工程流体力学试卷答案.docx

工程流体力学考试试卷解答以下概念或问题（15分）1. 恒定流动2. 水力粗糙管3. 压强的表示方法4. 两流动力学相似条件5. 减弱水击强度的措施二 .填空（10分）1 .流体粘度的表示方法有（）粘度、（）粘度和（）粘度。2 .断面平均流速表达式V=（）;时均流速表达式=（）o3 .一两维流动y方向的速度为UV=,x,y）,在欧拉法中y方向的加速度为为二（）o4 .动量修正因数（系数）的定义式/=（）o5 .雷诺数（）,其物理意义为（）。三 .试推求直角坐标系下流体的连续性微分方程。（15分）四 .平面不可压缩流体流动的流速为t=/+2x-4y,j=-2xy-2y（20分）1. 检查流动是否连续；2. 检查流动是否有旋；3. 求流场驻点位置；4.求流函数。五.水射流以20加S的速度从直径d=10W三的喷口射出，冲击一对称叶片，叶片角度6=45。，求：（20分）1. 当叶片不动时射流对叶片的冲击力；2. 当叶片以12ms的速度后退而喷口固定不动时，射流对叶片的冲击力。第（五）题图7.求如下图管路系统中的输水流量Qv9H=24,=2=3=4=100m，4=4=4=l加m，4=2（乂）加加，4=4=“4=2593=0.02,%=30。（20分）淳二¾人,4，2也。，44第（六）题图参考答案1 .流动参数不随时间变化的流动；2 .粘性底层小于壁面的绝对粗糙度（5<A）;3 .绝对压强、计示压强（相对压强、表压强）、真空度；4 .几何相似、运动相似、动力相似；5 .a）在水击发生处安放蓄能器；b）原管中速度匕设计的尽量小些;C）缓慢关闭；d）采用弹性管。1.动力粘度，运动粘度，相对粘度；UdAT5.f运动惯性力） 粘性力三.如图，在流场中取一固定的平行六面体空间，边长分别为公、dy.dz,中心A点之速度分量分别为匕、V、,、K,密度为夕。计算经力时间内流出、流入右、左侧面流体质量差值为：./dpdy.5Vdy.,.dpdy.Vvdyx,m、,=(P+XK+-dxdzdt-(P-)(V-)dxdzdty2y2y2y2叱(pVv)=(V+p-)dxdydzdt=-dxdydzdtyyy同理可得：nv=ldxdydzdtxA(pV.)7L=-dxdydzdtz经力时间六面体内质量的变化量为Zntm,=(P+dt)dxdydzpdxdydzdt-dxdydzdtt由质量守恒原理，应有z11+znv+zw.=-Amf日nr(pVr)(pV.)5p,即v+-+-dxdydzdt=-dxdydzdtxyzt化简整理得:dppVx)(pvy)a(pvz)0txyz四.解(1)空=2x+2;空=一2九一2xyVV+-=2x+2-2x-2=0xy满足连续性方程。叽%;也=Txy1 VV八=(-)=-V+2O2 xy流动有旋。驻点条件：匕=X2+2x-4y=x(x+2)-4j=OVv=-2xy-2y=-2y(x+1)=O由y=O代入解得：x=0;X=-2由工=-1代入解得：y=-4解得驻点：(0,0)(2,0);(1,)二点。4(4=Vv=X2+2x-4yy=X2y+Ixy-Iy2+f(x)孚=V=2xy+2y-f'(x)=2xy+2yOX.(x)=0;/(x)=C;令其为0,那么：=x1y+Ixy-Iy2五.解:(1)歹心方向动量方程：-Fr=l.(-Vcos<9-V)Ft=p-V(Vcos6>+V)/y=1000×-×0.12×202×(-+1)42=536KN射流对叶片冲击力为5.36&V,向右。(2)选动坐标系，歹h方向动量方程，采用相对速度，相对流量-Fx=cX-VCOSe-V)Fx=p-(V-u)(V-w)cos+(V-U)=1000×-x0.12×(20-12)2×(-+1)42=O.86KV射流对叶片冲击力为0.86KN,向右。六.解：列1-1,2-2断面能量方程7÷2-÷×t22g-d22gJ42g由并联管流特点:5/匕+5/匕=5片匕=5点匕（b）1d22gd32g'阀2g联立（a）、（b）、（C）式并代入条件可解得V3=0.79V2V2=0.24V1V1=3SmISqv=J12V1=24×103zn35工程流体力学考试试卷一 .名词解释（共10小题，每题3分，共30分）粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深二 .选择题（共10小题，每题2分，共20分）1 .液体粘度随温度的升高而，气体粘度随温度的升高而（）。A.减小，增大；B.增大，减小；C.减小，不变；D.减小，减小2 .等角速度旋转容器，半径为R,内盛有密度为P的液体，那么旋转前后容器底压强分布（）；A.相同；B.不相同；底部所受总压力（）OA.相等；B.不相等。3 .某点的真空度为65000Pa,当地大气压为0.1MPa,该点的绝对压强为：A.65000Pa;B.55000Pa;C.35000Pa;D.165000Pao4 .静止流体中任意形状平面壁上压力值等于一处静水压强与受压面积的乘积（）。A.受压面的中心；B.受压面的重心；C.受压面的形心；D.受压面的垂心；5 .粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是（）。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。6 .流动有势的充分必要条件是（）oA.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。7 .动力粘滞系数的单位是（）oANs/mB.Nsm2C.m2sD.m/s8 .雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速匕和由紊流向层流过渡的临界流速明之间的关系是（）。A."cVvcrB.vCr*C.%=%；D.不确定9 .在如下图的密闭容器上装有U形水银测压计,其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为：A.p=p2=p3;B.p>p2>p3;C.p1<p2<p3;D.p2<p1<p3010 .流函数（又称拉格朗日流函数）存在的充分必要条件是（）A.有势流动；B,不可压缩流体的流动；C.平面流动;D.不可压缩流体的平面流动。三.计算题（共3小题，共50分）1 .如下图，一洒水车等加速度a=0.98ms2向右行驶，求水车内自由外表与水平面间的夹角叫假设B点在运动前位于水面下深为h=1.0m,距Z轴为xb=1.5m,求泗水车加速运动后该点的静水压强。（15分）题三T图题：-2图直径 4=50,4 =100机"。假设不记管嘴内的液体和管嘴本身的重2 .水自压力容器稳定地流出。表压为二1。3乂10"/,力=3根。喷嘴力，试求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？（20分）3 .如下图为一文丘里流量计，起作题三-3图用的是渐缩管段，气体流动方向如图，气体密度P=L25依/疝，11和22截面直径分别为600mm和400mm,U型管内水柱高度为h=45mm,试计算体积流量（忽略损失）。（15分）工程流体力学考试试卷一.名词解释（共10小题，每题3分，共30分）粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；稳态流动；动量损失厚度；当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深粘滞性一一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。量纲和谐一一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（3分）质量力一一作用于流场中每一流体质点上的力，属于非接触力，其大小与质量成正比。单位质量流体所受到的质量力称为单位质量力。（3分）微元控制体一一根据需要选取的具有确定位置和形状的微元流体。控制体的外表称为控制面稳态流动一一流场中各点的运动参数不随时间变化动量损失厚度一一与理想流体流动相比，粘性流体在边界层内减速造成动量损失，如果按理想流体流动计算动量（放大速度），必须考虑壁面上移一个距离（减小流道），这个距离称为动量损失厚度。水力当量直径一一非圆截面的流道计算阻力损失时以水力当量直径代替圆管直径，其值为4倍的流道截面积与湿周之比。逆压力梯度一一沿流动方向上压力逐渐升高，边界层的流动受抑制容易产生别离。连续介质假说一一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。淹深一一流体中某点在自由面下的垂直深度。二.选择题（共10小题，每题2分，共20分）1A；2B,A；3C；4C；5D；6A；7B；8B；9C；IOD三.计算题（共3小题，共50分）1.如下图，一洒水车等加速度a=0.98ms2向右行驶，求水车内自由外表与水平面间的夹角仪;假设B点在运动前位于水面下深为h=1.0m,距Z轴为XB=-I.5m,求洒水车加速运动后该点的静水压强。（15分）解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为（取原液面中点为坐标原点）X=-a；Y=O；Z=-g（2分）代入式欧拉平衡微分方程：助二P（X*+9+砒）（2分）得：>=p（-adx-gdz）积分得：好一。（以+班）+C（3分）在自由液面上，有：x=z=0；p=po（1分）得：C=po=0（1分）代入上式得：B点的压强为：入=-Qg(+z)=-9800(啜x(7.5)+(-LO)=Il270Nm'll2gaBgyo分)自由液面方程为I：液面上PO=O)ax+gz=O(2分)即：,za0.98C1tan=一=O.IXg9.8=5045'(2分)z>j"©"+2.水自压力容器稳定地流出。表压pM=1O.13x1O57V,h=3m。喷嘴直径4=50叫4=100mm°假设不记管嘴内的液体和管嘴本身的重力，试求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？（20分）解：。-2断面的伯努力方程为-+0+=0+Pg2g（3分）V2=2g（K比+）=2×9.81（10.33×l0+3）=45.66m/sV（1分）tzd-V.匕一c,V.=11A2m/s4411分）1-2断面的伯努力方程为p+YL=YLPg2g2g（3分）p1=-（½2-½2）=（1954.4）=977.2枚/trr12（221（2分）Q=v-d;V,-d;=0.09m3/s43（1分）设喷嘴作用在控制体上的力为匕，利用动量定理，有IFr=PG（V2-V1）（3分）Q（%M（3分）px=pd；+pQ（V-V2）=977.2×103×-×0.12+1000×0.09（-34.24）=4.6M（2分）即管嘴上螺栓群所受的拉力为46枚（1分）2大气3.如下图为一文丘里流量计，起作用的是渐缩管段，气体流动方向如图，气体密度p=i25依/，1-1和2-2截面直径分别为600mm和400mm,U型管内水柱高度为h=45mm,试计算体积流量（忽略损失）。（15分）解：11和22截面处于缓变流中（2分），列总流的伯努力方程有:224+且+=z?+四+2（3分），其中4=z,（1分）PS2gpg2g根据连续性方程有：v1A1=V2A2（2分）（2）设U型管左侧水面到底部（Z=O）的距离为L,有：Pl+pg（Zl-L）=p2+pg（Z2-L-）+pgh（3分）（3）根据上述三式带入条件，求得：v2=29.67ms,（2分）Q=4=3.73m3s（2分）工程流体力学考试试卷一.名词解释（共10小题，每题2分，共20分）粘滞性；迹线与流线；层流；质量力；偶极流；排挤厚度；顺压力梯度；时均速度；输运公式；连续介质假说二.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I气压Pa之间的关系是：三11A.pabs=p+pv;B.P=Pabs-PaC.Pv=pa-pabsD.P=PabS+pa2 .如下图题二-2图A.PO=Pa；B.po>pa;C.po<Pa；D.无法判断。3 .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（）oA.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 .比拟重力场（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Vf,K银；B.f水=f水银；C.f>f7k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，那么容器内气体局部的相对压强为水柱（）oA.2mB.ImC.8mD.-2m8 .如下图，QigMQg,下述静力学方程哪个正确？A第j+卷B.三j÷-3÷C.八品/+即D.Z品+笫9 .以下压强分布图中哪个是错误的？