西工大流体力学试卷及答案

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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 ρ=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/ρg +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的半满管流的水力半径R? d/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）b?2m，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：

pxpz??gh(hb)??g(c20g?h2)(hb)?82.05kN(???)??gv3122v?(?r??0.5?H?0.5)b82H?20g?2.04

v?4.64pz?45.53kN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D?3m，主管流量Q?35m3/s，分叉管直径d?2m，两分叉管流量均为Q2，

分叉管转角??600，1-1断面中点的压强p?294kN/m2，不计水头损失，求水流对支座的作用力。解：

v1?Q114d12?4.95(m/s)v2?v3?Q214?2?5.57(m/s)2d2(p2?p1?v1?v222)?290.8(KN/m)2Fx=2(P2A2+?Q2V2)cos?-P1A1-?QV1=-1240(kN)向左FY=2(P2A2+?Q2V2)sin??1750(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Q?0.064m3/s，滤水网的局部阻力系数?1??2?6.0，弯头的局部阻力系数?3?0.3，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Hs?2m时，水泵进口断面的真空度。

h?(?1??l2解：

v1?4Qd2g

2)v1?d12?4Q?D?1.85m/sh?1.88mh?1.88m

ldv20?p?g4Q?Hs?(???网??弯)2g

v=?d2?2.04m/s

pv?36.04kpa

五．（14分）油在管中以v?1m/s的速度向下流动，油的密度

3??920kg/m，管长l?3m，管径d?25mm，水银压差计测得h?9cm.

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

p1?z1?p2?z2??lv2?g?gd2gp2??Hgg?h=p1?(z1?z2??h)?g(?Hg??1)?h=?lv2d2g??64Revd解得：Re?316故假设成立，流动为层流Re??316?7.91?105??0.025

六．（14分）用文丘里流量计量测空气（绝热指数k?1.4，气体常数

R?287J/kg?）的质量流量。已知进口断面的直径为d1?400mmK，绝对压强

为p1?140kN/m2，温度为T1?180C，喉部断面d2?150mm，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：

T1?273?18?291kp1RT1140?1013?1??)287?291k?1.676kg/m116140v221.41.4?1223?1??1(kp1p2p1??1.676?(k3)11.4?1.465kg/m3v12k?1?11.41.4?1?2?p22k?1?2?v12?140?101.6762??116?101.4653?v222可得：30459.32+v1?v2解得：v1?21.618m/s,v2?175.862m/sG??2v2A2?1.465?175.862??4?0.15?4.927kg/s2

p二、选择题（10分）．伯努利方程中 z????v2g2表示

A．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hf值与断面平均流速v的__________次方成正比。

A．1 B．1.75 C．1.75~2 D．2 4．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．13800 B．2320 C．2000 D．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d?150mm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/min，测得转矩为T?9.091N?m。求甘油的动力粘性系数?。

五、计算题（20分）

如右图所示，已知dA?150mm，dB?75mm，a?2.4m，水的流量Q?0.02m32s，pA?pB?1172Nm。

(1)如果A、B之间的水头损失表示为?vA2g2，试求?值。

(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；d2=75mm，l2=50m， ?2=0.025；Q=30l/s，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?4y?3z?0。ⅹ 4．流线和迹线实质是一回事。ⅹ

5. 理想流体在有势质量力的作用下作定常流动时，函数(W?p??u22)的值在任一点上保持

不变。ⅹ

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。ⅹ

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。ⅹ 9．尼古拉茨试验的水力粗糙管区阻力系数λ与雷诺数Re有关。ⅹ 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．A 2．C 3．A 4．D 5．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EE’D’D 实压力体D’DBB’ 四、计算题（12分）

解： F?μAπdn60dudy?μAvh （7分）

A?πdl；v?；h?d?-d2?0.62mm （３分）

T?Fr?Fd2 9.091????0.15?0.25?2 -360?0.62?10??100?0.15??0.792Pa?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

zA?

pA???AvA2g2?zB?pB???BvB2g2?hl （8分）

2zA?a;zB?0;?A??B?1;hl??vA2g 又vA?4Q?d2A，vB?4Q?d2B （12分）

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pB??b??'h-?(h?b?a)?pA （18分）由pA?pB??'h-?h，得h=1(pA?pB??a)?9.5mm （20分）

?'-?六、计算题（20分）

解：取水平基准面0-0，过水断面的压强、速度及位置高度如图

由于Ⅰ、Ⅱ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?1??2?1） z1?p1

??v122g?z2?p2??v222g?hj （1）

（7分）

由于在dt时间内从断面Ⅰ到Ⅱ的流速由v1变为v2，根据动量定理得

p1A1?p2A2?p1(A2?A1)??A2(z1?z2)??A2v2(v2?v1)

整理得

v2g(v2?v1)?(p1??z1)?(p2??z2) （2）（14分）

由（1）和（2）得hj?A1A2(v1?v2)2g2

由连续性方程v2?v12v1 代入上式得（18分）

hj??1 其中

2g;?1?(1?七、计算题（10分）

A1A2 （20分） )26

解：由hf1?hf2；（3分）

?1l1/d1??1/(2g)??2l2/d2??2/(2g)

?12222?2??2l2d2?d1?1l1

则，代入数值得 ?1??2 （7分）

?Q1/Q2?4d1v12?4

d?222则

Q1/Q2?16/9Q1?Q2?Q

所以解出

Q1?16/2Q5?Q2?9/2Q5?19.21(l/s) （10分）

10.80(l/s)

二．选择题（共10小题，每题3分，共30分）

1．绝对压强pabs与相对压强p 、真空度pv 、当地大气压pa之间的关系是：

A. pabs =p+pv； B. p=pabs－pa C. pv= pa－pabs D. p=pabs+pa 2．如图所示 A. p0=pa； B. p0>pa； C. p0

A. 牛顿流体及非牛顿流体；

C. 均质流体与非均质流体；

B. 可压缩流体与不可压缩流体； 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. 2m B. 1m C. 8m D. －2m 8．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。（

?g?8825N/m2）（20分）

3. 不可压缩平面流动的流函数为xy?2x?3y?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分）

任意点：