西工大流体力学试卷及答案

1、,.一填空题 （共 30 分，每小题 2 分）1.均质不可压缩流体的定义为=c。2.在常压下 , 液体的动力粘度随温度的升高而降低。3.在渐变流过流断面上，动压强分布规律的表达式为p/ g +z=0。5. 只要 比较 总流 中两 个 渐变 流断 面上 单位 重量流体 的总机 械能大小，就能判别出流动方向。6.产生紊流附加切应力的原因是脉动。7.在静止流体中，表面力的方向是沿作用面的内法线方向。8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数与速度梯度有关。9.渐变流流线的特征是近似为平行直线。10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为恒定流 。11.局部水头损失产生的主要原因是漩涡。12.直径为 d

2、 的半满管流的水力半径 rd/4。13. 平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速ux 和 uy 满足方程 ?ux/ ?t + ?uy/ ?t =0。14.弗劳德数 fr 表征惯性力与重力之比。15.在相同的作用水头下 , 同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量大。二（ 14 分）如图所示，一箱形容器，高h 1.5m ，宽（垂直于纸面） b2m ，箱内充满水，压力表的读数为20kn / m2 ，用一半径 r 1m 的园柱封住箱的一角，求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。解：pxghc( hb)g(20h82.05kn ()g)( hb)2pzgvv( 3r 210.52h0.5)b82h

3、202.04gv4.64pz45.53kn三（ 14 分）如图所示，一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。已知主管直径 d3m ，主管流量 q 35m3/ s ，分叉管直径 d2m ，两分叉管流量均为 q 2 ，;.,.分叉管转角600 ，1-1断面中点的压强p294kn / m2 ，不计水头损失，求水流对支座的作用力。解：v1q14.95(m / s)1 d124v2v3q 25.57( m / s)1 d224p2p12v222)2(v1)290.8( kn / mfx=2(p 2a 2+q 2v2)cos-p1a 1- qv 1=-1240(kn) 向左fy =2(p2a2+q 2v

4、2)sin1750( kn )向上四 . （14 分）如图所示，长 l 50m 、直径 d 0.21m 的自流管，将水自水池引至吸水井中，然后用水泵送至水塔。已知泵的吸水管直径 d 0.2mm，管长 l 6m ，泵的抽水量 q0.064m3 / s，滤水网的局部阻力系数126.0 ，弯头的局部阻力系数30.3 ，自流管和吸水管的沿程阻力系数0.02 。假定自流管中通过的流量等于泵的抽水量。试求： （1）水池水面与吸水井的水面高差h ；（ 2）水泵的安装高度 h s2m 时，水泵进口断面的真空度。l2h( 1v1)解：d2gv14q4q1.85m / sd12d 2h1.88mh1.88m0ph

5、 slv2g(网弯)d2gv= 4q2.04m / sd 2p36.04kpav五 （ 14 分） 油在管中 以 v1m / s 的 速 度向下流 动， 油的 密度920kg / m3 ，管长 l3m ，管径 d25mm，水银压差计测得 h9cm .试求： (1) 油在管中的流态；（ 2）油的运动粘度；（3）若保持相同的平均速度反方向运动时，压差计的读数有何变化？（水银密度13600kg / m3 ）.;.,.解：假定流动为层流p1z1p2lv2ggz2d 2 gp2hggh=p(z z2h) g11(h g1)lv2h=d 2g64re解得：re316故假设成立，流动为层流vdre0.025

6、7.91105316六 （ 14 分 ） 用文 丘里 流量 计量 测空 气（ 绝热 指 数 k1.4 ， 气 体 常数r 287 j / kgk ）的质量流量。已知进口断面的直径为d1400mm，绝对压强为 p1140kn / m2 ，温度为 t1180 c ，喉部断面 d2150mm ， p2 116kn / m2 ，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。解：t 1 27318291k11401031.676kg / m31prt 1287291p211.6761161311()k() 1.41.465kg / mp1140k p1v12k p2v22k 112k1221.41

7、40103v121.4116 103v221.411.67621.411.4652可得： 30459.32+ v12v22解得： v121.618m / s, v2175.862m / sg2v2 a21.465 175.8620.1524.927kg / s4二、选择题 （ 10 分）伯努利方程中 zpv 2表示2ga 单位重量流体具有的机械能；b单位质量流体具有的机械能；c单位体积流体具有的机械能；d通过过流断面的流体所具有的总机械能。2动量方程;.,.a 仅适用于理想流体的流动b 仅适用于粘性流体的流动c理想流体与粘性流体的流动均适用d 仅适用于紊流3流体在管内作层流流动时，其沿程损失h

8、f 值与断面平均流速v 的 _ 次方成正比。a 1b 1.75c 1.752d 24相对压强的起量点是a .绝对真空；b.1 个标准大气压；c.液面压强。 d .当地大气压强；5工程上计算流体在圆管内流动时，由紊流变为层流采用的临界雷诺数取为a 13800b 2320c2000d 1000三、绘图题（绘出 ab 曲面上的压力体， 8 分）四、计算题 （ 12 分）如 右 图 ， 直 径 为 d150mm 的 圆 柱 ， 固 定 不 动 。 内 径 为d 151.24mm 的圆筒，同心地套在圆柱之外。二者的长度均为l 250mm 。柱面与筒内壁之间的空隙充以甘油，转动外筒，转速为n =100r/

9、min ，测得转矩为 t9.091nm 。求甘油的动力粘性系数 。五、计算题 （ 20 分）如右图所示， 已知 da150mm ， db75mm ， a2.4m ，水的流量 q 0.02 m 3s ， p apb1172 n m 2 。(1) 如果 a 、 b 之间的水头损失表示为va2值。，试求2g(2) 求出水银差压计中的读数 h 。六、计算题 （ 20 分）如图所示，计算圆管突然扩大的局部损失。七、计算题 （10 分）如图有一并联管路，已知 d1 =100mm ， l1 =80m ， 1 =0.021 ；d 2 =75mm ， l 2 =50m ，2 =0.025； q=30 l/s ，

10、求 q1 、 q2 。答案;.,.一、判断题 （每题 2 分，共 20 分）1. 液体的粘度随温度的升高而降低，随压力的升高而增大。2. 平 衡流 体中 任 意点的 静 压强 值只能 由 该点的 坐标位 置 来决 定 ，而与 该 压强 的作用方向无关。即作用于同一点上各方向的静压强大小相等。3.若平衡流体在x 、 y 、 z 方向的单位质量力分别为x =5、 y =4、 z =3，则等压面方程为 5x 4 y3z 0 。4流线和迹线实质是一回事。5.理想流体在有势质量力的作用下作定常流动时，函数pu 2)的值在任一点上保持(w2不变。6同一水头作用下，出流直径相同的管嘴与孔口，管嘴出流量大于孔

11、口出流7实际流体流经水力半径小的过水断面时，流动阻力小。8实际流体圆管层流的切应力分布是中间最大、管壁边缘为零的线性分布。9尼古拉茨试验的水力粗糙管区阻力系数 与雷诺数 re 有关。10.串联管路的总水头等于各管段水头损失之和。二、选择题 （每题 3 分，共 15 分）1 a2 c3a4d5 c三、画图题（绘出 ab 曲面上的压力体，8 分）实压力体ee a虚压力体 eedd实压力体ddbb 四、计算题 （ 12 分）解：fduv（ 7分）aadyha； dnd -d0.62mm（分） dlv； h6020.15d100t fr9.0910.15 0.252f60 0.62 10-320.79

12、2pa s（ 12 分）五、计算题 （ 20 分）解：（ 1）以 b 为基准，取a 、 b 断面列伯努利方程;.,.zapaa va 2zbpbb vb 2hl2 g2g（8 分）va2zaa; zb0; ab1; hl2g又 v a4q4q（ 12 分）2 ， vb2d adb代入数值，=3.4（ 14 分）（ 2）设 b 断面到水银测压计左支管水银交界面的垂直距离为b ，从 pb 开始， 用逐段加减的方法推演到pa ，可得 pbb h -( hb a)pa（ 18 分）由 pa pbh -h ，得 h=1( papba)9.5mm（20分）-六、计算题 （ 20 分）解： 取水平基准面0-

13、0，过水断面的压强、速度及位置高度如图由于、两过水断面上流线已接近平行，即属于缓变流，因此可写出两断面的伯努利方程（设121 ）p1v12p2v22h j（ 1）z1z22g2g（7 分）由于在 dt 时间内从断面到的流速由v1 变为 v2 ，根据动量定理得p1 a1p2 a2p1 (a2a1 )a2 (z1z2 )a2 v2 (v2v1 )整理得 v2 (v2v1 )( p1z1 )( p2z2 )（ 2）（ 14 分）g由（ 1） 和（ 2）得 hj(v1v2 ) 22 g由连续性方程 v2a1v1代入上式得（18分）a2h j1v12;其中2g（ 20分）a1 ) 21 (1a2七、计算

14、题 （ 10 分）;.,.解： 由 hf 1hf 2 ；（ 3 分）1l 1 / d112 /( 2g )2 l 2 / d222 /( 2g)22l 2d112d21l12则，代入数值得12（ 7 分）q1 / q24d12v1d2224则q1/ q216 / 9q1q2qq116/ 25q19.21(l/s)所以解出q29 / 25q10.80(l/s)（ 10 分）二选择题（共10 小题，每题 3 分，共 30 分）绝对压强abs 与相对压强 p 、真空度 pv 、当地大气压a 之1pp间的关系是：a. pabsv；b. p=pabs pavapabsabsa=p+pa； b. p0c.

15、 p = pd. p=p +p如图所示0=pa； c. p0 a；d. 无法判断。2a. ppp3在研究流体运动时，按照是否考虑流体的粘性，可将流体分为 ( )。a. 牛顿流体及非牛顿流体；b. 可压缩流体与不可压缩流体；c. 均质流体与非均质流体；d. 理想流体与实际流体。4比较重力场（质量力只有重力）中，水和水银所受的单位质量力 f 水 和 f 水银 的大小？a. f 水 f 水银 ；d、不一定。5流动有势的充分必要条件是 ()。a. 流动是无旋的；b. 必须是平面流动；c. 必须是无旋的平面流动；d. 流线是直线的流动。6 雷 诺 数 re 反 映 了()的 对 比 关 系a.粘滞力与重

16、力b.重力与惯性力 c. 惯性力与粘滞力d. 粘滞 力与 动水压力;.,.7一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m 处测压管高度为2.2m，设当地大气压为1 个工程大气压，则容器内气体部分的相对压强为_ 水柱（）。a.2mb.1mc.8md. 2m8如图所示，下述静力学方程哪个正确？9下列压强分布图中哪个是错误的？10粘性流体总水头线沿程的变化是() 。a. 沿程下降b. 沿程上升c. 保持水平d. 前三种情况都有可能。三计算题（共3 小题，共 50 分）1 如图所示， 有一盛水的开口容器以 3.6m/s2 的加速度沿与水平成 30o夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角，并分

17、析p 与水深的关系。（15 分）2有一 30cm 15 cm 的文德利管， 接入铅垂的输油管上， 油的流动方向朝上。已知喉部与进口截面间的高度差为 30cm，图中 u 形管读数为 25cm 水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。（ g8825n / m2）（20 分）3. 不可压缩平面流动的流函数为 xy 2x 3 y 10 ，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。 （15 分）;.,.工程流体力学试题答案及评分标准一名词解释（共10 小题，每题 2 分，共 20 分）1粘滞性流体在受到外部剪切力作用时发生变形 (流动 )，其内部相应要产生对变形的抵抗， 并以内摩擦力的形

18、式表现出来， 这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性或粘性2迹线流体质点的运动轨迹曲线流线同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线方向与流体在该点的速度矢量方向一致3层流流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混4量纲和谐只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和项的量纲必须是相同的，等式两边的量纲也必然是相同的5偶极流由相距2a 的点源与点汇叠加后，令a 趋近于零得到的流动6排挤厚度粘性作用造成边界层速度降低，相比理想流体有流量损失，相当于中心区理想流体的流通面积减少，计算时将平板表面上移一个厚度，此为排挤厚度7顺压力梯度沿流动方向压力逐渐降低，边界层的流动受压力推动

19、不会产生分离 8时均速度湍流的瞬时速度随时间变化，瞬时速度的时间平均值称为时均速度9输运公式将系统尺度量转换成与控制体相关的表达式10连续介质假说将流体视为由连续分布的质点构成，流体质点的物理性质及其运动参量是空间坐标和时间的单值和连续可微函数。二选择题（共10 小题，每题 3 分，共 30 分）1bc；2b； 3d； 4b； 5a； 6c；7d；8b； 9b；10a三计算题（共 3 小题，共 50 分）1 如图所示，有一盛水的开口容器以 3.6m/s2 的加速度沿与水平成 30o夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角，并分析p 与水深的关系。解：根据压强平衡微分方程式：（1 分）单位质量力：;.,.（2 分）在液面上为大气压强，代入（ 1 分）由压强平衡微分方程式，得：（2