流体力学试卷及答案

2008--2009学年2学期时间110分钟流体力学课程56学时3.5学分考试形式：闭卷专业年级：总分100分，占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、是非题（每题1分，共10分）1.静止的液体和气体接触的自由面，它既是等压面，也是水平面。（）2.水总是由高向低流的。（）3.虽然流体的旋转角速度不可能无穷大，但是涡量有可能无穷大。（）4.流线是光滑的曲线，不能是折线，流线之间可以相交。（）5.气体的动力粘性系数随温度的升高而减小，原因是分子间动量交换减少。（）6.如果某流动区域中的流线是直线,则流动不可能是有旋运动。（）7.进行模型设计时，在几何相似的前提下，应保证原型和模型所有的相似准数都相同即完全相似。()8.引起局部阻力的原因是由于旋涡区的产生，而不是速度方向和大小的变化。（）9.自模区内流体的流动是由雷诺相似准数控制着的流动。（）10.在原条件保持不变的情况下，增加并联支管的条数，可以增大输水总流量。（）二、单选题（每题2分，共20分）1.连续介质假设意味着。(A)流体分子互相紧连(B)流体的物理量是连续函数(C)流体分子间有空隙(D)流体不可压缩2.已知外界大气压强p0=1.02个工程大气压，如果某点的真空度为5mH2O柱，则该点的绝对压强为N/m2。(A)51×103(B)149×103(C)1.5×105(D)1.05×1053.管径不变的流道内粘性流体总水头线沿流程的变化是，测压管水头线沿流程的变化是。（A）上升；下降(B)不变；可能上升，可能下降（C）下降；下降(D)下降；可能上升，可能下降4.应用总流的伯努利方程时，两截面之间。(A)必须都是急变流(B)必须都是缓变流(C)不能出现急变流(D)可以出现急变流5.溢水堰模型设计比例为20，若在模型上测得模型流量为Qm=300L/s，则实际流量Qn为m3/s。(A)537(B)6(C)600(D)5.376.恒定平面势流中，组成流网的流线与等势线的关系是。(A)相交(B)正交(C)共轭(D)斜交7.对于并联长管道，每根管道的。(A)流量相等(B)切应力相等(C)沿程水头损失相等(D)水力坡度相等8.流体质点的运动包括。(A)平移和旋转(B)平移，旋转和变形(C)平移，旋转和线变形(D)旋转，线变形和角变形9.下列命题中正确的命题是。(A)壁面粗糙度较大的管道，流动阻力一定较大AB2hh1(B)雷诺数相同的两根圆管水头损失相同(C)雷诺数表征压力与粘性力之比(D)两根不同管径的圆管，通过不同粘性的液体，它们的判别流态的临界雷诺数相同10.公式hldvgf()()22不能用于。(A)均匀流(B)急变流(C)紊流(D)层流三、填空题（共14分）1.某液体的动力粘性系数μ＝0.005kg/m·s，相对密度为0.85，则其运动粘性系数值ν＝m2/s。（本题2分）2.图示容器内有一放水孔，孔口设有面积为A的阀门ab，容器内水深为h，则阀门所受的静水总压力为。（本题2分）3.运动粘性系数ν＝0.4cm2/s的流体在直径d＝10cm的管道内以v＝0.4m/s的速度运动，则管内流态为，沿程损失系数为，单位管长上的沿程损失为。（本题4分）4.水位恒定的上、下游水箱，如图，箱内水深为H和h。三个直径相等的薄壁孔口1,2,3位于隔板上的不同位置，均为完全收缩。则三孔口的流量关系为。若下游水箱无水则：。（本题4分）第2题图第4题图5.无环量椭圆柱绕流是由叠加而成的。（本题2分）四、作图题（共8分）绘出图中圆柱曲面上的压力体图及左侧AB部分的静压强分布图，标明静压强的大小和方向及压力体的方向。五、计算题（本大题有4小题，共43分）1.已知某流动：322222,3,0xyzuxyyuxyxu，请判别：（1）该流动是否存在；（2）是否是无旋流场；（3）是否存在流函数和势函数，为什么？（本题8分）2.两台水泵同时从水井抽水，水井通过自流管与河流相通，水井水面恒定不变，已知自流管为铸铁管，长ml401，管径mmd2001。水泵吸水管长ml0.122，管径mmd1502，沿程阻力系数03.021，局部阻力系数：自流管进口3＝进口，水泵底阀6＝底阀，90°弯管2＝弯。水泵安装高度mhs5.3，真空表读数为kPapM1.44。求：（1）泵的抽水量；（2）当泵轴标高为55m时，推算河abHρ流水面高程？（15分）第2题图第3题图3.将一平板探入水的自由射流内并垂直于射流的轴线，该平板截去射流流量的一部分Q1，并引起射流的剩余部分偏转α角，如射流流速v=30m/s，全部流量Q=36L/s，平板截去的流量Q1=12L/s，忽略液体的重量及摩擦损失，试确定射流施于平板的作用力和射流偏转转角α。（10分）4.试用π定理推导紊流达西公式。相关影响因素有压差Δp，管长L，管径d，管壁粗糙度K，动力粘度μ，密度ρ，平均流速v。（10分）六、实验问答题（共5分）通过演示实验——流动现象演示，试述卡门涡街在工程中的不利和有利之处，并阐明理由。流体力学课程56学时3.5学分考试形式：闭卷专业年级：总分100分，占总评成绩70%一、是非题（每题1分，共10分）1.√；2.×；3.×；4.×；5.√；6.×；7.×；8.√；9.×；10.×。二、单选题（每题2分，共20分）l1,d1hsQ河流水井自流管水泵pM1.B；2.A；3.C；4.D；5.A；6.B；7.C；8.B；9.D；10.B。三、填空题（共14分）1、5.88*10-6（本题2分）；2、ρghA（本题2分）3、层流；0.064；0.0052m（本题4分）4.Q1=Q2Q3；Q1Q2Q3（本题4分）5.直线均匀流动+一定距离的等强度的源和汇（本题2分）四、作图题（共8分）压力体图和压强分布图各占4分五、计算题（本大题有4小题，共43分）1.已知某流动：322222,3,0xyzuxyyuxyxu，请判别：（1）该流动是否存在；（2）是否是无旋流场；（3）是否存在流函数和势函数，为什么？（本题8分）解：（1）226(6)0yxuuxyyxxy流动是存在的。（2分）（2）322xuxyy；226yuxyxx，0xy，0yxzuuyx，所以是有旋流动。（2分）（3）有旋，所以不存在势函数。因为0zu，是平面问题，又为不可压缩流体，所以存在流函数。（2分）322223332233233()[(2)(3)]12()333xyudyudxxyydyxyxdxyxxyyxxyyx（2分）2.两台水泵同时从水井抽水，水井通过自流管与河流相通，水井水面恒定不变，已知自流管为铸铁管，长ml401，管径mmd2001。水泵吸水管长ml0.122，管径mmd1502，沿程阻力系数03.021，局部阻力系数：自流管进口3＝进口，水泵底阀6＝底阀，90°弯管2＝弯。水泵安装高度mhs5.3，真空表读数为kPapM1.44。求：l1,d1hsQ河流水井自流管水泵pM（1）泵的抽水量；（2）当泵轴标高为55m时，推算河流水面高程？（15分）解：（1）对水井液面和吸水管末端列能量方程222232000()()22Mplvvhsggdg（2分）244.1120003.5()(10.0362)9.80.152vg（3分）得v=1.31m/s，则Q=23.2l/s（2分）（2）对自流管前后液面列能量方程：24000553.500(0.0331)0.22vHg（3分）224/1.48m/svQd（3分）所以52.62mH（2分）3.将一平板探入水的自由射流内并垂直于射流的轴线，该平板截去射流流量的一部分Q1，并引起射流的剩余部分偏转α角，如射流流速v=30m/s，全部流量Q=36L/s，平板截去的流量Q1=12L/s，忽略液体的重量及摩擦损失，试确定射流施于平板的作用力和射流偏转转角α。（10分）解：对3个断面列能量方程得（2分）列y向动量方程（4分）列x向动量方程（3分）方向向右（1分）4.试用π定理推导紊流达西公式。相关影响因素有压差Δp，管长L，管径d，管壁粗糙度K，动力粘度μ，密度ρ，平均流速v。（10分）解：一般函数关系式为(,,,,,,)0fpLdKv（1分）选，v，d为三个基本量，则有4个π：（1分）1211113111122223212211333333133244443[],11,12,10[][][][],20,20,21[][][][],31,31,31[][][][][abcabcabcabcabcabcabcpMLTabcvdMLLTLLLabcvdMLLTLMLTabcvdMLLTLKMTvdML414440,40,41][][]abcabcLTL（4分）所以12342,,Re,pLKvdvdd（1分）则函数变为222001122012222pvpvpvzzzgggggg12030m/svvvv1122sin0yFQvQv12sin/12/240.5QQ3022cosxFQvQvF100030(0.0360.024cos30)456NF'456NF1234'(,,,)0f，即2'(,,,)0pLKfvdvdd（1分）整理得''2(Re,)pKLfvdd，22''2(Re,)22pKLvLvfgddgdg（1分）得证明22fLvhdg，其中''2(Re,)Kfd（1分）六、实验问答题（共4分）通过演示实验——流动现象演示，试述卡门涡街在工程中的不利和有利之处，并阐明理由。每当一个旋涡脱离开柱体时，在柱体的两侧交替地产生着旋转方向相反的旋涡，使绕流体产生横向力，即升力。横向力的方向交替地变化，使柱体产生了一定频率的横向振动。若该频率接近柱体的自振频率，就可能产生共振，象桥梁，高层建筑等，一旦共振就容易垮塌，造成严重安全事故。（2分）但也有有利之处，如其共振频率很高，可充分用于热工中的传热系统的“冷凝器”及其他工业管道的热交换器等，流体流经圆柱时，边界层内的流体和柱体发生热交换，柱体后的旋涡则起混掺作用，然后流经下一柱体，再交换再混掺，换热效果较佳。（2分）