2025年?yáng)|北大學(xué)《工程流體力學(xué)》期末考試練習(xí)題集及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.流體粘性的本質(zhì)是：A.流體分子間的萬(wàn)有引力B.相鄰流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)C.流體抵抗壓縮變形的能力D.流體分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量輸運(yùn)2.理想流體的假設(shè)是忽略：A.重力B.粘性C.壓縮性D.表面張力3.靜止流體中某點(diǎn)的靜壓強(qiáng)：A.僅與該點(diǎn)的位置有關(guān)B.僅與流體密度有關(guān)C.與位置和流體密度均有關(guān)D.與方向有關(guān)4.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5.圓管層流流動(dòng)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×最大流速C.平均流速=2×最大流速D.平均流速=0.8×最大流速6.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)中，水力光滑管的范圍是：A.當(dāng)管壁絕對(duì)粗糙度Δ<層流底層厚度δ時(shí)B.當(dāng)Δ>δ時(shí)C.當(dāng)Δ=δ時(shí)D.與δ無(wú)關(guān)7.伯努利方程z+p/(ρg)+v2/(2g)=常數(shù)的適用條件不包括：A.不可壓縮流體B.恒定流動(dòng)C.無(wú)粘性流體D.沿流線積分8.水平等直徑圓管中流動(dòng)的流體，其測(cè)壓管水頭線：A.與總水頭線平行且低于總水頭線B.與總水頭線重合C.高于總水頭線D.呈波浪形9.邊界層分離的必要條件是：A.流體有粘性且存在逆壓梯度B.流體無(wú)粘性且存在順壓梯度C.流體有粘性且存在順壓梯度D.流體無(wú)粘性且存在逆壓梯度10.突然擴(kuò)大管的局部水頭損失計(jì)算公式為：A.h?=(v?-v?)2/(2g)B.h?=(v?-v?)2/(2g)C.h?=(v?2-v?2)/(2g)D.h?=(v?2-v?2)/(2g)二、填空題（每空2分，共10分）1.牛頓內(nèi)摩擦定律的表達(dá)式為________，其中μ稱為________。2.連續(xù)性方程的物理意義是________，其數(shù)學(xué)表達(dá)式（不可壓縮流體）為________。3.雷諾數(shù)的計(jì)算公式為Re=________（用符號(hào)表示）。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述流體靜壓強(qiáng)的兩個(gè)基本特性。2.說(shuō)明伯努利方程中各項(xiàng)的物理意義，并列舉其主要應(yīng)用條件。3.如何通過(guò)雷諾數(shù)判斷圓管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)？臨界雷諾數(shù)的數(shù)值是多少？4.解釋邊界層分離現(xiàn)象的成因，并說(shuō)明其對(duì)工程的主要影響。5.比較尼古拉茲實(shí)驗(yàn)與莫迪圖在工程應(yīng)用中的區(qū)別。四、計(jì)算題（共40分）1.（10分）如圖所示，U型管測(cè)壓計(jì)測(cè)量封閉容器內(nèi)水的壓強(qiáng)，已知h?=0.3m（水），h?=0.5m（水銀，ρ=13600kg/m3），當(dāng)?shù)卮髿鈮簆?=101325Pa，求容器內(nèi)水面處的絕對(duì)壓強(qiáng)p。2.（10分）水平放置的漸縮管，進(jìn)口直徑d?=100mm，出口直徑d?=50mm，進(jìn)口斷面平均流速v?=1m/s，水的密度ρ=1000kg/m3，忽略水頭損失，求出口斷面的流速v?及兩斷面間的壓強(qiáng)差Δp。3.（10分）某圓管直徑d=50mm，輸送20℃的水（ν=1.007×10??m2/s），流量Q=2L/s，判斷流動(dòng)狀態(tài)；若保持流量不變，輸送運(yùn)動(dòng)粘度ν=1.5×10??m2/s的油，流動(dòng)狀態(tài)如何變化？4.（10分）一水平圓管，直徑d=0.1m，長(zhǎng)度l=100m，輸送水（ν=1×10??m2/s），流量Q=0.01m3/s，假設(shè)為層流流動(dòng)，求沿程水頭損失h_f及管壁處的切應(yīng)力τ?（層流沿程阻力系數(shù)λ=64/Re）。答案一、選擇題1.B2.B3.C4.A5.B6.A7.C8.A9.A10.A二、填空題1.τ=μ(dμ/dy)；動(dòng)力粘度（或粘度）2.質(zhì)量守恒；?·v=0（或A?v?=A?v?）3.Re=vd/ν（或vL/ν，L為特征長(zhǎng)度）三、簡(jiǎn)答題1.①靜壓強(qiáng)的方向垂直指向作用面（垂直性）；②同一點(diǎn)靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無(wú)關(guān)（各向同性）。2.各項(xiàng)意義：z為位置水頭（單位重量流體的位能）；p/(ρg)為壓強(qiáng)水頭（單位重量流體的壓能）；v2/(2g)為速度水頭（單位重量流體的動(dòng)能）。應(yīng)用條件：不可壓縮流體、恒定流動(dòng)、無(wú)粘性（或理想流體）、沿同一流線（或微小流束）。3.當(dāng)Re<2300時(shí)為層流，Re>2300時(shí)為湍流（工程中常取2000為臨界值）。圓管流動(dòng)的臨界雷諾數(shù)約為2300（下臨界雷諾數(shù)）。4.成因：流體粘性導(dǎo)致邊界層內(nèi)速度降低，逆壓梯度（dp/dx>0）使近壁流體動(dòng)能不足以克服壓力差，流線脫離壁面。影響：增加阻力（壓差阻力）、可能引發(fā)流動(dòng)分離渦、降低設(shè)備效率（如機(jī)翼升力下降）。5.尼古拉茲實(shí)驗(yàn)使用人工粗糙管（均勻砂粒），揭示了λ與Re、Δ/d的關(guān)系，是理論研究基礎(chǔ)；莫迪圖基于工業(yè)實(shí)際管道（非均勻粗糙），給出λ的工程實(shí)用曲線，直接用于工程計(jì)算。四、計(jì)算題1.解：以U型管底部為等壓面，左側(cè)壓強(qiáng)p+ρ_watergh?=右側(cè)壓強(qiáng)p?+ρ_mercurygh?代入數(shù)據(jù)：p=p?+g(ρ_mercuryh?-ρ_waterh?)=101325+9.81×(13600×0.5-1000×0.3)=101325+9.81×(6800-300)=101325+9.81×6500=101325+63765=165090Pa（絕對(duì)壓強(qiáng)）2.解：由連續(xù)性方程A?v?=A?v?，得v?=v?(d?/d?)2=1×(0.1/0.05)2=4m/s水平管z?=z?，伯努利方程p?/(ρg)+v?2/(2g)=p?/(ρg)+v?2/(2g)壓強(qiáng)差Δp=p?-p?=ρ(v?2-v?2)/2=1000×(16-1)/2=7500Pa3.解：圓管斷面面積A=πd2/4=π×0.052/4≈0.00196m2流速v=Q/A=0.002/0.00196≈1.02m/s水的Re=vd/ν=1.02×0.05/(1.007×10??)≈50645>2300，為湍流。油的Re=1.02×0.05/(1.5×10??)=34000>2300，仍為湍流（注：若油的ν更大，可能層流，但本題中Re仍大于臨界值）。4.解：流速v=Q/A=0.01/(π×0.12/4)=1.273m/sRe=vd/ν=1.273×0.1/(1×10??)=127300>2300，但題目假設(shè)層流，按λ=64/Re計(jì)算（注：實(shí)際應(yīng)為湍流，此處按題設(shè)條件）。λ=64/127300≈0.000503沿程水頭損失h_f=λ(l/d)(v2/(2g))=0.000503×(100/0.1)×(1.2732/(2×9.81))≈0.000503×1000×(1.