《液压与气压传动技术》液体动力学基础（二）（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《液压与气压传动技术》液体动力学基础（二）-讲义 知识点一 理想液体的伯努利方程 理想液体在管内稳定流动时没有能量损失。在流动过程中，它具有位置势能、压力能、动能。如图1所示，取管上的任意两截1-1和2-2，假定其通流截面面积分别为两截面上液体的压力分别为平均流速分别为两截面至水平参考面 的距离分别为。根据能量守恒定律，重力作用下的理想液体在通道内稳定流动时的伯努利方程为 或 左端各项依次为单位重量液体的压力能、位置势能和动能。 公式表明，理想液体做稳定流动时，在同一流束内的任意截面上，三种能量的总和等于常数，且三种能量之间可以相互转化。 图1 伯努利方程示意图 理想液体在管内稳定流动时，具有（ ） A. 位置势能、压力能、热能 B. 位置势能、压力能、动能 C. 压力能、动能、化学能 D. 位置势能、动能、电能 【答案】B 【解析】理想液体在管内稳定流动时，具有位置势能、压力能、动能。 1.伯努利方程是根据（ ）推导出来的 A. 质量守恒定律 B. 能量守恒定律 C. 动量守恒定律 D. 牛顿第二定律 【答案】B 【解析】伯努利方程是根据能量守恒定律，对重力作用下的理想液体在通道内稳定流动时进行推导得出的。 2.伯努利方程中，左端各项依次为单位重量液体的（ ） A. 压力能、位置势能、动能 B. 压力能、动能、位置势能 C. 动能、压力能、位置势能 D. 位置势能、压力能、动能 【答案】A 【解析】伯努利方程左端各项依次为单位重量液体的压力能、位置势能和动能。 3.理想液体做稳定流动时，在同一流束内任意截面上，三种能量的总和（ ） A. 逐渐增大 B. 逐渐减小 C. 等于常数 D. 无规律变化 【答案】C 【解析】公式表明，理想液体做稳定流动时，在同一流束内的任意截面上，三种能量的总和等于常数。 1.某理想液体在管内稳定流动，某截面处压力增大，在其他条件不变时，其动能（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】B 【解析】因为三种能量总和为常数，压力增大，其他条件不变时，动能会减小。 2.若液体的流速增大，在其他条件不变时，其压力能（ ） A. 增大 B. 不变 C. 减小 D. 先增大后减小 【答案】C 【解析】流速增大即动能增大，由于三种能量总和不变，所以压力能减小。 3.伯努利方程适用于（ ） A. 理想液体不稳定流动 B. 实际液体稳定流动 C. 理想液体稳定流动 D. 实际液体不稳定流动 【答案】C 【解析】伯努利方程适用于重力作用下的理想液体在通道内稳定流动。 · 能量构成：理想液体稳定流动时具有位置势能、压力能、动能。 · 方程推导：依据能量守恒定律推导得出伯努利方程。 · 方程含义：同一流束内任意截面上三种能量总和为常数且可相互转化； · 适用范围：适用于重力作用下理想液体在通道内的稳定流动。 知识点二 实际液体的伯努利方程 实际液体是有黏性的，流动时会产生内摩擦阻力而消耗部分能量；同时，管道局部形状和尺寸的骤然变化亦会使液体产生扰动，从而消耗能量。因此，实际液体流动有能量损失存在，设在两截面间流动的液体的压力损失为；还需对动能部分进行修正，设因流速不均匀引起的动能修正系数为；经理论推导和实验测定，对圆管来说，，湍流时取，层流时取。因此，实际液体的伯努利方程为 公式的应用条件：不可压缩液体做稳定流动；液体所受质量力仅为重力，且液流在所取计算点处的通流截面上为缓变流动，截面1-1、截面2-2须顺流向选取（否则为负值）；截面中心在基准面以上时，取正值，反之取负值。通常选取特殊位置的水平面作基准面。 实际液体流动存在能量损失，主要原因不包括（ ） A. 液体黏性产生内摩擦 B. 管道形状尺寸突变 C. 液体流速恒定 D. 流速分布不均匀 【答案】C 【解析】实际液体因黏性、管道局部变化和流速不均导致能量损失，流速恒定不是能量损失原因。 1.实际液体伯努利方程应用条件中，要求液流在计算点通流截面为（ ） A. 急变流动 B. 缓变流动 C. 不稳定流动 D. 可压缩流动 【答案】B 【解析】要求液流在所取计算点处的通流截面上为缓变流动。 2.以下关于实际液体伯努利方程说法正确的是（ ） A. 与理想液体伯努利方程一样 B. 不考虑能量损失 C. 考虑了流速不均匀影响 D. 适用于可压缩液体 【答案】C 【解析】实际液体伯努利方程考虑了流速不均匀对动能的影响，与理想液体不同，适用于不可压缩液体。 3.实际液体流动压力损失增大，其他条件不变，液体能量（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增后减 【答案】B 【解析】压力损失增大，能量消耗多，液体能量减小。 1.实际液体伯努利方程里，表示（ ） A. 压力损失系数 B. 动能修正系数 C. 流速系数 D. 压力系数 【答案】B 【解析】是因流速不均匀引起的动能修正系数。 2.实际液体伯努利方程应用时，截面选取应（ ） A. 顺流向 B. 逆流向 C. 任意方向 D. 交叉选取 【答案】A 【解析】截面 1-1、截面2-2须顺流向选取。 3.以下关于实际液体伯努利方程应用条件错误的是（ ） A. 液体质量力仅为重力 B. 不可压缩液体稳定流 C. 通流截面急变流 D. 顺流向选截面 【答案】C 【解析】要求通流截面为缓变流动，不是急变流。 · 实际液体因黏性、管道局部变化和流速不均，流动时有能量损失。 · 圆管湍流时动能修正系数 1.1，层流时 2.0，修正因流速不均匀。 · 适用于不可压缩、稳定流动液体，质量力仅重力，通流截面缓变，顺流选截面。 知识点三 流动液体的动量方程 动量方程是动量定理在流体力学中的一种表达形式，动量方程可以用来计算流动液体作用于限制其流动的固体壁面上的总作用力。 如图2所示，在稳定流动的流管中取一流束。设一密度为的流束的流量为，两截面1-1、2-2处的流速分别为，经推导得知，由两截面1-1、2-2及周围边界构成的液流控制体所受到的外力为 式中：—— 作用于控制体上的全部外力之和； ——相应截面的动量修正系数，其值为液流流过某截面的实际动量与采用平均流速计算得到的动量之比，对圆管来说，工程上常取=1.00~1.33，湍流时=1，层流时=1.33。 公式为稳定流动液体的动量方程，且为矢量表达式。若要计算外力在某一方向的分量，需要将该力向给定方向进行投影，列出该方向上的动量方程，然后再进行求解。由于流动液体对固体壁面作用力的大小与相同，方向与相反，故可求得流动液体对固体壁面的作用力。 图2 动量方程示意图 若要计算外力在某一方向的分量，需要（ ） A. 直接使用动量方程 B. 将该力向给定方向进行投影，列出该方向上的动量方程 C. 先计算总外力，再求分量 D. 以上都不对 【答案】B 【解析】若要计算外力在某一方向的分量，需要将该力向给定方向进行投影，列出该方向上的动量方程，然后再进行求解。 1.稳定流动液体的动量方程是（ ） A. 标量表达式 B. 矢量表达式 C. 既是标量也是矢量表达式 D. 既不是标量也不是矢量表达式 【答案】B 【解析】公式为稳定流动液体的动量方程，且为矢量表达式。 2.流动液体对固体壁面作用力的大小与（ ）相同 A. 作用于控制体上的全部外力之和 B. 流动液体的动量 C. 液体的密度 D. 流量 【答案】A 【解析】流动液体对固体壁面作用力的大小与外力之和相同，方向与外力之和相反。 3.已知某截面处液体流速为，流量为，密度为，则该截面处的动量为（ ） A.  B.  C.  D.  【答案】A 【解析】动量等于质量乘以速度，质量，所以动量为。 1.以下关于动量方程的说法，错误的是（ ） A. 可计算液体对固体壁面作用力 B. 是动量定理的表达形式 C. 只适用于稳定流动 D. 动量修正系数在任何情况下都为1 【答案】D 【解析】动量修正系数对圆管湍流时为1，层流时为1.33，不是任何情况下都为1。 2.某稳定流动的液体流束，流量不变，流速增大，其动量（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 【答案】A 【解析】动量为，流量不变，流速增大，动量增大。 3.计算流动液体对固体壁面作用力时，其方向与（ ）相反 A. 作用于控制体上的全部外力之和 B. 流动液体的动量 C. 液体的密度 D. 流量 【答案】A 【解析】流动液体对固体壁面作用力方向与外力之和相反。 · 理论基础：动量方程是动量定理在流体力学中的表达形式。 · 应用目的：用于计算流动液体作用于固体壁面的总作用力。 · 关键参数：包含动量修正系数，湍流时为1，层流时为1.33 。 · 方程性质：为矢量表达式，计算某方向分力需投影。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$