流体力学试卷(答案版)

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1、安 徽 工 业 大 学2002 级流体力学与流体机械 （上）试题解答（ A）一、填空题： (每小题 2 分，共 24 分)1、由于流体的( 分子结构)和 ( 分子间的作用力)与固体不同，从而决定了流体具有流动性。2、在一定的 ( 温度)下，流体的体积随压力的升高而缩小的性质，称为流体的( 压缩性)。3、把 ( 比压力能)与( 比位能)之和，称为单位重量流体的总势能。4、静止液体作用在任意形状平面上的总压力的大小，等于该平面( 形心处的静压力)与该平面 ( 面积)的乘积。5、在流动的体系内，因各部分流体的( 温度)不同，所导致流体的( 密度)不同而产生的 ( 浮力)作用所造成的流动，称为( 自然

2、)流动。6、流体在弯曲的管道内流动时，其内侧的流速( 高)，而外侧的流速( 低)。即在弯曲流线的主法线方向上，其流速是逐渐( 减小)的。7、流体微团的线变形速率的单位为( 1/s )，流体微团的角变形速率的单位为( 1/s )。8、( 不可压缩)流体和 ( 二维无旋)流动，是流函数和速度势函数同时存在的充分必要条件。9、粘性流体在圆截面直管道内作层流流动时，其粘性摩擦切应力的大小与半径 r 的 ( 一 )次方成正比关系；其速度分布规律为( 旋转抛物面)。10、影响层流底层厚度的主要因素是流体的( 黏性)和流体的 ( 流速)，一般可由( 雷诺)数反映出来。11、平板层流附面层的厚度 随 x 的变

3、化曲线为 ( 二次抛物线)，它随来流速度u的增大而 ( 减小)。12、在粘性流体绕流圆柱体时，当出现附面层分离后，随着雷诺数的增大，附面层的分离点将向( 前移)，旋涡区 ( 增大)，使得压差阻力( 增大)，而摩擦阻力( 减小)。二、简述题： (每小题 4 分，共 20 分)1、简述流体粘性的定义及其影响因素。答：所谓流体的粘性是指流体在流动时，流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力，以抵抗其相对运动的性质。影响粘性的因素：流体的粘性随压力和温度的变化而变化。2、简述流线的特点和基本性质。答：流线具有以下两个特点：(1) 流线是在某一瞬时所得到的一条曲线，而不是在一段时间内跟踪流体质点运

4、动所得到的曲线； (2) 它不是某一流体质点在运动中的轨迹线，而是通过很多个位于不同坐标点上的流体质点的运动速度向量所描绘出的曲线。流线的基本性质如下：(1) 在稳定流场中，流线在空间的位置和形状都不随时间而变化；(2) 在稳定流场中，流线和迹线相重合。在非稳定流场中，流线和迹线不重合；(3) 流线与流线之间不能相交，即不可能有横过流线的流体流动；(4) 流线不能发生突然折转。3、简述亥姆霍兹第一定理的内容，并说明涡管可否在流体内部以尖端形式产生或终止。答：在同一瞬时，通过同一涡管各涡旋截面的旋涡强度都相等。该性质为亥姆霍兹第一定理。涡管不可能在流体内部以尖端形式产生或终止，而只能在流体中自行

5、封闭成涡环，或者附在流体的边界上。4、简述水力坡度的定义，并写出其表达式和单位。答：单位重量流体在单位管长上的机械能损失，称为水力坡度，它为一无因次量。表达式为 lhJf，单位也可写成：J/Nm。5、粘性流体绕流物体时，整个流场一般可分为那几个区域？简要描述各区域的特征。答：当粘性流体绕物体流动时，可将整个绕流流场划分为三个区域：附面层区、尾涡区和外部势流区。在附面层区和尾涡区内，存在着很大的速度梯度，应当按照粘性流体的有旋流动来处理；在附面层和尾涡区域以外的势流区域内，可按照理想流体的无旋流动来处理。三、计算题：（每小题14分，共56分）1、某容器内盛有水和比重为S=0.9的油如图所示，已知

6、1、2、3、4、 5 各点距底面的高程分别为1=0.9m，2=0.4m， 3=1.1m，4=0.7m，5=1.4m。求各点的相对压力（可以用H2O 柱表示）。已知： Sy=0.9， 1=0.9m，2=0.4m， 3=1.1m， 4=0.7m， 5=1.4m。解：因为 1 点在自由水面上，且暴露在大气空间，所以pm10；pm2pm1 (1 2)0.9 0.4 0.5mH2O；pm3pm1 (3 1)0.9 1.1 0.2mH2O；pm4pm3 0.2mH2O；pm5pm4 (5 4)Sy 0.2(1.4 0.7) 0.9 0.83mH2O。2、一消防水枪向上的倾角=30如图所示，水管直径D=15

7、0mm，压力表读数M=3.2mH2O 柱，喷嘴直径d=75mm，不计喷嘴的压头损失和水重。求：（1）喷嘴出口流速；（ 2）水流对喷嘴的冲击力。已知： D=150mm，d=75mm，M=3.2mH2O，=30。解：取喷嘴空间作为控制体，忽略水体重量，建立坐标系如图所示，设喷嘴对水流的反作用力为R。(1) 列连续性方程22124141 uduD或写成221)(u Ddu(2) 列 喷 嘴 进 出 口 间 的 伯 努 利 方 程 2222211muup将式代入式，得1m422)(1 2p Ddu所以m /s18.8 )15.0/075.0(1100098102.32)/(12441m2Ddpum /

8、 s05.218.8) 15.0075.0()(2221u Ddu/sm036.018.8075.0 41413222udQ(3) 列控制体的动量方程)( 411221muuQRDp，则N334)05.218.8(036.01000015 4198102.3)( 4121221muuQDpR所以，水流对喷嘴的冲击力为334N。3、不可压缩理想流体平面势流的速度势函数为1022xyx，试求：（ 1）流速及流函数； （2）通过连接（ 0，0）及（ 1，1）两点直线段流体的体积流量。已知：1022xyx。解：(1)流场的速度分量分别为y yux xu212yx，代入流函数的微分式，得yxxyyuxu

9、d)12(d2dddxy积分上式，得流函数为Cyxy2(2) 通过连接（ 0，0）及（ 1， 1）两点直线段流体的体积流量为ms/m3)00()11(3，Q4、水塔经串并联管道供水， 已知供水量Q0.1m3/s， 各段直径 d 1 d4200mm，d2d3150mm，各段管长l1l4100m，l250m，l3 200m，各段沿程阻力系数 0.02，局部阻力不计。试求并联管段的流量Q2、Q3及水塔水面高度H。4、水塔A 经串并联管路向用户B 供水，已知供水量Q =0.1m3/s，各段直径d1=d4=200mm， d2=d3=150mm，各段管长1l=4l=150m，2l=100m，3l=200m

10、，各段沿程阻力系数=0.02 ，局部阻力不计。 试求并联管段的流量Q2、Q3及水塔水面高度 H 值。已知： Q1=Q4=Q=0.1m3/s， d 1=d4=200mm， d2=d3=150mm，1l=4l=150m，2l=100m，3l=200m， =0.02。解： (1) 各管段的阻抗分别为52525121H4H1/ms41.775 81.92.014.315002.088gdlSS52525222H2/ms39.2178 81.915.014.310002.088gdlS52525323H3/ms78.4356 81.915.014.320002.088gdl S由于23H322H2QSQ

11、S，得H3H223/ SSQQ又知32QQQ，则得到流量为m0586.0 78.4356/39.217811.0/1H3H22 SSQQ/sm0414.00667.01.0323QQQ(2) 列水塔水面至供水点间的伯努利方程，基准面取在供水点所在的水平面上，得水塔水面高度为m99.220586.039.21781.041.77522224H422H221H1QSQSQSH2003 级流体力学与流体机械 （上）试题解答（ A）一填空题：（每小题 2 分，共 24 分）1流体只能够抵抗( 压力)， 而不能够承受 ( 拉力)，也不能抵抗 ( 拉伸)变形。2构成气体粘性的主要因素是气体( 分子)作(

12、不规则热运动)时，在不同速度层间所进行的( 动量交换)。3从能量意义上来说，流体静力学方程Czgp 中各项的单位是( 焦耳 /千克)。4 所谓正压，就是流体的 ( 绝对)压力高于当地 ( 大气)压力时，流体的 ( 相对)压力值。5流体在弯曲的流道中流动时，其( 内 )侧的流速高，而( 外 )侧的流速低。6运动流体的总压头为( 静压头)、( 位压头)和( 动压头)三者之和，其表达式为 ( guzpHz22)。7线变形运动是指流体微团的( 形状)随时间在变化，而微团的( 形心位置)和( 方位)并不改变的一种变形运动。8 在势流流场中，速度势函数的梯度就是流体的( 速度)， 而且 ( 等势线)与 (

13、 流线 )处处正交。9实际流体在流动过程中，只要存在( 速度梯度)，在相对运动的流层间就必定会产生 ( 切向应力)，从而形成流动阻力。10所谓水力光滑，是指( 层流底层)的厚度大于壁面的( 粗糙高度)，壁面的( 粗糙高度)全部被 ( 层流底层)所覆盖的情形。11 当粘性流体绕物体流动时，可将整个绕流流场划分为( 附面层)区、( 尾涡)区和 ( 外部势流)区。12对于绕流平板而言，层流附面层转变为紊流附面层的临界雷诺数的范围是Rexc=( 31053106 )，在工程上常取Rexc=( 5 105) 。二解答题：（每小题 5 分，共 30 分）1问：温度为30的完全气体在等压过程中的体积膨胀系数

14、是多少？解：由气体状态方程有 RTp ，在等压条件下可得2RTpdTd ，则体积膨胀系数为0 03 3.0 3027311)(112TRTpdTdP1/K。2 质 量 为50kg 、 密 度 为800kg/m3的 液 体 ， 在 有 势 质 量 力N490200150kjiF的作用下处于平衡状态，问该液体内部的压力分布规律如何？解：液体所受的单位质量力为kjikji mFf8.943)490200150( 501则)8.943(800)(zdydxdzdfydfxdfpdzyx积分上式，得压力分布为Czyxp)8.943(8003已知二维流场速度分布为jxyixyu)23()32(，问=1 秒

15、时， （1，1）点的加速度为多少？解：=1 秒时， （1，1）点的加速度为3)(32()32(xyxy yuu xuuuaxyxxxxm/s22)(32(23xyxy yu u xu uu ayyyxyy）（m/s2则21.722yxaaam/s2 4已知某流场的流函数为k（k为常数），流体的密度为，问流场的速度分布如何？通过A（1， 4）和 B（2， 2）两点间流体的质量流量为多少？解： (1)流场的速度分布为 rkrur0 ru(2) 根据流函数的性质，可得流体的质量流量为4) 42()(12kkkM5某流体流经一扩张形管道，已知进出口管径之比为2121dd，问哪个截面的雷诺数大？它们的比

16、值为多少？解：由 dQdu4Re可知，在流量Q 一定的情况下，管道直径d 与雷诺数 Re成反比关系，管道直径d 越大，则雷诺数Re值越小，即扩张形管道的出口雷诺数Re2小于进口雷诺数Re1，它们的比值为21ReRe12。6流速为20m/s、粘度为 15 10-6m2/s的流体纵向流过一长度为15m 的平板，问板末端处附面层的厚度为多少？解：因为76102 10151520ReLuL5105，所以板末端处的附面层为紊流附面层，则板末端处附面层的厚度为mm199m199.0)102(15382.0Re382.051751LL三计算题：（第 1、2小题每题11 分，第 3、4小题每题12 分，共 46分）1在倾角=45的堤坡上有一圆形泄水口，孔口上装有直径d=1.2m 的平板闸门，闸门中心位于水深h=3m 处，闸门上端a有一铰链，下端b 有一钢索可将闸门打开，不计闸