化工行業(yè)流體力學(xué)工程師考試試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.流體力學(xué)中，描述流體慣性力與粘性力相對大小無量綱數(shù)是（）。A.雷諾數(shù)B.普朗特數(shù)C.努塞爾數(shù)D.斯托克斯數(shù)2.對于不可壓縮流體，沿流線某點(diǎn)的壓力下降，其主要原因是（）。A.流體被舉高B.流體溫度升高C.流速增大D.流體粘度減小3.在水平等徑管道中穩(wěn)定流動的流體，若管徑增大一倍，其他條件不變，則流經(jīng)管道的動能是原來的（）。A.1/2倍B.1倍C.2倍D.4倍4.某流體的運(yùn)動粘度ν=1.5×10??m2/s，密度ρ=850kg/m3，其動力粘度μ為（）。A.1.275×10?3Pa·sB.0.85Pa·sC.1.275Pa·sD.7.85×10??Pa·s5.伯努利方程中，項(ρ/2)u2+ρgh+P代表（）。A.流體的內(nèi)能B.流體的勢能C.流體的總機(jī)械能D.流體的動能6.以下關(guān)于層流和湍流的描述，正確的是（）。A.層流流體質(zhì)點(diǎn)無宏觀混合，湍流有B.層流流體質(zhì)點(diǎn)有宏觀混合，湍流無C.層流和湍流流體質(zhì)點(diǎn)均有宏觀混合D.層流和湍流流體質(zhì)點(diǎn)均無宏觀混合7.流體流經(jīng)圓管時，在管中心處速度最大，在管壁處速度為零。該速度分布屬于（）。A.線性分布B.指數(shù)分布C.對數(shù)分布D.拋物線分布8.某管道系統(tǒng)輸送粘稠液體，若需提高流量，在其他條件不變的情況下，通常采取的措施是（）。A.減小管徑B.減小管長C.減小管壁粗糙度D.使用更大功率的泵9.測量管道中流體流速時，常用的皮托管是依據(jù)（）原理工作的。A.伯努利方程B.流體靜力學(xué)方程C.理想氣體狀態(tài)方程D.流體連續(xù)性方程10.對于層流流動，管壁處的摩擦阻力主要是由（）引起的。A.流體慣性B.流體粘性C.流體壓力差D.流體密度變化二、填空題（每空1分，共20分。請將答案填在橫線上）1.流體是具有______和______兩種狀態(tài)的物質(zhì)。2.流體靜力學(xué)基本方程式表明，靜止流體中，同一點(diǎn)各方向的流體靜壓強(qiáng)大小______，且隨深度呈______變化。3.圓管層流流動中，流體流經(jīng)管道橫截面的速度分布呈______分布。4.流體在管道內(nèi)流動時，克服流動阻力而消耗的能量稱為______損失。5.管道輸送流體的總能量線（TEP）是連接管道始末兩點(diǎn)______和______兩點(diǎn)連線的水平線。6.當(dāng)量長度法是利用______來計算非圓形管道或管件處的局部能量損失。7.伯努利方程嚴(yán)格來說只適用于______、______、______的不可壓縮流體。8.雷諾數(shù)是判斷流體流動形態(tài)（層流或湍流）的無量綱數(shù)，其物理意義是______與______之比。9.用于測量管道內(nèi)流體流量，基于伯努利原理和流體動壓原理的儀表是______。10.管道輸送中，為了減小流動阻力，常采用______管或______管。三、計算題（共40分）1.（10分）如圖所示，水從開口容器A經(jīng)長為L、內(nèi)徑為d的垂直圓管流至高度為H的開口容器B。已知流體流動處于層流狀態(tài)，流體密度為ρ，動力粘度為μ。不計管路沿程摩擦系數(shù)f和入口、出口損失。試推導(dǎo)流體從A到B所需的時間t的表達(dá)式。（此處應(yīng)有示意圖，但按要求省略，請自行想象一個垂直管連接兩個開口容器，A在上方，B在下方，水從A流經(jīng)管道到B）2.（10分）某輸送管道系統(tǒng)，管徑為DN100（內(nèi)徑0.1m），輸送水的流量為50m3/h。水的密度為1000kg/m3，運(yùn)動粘度為1.0×10??m2/s。試計算：（1）管道內(nèi)的平均流速；（2）若管道某段長50m，沿程摩擦系數(shù)f取0.02，該段管道的沿程壓降是多少？（提示：可簡化為水平管計算）3.（10分）如圖所示，水平放置的文丘里流量計，喉部直徑為管道直徑的0.5倍。已知管道內(nèi)流體密度ρ=850kg/m3，水銀密度ρ_Hg=13600kg/m3。測壓口1和喉部2之間的壓差（水銀柱高差）Δh=0.2m。忽略摩擦損失，試計算管道內(nèi)流體的流速u?和流量Q。（此處應(yīng)有示意圖，但按要求省略，請自行想象一個水平管道，中間收縮成喉部，兩端和喉部有測壓口，連接U型管壓差計，壓差計一側(cè)是流體，一側(cè)是水銀，水銀柱高差向下）4.（10分）某泵輸送密度為1200kg/m3的液體，流量為0.1m3/s。泵的效率為70%，提供的總揚(yáng)程為30m（包括出口壓力能、位能和摩擦損失）。試計算該泵的軸功率。四、簡答題（共20分）1.（10分）簡述雷諾數(shù)的物理意義及其在判斷流體流動形態(tài)中的作用。2.（10分）與普通光滑管相比，為什么在輸送粘稠液體時，更傾向于采用較大的管徑？從流動阻力的角度解釋原因。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.D4.A5.C6.A7.D8.B9.A10.B二、填空題1.密度，壓縮性2.相等，線性3.拋物線4.水頭5.管道起點(diǎn)，管道終點(diǎn)6.沿程壓降7.不可壓縮，定常，無粘性8.慣性力，粘性力9.流量計（如皮托管，文丘里等）10.大，圓形三、計算題1.解析：層流流動遵循泊肅葉定律，流量Q與壓差ΔP和半徑四次方成正比，Q=(πρμgR?Δh)/8L。流體從A到B，液面下降h，對應(yīng)的壓差ΔP=ρgh。流量Q=A?v?=(πR2v?)，其中v?為中心速度。由連續(xù)性，v?=Q/(πR2)。將Q代入泊肅葉定律并化簡，得到v?=(8μgh)/(ρR2)。所需時間t=h/v?=(hρR2)/(8μgh)=ρR2/(8μg)。t=ρR2/(8μg)2.解析：（1）流量Q=50m3/h=50/3600m3/s=1.39×10?2m3/s。平均流速u=Q/A=Q/(πd2/4)=(1.39×10?2)/(π(0.1)2/4)=1.78m/s。（2）沿程壓降ΔP_f=fLu2ρ/2d。代入數(shù)值：ΔP_f=0.02*50*(1.78)2*1000/(2*0.1)=7928Pa≈7.93kPa。3.解析：設(shè)流體密度為ρ，文丘里管入口速度為u?，喉部速度為u?。由連續(xù)性方程：A?u?=A?u??u?=u?(d?/d?)2=u?(0.5)2=0.25u?。對文丘里管入口和喉部應(yīng)用伯努利方程（忽略能量損失）：P?+(ρ/2)u?2=P?+(ρ/2)u?2。壓差ΔP=P?-P?=(ρ/2)(u?2-u?2)=(ρ/2)u?2(1-(u?/u?)2)=(ρ/2)u?2(1-(1/0.25)2)=-(3ρ/8)u?2。又因為ΔP=ρ_Hg*g*Δh，所以-(3ρ/8)u?2=ρ_Hg*g*Δh。解得u?=√[(-8ρ_Hg*g*Δh)/(3ρ)]=√[(-8*13600*9.81*0.2)/(3*850)]=5.66m/s。流量Q=A?u?=(π/4)d?2u?=(π/4)(0.5*0.1)2*5.66=0.0222m3/s。4.解析：泵的有效功率N_e=ρgQH=1200*9.81*0.1*30=35316W=35.32kW。軸功率N=N_e/η=35.32/0.7=50.46kW。四、簡答題1.解析：雷諾數(shù)Re=(ρud)/μ，其中ρ為流體密度，u為特征速度，d為特征長度，μ為流體動力粘度。其物理意義是表征慣性力與粘性力之比。當(dāng)Re≤2000時，流體流動多為層流；當(dāng)Re≥4000時，流體流動多為湍流；在2000<Re<4000之間為過渡流。雷諾數(shù)越大，慣性力相對粘性力越大，流體越容易發(fā)生湍流；反之，粘性力相對較大，流體越容易保持層流。2.解析：粘性流體的流動阻力（主要是摩擦阻力）與流體的粘度μ和雷諾數(shù)Re（與管徑d有關(guān)）有關(guān)。根據(jù)泊肅葉定律或Hagen-Poiseuille方程，對于給定流量Q，管道內(nèi)的流速分布不均勻，