2000-2001年--中国石油大学(北京)--工程流体力学--期末试卷含详细答案

中国石油大学（北京）2001—2002学年第一学期《工程流体力学》期末考试试卷A（闭卷考试）班级：姓名：学号：分数：题号一二三四总分得分(试题和试卷一同交回)一、简答题(20分，每题4分)①流体力学中连续性假说②流体静压力的两个重要特性③研究流体运动的两种方法及其区别④系统、控制体及其区别⑤流线、迹线二、计算题1、如图所示，一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用，已知h1＝4.5m，h2＝2.5m，闸门宽度1m，求作用在闸门上的静水总压力大小及作用点。(10分)2、已知：taex2，2)1(tby，22)1(tcezt。求：1）流体的速度场；2）t=0，通过(1，1，1)的流线；3）t=0，通过(1，1，1)的迹线。（15分）h1h23、密度为的三股不同速度的不可压缩流体通过一段水平圆管混合后，速度、压力都均匀，如图所示。若三股速度流面积均为A/3，速度分别为u、2u、3u，不计摩擦，求单位时间内动能损失。（15分）4、充分发展的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度b为常数，且xp＝0，重力加速度为g，求其流速分布关系式。（15分）5、等强度的源汇与均流叠加，求叠加后的势函数、流函数，画出流线谱及驻点位置。（15分）6、如图所示管路系统，管道均为铸铁管，沿程摩阻系数λ＝0.024，各管段长度、管径如图所示。（a）若管道总流量为0.56m3/s，求A到D点总能量损失；（b）如果用一根管道代替并联的三根管道，若保证流量及总能量损失不变，求管道3的管径。（10分）22800m500mmxybgP2P13u2uu54914m300mm1914m500mm3762m200mm21066m250mmDCBAA卷答案一、简答题1、在流体力学上假定流体质点在微观上充分大，宏观上又充分小，它完全充满所占空间，没有空隙存在。这种假定摆脱了复杂的分子运动，着眼宏观运动。2、一、静压力方向永远沿着作用面内法线方向。二、静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。3、研究流体运动的方法主要有两种：一、拉格郎日法：把流体质点作为研究对象，跟踪一个质点，描述它运动的历史过程，并把足够多的质点运动情况综合起来，可以了解整个流体的运动。二、欧拉法主要研究流场中的空间点，观察质点流经每个空间上运动要素随时间变化的规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流体运动的规律。4、系统是一团流体质点的集合，它始终包含着相同的流体质点，而且具有确定的质量。控制体是指流场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体的形状和位置相对于所选定的坐标系统是固定不变的，它所包含的流体的量可能时刻改变。5、把某一质点在连续时间过程内所占据的空间位置量成线，就是迹线，迹线就是流体质点在一段时间内运动的轨迹线。一般用拉格郎日发法研究。流线是某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切，一般用欧拉法研究。二、计算题1、解：分左右两部分计算左部分：水平分力：111xcxAhP＝9800×3×（6×1）=176400牛顿垂直分力：VPz1=9800×1×（0.5×3.14×36÷4）=138474牛顿合力1P=224259牛顿右部分：水平分力：2xP＝9800×1.5×3×1=44100牛顿垂直分力：2zP=69237牛顿合力：2P=82089牛顿总水平分力：xP=176400－44100=132300牛顿总垂直分力：zP=138474+69237=207711牛顿合力：P=246266牛顿2、解：（1）000)1(1)1()1(2ttxtxax22)1(212)1(2tytvtyay2)1(61313tztwtzaz（2）),,,(tcbarrtxdtdxu11)1(ctxtydtdyv1222)1(tcytzdtdzw1333)1(tcz当t=0时，1ca2cb3cc所以：)1(tax，2)1(tby，3)1(tcc0xabay2)1(6tcaz（3）流线：zdzydyxdx32ycx12，zcx13迹线：)1(tax，2)1(tby，3)1(tcc3、解：质量守恒：323/3AuAuvAuv35动量守恒：3)3(32)35()(22221AuAuAuAPP＝Au298uAuPgzAuuPgzAuuPgzE35)2)((33)2)3((32)2(23522121＝uAPP35)(21＋Au354136=Au2654、解：根据N-S方程gdrud22积分：2122cycygu根据边界条件：0y，0u，02cy，0drdu，g代入，得22)(21)(bybybgu5、解：势函数：)ln(2120rrQxu流函数：)(2120Qyu222)(yaxr221)(yaxr22yxr驻点坐标：02,UQaaXBA，0,BAY6、解：根据并联、串联管路的特点，得：QQQ21321fffhhh把数据代入，得：8.462Q升/秒2.531Q升/秒1fh＝6.0米