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2025年流体力学试题库及参考答案解析

一、选择题

1.流体的粘性与流体的（）无关。

A.分子内聚力

B.分子热运动

C.温度

D.速度梯度

答案：D

解析：流体粘性主要与分子内聚力和分子热运动有关。温度会影响分子热运动的剧烈程度，从而对粘性产生影响。例如，液体的粘性随温度升高而减小，气体的粘性随温度升高而增大。而速度梯度是反映流体内部速度变化快慢的物理量，它不是影响流体粘性的因素，而是粘性表现的一种体现，粘性会使得流体中存在速度梯度时产生内摩擦力。所以答案选D。

2.以下关于流线的描述，错误的是（）。

A.流线上各点的切线方向与该点的流速方向一致

B.流线不能相交

C.定常流动中，流线与迹线重合

D.非定常流动中，流线形状不随时间变化

答案：D

解析：流线是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上各点的切线方向与该点的流速方向一致，选项A正确。由于在同一时刻，流场中某一点的流速方向是唯一的，所以流线不能相交，选项B正确。在定常流动中，流场中各点的流速不随时间变化，此时流线与迹线重合，选项C正确。而在非定常流动中，流场中各点的流速随时间变化，所以流线形状也会随时间变化，选项D错误。

3.不可压缩流体是指（）。

A.密度为常数的流体

B.速度为常数的流体

C.压强为常数的流体

D.温度为常数的流体

答案：A

解析：不可压缩流体是指在流动过程中，流体的密度不发生变化，可近似认为密度为常数的流体。速度、压强和温度在流体流动过程中通常是会发生变化的，它们与流体是否可压缩并无直接关联。例如，在很多实际工程问题中，水在低速流动时可近似看作不可压缩流体，其密度基本保持不变。所以答案选A。

二、填空题

1.流体静压强的两个重要特性是：静压强的方向（）；任意点的静压强大小（）。

答案：垂直指向作用面；与作用面的方位无关

解析：流体处于静止状态时，流体静压强的方向必然垂直指向作用面。这是因为如果压强方向不垂直于作用面，那么就会存在切向分力，而静止流体不能承受切向力，所以压强方向只能垂直指向作用面。另外，根据流体静力学基本方程可知，在静止流体中，任意点的静压强大小只与该点的位置有关，而与作用面的方位无关。

2.雷诺数Re是反映（）与（）之比的无量纲数。

答案：惯性力；粘性力

解析：雷诺数Re的定义式为Re=ρvd/μ，其中ρ为流体密度，v为特征速度，d为特征长度，μ为流体动力粘性系数。从物理意义上讲，分子部分体现了流体的惯性力作用，分母部分体现了流体的粘性力作用。雷诺数反映了惯性力和粘性力在流体流动中所占的比重。当雷诺数较小时，粘性力起主导作用，流动呈层流状态；当雷诺数较大时，惯性力起主导作用，流动易发展为紊流状态。

3.沿程水头损失hf与流速v的关系，层流时hf与v的（）成正比，紊流光滑区hf与v的（）成正比。

答案：一次方；1.75-2次方

解析：对于层流流动，根据达西-魏斯巴赫公式hf=λ(l/d)(v2/2g)，其中沿程阻力系数λ=64/Re，Re为雷诺数。将λ代入公式并整理可得，层流时沿程水头损失hf与流速v的一次方成正比。在紊流光滑区，沿程阻力系数λ是雷诺数Re的函数，此时沿程水头损失hf与流速v的1.75-2次方成正比。这是因为在紊流光滑区，流体的流动特性较为复杂，粘性底层的厚度对流动阻力有重要影响。

三、简答题

1.简述伯努利方程的物理意义和几何意义。

答案：

-物理意义：伯努利方程p/ρg+z+v2/2g=C（C为常数）表示在理想不可压缩流体作定常流动时，沿同一流线（或微小流束）上各点的单位重量流体的压力能、位能和动能之和保持不变。压力能p/ρg表示单位重量流体具有的压力做功的能力；位能z表示单位重量流体相对于某一基准面所具有的重力势能；动能v2/2g表示单位重量流体具有的动能。三者之和守恒，体现了能量守恒定律在流体力学中的应用。例如，水流从高处向低处流动时，位能减小，若管道截面积不变，流速增大，动能增加，压力能可能也会发生相应变化，但三者之和保持不变。

-几何意义：伯努利方程中的各项都具有长度的量纲，p/ρg称为压力水头，它表示测压管中液面上升的高度；z称为位置水头，是流体质点相对于基准面的高度；v2/2g称为速度水头，它表示以速度v垂直向上喷射时流体所能达到的高度。三者之和称为总水头，伯努利方程表明沿同一流线（或微小流束）上各点的总水头保持不变，可形象地用测压管和测速管来直观理解。

2.简述紊流的特点。

答案：

-流体质点运动的随机性：在紊流中，流体质点作复杂的无规则运动，各点的速度大小和方向随时间不断变化。例如，在河流中，水流呈现出紊流状态时，水面会出现许