1、流体力学（流体静力学）历年真题试卷汇编 4 及答案与解析一、多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。1 (西南交通大学 20032004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)下列关于压力体的说法中，正确的有( ) 。（A）当压力体和液体在曲面的同侧时，为实压力体， Pz 方向向下（B）当压力体和液体在曲面的同侧时，为虚压力体，P z 方向向上（C）当压力体和液体在曲面的异侧时，为实压力体，P z 方向向下（D）当压力体和液体在曲面的异侧时，为虚压力体， Pz 方向向上2 (中国农业大学 2007 一 2008 年度秋季学期期末考试试题)判断题：基
2、准面可以任意选取。（A）正确（B）错误3 (西南交通大学 2003-2004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)判断题：在工程流体力学中，单位质量力是指作用在单位重量流体上的质量力。（A）正确（B）错误4 (哈尔滨工业大学 2007 年秋季学期期末考试试题)推求流体静平衡微分方程。5 (哈尔滨工业大学 2007 年秋季学期期末考试试题)说明静止流体对曲面壁总作用力的计算方法。6 (南京大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)质量力和面力的区别是什么?四、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。7 (西南交通大学 20032004 学年第 1 学期期末考试试题 A
3、 卷)平衡流体的等压面方程为( ) 。（A）f x 一 fy 一 fz=0（B） fx+fy+fz=0（C） fxdx 一 fydy 一 fzdz=0（D）f xdx+fydy+fzdz=08 (西南交通大学 20032004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)静止液体作用在曲面上的静水总压力的水平分力 Px=pcAx=ghcAx，式中的 ( )。（A）p c 为受压面形心处的绝对压强（B） pc 为压力中心处的相对压强（C） Ax 为受压曲面的面积（D）A x 为受压曲面在铅垂面上的投影面积9 (中国石油大学2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)作用在流体的力有两大类，一类是
4、表面力，另一类是( )。（A）质量力（B）万有引力（C）分子引力（D）粘性力五、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。10 (西北工业大学 20062007 学年第 1 学期期末考试试题)某潜艇在海面下 20m 深处以 16kmh 的速度航行，设海水的密度为 1026kgm 3，则潜艇前驻点处的压强为_。11 (西北工业大学 2005-2006 学年第 1 学期期末考试试题)某潜艇在海面下 30m 深处以 16kmh 的速度航行，设海水的密度为 1026kgm 3，则潜艇前驻点处的压强为_。12 (中国石油大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)边长为 1m 的封闭立
5、方形箱子，一半充水，另一半充油，油的比重为 075，当箱子竖直向上被加速4903ms 2，底部与顶部的压强差为_Pa。13 (中国石油大学20042005 学年第 2 学期期末考试试题 )拖曳一个几何比尺为 50 的船舶模型，以 48kmh 的速度航行所需的力为 9N，如果原型船舶航行主要受密度和重力的作用，则原型船舶的相应速度和所需的力为_、_。14 (扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)静水压强的特性为_、_。15 (扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)描述液体运动的两种方法分别为_、_。16 (西安理工大学 2005 年秋季学期期末考试试题
6、)理想液体在同一点上各方向的动水压强数值是_的。实际液体中的动水压强为在同一点上沿三个正交方向的动水压强的_。17 (西南交通大学 20032004 学年第 2 学期期末考试试题 B 卷)如图 260 所示半径为 R 的球形压力容器系由两个半球用 n 个高强螺栓栓接而成，内盛重度为 的液体，试求每个螺栓所受的拉力 T。18 (西南交通大学 20032004 学年第 1 学期期末考试试题 A 卷)如图 261 所示为绕铰链 C 转动的自动开启式矩形平板闸门。已知闸门倾角为 =60，宽度为b=5m，闸门两侧水深分别为 H=4m 和 h=2m，为避免闸门自动开启，试求转轴 C至闸门下端 B 的距离
7、x。19 (西北工业大学 20062007 学年第 1 学期期末考试试题)为了测定有粘性不可压流体绕流圆柱体时的阻力系数，将一个直径为 d、单位长度的圆柱体放在一个水平的低速水槽中进行速度的测量，测得结果如图 263 所示。在前方 1 截面上来流均匀，在后面 2 截面上由于圆柱尾流影响不再是均匀分布，在 4d 宽度上近似为直线性分布。且在 1、2 截面上压力都为 p1。请计算出圆柱体所受阻力。20 (西北工业大学 2005-2006 学年第 1 学期期末考试试题)如图 265 所示，有一弧形闸门 AB，宽度 b=4m，a=45 ，半径 R=2m。试求作用在闸门 AB 上合力的大小及方向。21
8、(清华大学 2006-2007 学年春季学期期中考试试题)On a sea-level standard day，a pressure gage，moored below the surface of the ocean(SG=1025)，reads an absolute pressure of 1 5 MPaHow deep is the instrument?22 (中国农业大学 20072008 年度秋季学期期末考试试题)如图 266 所示一盛水容器，已知平壁 AB=CD=25m，BC 及 AD 为半个圆柱体，半径 R=1 m，自由表面处压强为一个大气压，高度 H=3m，试分别计算作用
9、在单位长度上 AB 面、BC面和 CD 面所受到的静水总压力。23 (东北电力大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)如图 267 所示，p 表示绝对压强，p a 表示大气压强，试在图中括号内填写所表示的压强。24 (东北电力大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)如图 269 所示，有一直径 d=12cm 的圆柱体，其质量 m=5kg，在力 F=100N 的作用下，当淹深 h=05m时，处于静止状态，求测压管中水柱的高度 H。25 (中国石油大学 20042005 学年第 2 学期期末考试试题)如图 2-70 所示，有一压力贮油箱其宽度(垂直于纸面方向)b=2m，
10、箱内油深 h1=19m ，相对密度为 08，油下面水的深度 h2=04m ，箱底有一 U 型管水银测压计，其读数h=05m ，试求作用在半径 R=1m 的圆柱面 AB 上的总压力的大小和方向。 26 (扬州大学 2005-2006 学年第 2 学期期末考试试题)如图 272 所示，某半圆柱面挡水建筑物，半径 R=2m，宽度 b=2m，距自由液面 h=2m 的上端 A 与一挡水板相连，求： (1)求曲面下端 B 的绝对压强和相对压强。 (2)试计算曲面 AB 所受静水总压力的大小、方向和作用点。27 (扬州大学 2004-2005 学年第 2 学期期末考试试题)如图 273 所示，一个封闭水箱，
11、下面有一 14 圆柱曲面 AB，宽为 2m(垂直于纸面方向)，半径R=1m，h 1=2m，h 2=3m，计算曲面 AB 所受静水总压力的大小、方向和作用点。28 (西安理工大学 2005 年秋季学期期末考试试题)绘出如图 274 所示曲面上的压力体图，并标出力的方向。流体力学（流体静力学）历年真题试卷汇编 4 答案与解析一、多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。1 【正确答案】 A,D【知识模块】 流体静力学2 【正确答案】 A【知识模块】 流体静力学3 【正确答案】 B【试题解析】 在工程流体力学中，单位质量力是指作用在单位质量流体上的质量力。
12、【知识模块】 流体静力学4 【正确答案】 在静止流体中取如图 262 所示微小六面体。设其中心点 A(x，y，z) 的密度为 ，压强为 p，所受质量力为 f。由于压强分布是空间坐标的连续函数，即 p=p(x，y，z)，那么 b、c 点上的静压强分别为： p b=p 一 (按泰勒级数展开，略去小项)以 x 方向为例，列力平衡方程式：表面力： p bdydz 一 pcdydz=一dxdydz 质量力： fx.dxdydz上式即为流体平衡微分方程。【知识模块】 流体静力学5 【正确答案】 作用在微分面积 dA 上的压力：dF p=dA=ghdA。因作用在曲面上的总压力为空间力系问题，为便于分析，拟采
13、用理论力学中的分解概念将其分解为水平分力和垂直分力求解。 (1)水平分力。因为 dAcos=dAx，则： dFpx=dFp.cos=ghdAcos=ghdAx Fpx= =ghCAx=(pCp0)Ax 结论：作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强(p C 一 p0)与其在垂直坐标面 oyz的投影面积 Ax 的乘积。 (2)垂直分力。由 dAsin=dAz，可得： dFpz=dFp.sin=ghdAsin=ghdAz Fpz= =gVp 式中，V p= hdAz 为曲面 ab 上的液柱体积 abcd 的体积，称为压力体。 结论：作用在曲面上的垂直分力等于压力体的液体重力。【知识模块】
14、流体静力学6 【正确答案】 (1)质量力和面力的含义。 1)质量力(体力)是作用于所有流点上的力，它与周围流点无关。常见的质量力有重力、万有引力、电磁力等。在大气动力学中指重力，是非接触力。 质量力可以看成是力的分布密度，用空间中分布密度函数。如质量力是重力，则 F 就是重力加速度 g。 2)面力(表面力 )是与流体表面 S 相接触的流体(或固体)作用于流体表面 S 上的力，记作p，如压力、粘性力、摩擦力。 以流体表面上力的分布密度来表示，计算式为：是作用于某个流体面积 上的表面力，面力 又称为应力矢，则作用于流体面元上的面力(应力)为： 。 (2)质量力和面力的区别。 1)质量力 是力的分布
15、密度，是非接触力，是空间和时间的函数，即(x， y，z，t)是一个矢量场。流点所受的质量力由质量函数 (x，y，z，t)完全描述。 2) 面力 是应力矢，它不但是空间和时间的函数，而且还随着受力面元取向的不同而变化，即 是该点某一个受力面元的法向单位矢。 也就是说，流体中有各个位置的点，不同点用，过这一点可以做无数个不同方向的面元，这些面元用一般来说是不同的。因此，的函数，另外还随时间的变化而变化。 那么，要描写某一点的应力就需要知道所有通过该点的面上所受的应力。过同一点不同面上所受到的应力并不是处处相互独立，事实上，只要知道三个与坐标面平行面上的应力，则任一以 为法向的面上的应力都可以通过它
16、们及 表示出来，即三个矢量(三个坐标面上的应力)或 9 个分量完全地描述了一点的应力状况。【知识模块】 流体静力学四、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。7 【正确答案】 D【知识模块】 流体静力学8 【正确答案】 D【知识模块】 流体静力学9 【正确答案】 A【知识模块】 流体静力学五、填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。10 【正确答案】 2112kPa【知识模块】 流体静力学11 【正确答案】 312kPa【知识模块】 流体静力学12 【正确答案】 12865125【知识模块】 流体静力学13 【正确答案】 3394kmh 1125kN【知识模块】 流体静
17、力学14 【正确答案】 静水压强的方向垂直指向作用面 同一点不同方向上的静水压强大小相等【知识模块】 流体静力学15 【正确答案】 拉格朗日法 欧拉法【知识模块】 流体静力学16 【正确答案】 相等 算术平均值，即 p= (pxx+pyy+pzz)【知识模块】 流体静力学17 【正确答案】 取上半球为隔离体，由F z=0，得：T= 。式中，P z 为静止液体作用在上半球面上的总压力的铅垂分力，由压力体计算得： P z=VP=R2(H+R3) 故每个螺栓所受的拉力为： T=【知识模块】 流体静力学18 【正确答案】 为避免闸门自动打开，由理论力学知必存在如下关系：【知识模块】 流体静力学19 【
18、正确答案】 如图 264 所示，取控制体由 1 一 1、22 截面与滑流边界所围成。设 11 截面的宽度为 a，根据质量守恒可得： aV 1=2 a=2d 设圆柱体施加在控制体上的力为 F，因为控制体边界上的压强均为 p1，故压力的作用可相互抵消，列出动量方程，有：【知识模块】 流体静力学20 【正确答案】 由于闸门右侧受大气压的作用，左侧液面大气压也通过液体传递到闸门上，闸门两侧所受的大气压相互抵消，因此可假设 P0=0，则水平方向合力Px 为： P x=ghcAx=g RsinabRsina=39200(N) 垂直方向的合力 Pz 为： P z=g 式中 为压力体的体积，压力体为弧面起向上
19、至液面所围的柱体体积，此时压力体中实际没有液体，称为虚压力体，P z 方向向上。由于 =( R2sincos)b，则：因为合力的作用线与弧面 AB 垂直，故一定通过弧 AB 的圆心，因此作用点可由过 O 点与水平面成 角的直线与圆弧线相交得到。【知识模块】 流体静力学21 【正确答案】 由题意可知：p gage=pabsclute 一 pa=150101140(MPa) 。 又叫 wh=pgage，则深度为： h= 137(m)【知识模块】 流体静力学22 【正确答案】 由题意可知，AB 面所受到的静水总压力竖直向上： pAB=ghc.AAB=g(H 一 2R).AAB=9800(32)251
20、=24500(N) CD 面所受到的静水总压力竖直向下： P CD=ghc.ACD=gH.ACD=98003251=73500(N) BC 面所受到的静水总压力的水平分力，方向向左： p BCx=ghc.ABCx=g(HR)2R1=9800(31)21=39200(N) BC 面所受到的静水总压力的垂直分力，方向向上： 【知识模块】 流体静力学23 【正确答案】 如图 268 所示。【知识模块】 流体静力学24 【正确答案】 由题意可知，圆柱体底面上各点所受的表压力为： p g=131843Pa 由测压管可得，p g=g(H+h)，则可得高度为： H= 一 05=0 84m【知识模块】 流体静
21、力学25 【正确答案】 如图 2-71 所示，将 B 点压力 pB 折算成油柱高度：【知识模块】 流体静力学26 【正确答案】 (1)B 点绝对压强： p B=pa+g(h+2R)=98+98(2+22)=156 8(kNm 2) B 点相对压强：p B=pB 一 Pa=156898=588(kNm 2) (2)曲面AB 所受水平分力： P x=ghcxAx=g(h+R)2Rb=98(2+2)42=31 36(kN) 作用点距水箱底部距离： e=RRsin=2(1 一 sin2144)=2(103655)=1269(m) 或距水面距离： e=h+2Re=61269=4731(m)【知识模块】 流体静力学27 【正确答案】 由题意可知，水平分力： Px=ghcxAx=1000981521=29400(N)=29 4(kN)垂直分力：作用点距水箱底部距离：e=Rsin=1sin39=0629(m)【知识模块】 流体静力学28 【正确答案】 如图 275 所示。【知识模块】 流体静力学
