工程流体力学试卷07081B

工程流体力学试卷07081B参考答案及评分标准一、简答题（每题5分，共10分）1.流体质点及其特征从微观角度看，流体和其他物质一样，都是由大量分子组成的，分子之间存在着间隙，因此，流体并不是连续分布的物质．但是，流体力学所要研究的并不是个别分子的微观运动，而是研究由大量分子组成的流体的宏观运动。（2分）流体的宏观运动由大量分子运动的统计平均值来体现．正因为如此，在流体力学中，取流体质点来代替流体的分子作为研究流体的基元．所谓流体质点是一块体积为无穷小的微量流体。流体质点虽小，但却包含有为数众多的分子，因而它能反映大量分子运动的统计平均值．所以从微观角度看，流体质点应为无穷大．另一方面，流体质点在宏观上应为无穷小，即与所研究的整个流动空间相比，流体质点应是无穷小，应能通过流体质点及其所属物理量在空间的变化来反映流体的运动．所以流体质点简单来说就是宏观无穷小，微观无穷大的微量流体．对于流体质点而言，我们假定它们之间没有间隙，在空间连续分布．所以将流体视为由无数连续分布的流体质点所组成的连续介质，这就是流体的连续介质假设。（3分）2.流动相似的概念和基本条件只有在几何相似的基础上，才能实现两个流动现象的力学相似。因此，两个流动现象的力学相似，必须满足下面三个条件：（1分）①几何相似模型液流与实物液流有相似的边界条件，一切对应的特征尺寸成同一比值，且对应角相等。（1分）②运动相似满足几何相似的两个液流中，若在对应瞬时，所有对应点上的速度方向一致，大小成同一比例，则两个液流运动相似。（1分）③动力相似两个运动相似的液流中，在对应瞬时，对应点上受相同性质力的作用，力的方向相同，且各对应的同名力成同一比例，则两个液流动力相似。（1分）④初始条件和边界条件的相似初始条件：适用于非恒定流。边界条件：有几何、运动和动力三个方面的因素。如固体边界上的法线流速为零，自由液面上的压强为大气压强等。由上述相似条件得到，几何相似是运动相似的必要条件，运动相似是动力相似的必要条件，且当两流动对应点处的流体质点上作用着同名力，各同名力间有同一比例，并存在相似的起始和边界条件时，称该两流动力学相似。（1分）二、计算分析题（每题10分，共50分）3.解：在沿运动方向对金属套进行受力分析。受重力和油液的摩擦阻力，摩擦阻力随着速度的增加而增加，当达到最大速度时两者相对有FFG。（4分）切力为AdyduAF（2分）由于油液很薄，假设流速呈直线分布LDuAuAdyduF22max（2分）2dD由牛顿定律0ssmaF（1分）得LDumg22max则有DLmgumaxJG（1分）4.解:将柱体的受压面abcd分成ab、bc与cd三个部分，它们的压力体分别为abea(实）、bcaeb（虚）与cdoc（虚）。三部分压力体合成后变成图示abcdoa虚压力体。（4分）根据公式xcxAghP，单位长度L=lm的圆柱体所受的水平分力))(21())(21(2211LhhgLhhgPx＝14．7kN（4分）根据公式pzgVP，铅垂分力)4143(2DgPz=23.09kN（2分）5.解：射流对平板的冲击力恰好等于平板受到的静水压力112ghv（2分）111vAQ（1分）120ghQRFxx（4分）对平板进行受力分析有：22AghRx（2分）联立求解得jg（1分）6.解：（1）（2分）故满足连续性方程，存在流函数。方法一：∴=y+C(x)（2分）而∴C(x)=-2x+C1故=y-2x+C1（1分）方法二：积分得：=y-2x+C1（2）（2分）故满足连续性方程，存在流函数。方法一：（2分）积分：∴C(y)=-2y2+C2故=2x2-2y2+C2（1分）方法二：积分得：=2x2-2y2+C27.解：函数式为：（1分）选取ρ，Q，D1为基本变量，则存在6-3=3个π数（3分）（2分）将π数用量纲表示：（1分）类似地：（1分）（1分）并解一个π参数：即：（1分）三、综合应用题（每题20分，共40分）8.解：A点的速度0Au,B、C点速度的绝对值uuuuoCB30sin2（10分）由伯努利方程得gugpgugpgpBBBA2222（5分）由测压管水面的高差得hgppBA=0.03m（3分）)(2gppguBA=0.767m/s（2分）9.答：一般流体诱发振动的消减措施：①旋涡诱发振动的消减②湍流诱发振动的消减③脉动流所诱发振动的消减。（6分）换热器中流体诱导振动的消减措施：换热器中对与旋涡诱发的振动我们可以通过增大材料的折合阻尼，即在制造换热器选材时因尽量选用高阻尼的材料，能够从本质安全上有效的防止振动。在安装换热器和对换热器进行维护、修理时应十分注意换热器的管子应固定牢，因为一旦松动，旋涡将会很容易就引起管子的振动，同时流路改变后，将会产生扩大效应，使得整个管束振动。有边界层的知识可知在管壁上的压强很大所以当管子有裂纹时应及时的更换，特别是换热器里的两种物质会发生反应。在换热器使用的过程中应做好流量温度等的控制。（8分）在许多换热器中，为了保护管子和内部构件，防止进入壳体的高速流体的冲击磨损，在换热器的进口处设置了冲溅防护装置，如在进口安装特别放大尺寸的进口接口。（2分）化工生产中换热器的合选型对安全生产很重要，要充分考虑到流体的性质（黏度等），流速，换热器的传热系数。（2分）随着计算机科学的发展,人们可以用计算机进行计算模拟,其结果的可靠性将大大提高,人们对流体诱导震动的研究也将会有大的进步，如CFD软件等。（2分）