流體力學(xué)考試試題(附答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.流體的粘性與流體的（）無(wú)關(guān)。A.分子內(nèi)聚力B.分子熱運(yùn)動(dòng)C.溫度D.速度梯度答案：D解析：流體的粘性主要與分子內(nèi)聚力、分子熱運(yùn)動(dòng)以及溫度有關(guān)。速度梯度是反映粘性力產(chǎn)生效果的一個(gè)物理量，而不是影響粘性的因素。分子內(nèi)聚力使流體具有抵抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，分子熱運(yùn)動(dòng)則在一定程度上影響粘性的大小，溫度對(duì)粘性的影響較為顯著，對(duì)于液體，溫度升高粘性減小，對(duì)于氣體，溫度升高粘性增大。2.靜止流體中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小（）。A.與作用面的方位有關(guān)B.與作用面的方位無(wú)關(guān)C.與該點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)D.與流體的種類(lèi)無(wú)關(guān)答案：B解析：根據(jù)流體靜壓強(qiáng)的特性，靜止流體中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與作用面的方位無(wú)關(guān)，只與該點(diǎn)的位置和流體的種類(lèi)有關(guān)。在同一靜止流體中，深度相同的各點(diǎn)壓強(qiáng)相等，不同種類(lèi)的流體，其密度不同，在相同深度下壓強(qiáng)也不同。3.圓管層流運(yùn)動(dòng)中，沿程損失與平均流速的（）次方成正比。A.1B.1.75C.2D.2.5答案：A解析：圓管層流運(yùn)動(dòng)中，沿程損失$h_f$的計(jì)算公式為$h_f=\frac{32\mulv}{\rhogd^2}$，其中$\mu$為動(dòng)力粘度，$l$為管長(zhǎng)，$v$為平均流速，$\rho$為流體密度，$g$為重力加速度，$d$為管徑。由此可知，沿程損失與平均流速的一次方成正比。4.雷諾數(shù)$Re$反映了（）的對(duì)比關(guān)系。A.粘滯力與重力B.重力與慣性力C.慣性力與粘滯力D.粘滯力與壓力答案：C解析：雷諾數(shù)$Re=\frac{\rhovd}{\mu}=\frac{vd}{\nu}$，其中$\rho$為流體密度，$v$為特征流速，$d$為特征長(zhǎng)度，$\mu$為動(dòng)力粘度，$\nu$為運(yùn)動(dòng)粘度。雷諾數(shù)反映了慣性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系，當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，粘滯力起主導(dǎo)作用，流體流動(dòng)為層流；當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，慣性力起主導(dǎo)作用，流體流動(dòng)為紊流。5.水在垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)，相距$l$的兩斷面間，測(cè)壓管水頭差為$h$，則兩斷面間沿程水頭損失$h_f$為（）。A.$h$B.$lh$C.$l+h$D.無(wú)法確定答案：B解析：根據(jù)測(cè)壓管水頭和沿程水頭損失的關(guān)系，對(duì)于垂直管內(nèi)由上向下流動(dòng)的情況，兩斷面間的能量方程為$z_1+\frac{p_1}{\rhog}=z_2+\frac{p_2}{\rhog}+h_f$，測(cè)壓管水頭差$h=(z_1+\frac{p_1}{\rhog})(z_2+\frac{p_2}{\rhog})$，而兩斷面的位置高度差為$l=z_1z_2$，所以$h_f=lh$。6.有壓管道的管徑$d$與管流水力半徑$R$之比$\fracz3jilz61osys{R}$（）。A.8B.4C.2D.1答案：B解析：對(duì)于有壓圓管，水力半徑$R=\frac{A}{\chi}$，其中$A$為過(guò)流斷面面積，$\chi$為濕周。對(duì)于圓管，$A=\frac{\pid^2}{4}$，$\chi=\pid$，則$R=\fracz3jilz61osys{4}$，所以$\fracz3jilz61osys{R}=4$。7.虹吸管正常工作，必須滿(mǎn)足的條件是（）。A.虹吸管頂部壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)B.虹吸管頂部壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)C.虹吸管頂部壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)D.虹吸管必須是短管答案：A解析：虹吸管正常工作的原理是利用上下游水位差形成的勢(shì)能差，使水從上游通過(guò)虹吸管流向下游。為了使水能夠在虹吸管內(nèi)流動(dòng)，虹吸管頂部壓強(qiáng)必須小于大氣壓強(qiáng)，這樣在大氣壓的作用下，水才能克服重力和沿程損失向上流動(dòng)。8.明渠均勻流只能出現(xiàn)在（）。A.平坡棱柱形渠道B.順坡棱柱形渠道C.逆坡棱柱形渠道D.非棱柱形渠道答案：B解析：明渠均勻流是指流線為平行直線的明渠水流，其水流的過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸、水深、流速等沿程不變。要形成明渠均勻流，必須滿(mǎn)足水流的重力沿水流方向的分力與沿程阻力相平衡，只有在順坡棱柱形渠道中才能滿(mǎn)足這一條件。平坡渠道和逆坡渠道中，重力沿水流方向的分力不能與沿程阻力平衡，無(wú)法形成均勻流；非棱柱形渠道由于過(guò)水?dāng)嗝嫘螤詈统叽缪爻套兓膊荒苄纬删鶆蛄鳌?.水躍是（）。A.急流過(guò)渡到緩流產(chǎn)生的局部水力現(xiàn)象B.緩流過(guò)渡到急流產(chǎn)生的局部水力現(xiàn)象C.急流過(guò)渡到急流產(chǎn)生的局部水力現(xiàn)象D.緩流過(guò)渡到緩流產(chǎn)生的局部水力現(xiàn)象答案：A解析：水躍是明渠水流從急流狀態(tài)過(guò)渡到緩流狀態(tài)時(shí)發(fā)生的一種水面突然躍起的局部水力現(xiàn)象。在水躍區(qū)域內(nèi)，水流的流速、水深等參數(shù)發(fā)生急劇變化，伴隨著能量的大量損失。10.離心泵的揚(yáng)程是指（）。A.水泵提水高度B.水泵提水高度與吸水管水頭損失之和C.水泵提水高度與壓水管水頭損失之和D.水泵向單位重量液體提供的能量答案：D解析：離心泵的揚(yáng)程是指水泵向單位重量液體提供的能量，它包括了將水提升的高度、克服吸水管和壓水管的水頭損失以及增加水流的動(dòng)能等部分。水泵提水高度只是揚(yáng)程的一部分，不能完全代表?yè)P(yáng)程的含義。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.下列關(guān)于流體粘性的說(shuō)法中，正確的有（）。A.粘性是流體的固有屬性B.粘性是運(yùn)動(dòng)流體抵抗剪切變形的能力C.粘性只有在流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)D.粘性的大小與流體的溫度無(wú)關(guān)答案：ABC解析：粘性是流體的固有屬性，它是運(yùn)動(dòng)流體抵抗剪切變形的能力。只有當(dāng)流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘性才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，產(chǎn)生粘性力。粘性的大小與流體的溫度密切相關(guān)，對(duì)于液體，溫度升高粘性減??；對(duì)于氣體，溫度升高粘性增大。2.以下屬于理想流體假設(shè)的有（）。A.不可壓縮B.無(wú)粘性C.流動(dòng)無(wú)旋D.定常流動(dòng)答案：AB解析：理想流體是一種理想化的模型，假設(shè)流體不可壓縮且無(wú)粘性。不可壓縮意味著流體的密度不隨壓強(qiáng)和溫度的變化而變化；無(wú)粘性則忽略了流體的內(nèi)摩擦力。流動(dòng)無(wú)旋和定常流動(dòng)并不是理想流體假設(shè)的必要條件。3.圓管紊流的流速分布特點(diǎn)有（）。A.管中心流速最大B.流速分布較層流均勻C.存在粘性底層D.流速分布符合拋物線規(guī)律答案：ABC解析：在圓管紊流中，管中心流速最大，從管中心向管壁流速逐漸減小。由于紊流的脈動(dòng)作用，流速分布較層流更加均勻。在靠近管壁處，存在一層粘性底層，在粘性底層內(nèi)，流體的流動(dòng)狀態(tài)為層流。圓管層流的流速分布符合拋物線規(guī)律，而圓管紊流的流速分布不符合拋物線規(guī)律。4.明渠水流的流態(tài)判別方法有（）。A.弗勞德數(shù)法B.臨界水深法C.臨界流速法D.雷諾數(shù)法答案：ABC解析：明渠水流的流態(tài)分為急流、緩流和臨界流，常用的判別方法有弗勞德數(shù)法、臨界水深法和臨界流速法。弗勞德數(shù)$Fr=\frac{v}{\sqrt{gh}}$，當(dāng)$Fr\gt1$時(shí)為急流，$Fr\lt1$時(shí)為緩流，$Fr=1$時(shí)為臨界流；臨界水深法是通過(guò)比較實(shí)際水深與臨界水深的大小來(lái)判別流態(tài)；臨界流速法是通過(guò)比較實(shí)際流速與臨界流速的大小來(lái)判別流態(tài)。雷諾數(shù)法主要用于判別管流的流態(tài)，而不是明渠水流的流態(tài)。5.以下關(guān)于水擊現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的有（）。A.水擊是由于管道中流速突然變化引起的B.水擊會(huì)使管道內(nèi)壓強(qiáng)急劇升高或降低C.直接水擊比間接水擊危害更大D.減小閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間可以減小水擊壓強(qiáng)答案：ABC解析：水擊是由于管道中流速突然變化，引起液體動(dòng)量的迅速改變，從而使管道內(nèi)壓強(qiáng)急劇升高或降低的現(xiàn)象。直接水擊是指閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間小于水擊波相長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的水擊，間接水擊是指閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間大于水擊波相長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的水擊，直接水擊比間接水擊危害更大。減小閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間會(huì)使流速變化更快，從而增大水擊壓強(qiáng)，而延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間可以減小水擊壓強(qiáng)。三、判斷題（每題1分，共10分）1.流體的密度和重度都隨溫度和壓強(qiáng)的變化而變化。（）答案：√解析：流體的密度和重度都與溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。對(duì)于氣體，其密度和重度隨溫度和壓強(qiáng)的變化較為明顯；對(duì)于液體，在一般情況下，密度和重度隨壓強(qiáng)的變化很小，但隨溫度的變化有一定的影響。2.靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與作用面的方向無(wú)關(guān)。（）答案：√解析：這是流體靜壓強(qiáng)的基本特性之一，靜止流體中某一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小只與該點(diǎn)的位置和流體的種類(lèi)有關(guān)，而與作用面的方向無(wú)關(guān)。3.圓管層流的斷面平均流速是管中心最大流速的一半。（）答案：√解析：圓管層流的流速分布呈拋物線形，管中心流速最大，斷面平均流速$v=\frac{1}{2}v_{max}$，其中$v_{max}$為管中心最大流速。4.雷諾數(shù)越大，流體的粘性作用越顯著。（）答案：×解析：雷諾數(shù)反映了慣性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系，雷諾數(shù)越大，慣性力越起主導(dǎo)作用，粘性作用相對(duì)較弱；雷諾數(shù)越小，粘性作用越顯著。5.有壓管道的管徑越大，其沿程水頭損失越小。（）答案：×解析：有壓管道的沿程水頭損失$h_f=\lambda\frac{l}z3jilz61osys\frac{v^2}{2g}$，其中$\lambda$為沿程阻力系數(shù)，$l$為管長(zhǎng)，$d$為管徑，$v$為平均流速。管徑增大時(shí)，雖然$\frac{l}z3jilz61osys$減小，但流速$v$也會(huì)發(fā)生變化，而且沿程阻力系數(shù)$\lambda$也與管徑有關(guān)，所以不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為管徑越大，沿程水頭損失越小。6.明渠均勻流的水深沿程不變。（）答案：√解析：明渠均勻流是指流線為平行直線的明渠水流，其水流的過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸、水深、流速等沿程不變?.水躍的躍前水深和躍后水深互為共軛水深。（）答案：√解析：水躍的躍前水深和躍后水深滿(mǎn)足共軛水深的關(guān)系，它們是水躍過(guò)程中兩個(gè)特定的水深值，通過(guò)共軛水深公式可以相互計(jì)算。8.離心泵的效率與流量無(wú)關(guān)。（）答案：×解析：離心泵的效率與流量有關(guān)，離心泵在不同的流量下工作時(shí)，其效率是不同的。存在一個(gè)最優(yōu)流量點(diǎn)，此時(shí)離心泵的效率最高。9.流體的運(yùn)動(dòng)粘度$\nu$等于動(dòng)力粘度$\mu$與密度$\rho$的乘積。（）答案：×解析：流體的運(yùn)動(dòng)粘度$\nu=\frac{\mu}{\rho}$，即運(yùn)動(dòng)粘度等于動(dòng)力粘度與密度的比值。10.理想流體的伯努利方程只適用于不可壓縮流體的定常流動(dòng)。（）答案：√解析：理想流體的伯努利方程是在不可壓縮、無(wú)粘性、定常流動(dòng)的條件下推導(dǎo)出來(lái)的，因此只適用于不可壓縮流體的定常流動(dòng)。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述流體靜壓強(qiáng)的特性。答：流體靜壓強(qiáng)具有以下兩個(gè)特性：（1）流體靜壓強(qiáng)的方向垂直指向作用面。這是因?yàn)榱黧w不能承受拉力，也幾乎不能承受剪切力，所以靜壓強(qiáng)只能垂直于作用面且指向作用面。（2）靜止流體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)大小與作用面的方向無(wú)關(guān)。在靜止流體中，同一點(diǎn)在各個(gè)方向上的壓強(qiáng)相等，只與該點(diǎn)的位置和流體的種類(lèi)有關(guān)。2.說(shuō)明雷諾數(shù)的物理意義以及在工程中的應(yīng)用。答：雷諾數(shù)$Re=\frac{\rhovd}{\mu}=\frac{vd}{\nu}$，其物理意義是反映了慣性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系。在工程中的應(yīng)用主要有：（1）判別流體的流態(tài)：當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，粘滯力起主導(dǎo)作用，流體流動(dòng)為層流；當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，慣性力起主導(dǎo)作用，流體流動(dòng)為紊流。在圓管流動(dòng)中，一般當(dāng)$Re\lt2000$時(shí)為層流，$Re\gt4000$時(shí)為紊流，$2000\ltRe\lt4000$時(shí)為過(guò)渡流。（2）模型試驗(yàn)：在進(jìn)行流體力學(xué)的模型試驗(yàn)時(shí)，為了保證模型與原型的流動(dòng)相似，需要使模型和原型的雷諾數(shù)相等，即滿(mǎn)足雷諾相似準(zhǔn)則。3.簡(jiǎn)述明渠均勻流的形成條件和特征。答：明渠均勻流的形成條件：（1）水流必須是恒定流，流量沿程不變。（2）渠道必須是長(zhǎng)直的棱柱形渠道，即過(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈统叽缪爻滩蛔?。?）渠道底坡必須為順坡，且底坡沿程不變。（4）渠道表面粗糙系數(shù)沿程不變。明渠均勻流的特征：（1）過(guò)水?dāng)嗝娴男螤睢⒊叽绾退钛爻滩蛔儭＃?）流速分布和斷面平均流速沿程不變。（3）總水頭線、水面線和渠底線相互平行，即水力坡度、水面坡度和底坡相等。4.什么是水擊現(xiàn)象？水擊會(huì)帶來(lái)哪些危害？如何防止水擊危害？答：水擊現(xiàn)象是指由于管道中流速突然變化，引起液體動(dòng)量的迅速改變，從而使管道內(nèi)壓強(qiáng)急劇升高或降低的現(xiàn)象。水擊帶來(lái)的危害主要有：（1）水擊產(chǎn)生的高壓可能會(huì)使管道破裂，造成漏水、停水等事故，影響正常的生產(chǎn)和生活。（2）水擊引起的壓強(qiáng)波動(dòng)會(huì)對(duì)管道系統(tǒng)中的閥門(mén)、水泵等設(shè)備造成損壞，縮短設(shè)備的使用壽命。（3）水擊產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲會(huì)影響周?chē)h(huán)境，甚至對(duì)操作人員的健康造成危害。防止水擊危害的措施主要有：（1）延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間，避免流速突然變化過(guò)大。（2）在管道系統(tǒng)中設(shè)置水擊消除器，如空氣罐、安全閥等，以吸收水擊能量，減小水擊壓強(qiáng)。（3）合理設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)，避免管道過(guò)長(zhǎng)、過(guò)細(xì)，減少流速變化的可能性。（4）對(duì)管道進(jìn)行加固和支撐，提高管道的抗振能力。五、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.如下圖所示（此處假設(shè)你能想象一個(gè)簡(jiǎn)單的容器內(nèi)液體壓強(qiáng)的圖，容器為矩形，有一個(gè)點(diǎn)A在液體中，已知相關(guān)尺寸和液體密度），容器內(nèi)盛有密度$\rho=1000kg/m^3$的水，$h_1=0.5m$，$h_2=1m$，求A點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)。（大氣壓強(qiáng)$p_a=101325Pa$，$g=9.8m/s^2$）解：（1）求A點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)$p_{A相對(duì)}$根據(jù)流體靜壓強(qiáng)公式$p=\rhogh$，A點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為：$p_{A相對(duì)}=\rhog(h_1+h_2)$$=1000\times9.8\times(0.5+1)$$=1000\times9.8\times1.5$$=14700Pa$（2）求A點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)$p_{A絕對(duì)}$絕對(duì)壓強(qiáng)等于相對(duì)壓強(qiáng)加上大氣壓強(qiáng)，即：$p_{A絕對(duì)}=p_{A相對(duì)}+p_a$$=14700+101325$$=116025Pa$答：A點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為$116025Pa