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流体力学试题及答案3[1]


2. 一、判断题(20 分) 长管 。

解:本问题的物理量共有 5 个,n=5,基本量纲为[M]、[L]、[T],即 m=3(2) 写出 5 个物理量的量纲(2 分)

物理方程等式两边的量纲或因次一定相等。 (T)

9.紊流区的时均速度分布具有对数函数的形式,比旋转抛物面要均匀得多,这主要是因为脉动速度使流体质

为了减小压差阻力,就应该设法推迟边界层分离现象的发生。 (T)

点之间发生强烈的 动量交换 ,使速度分布趋于均匀。 正确选取循环量(2 分)

Π1 =

F ρV 2 D 2

压力体的体积表示一个数学积分,与压力体内是否有气体无关。 (T)

10. 流体在运动中如果遇到因边界发生急剧变化的局部障碍(如阀门,截面积突变) ,流线会发生变形,并

流体静止时,切应力为零。 (T)

出现许多大小小的

旋涡 ,耗散一部分

机械能,这种在局部区域被耗散掉的机械能称为局部水头损 组合并求出无量纲数 1(2 分)

Π2 =

? ρVD

温度升高液体的表面张力系数增大。 (F)

失。 组合并求出无量纲数 2(2 分) 三、选择题(单选题,请正确的答案前字母下打“∨” )

液滴内的压强比大气压小。 (F) 1.流体的粘性与流体的__ __无关。 (A) 分子内聚力 (B) 分子动量交换 (C) 温度 (D) ∨ 速度梯度 声音传播过程是一个等熵过程。 (T) 解:

V=

Q = 0.885m / s πd 2 (2 分) Vd = 1620 < 2320

气体的粘性随温度的升高而增大。 (T)

2.表面张力系数

的量纲是____ 。 (A) ∨

(B)

(C)

(D)

Re =
冬季:
o o

应用总流伯努利方程解题时,两个断面间一定是缓变流,方程才成立。 (F)
o o

ν

3.下列四种液体中,接触角 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。 (F)

的液体不润湿固体。 (A) ∨120

(B) 20

(C) 10

(D) 0

4.毛细液柱高度 h 与____成反比。 (A) 表面张力系数 (B) 接触角 (C) ∨ 管径 (D) 粘性系数 不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡。 (T) 5. 用 一 块 平 板 挡 水 , 平 板 形 心 的 淹 深 为 对流程是指海拔 11km 以上的高空。 (F) ,压力中心的淹深为 ,当 增大时,

hf = λ

l V2 64 ,λ = d 2g Re (4 分)

hf =
静止的流体中任意一点的各个方向上的压强值均相等。 (T) 。 (A)增大 (B)不变 (C) ∨减小 在拉格朗日法中,流体质点轨迹给定,因此加速度很容易求得。 (T) 6.液体随容器作等角速度旋转时, 重力和惯性力的合力总是与液体自由面_ __ _ 。 (A) ∨正交 (B) 斜

64 l V 2 = 23.65(油柱) Re d 2 g
Re = Vd = 4986
(1 分)

对于定常流动的总流,任意两个截面上的流量都是相等的。 (T)

交 (C) 相切

夏季:

ν

紊流水力粗糙管的沿程水头损失系数与雷诺数无关。 (T)

7.在____流动中,流线和迹线重合。 (A) ∨ 定常 (B) 非定常 (C) 不可压缩 (D) 无粘

4000 < Re < 80
因为:

在研究水击现象时,一定要考虑流体的压缩性。 (T)

8.控制体是____ 。 (A)

包含一定质量的系统 (B) 位置、形状都变化的空间体 (C) ∨固定的空间体

d = 80000 ? 所以应用勃拉修斯公式(2 分)

雷诺数是一个无量纲数,它反映流动的粘性力与重力的关系。 (F)

(D) 形状不变,位置移动的空间体

λ=

0.3164 = 0.0378 Re 0.25

当马赫数小于一时,在收缩截面管道中作加速流动。 (T)

9.连续性方程表示控制体的____守恒。 (A) 能量 (B) 动量 (C) 流量 (D) ∨ 质量

对于冷却流动 dq 小于 0,亚音速流作减速运动超音速流作加速运动。 (T)

10.流体微团的变形速度包括 三、简答题(20 分,每小题 5 分):

。 (A)线变形 (B)角变形 (C)旋转角速度 (D)∨前三者之和

l V2 hf = λ = 22.64(油柱) d 2g (1 分)
2. 长

二、填空题(10 分) 1.简述先择循环量的一般原则。 1.流动相似指的是两个流动系统所有对应点的对应物理量之比相等,具体地说,就是要满足,几何相似、运 答:循环量选取的一般原则是:为了保证几何相似,应选取一个长变变量;为了保证运动相似,应选一个速 度变量;为了保证动力相似,应选一个与质量有关的物理量,如密度。通常这 m 个循环量中包含了 L,M,T 这 动相似和动力相似。 三个基本量纲。

l = 1000m , 直 径 d = 150mm

的水平管道,出口压强为大气压,入口的表压强为

3 0.965 × 106 Pa ,管内石油的密度为 ρ = 920kg / m ,其运动粘度ν = 4 × 10 ?4 m 2 / s ,试

求体积流量。 2.自由面上的压强的任何变化,都会 等值 地传递到液体中的任何一点,这就是由斯卡定律。 2.说明哪些情况可以近似为平面流动。 答:当物体一个方向的尺度比别两个方面尺度大得多时,可以近似地看作是截面形状不变的柱体,对于垂直 3.流动相似的主导因素是动力相似,只有满足了这一点才能保证运动相似。 于这个柱体母线的流动,除柱体边缘的区域外可以看作是平面流动。 假定流动为层流 4.从海平面到 11km 处是 对流层 ,该层内温度随高度线性地 降低 。 3.简述复位势的性质 答:两点的复位势之差是个复数,其实部是两点连线上的速度环量,虚部是通过两点连线的流量;复位势允 5.马赫准则要求两种流动的惯性力与由于压缩性引起的弹性力成比例。 许加任一复常数而不改变所代表的流动;两个不可压缩平面势流叠加仍得到一个平面势流,其复位势是原来 6.水头损失可分为两种类型: 沿层损失 和 局部损失 。 两个复位势之和。 故为层流,与假定相符,于是流量为 五、 (40 分,每小题 10 分): 7.在工程实践中,通常认为,当管流的雷诺数超过 2320 ,流态属于紊流。 1. 8.在工程实际中,如果管道比较长,沿程损失远大于局部损失,局部损失可以忽略,这种管在水力学中称为 试利用布金汉定理求无量纲数。 (10 分) 若作用在圆球上的阻力 F 与球在流体中的运动速度 V、 球的直径 D 及流体的密度 解:

? = ρν = 0.368kg / m ? s (4 分)
p ? pa r02 Vd = 1.8438, Re = = 691 l 8? ν

V=

ρ 和动力粘度 ? 有关,

Q=

πd 2
4

V = 0.0326m3 / s

2.如图所示,矩形平板将渠道上、下游的水隔开,平板为单位宽度,水平倾角为

θ 。此平板可绕一个固定铰

轴 O 转动。上、下游水深为 H 和 h ,设铰轴 O 至板底边 B 之距为 S ,求证:为保证平板在上下游水压

S>
力作用下不会自动开启,应使 解:

H 3 ? h3 3( H 2 ? h 2 ) sin θ

F=
分)

1 1 H / sin ρgH 2 作用点在距板底 B : 3 1 1 h / sin ρgh 2 作用点在距板底 B : 3

θ
(3

f =

θ
(3

分) 板不会自动开启应满足:

1 1 F ( S ? H / sin θ ) > f ( S ? h / sin θ ) 3 3 (2 分)
整理得

S>

H 3 ? h3 3( H 2 ? h 2 ) sin θ

3.水泵装置如图。水泵安装高度 h=2.5m,高低水池液面(面积足够大)高差 Z=20m,吸水管管径 D1=0.2m, 长度 l1=5m,沿程阻力系数为 0.02,总局部水头损失系数为 5;压水管的直径 D2=0.15m,l2=50m,沿程阻 力系数为 0.03,压管总的局部水头损失系数为 6,测得水泵出口处的表压 P-Pa=2×105Pa.试求:①水泵输 水量 Q 和②水泵的功率(水泵的功率系数为 0.80)(10 分) 。 解:2-2 和 3-3 应用总流的伯努力方程:
2 2 pa l2 v2 p v2 + =z+ + (λ 2 +ζ2) h+ ρg 2 g ρg d2 2g

(4 分)

v 解得, 2
Q = v2

= 1.95m / s (1 分)

πd 22
4

= 0.034m 3 / s
(3 分)

P = ρgQ( z + hw ) / η = 9.88 KW

(2 分)


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