完全吞没,作用在闸门的扭矩
图2-38题12图
13．如图2-39所示，半径相等的半球状面，求作用在三个球面的斥力的大小
及方向。
图2-39题13图
．如图2-40所示，圆弧闸门,宽B
=45,r
=2m,转轴与水平面平齐14
=5m,
求:水对闸门轴的压力
图2-40题14图
15．如图2-41所示，一辆货车车厢长L，高H，装有1/2的水，往右行驶，求使水不溢出的最大加速度。
图2-42题15图
16．如图2-43所示，底面积相同，高度相同、形状不同的四个容器，放在桌面
上。不计容器质量。试求四个容器中的水对椅子的斥力的大小次序以及水对容
器顶部的斥力的大小次序。
图2-43题16图
17．求如图2-44所示，水下倾斜放置的平板，已知h3m，宽b5m,30。求：作用在平板上的总压力和压力中心的位置。
图2-44题17图
18．如图2-45所示，用一U形管检测车辆的加速度，,当车辆加速行驶时，使，求车辆的加速度。
图2-45题18图
19．如图2-46所示，一容器，下部为油，上部为水，已知h11.5m,h23m,油的800kg/m3，求作用于容器侧壁AB单位长度上的斥力的大小及其作
密度为
用点的位置
图2-46题19图
20．量测容器中A点浮力的真空计如图2-47所示，已知：z1m,h2m,当地大气压为98kPa，求A点的绝对浮力，相对浮力和真空度。
图2-47题20图
21．如图2-48所示，已知h10.91,h20.61m,h3h40.305m,油900kg/m3，估算各液面的相对浮力。
图2-48题21图
22．如图2-49所示，用跃层测压计检测炉窑中海面上蒸气的绝对浮力p，已知H3m,h11.4m,h22.5m,h31.2m,h42.3m,试求p值的大小。
图2-49题22图
23．如图2-50所示，一圆锥形容器，半径d1.2m，饱含水，并绕垂直轴等角速率旋转，在舱盖上r00.4m处安装一开口测压管，管中的水位h0.5m。问此容器的怠速n为多少时舱盖所受的总压力为0。
图2-50题23图
24．如图2-51所示，设计手动泄水阀，要求当水位为h时，用沉船一半的加油柱形鱼漂将细杆所联接的堵塞提起。已知堵塞半径d，鱼漂长l，活动部件的重量G,求鱼漂半径D为多少，假如鱼漂改为圆球状，其直径R应为多少？
图2-51题24图
25．如图2-52所示，，一正方形容不得器，底面积为bb200200mm2，m1414kg。当它装水的高度h150mm时，在的荷载作用下沿平面滑动。若容器的底与平面间的磨擦系数f0.3，试求不使水溢出时容器的最小的高度H。
图2-52题25图
26．如图2-53所示，直径R0.2m，宽度l2m的圆锥体与油（比重为）、水接角，圆锥体左侧与容器顶边成直线接触，试求：
（1）圆锥体作用在容器顶边上的力；
（2）圆锥体的重量与比重。
图2-53题26图
27．如图2-54所示，用融化铁水（比重为7）浇铸带花键的半球状零件，已知，H0.5m,D0.8m,R0.3m,d0.05m,10.02m,20.05m，试求铁水作用在砂箱上的力。
图2-54题27图
第三章流体动力学基础
3-1二元不可压缩紊流中，vx5x3，vy15x2y，试求点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是不为零的常数。试求：（1）y2
，vy
y2
x2x2
流线多项式。（2）t1时，通过
点1,0流线的形状。
[答：x2y2tC，流线为x2y21，流线的形状为一圆。]
3-3流体质点速率沿x方向成线形规律变化，已知相距l50cm两点的速率为vA2ms，vB6ms。流动是恒定的，试求A、B两点的质点加速度。
[答：aA16ms2，aB48ms2]
3-4已知不可压缩流体流动的两个分速率为vx2x2y，vy2y2z，且在z0处有vz0。试求流速份量vz的表达式。
[答：vz4xyz]
3-5大管半径d15m，小管半径d21m，已知大管中过流断面上的速率分布为
v6.25r2ms（式中r表示点所在直径，单位为m）。试求管中流量及小管中
的平均速率。
[答：qV61.36m3s，v78.13ms]
3-6如图所示以断面平均流速v0.15ms流入半径D20mm的排孔管中的液体，全部经8个半径d1mm的排孔流出，假设每孔流速依次增加2%，试求第1孔和第8孔德流速。
[答：v18.04ms，v86.98ms]
3-7试证明下述不可压缩均质流体运动中，什么满足连续性多项式，什么不满足连
续性等式。（1）
kx，，vyky，
4x，
vx-ky，y
vz0；（2）vxkxvz0；（3）vx
vy0；（4）vx4xy，vy
0。
[答：（1）、（2）满足连续性多项式，（3）、（4）不满足连续性多项式。]
3-8水平放置的水管，半径由d115cm收缩到d2
7.5cm，已知p14gNcm2、
p21.5gNcm2（g为重力加速度），不计损失证明大气压强的实验有哪些，试求管中流量。
[答：qV
0.101m3s]
3-9借助皮托管原理检测输水管中的流量qV。已知输水管半径d200mm，水银液位计读数hp
60mm，断面平均流速v
0.84v
max
，其中v
为皮托管前管轴上
max
未受扰动水流的速率。
[答：qV
0.102m3s]
3-10油从铅直圆管向上流出。管半径d110cm，管口处的速率为v11.4ms，
试求管口下方H
1.5m处的速率和油柱半径。
[答：v25.6ms，d2
5cm]
3-11图示为烟囱，供热管线系统，h19m，h20.7m。当球阀打开时，管线中水的平均流速v
4ms，总能量损失hW13m，试确定烟囱的海面高度H。
[答：H5.52m]
3-12已知铅直输水管线的半径d
200mm，在相距l20m的上下两测压计读数
分别为196.2kPa和588.6kPa。试判定流动方向，并估算水头损失。
[答：从下往上流，hf20.01m]
3-1320oC的水通过虹吸管从水箱吸至B点。虹吸管半径d1
60mm，出口B处
喷管半径d230mm。当h12m、h24m时，在不计水头损失条件下，试求流量和C点的浮力。
[答：qV
0.00626m3s，pC
22024.3Pa]
3-14图示一自来水龙头将水从水箱中放出，设水龙头半径d12mm，图示压力
表当水龙头关掉时读数为p
0.28MPa，打开水龙头后读数为p
0.06MPa，求
自来水龙头流出的流量，不计损失。
[答：qV
2.37103m3s]
3-15图示一自然排烟炉窑，水塔半径d1m，烟气流量Q7.135m3s，烟气密
度
0.7kgm3
，外部空气密度
1.2kgm3，烟囱的压强损失
pw0.035
v2。为使水塔顶部入口断面的真空度不多于10mm火柱，试求水塔
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之间的水头损失表示为
vA2，试求的值。
2g
（2）求水银液位计中的读数h。
[答：3.4，h9.5cm]
3-17在离心电机的实验装置上测得吸水管上的计示浮力p0.4g104Pa，压水
管上的计示浮力p22.8g104Pa（g为重力加速度），d130cm，d225cm，a1.5m，qV0.1m3s。试求电机的输出功率。
[答：P32.96kW]
3-18如图所示的水平设置的输水弯头，拐角60o，半径由d1200mm变为d2150mm。已知拐弯前断面的浮力p118kNm2（相对浮力），输水流量Q0.1m3s，不计水头损失，试求水流对弯头斥力的大小。
[答：Fx0.538kN,Fy0.597kN]
3-19密度m3的水从图示水平放置的喷管喷吐流入大气。已知喷管规格D8cm，d2cm，测得出口速率v215ms，求螺丝组A所受的力。
[答：F497N]
3-20一股水平方向上的射流冲击一斜置的光滑平板。已知射流来流速率为v0，流量为qV，密度为，平板夹角为。不计重力及流动损失，求射流对平板的作
使劲及分流流量qV1、qV2。
[答：qVq
V1cos,q
V1cos]
1222
3-21周长b30cm的正圆形铁板闸门，上面合页联接于O，其重力为W117.7N，水射流半径d2cm的中心线通过闸板中心C，射流速率v15ms。（1）为使闸门保持垂直位置，在其下面应加多大的力F？（2）撤消力F后，闸门倾斜角是多少？忽视合页磨擦。
[答：F35.3N，36o52]
3-22半径为d4cm，速率为v30ms的水射流，在茎秆一端流入，从另一端
流出，速率大小不变，但方向随茎秆而偏转，试求下述两种情况下射流对茎秆作
使劲。
（1）
30o，（2）
0，
60o。
[答：（1）
=1958N,=0，（）
=1958N,=Fy
FFx
2F
Fx
FyFx=-30
3-23旋转式喷水器由三个均布在水平平面上的旋转喷管组成，总供热量为qV，
喷管出口截面积为A，悬臂长为R，喷管出口速率方向与悬臂的倾角为
。（1）
不计一些磨擦，试求悬臂的旋转角速率
。（2）假如使早已有角速率的悬臂停
止，须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是有旋流动还是无旋流动。
[答：无旋流动]3-25设紊流中的速率分布为
vx1，vy
2,试判定是否存在流函数
和速率势
，若存在则绘出它们的分布图。
[答：
y2x，
x2y，为相互垂直的平行直线]
3-26已知平面势流的速率势函数
4x2y2，试求速率和流函数。
[答：v8x2
y2，与水平方向的倾角
y；8xy]
3-27已知某二元不可压缩紊流速率分布vx
x24xy2，vy
2xy4y，试
确定：（1）流动是否连续？（2）紊流是否有旋？（3）速率为零的驻点位置。（4）速率势函数和流函数。
[答：流动连续；紊流无旋；驻点为（0，0）和（-4，0）；
1x32x
2y2x2y2，
1y3]
x2y4xy
3-28
已知（1）
vr0，
k，
是不为零的常数；（）
，
v2
，r2vrr
为常数。试求上述两紊流中直径为r1和r2两条流线间流量的表示式。
[答：（1）qklnr
1，（2）q12r
2r22]r22
3-29源流和汇流的硬度q均为60m2s，分别坐落x轴上的a,0、a,0点，
a为3m。估算通过（0，4m）点的流线的流函数值，并求该点的流速。
[答：（1）12.29；
vx2.29ms，v0
3-30将速率为v平行于x轴的均匀流和在原点O的点源叠加而成如图所示绕平面半柱体的流动，试求它的速率势和流函数，并证明平面半柱体的外型多项式为rq2vsin，它的长度等于qv。
3-31设在1,0点置有0的漩涡，在1,0点置有0的漩涡。试求
沿下述路线的速率环量。（1）22
4（；）2
（；）
xy2x13x2,y2的一个矩形框；（4）x0.5,y0.5的一个矩形框。
3-32给定紊流为vx
Cy
，vy
Cx
，vz
，其中C为常数。作一x2y2x2y2
个围绕Oz轴的任意封闭曲线，试用斯托克斯定律求此封闭曲线的速率环
量，并说明此环量值与所取封闭曲线的形状无关。
3-33已知某紊流的速率为vcr，vr0，vz0，其中c为常数，rx2y2。求：（1）沿曲线x2y2a2的速率环量；（2）通过上述封闭曲线所包围的圆面积的漩涡硬度J。
[答：2ca2，Jca2]
3-34有一紊流，在ra时，vry，vry，v0；在
xz
x2x2y22x2y2ra时，vxy，vyx，vz0，求沿图所示曲线l1，l2，l3和l4（l3和
l4的直径相等）的速率环量。l4的直径为r0。
[答：，l12a2，l2a2，
l3
0，
l42r02]
3-35设流体质点运动的速率份量为vxy2z，vyz2x，vzx2y，试求涡线多项式。若涡管断面dA0.0001m2，求漩涡硬度J。
第四章相像理论及量纲剖析
1.为研究风对高层建筑物的影响，在风洞中进行模型实验，当风速为v9m/s
时测得迎风面浮力为42N/m2，背风面浮力为20N/m2，试求气温不变风速增至v12m/s时，迎风面和背风面的浮力。
(74.67N,35.56N)
2.一个潮汐模型，按弗劳得相像准则设计，尺度比列系数为
中的三天，相当于模型的时间是多少？
l2000，问原型
(32.2min)3.为研究输水管线上半径600mm球阀的阻力特点，采用半径300mm，几何相像的
球阀用气流做模型实验。已知输水管线的流量为0.283m3/s，试求模型的气流量。(气/水15.6)
(qm2.207m3/s)
4.有一外径d200mm的圆管，输送运动黏度系数为4105m2/s的油，其
流量q0.12m3/s。若用d50mm的圆管分别用20℃的水和20℃的空气作模型实验，试求模型相像时管内应有的流量。
（7.553104m3/s,1.139102m3/s）5.用尺度比列系数l20的模型进行溢流坝的实验，今在模型中测得通过流量
qm0.19m3/s时，坝体水头Hm0.15m，坝趾收缩断面出流速vcm3.35m3/s，试求原型相应的流量、坝顶水头及收缩断面处的流速。
(qp339.88m3/s,Hp3m,vcp15m3/s)6.车辆的高度h2m,速率v108km/h，环境湿度为20℃。为求车辆阻力在
风洞中做模型实验。设风洞中气温为0℃。气流速率vm60m/s，试求模型车辆的高度hm；若在风洞中测得模型车辆阻力Fm1500N，原型车辆阻力有多大？
（hm0.873m,F1830N）7.光滑球体以速率v1.6m/s在水底运动，为求球体遭到的阻力F，在风洞中用
半径放大到2倍的光滑球体进行模型实验。为保证三者相像，风洞中的空气
0.95N
速率应多大？若在风洞中测到的阻力为Fm，则原型球的阻力有多大？
(vm12.5m/s,Fp4.4N)8.小球在不可压缩黏性流体中运动阻力FD与小球的半径d、等速运动的速率v、
流体的密度、动力黏度系数有关，试导入阻力的表达式。
（FDf(Re)d2v2）
42
9.雷诺数是流速v，物体特点尺度l，流体密度，以及流体动力黏度系数这
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