國家開放大學(xué)《流體力學(xué)》考試題庫及答案一、選擇題1.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著（）A.流體分子間沒有間隙B.流體中的物理參數(shù)是連續(xù)函數(shù)C.流體分子間有間隙，但可以忽略D.流體不可壓縮答案：B。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是將流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)，流體的物理參數(shù)（如密度、速度、壓強等）在空間和時間上都是連續(xù)分布的，可表示為連續(xù)函數(shù)。A選項，流體分子間是有間隙的；C選項不是其核心含義；D選項，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與流體是否可壓縮無關(guān)。2.理想流體是指（）A.忽略黏性的流體B.密度不變的流體C.不可壓縮的流體D.符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體答案：A。理想流體是一種理想化的模型，其主要特征是忽略流體的黏性。B選項，密度不變的流體是不可壓縮流體；C選項，不可壓縮流體強調(diào)密度不隨壓力等因素變化；D選項，符合牛頓內(nèi)摩擦定律的是黏性流體。3.牛頓內(nèi)摩擦定律適用于（）A.層流運動B.紊流運動C.層流和紊流運動D.牛頓流體的層流運動答案：D。牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于牛頓流體的層流運動。牛頓流體是指符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，在層流狀態(tài)下，流體的黏性表現(xiàn)符合該定律，而紊流運動較為復(fù)雜，不單純遵循牛頓內(nèi)摩擦定律。4.液體的黏性隨溫度的升高而（）A.增大B.減小C.不變D.不定答案：B。液體的黏性主要是由分子間的內(nèi)聚力引起的，當(dāng)溫度升高時，分子的熱運動加劇，內(nèi)聚力減弱，導(dǎo)致液體的黏性減小。5.氣體的黏性隨溫度的升高而（）A.增大B.減小C.不變D.不定答案：A。氣體的黏性主要是由分子的熱運動引起的動量交換產(chǎn)生的。溫度升高時，分子的熱運動加劇，動量交換更頻繁，氣體的黏性增大。6.靜止流體中任意一點的壓強大?。ǎ〢.與作用面的方位有關(guān)B.與作用面的方位無關(guān)C.與作用面的大小有關(guān)D.與作用面的形狀有關(guān)答案：B。根據(jù)流體靜壓強的特性，靜止流體中任意一點的壓強大小只與該點的位置有關(guān)，而與作用面的方位無關(guān)。流體靜壓強在各個方向上的大小是相等的。7.等壓面是指（）A.壓強相等的點組成的面B.壓力相等的點組成的面C.高度相等的點組成的面D.密度相等的點組成的面答案：A。等壓面是指壓強相等的點所組成的面。等壓面的性質(zhì)在流體靜力學(xué)中有重要應(yīng)用，例如在連通器中，同一液體的靜止等壓面是水平的。8.絕對壓強與相對壓強的關(guān)系為（）A.絕對壓強=相對壓強+當(dāng)?shù)卮髿鈮築.絕對壓強=相對壓強-當(dāng)?shù)卮髿鈮篊.相對壓強=絕對壓強+當(dāng)?shù)卮髿鈮篋.相對壓強=絕對壓強-當(dāng)?shù)卮髿鈮捍鸢福篈。絕對壓強是以絕對真空為基準(zhǔn)計量的壓強，相對壓強是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)計量的壓強。所以絕對壓強等于相對壓強加上當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?.某點的真空度為65000Pa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa，該點的絕對壓強為（）A.65000PaB.55000PaC.35000PaD.165000Pa答案：C。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮篭(p_{a}=0.1MPa=100000Pa\)，真空度\(p_{v}=65000Pa\)。根據(jù)絕對壓強\(p\)、相對壓強\(p_{r}\)和真空度\(p_{v}\)的關(guān)系\(p=p_{a}-p_{v}\)，可得該點的絕對壓強\(p=100000-65000=35000Pa\)。10.液體在重力作用下作恒定流動時，沿流程方向總水頭線是（）A.上升的B.下降的C.水平的D.不定的答案：B。根據(jù)能量方程和水頭損失的概念，液體在重力作用下作恒定流動時，由于存在沿程水頭損失和局部水頭損失，總水頭是不斷減小的，所以沿流程方向總水頭線是下降的。11.恒定流是指（）A.流場中各點的流速不隨時間變化的流動B.流場中各點的壓強不隨時間變化的流動C.流場中各點的運動參數(shù)不隨時間變化的流動D.流場中各點的速度大小和方向不隨時間變化的流動答案：C。恒定流的定義是流場中各點的運動參數(shù)（如流速、壓強、密度等）不隨時間變化的流動。A選項只強調(diào)了流速；B選項只強調(diào)了壓強；D選項只強調(diào)了速度大小和方向，都不全面。12.流線與跡線重合的條件是（）A.恒定流B.非恒定流C.不可壓縮流D.可壓縮流答案：A。在恒定流中，流場中各點的流速不隨時間變化，流線的形狀和位置也不隨時間變化，此時流線與跡線重合。在非恒定流中，流線和跡線一般不重合。13.均勻流是指（）A.流場中各點的流速大小相等的流動B.流場中各點的流速方向相同的流動C.流場中各過流斷面流速分布相同的流動D.流線為平行直線的流動答案：D。均勻流的定義是流線為平行直線的流動。在均勻流中，各過流斷面的流速分布相同，沿程沒有流速的大小和方向的變化。A選項只強調(diào)了流速大小相等；B選項只強調(diào)了流速方向相同；C選項是均勻流的一個特征，但不是定義。14.圓管層流運動的斷面流速分布規(guī)律為（）A.均勻分布B.對數(shù)曲線分布C.拋物線分布D.橢圓分布答案：C。根據(jù)圓管層流的理論分析，圓管層流運動的斷面流速分布規(guī)律為拋物線分布，管軸處流速最大，管壁處流速為零。15.圓管層流運動的沿程水頭損失與斷面平均流速的（）次方成正比。A.1B.1.75C.2D.2.5答案：A。圓管層流運動的沿程水頭損失\(h_{f}\)的計算公式為\(h_{f}=\frac{32\mulv}{\gammad^{2}}\)，其中\(zhòng)(v\)是斷面平均流速，由此可知沿程水頭損失與斷面平均流速的一次方成正比。16.圓管紊流運動的斷面流速分布規(guī)律為（）A.均勻分布B.對數(shù)曲線分布C.拋物線分布D.橢圓分布答案：B。在圓管紊流運動中，由于流體的紊動混合作用，斷面流速分布比層流更均勻，但仍不均勻，其流速分布規(guī)律接近對數(shù)曲線分布。17.圓管紊流粗糙區(qū)的沿程水頭損失與斷面平均流速的（）次方成正比。A.1B.1.75C.2D.2.5答案：C。在圓管紊流粗糙區(qū)，沿程水頭損失\(h_{f}\)與斷面平均流速\(v\)的平方成正比，這是因為在粗糙區(qū)，黏性底層很薄，壁面粗糙度對流動的影響起主要作用。18.雷諾數(shù)\(Re\)是判別下列哪種流態(tài)的重要無量綱數(shù)（）A.層流和紊流B.均勻流和非均勻流C.恒定流和非恒定流D.漸變流和急變流答案：A。雷諾數(shù)\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，其中\(zhòng)(v\)是斷面平均流速，\(d\)是管徑，\(\nu\)是運動黏度。當(dāng)\(Re\ltRe_{c}\)（臨界雷諾數(shù)）時，流動為層流；當(dāng)\(Re\gtRe_{c}\)時，流動為紊流。所以雷諾數(shù)是判別層流和紊流的重要無量綱數(shù)。19.當(dāng)雷諾數(shù)\(Re\)較小時，表明作用在液流上的（）起主導(dǎo)作用。A.慣性力B.黏性力C.重力D.壓力答案：B。雷諾數(shù)反映了慣性力與黏性力的比值。當(dāng)雷諾數(shù)較小時，說明黏性力相對慣性力較大，黏性力起主導(dǎo)作用，此時流體的流動表現(xiàn)為層流。20.水力半徑\(R\)是指（）A.過流斷面面積與濕周之比B.過流斷面面積與管長之比C.濕周與過流斷面面積之比D.管長與過流斷面面積之比答案：A。水力半徑\(R\)的定義為過流斷面面積\(A\)與濕周\(\chi\)之比，即\(R=\frac{A}{\chi}\)。水力半徑是反映過流斷面形狀和大小對水流阻力影響的一個重要參數(shù)。二、判斷題1.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)使流體的研究擺脫了復(fù)雜的分子運動，而著眼于宏觀的機械運動。（）答案：正確。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)將流體視為連續(xù)分布的介質(zhì)，忽略了流體分子的微觀運動，使我們可以用連續(xù)函數(shù)來描述流體的宏觀物理量，從而便于進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和研究流體的宏觀機械運動。2.理想流體在流動過程中沒有能量損失。（）答案：正確。理想流體忽略了黏性，而黏性是引起流體能量損失的主要原因之一。在理想流體的流動過程中，不存在黏性引起的能量耗散，所以沒有能量損失。3.流體的黏性是流體的固有屬性，與流體的運動狀態(tài)無關(guān)。（）答案：正確。黏性是流體的一種物理屬性，它只與流體的種類、溫度等因素有關(guān)，而與流體的運動狀態(tài)（如靜止或流動）無關(guān)。無論流體是否運動，只要流體存在，就具有黏性。4.靜止流體中各點的壓強大小只與該點的位置有關(guān)。（）答案：正確。根據(jù)流體靜壓強的特性，靜止流體中任意一點的壓強大小只與該點的位置有關(guān)，與作用面的方位無關(guān)。流體靜壓強的分布規(guī)律由流體的密度和該點在重力場中的位置決定。5.等壓面一定是水平面。（）答案：錯誤。等壓面是壓強相等的點組成的面，只有在連通的同種靜止液體中，等壓面才是水平面。如果液體不連通、非同種液體或者液體處于運動狀態(tài)，等壓面不一定是水平面。6.絕對壓強總是大于相對壓強。（）答案：錯誤。絕對壓強是以絕對真空為基準(zhǔn)計量的壓強，相對壓強是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)計量的壓強。當(dāng)絕對壓強小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r，相對壓強為負(fù)值，此時絕對壓強小于相對壓強加上當(dāng)?shù)卮髿鈮旱慕^對值。7.恒定流中，流線的形狀和位置不隨時間變化。（）答案：正確。在恒定流中，流場中各點的流速不隨時間變化，根據(jù)流線的定義，流線的形狀和位置也不隨時間變化。8.均勻流一定是恒定流。（）答案：錯誤。均勻流是指流線為平行直線的流動，恒定流是指流場中各點的運動參數(shù)不隨時間變化的流動。均勻流不一定是恒定流，例如在一個管徑不變的管道中，流量隨時間變化的流動，雖然是均勻流，但不是恒定流。9.圓管層流的斷面平均流速是管軸處最大流速的一半。（）答案：正確。對于圓管層流，管軸處流速最大，其值為\(u_{max}\)，斷面平均流速\(v=\frac{1}{2}u_{max}\)。10.圓管紊流的沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)只與雷諾數(shù)\(Re\)有關(guān)。（）答案：錯誤。圓管紊流的沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)與雷諾數(shù)\(Re\)和管壁的相對粗糙度\(\frac{\Delta}z3jilz61osys\)有關(guān)。在不同的紊流區(qū)域，\(\lambda\)與\(Re\)和\(\frac{\Delta}z3jilz61osys\)的關(guān)系不同。三、簡答題1.簡述連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的意義。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是將流體視為由無數(shù)連續(xù)分布的流體質(zhì)點所組成的連續(xù)介質(zhì)。其意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：-數(shù)學(xué)描述方便：使我們可以用連續(xù)函數(shù)來描述流體的各種物理參數(shù)，如密度、速度、壓強等。這樣就可以運用高等數(shù)學(xué)中的微積分等工具對流體的運動進(jìn)行分析和研究，大大簡化了流體力學(xué)問題的處理。-忽略微觀復(fù)雜性：擺脫了研究流體分子的復(fù)雜運動，著眼于流體的宏觀機械運動。在宏觀尺度下，流體的宏觀性質(zhì)是大量分子運動的統(tǒng)計平均結(jié)果，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)忽略了分子間的間隙和分子的隨機運動，使研究更加關(guān)注流體的整體行為。-建立統(tǒng)一理論基礎(chǔ)：為建立流體力學(xué)的基本理論和方程提供了基礎(chǔ)。例如，連續(xù)性方程、運動方程等都是基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)推導(dǎo)出來的，這些方程是研究流體各種流動現(xiàn)象的重要工具。2.簡述理想流體的概念及其在流體力學(xué)研究中的作用。理想流體是一種理想化的模型，是指忽略了黏性的流體。在實際流體中，黏性是普遍存在的，但在某些情況下，黏性對流體運動的影響較小，可以忽略不計。理想流體在流體力學(xué)研究中的作用主要有：-簡化問題分析：由于忽略了黏性，流體的運動分析變得相對簡單。在研究一些問題時，如流體的勢流理論、無旋流動等，使用理想流體模型可以得到較為簡潔的解析解，幫助我們初步理解流體運動的基本規(guī)律。-提供理論基礎(chǔ)：為實際流體的研究提供了理論基礎(chǔ)。通過對理想流體的研究，我們可以得到一些基本的概念和理論，然后在此基礎(chǔ)上考慮黏性的影響，對實際流體的運動進(jìn)行更深入的分析。-便于實驗研究：在實驗研究中，理想流體模型可以幫助我們設(shè)計實驗方案和分析實驗結(jié)果。例如，在一些風(fēng)洞實驗和水洞實驗中，當(dāng)黏性影響較小時，可以近似將流體視為理想流體，從而更好地研究流體與物體的相互作用。3.簡述流體靜壓強的特性。流體靜壓強具有以下兩個重要特性：-方向特性：流體靜壓強的方向總是沿著作用面的內(nèi)法線方向。這是因為流體不能承受拉力，在靜止?fàn)顟B(tài)下，流體對作用面的壓力只能是垂直指向作用面的，即沿著作用面的內(nèi)法線方向。-大小特性：靜止流體中任意一點的壓強大小只與該點的位置有關(guān)，而與作用面的方位無關(guān)。也就是說，在靜止流體中，同一點在各個方向上的壓強是相等的。這一特性可以通過取微小四面體的流體微元，根據(jù)力的平衡條件推導(dǎo)得出。4.簡述恒定流與均勻流的區(qū)別和聯(lián)系。區(qū)別：-定義不同：恒定流是指流場中各點的運動參數(shù)（如流速、壓強、密度等）不隨時間變化的流動；均勻流是指流線為平行直線的流動。-強調(diào)重點不同：恒定流強調(diào)的是運動參數(shù)隨時間的變化情況，與流場的空間分布無關(guān)；均勻流強調(diào)的是流場中流速的空間分布情況，與時間無關(guān)。-表現(xiàn)形式不同：恒定流中，流場中各點的流速大小和方向可能隨空間位置變化；均勻流中，各過流斷面的流速分布相同，但流量可能隨時間變化。聯(lián)系：-可能同時存在：在某些情況下，流體的流動可以既是恒定流又是均勻流。例如，在管徑不變、流量穩(wěn)定的管道中，流體的流動就是恒定均勻流。-相互影響：均勻流在一定條件下可以保持恒定流的狀態(tài)，而恒定流也可能表現(xiàn)為均勻流的形式。在研究流體流動時，它們的特性可以相互結(jié)合，用于分析和解決實際問題。5.簡述層流和紊流的主要區(qū)別。層流和紊流是流體流動的兩種不同流態(tài)，它們的主要區(qū)別如下：-流體質(zhì)點運動方式：層流中，流體質(zhì)點沿著平行的流線作有規(guī)則的分層流動，各層之間的流體質(zhì)點互不摻混；紊流中，流體質(zhì)點的運動是雜亂無章的，除了有沿主流方向的運動外，還有垂直于主流方向的脈動運動，流體質(zhì)點之間相互摻混。-流速分布：層流的斷面流速分布呈拋物線形狀，管軸處流速最大，管壁處流速為零；紊流的斷面流速分布比層流更均勻，接近對數(shù)曲線分布。-能量損失：層流的能量損失主要是由流體的黏性引起的，沿程水頭損失與斷面平均流速的一次方成正比；紊流的能量損失除了黏性損失外，還有由于流體質(zhì)點的脈動和摻混引起的附加損失，在紊流粗糙區(qū)，沿程水頭損失與斷面平均流速的平方成正比。-判別方法：可以通過雷諾數(shù)\(Re\)來判別層流和紊流。當(dāng)\(Re\ltRe_{c}\)（臨界雷諾數(shù)）時，流動為層流；當(dāng)\(Re\gtRe_{c}\)時，流動為紊流。四、計算題1.有一矩形斷面的渠道，底寬\(b=2m\)，水深\(h=1m\)，求該渠道的過流斷面面積\(A\)、濕周\(\chi\)和水力半徑\(R\)。解：-過流斷面面積\(A\)：矩形斷面的過流斷面面積\(A=b\timesh\)，已知\(b=2m\)，\(h=1m\)，則\(A=2\times1=2m^{2}\)。-濕周\(\chi\)：濕周是過流斷面上流體與固體壁面接觸的周界長度。對于矩形斷面渠道，濕周\(\chi=b+2h\)，將\(b=2m\)，\(h=1m\)代入可得\(\chi=2+2\times1=4m\)。-水力半徑\(R\)：根據(jù)水力半徑的定義\(R=\frac{A}{\chi}\)，將\(A=2m^{2}\)，\(\chi=4m\)代入可得\(R=\frac{2}{4}=0.5m\)。2.某圓管直徑\(d=100mm\)，管內(nèi)水流的斷面平均流速\(v=1m/s\)，水的運動黏度\(\nu=1\times10^{-6}m^{2}/s\)，試判別管內(nèi)水流的流態(tài)。解：首先計算雷諾數(shù)\(Re\)，雷諾數(shù)的計算公式為\(Re=\frac{vd}{\nu}\)。已知\(v=1m/s\)，\(d=100mm=0.1m\)，\(\nu=1\times10^{-6}m^{2}/s\)，將這些值代入公式可得：\(Re=\frac{1\times0.1}{1\times10^{-6}}=100000\)。對于圓管流動，臨界雷諾數(shù)\(Re_{c}=2000\)。因為\(Re=100000\gtRe_{c}=2000\)，所以管內(nèi)水流的流態(tài)為紊流。3.有一水平放置的等直徑圓管，管徑\(d=50mm\)，管長\(l=10m\)，管內(nèi)水流的斷面平均流速\(v=0.5m/s\)，水的運動黏度\(\nu=1\times10^{-6}m^{2}/s\)，求該管段的沿程水頭損失\(h_{f}\)。解：第一步，計算雷諾數(shù)\(Re\)：\(Re=\frac{vd}{\nu}\)，將\(v=0.5m/s\)，\(d=50mm=0.05m\)，\(\nu=1\times10^{-6}m^{2}/s\)代入可得：\(Re=\frac{0.5\times0.05}{1\times10^{-6}}=25000\)。因為\(Re\gt2000\)，所以流動為紊流。假設(shè)該管為光滑管，對于紊流光滑區(qū)，可采用布拉修斯公式\(\lambda=\frac{0.3164}{Re^{0.25}}\)計算沿程水頭損失系數(shù)\(\lambda\)。\(\lambda=\frac{0.3164}{25000^{0.25}}\approx0.023\)。第二步，根據(jù)達(dá)西-魏斯巴赫公式\(h_{f}=\lambda\frac{l}z3jilz61osys\frac{v^{2}}{2g}\)計算沿程水頭損失\(h_{f}\)，其中\(zhòng)(g=9.8m/s^{2}\)，\(l=10m\)，\(d=0.05m\)，\(v=0.5m/s\)，\(\lambda=0.023\)。\(h_{f}=0.023\times\frac{10}{0.05}\times\frac{0.5^{2}}{2\times9.8}\approx0.059m\)。4.如圖所示，有一密閉水箱，水面上的絕對壓強\(p_{0}=110kPa\)，當(dāng)?shù)卮髿鈮篭(p_{a}=101.3kPa\)，求水面下\(h=2m\)處\(A\)點的絕對壓強\(p_{A}\)和相對壓強\(p_{rA}\)。（水的密度\(\rho=1000kg/m^{3}\)，重力加速度\(g=9.8m/s^{2}\)）解：（1）求\(A\)點的絕對壓強\(p_{A}\)：根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程\(p=p_{0}+\rhogh\)，其中\(zhòng)(p_{0}=110kPa=110000Pa\)，\(\rho=1000kg/m^{3}\)，\(g=9