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2024流体力学期末考试练习题(答案)

一、选择题

1.理想流体是指（）

A.忽略黏性的流体

B.密度不变的流体

C.不可压缩的流体

D.符合牛顿内摩擦定律的流体

答案：A。理想流体的定义就是忽略黏性的流体。流体黏性是流体抵抗变形的能力，在理想流体模型中不考虑这一因素。B选项密度不变的流体是不可压缩流体；C选项不可压缩流体强调的是密度不随压力等因素变化；D选项符合牛顿内摩擦定律的是牛顿流体。

2.静止流体中任意一点的压强大小（）

A.与作用面的方位有关

B.与作用面的方位无关

C.与该点的位置无关

D.仅与流体的密度有关

答案：B。根据流体静压强的特性，静止流体中任意一点的压强大小与作用面的方位无关，只与该点的位置有关，其表达式为\(p=p_0+\rhogh\)，其中\(p_0\)为表面压强，\(\rho\)为流体密度，\(h\)为该点到液面的深度。所以A选项错误；压强与位置有关，C选项错误；压强不仅与流体密度有关，还与深度等有关，D选项错误。

3.圆管层流中，过流断面上的平均流速是最大流速的（）

A.1/2

B.1/3

C.2/3

D.3/4

答案：A。对于圆管层流，其流速分布为抛物线分布，最大流速\(u_{max}\)在管轴处，平均流速\(v\)与最大流速的关系为\(v=\frac{1}{2}u_{max}\)，推导过程可根据流量公式\(Q=\int_{A}udA\)，结合圆管层流的流速分布\(u=u_{max}(1\frac{r^{2}}{R^{2}})\)计算得出。

4.雷诺数\(Re\)反映了（）

A.黏性力与重力之比

B.惯性力与黏性力之比

C.惯性力与重力之比

D.压力与黏性力之比

答案：B。雷诺数\(Re=\frac{\rhovd}{\mu}=\frac{vd}{\nu}\)，其中\(\rho\)为流体密度，\(v\)为特征流速，\(d\)为特征长度，\(\mu\)为动力黏性系数，\(\nu\)为运动黏性系数。它反映了惯性力与黏性力的相对大小，当\(Re\)较小时，黏性力起主导作用，流动为层流；当\(Re\)较大时，惯性力起主导作用，流动为紊流。

二、填空题

1.流体的黏性是指流体在流动过程中，流体内部质点间或流层间因相对运动而产生（）以抵抗相对运动的性质。

答案：内摩擦力。流体黏性的本质就是流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力，牛顿内摩擦定律\(\tau=\mu\frac{du}{dy}\)描述了内摩擦力与速度梯度的关系，其中\(\tau\)为切应力，\(\mu\)为动力黏性系数，\(\frac{du}{dy}\)为速度梯度。

2.流体静力学基本方程为（）。

答案：\(p=p_0+\rhogh\)。该方程表示在静止流体中，某一点的压强\(p\)等于表面压强\(p_0\)加上流体密度\(\rho\)、重力加速度\(g\)与该点到液面深度\(h\)的乘积。它反映了静止流体中压强随深度的变化规律。

3.沿程水头损失\(h_f\)的达西魏斯巴赫公式为（）。

答案：\(h_f=\lambda\frac{l}{d}\frac{v^{2}}{2g}\)。其中\(\lambda\)为沿程阻力系数，\(l\)为管长，\(d\)为管径，\(v\)为断面平均流速，\(g\)为重力加速度。该公式是计算沿程水头损失的通用公式，\(\lambda\)的值与流态（层流或紊流）以及管道的相对粗糙度等因素有关。

4.有压管流中，长管是指（）的管道。

答案：沿程水头损失起主导作用，局部水头损失和流速水头之和与沿程水头损失相比可忽略不计。在长管计算中，由于局部水头损失和流速水头相对沿程水头损失很小，为了简化计算，通常只考虑沿程水头损失。

三、判断题

1.流体的密度一定不随温度和压力的变化而变化。（）

答案：错误。对于可压缩流体，其密度会随温度和压力的变化而显著变化；对于不可压缩流体，在一般工程问题中可认为密度不随温度和压力变化，但严格来说，在某些特殊情况下，其密度也会有微小变化。

2.静止流体中，作用在任意一点的静压强在各个方向上的大小相等。（）

答案：正确。这是流体静压强的重要特性之一，可通过取微小四面体流体微元，根据平衡条件推导得出，说明静止流体中任意一点的静压强与作用面的方位无关。

3.圆管紊流的流速分布比层流更均匀。（）

答案：正确。圆管层流的流速分布呈抛物线型，管轴处流速最大，管壁处流速为零，流速分布不均匀；而圆管紊流由于流体质点的强烈掺混，流速分布比层流更均匀，通常接近对数分布或指数分布。

4.并联管道中，各支管的水头损失相等。（）

答案：正确。并联管道的特点是各支管的起点和终点相同，