(2025年)東北大學(xué)《工程流體力學(xué)》期末考試練習(xí)題集(含答案)一、選擇題（每題2分，共10分）1.以下關(guān)于流體粘性的描述，錯誤的是（）。A.粘性是流體抵抗剪切變形的能力B.液體的粘性隨溫度升高而減小C.氣體的粘性隨溫度升高而增大D.理想流體的粘性系數(shù)為零答案：無錯誤選項（注：實際本題正確選項應(yīng)為“無錯誤”，但原題設(shè)計時可能存在筆誤，正確表述應(yīng)為“錯誤的是”，正確選項應(yīng)為無，此處按常規(guī)題設(shè)調(diào)整為：原題正確選項為“無”，但實際應(yīng)檢查題目是否存在矛盾，此處假設(shè)正確選項為無錯誤，可能題目存在設(shè)計問題，實際考試中應(yīng)避免此類情況。）2.靜止流體中，某點的絕對壓強為80kPa（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00kPa），則該點的相對壓強為（）。A.80kPa（正壓）B.-20kPa（負(fù)壓）C.180kPaD.20kPa（負(fù)壓）答案：B3.不可壓縮理想流體在水平等直徑管道中作定常流動時，以下說法正確的是（）。A.流速沿程減小B.壓強沿程不變C.動能沿程增加D.總水頭線為水平線答案：D4.圓管層流流動中，斷面平均流速與最大流速的關(guān)系為（）。A.平均流速=最大流速B.平均流速=0.5倍最大流速C.平均流速=2倍最大流速D.平均流速=0.8倍最大流速答案：B5.雷諾數(shù)Re的物理意義是（）。A.慣性力與粘性力之比B.粘性力與慣性力之比C.壓力與粘性力之比D.重力與慣性力之比答案：A二、填空題（每空2分，共20分）1.流體的壓縮性用__________表示，其定義為__________。答案：體積壓縮系數(shù)；壓強變化1單位時體積的相對變化量2.牛頓內(nèi)摩擦定律的表達(dá)式為__________，其中μ的單位是__________。答案：τ=μ(dμ/dy)；Pa·s（或N·s/m2）3.恒定流動中，流線與跡線__________（填“重合”或“不重合”），流線的疏密反映了__________。答案：重合；流速的大小4.圓管湍流流動中，粘性底層厚度δ?與雷諾數(shù)Re的關(guān)系為__________（填“正相關(guān)”或“負(fù)相關(guān)”），當(dāng)δ?遠(yuǎn)小于管壁絕對粗糙度Δ時，流動處于__________區(qū)。答案：負(fù)相關(guān)；粗糙管平方阻力5.孔口出流的流速系數(shù)φ與__________有關(guān)，當(dāng)孔口為薄壁小孔時，φ約為__________（取兩位小數(shù)）。答案：局部阻力；0.97三、簡答題（每題8分，共24分）1.簡述伯努利方程的應(yīng)用條件，并說明“理想流體”假設(shè)在方程中的作用。答案：應(yīng)用條件：①恒定流動；②不可壓縮流體；③質(zhì)量力僅為重力；④所取過流斷面為漸變流斷面；⑤兩斷面間無能量輸入或輸出?！袄硐肓黧w”假設(shè)忽略了粘性力做功，因此方程中的機(jī)械能守恒僅考慮位能、壓能和動能的轉(zhuǎn)換，未計入能量損失項。2.解釋“邊界層分離”現(xiàn)象的成因，并說明其對工程的影響（舉一例）。答案：成因：當(dāng)流體繞曲面流動時，邊界層內(nèi)流體因粘性作用動能減小，在逆壓梯度區(qū)（壓強沿流動方向增加），近壁流體可能因動能耗盡而倒流，導(dǎo)致主流與壁面分離，形成分離區(qū)。影響：如飛機(jī)機(jī)翼邊界層分離會增加壓差阻力，降低升力；管道彎頭處分離會導(dǎo)致局部水頭損失增大，增加輸送能耗。3.簡述相似原理中“雷諾相似準(zhǔn)則”和“弗勞德相似準(zhǔn)則”的適用場景，并說明兩者的區(qū)別。答案：雷諾相似準(zhǔn)則（Re=常數(shù)）適用于粘性力起主導(dǎo)作用的流動（如管內(nèi)流動、低流速繞流），要求模型與原型的雷諾數(shù)相等；弗勞德相似準(zhǔn)則（Fr=常數(shù)）適用于重力起主導(dǎo)作用的流動（如明渠流動、波浪運動），要求模型與原型的弗勞德數(shù)相等。區(qū)別：前者關(guān)注粘性力與慣性力的平衡，后者關(guān)注重力與慣性力的平衡。四、計算題（共46分）1.（12分）如圖所示（注：考試中需附示意圖，此處描述：開口容器內(nèi)盛有密度ρ=800kg/m3的油，油層厚度h?=0.5m，其下為水（ρ_w=1000kg/m3），水層厚度h?=1.2m，容器底部連接一U型水銀測壓計（ρ_Hg=13600kg/m3），測壓計左側(cè)水銀面與容器底部平齊，右側(cè)水銀面比左側(cè)高Δh=0.3m。求容器底部A點的絕對壓強（當(dāng)?shù)卮髿鈮簆_a=101.3kPa）。解：以容器底部為基準(zhǔn)面，左側(cè)測壓管中，A點壓強通過油和水傳遞至水銀面，右側(cè)水銀面高出Δh=0.3m。根據(jù)靜壓強平衡，A點絕對壓強p_A滿足：p_A=p_a+ρgh?+ρ_wgh?+ρ_HggΔh代入數(shù)據(jù)：p_A=101300+800×9.8×0.5+1000×9.8×1.2+13600×9.8×0.3=101300+3920+11760+39984=157,964Pa≈158.0kPa答案：158.0kPa2.（14分）水平放置的漸縮管，進(jìn)口直徑d?=100mm，出口直徑d?=50mm，進(jìn)口斷面流速v?=2m/s，流體密度ρ=1000kg/m3。假設(shè)流動為理想流體恒定流動，忽略水頭損失，求：（1）出口斷面流速v?；（2）進(jìn)口與出口斷面的壓強差Δp；（3）若考慮粘性，實際出口流速為v?'=3.8m/s，求兩斷面間的水頭損失h_f。解：（1）由連續(xù)性方程v?A?=v?A?，A=πd2/4，故v?=v?(d?/d?)2=2×(100/50)2=8m/s。（2）理想流體，伯努利方程：p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?2/(2g)（水平管，z?=z?）壓強差Δp=p?p?=ρ(v?2v?2)/2=1000×(8222)/2=1000×(64-4)/2=30,000Pa=30kPa。（3）實際流動中，伯努利方程含損失項：p?/ρg+v?2/(2g)=p?/ρg+v?'2/(2g)+h_f水頭損失h_f=(v?2v?'2)/(2g)+(p?p?)/(ρg)但由連續(xù)性方程，實際v?'應(yīng)為v?(d?/d?)2=8m/s，題目中v?'=3.8m/s可能為筆誤，假設(shè)為實際測量值，則h_f=(v?2+2(p?p?)/ρv?'2)/(2g)但更合理的計算應(yīng)為：理想情況下v?=8m/s，實際v?'=3.8m/s不符合連續(xù)性方程，可能題目中“考慮粘性”指存在損失，此時v?仍由連續(xù)性方程得8m/s，損失項為h_f=(p?p?ρ(v?2v?2)/2)/(ρg)。但根據(jù)題目描述，可能假設(shè)實際流量不變，v?'=3.8m/s為錯誤，此處按正確連續(xù)性計算，h_f=(v?2v?'2)/(2g)（若v?'為實際流速），但可能題目意圖為h_f=(v?2v?'2)/(2g)，代入v?=8m/s，v?'=3.8m/s，則h_f=(6414.44)/(2×9.8)=49.56/19.6≈2.53m。答案：（1）8m/s；（2）30kPa；（3）約2.53m3.（10分）某圓管直徑d=50mm，輸送水的流量Q=0.005m3/s，水溫20℃（水的運動粘度ν=1.0×10??m2/s）。（1）判斷流態(tài)；（2）若為湍流，計算管中心最大流速v_max（假設(shè)為光滑管，湍流速度分布為1/7次方律）。解：（1）斷面平均流速v=Q/A=0.005/(π×0.052/4)=0.005/(0.0019635)≈2.546m/s雷諾數(shù)Re=vd/ν=2.546×0.05/1.0×10??=127,300>4000，為湍流。（2）光滑管湍流1/7次方律，平均流速v=0.817v_max（或v=(7/8)v_max），故v_max=v/0.817≈2.546/0.817≈3.12m/s。答案：（1）湍流；（2）約3.12m/s4.（10分）水流過90°彎頭（局部阻力系數(shù)ζ=0.9），已知管內(nèi)流速v=3m/s，密度ρ=1000kg/m3，求彎頭的局部水頭損失h_j及單位體積流體的能量損失e_j。解：局部水頭