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2006工程流体力学试卷答案


哈尔滨工业大学二〇〇六年秋季学期

工程流体力学
题号 分数
一.解答下列概念或问题 (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、 ( 2.断面平均流速表达式 V =(

试题
总 分

)粘度和(

)粘度。 ) 。 ) 。

) ;时均流速表达式 ? =(

3.一两维流动 y 方向的速度为 ? y ? f (t , x, y) ,在欧拉法中 y 方向的加速度为 a y =( 4.动量修正因数(系数)的定义式 ? 0 =( 5.雷诺数 Re =( ) ,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.已知平面不可压缩流体流动的流速为 ? x ? x 2 ? 2x ? 4 y , ? y ? ?2 xy ? 2 y 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 m / s 的速度从直径 d ? 100 mm 的喷口射出,冲击一对称叶片,叶片角度 ? ? 45 ,

(20 分)

求: (20 分) 1. 当叶片不动时射流对叶片的冲击力; 2. 当叶片以 12 m / s 的速度后退而喷口固定不动时,射流对叶片的冲击力。

1

第2 页 共2 页

第(五)题图 六.求 如 图 所 示 管 路 系 统 中 的 输 水 流 量 qV , 已 知 H =24 , l1 ? l 2 ? l3 ? l 4 ? 100m , (20 d1 ? d 2 ? d 4 ? 100mm, d 3 ? 200mm, ?1 ? ?2 ? ?4 ? 0.025, ?3 ? 0.02 , ?阀 ? 30 。 分)

第(六)题图

2

工程流体力学试题参考答案

一\选择题部分 (1)在水力学中,单位质量力是指(答案:c ) a、单位面积液体受到的质量力;b、单位体积液体受到 的质量力; c、单位质量液体受到的质量力;d、单位重量液体受到 的质量力。
(2)在平衡液体中,质量力与等压面(答案:d )

a、重合; a、1 kN/m2 10 kN/m
2

b、平行
2

c、相交;

d、正交。 d、

(3)液体中某点的绝对压强为 100kN/m ,则该点的相对压强为

b、2 kN/m2

c、5 kN/m2

答案:b (4)水力学中的一维流动是指(答案:d a、恒定流动; b、均匀流动;



c、层流运动; d、运动要素只与一个坐标有关的流动。
(5)有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d /R=(答案:b )

a、8;

b、4;

c、2;

d、1。

(6)已知液体流动的沿程水力摩擦系数 ? 与 边壁相对粗糙度和雷诺数 Re 都有关,即可以判断该液体流动属于答案: c

a、层流区; b、紊流光滑区; c、紊流过渡粗糙区; d、紊流粗糙区 (7)突然完全关闭管道末端的阀门,产生直接水击。已知水击波 速 c=1000m/s,水击压强水头 H = 250m,则管道中原来的流速 v0 为答案:c a、1.54m 3.22m (8)在明渠中不可以发生的流动是( a、恒定均匀流; c、非恒定均匀流; 答案:c ) b、恒定非均匀流; d、非恒定非均匀流。
答案:b

b 、2.0m

c 、2.45m

d、

(9)在缓坡明渠中不可以发生的流动是( 非均匀急流。

) 。

a、均匀缓流; b、均匀急流; c、非均匀缓流; d、

3

(10)底宽 b=1.5m 的矩形明渠,通过的流量 Q =1.5m3/s,已知渠中某处水 深 h = 0.4m,则该处水流的流态为答案:b

a、 缓流; b、急流; c、临界流; (11)闸孔出流的流量 Q 与闸前水头的 H( 正比。 a、1 次方 1/2 次方 (12)渗流研究的对象是( 答案:a )的运动规律。 a、重力水; b、毛细水; c、气态水; d、薄膜水。 (13)测量水槽中某点水流流速的仪器有答案:b a、文丘里计 薄壁堰 (14)按重力相似准则设计的水力学模型,长度比尺λ L=100,模 型中水深为 0.1 米,则原型中对应点水深为和流量比尺为答案:d a、 1 米,λ c、1 米,λ
Q Q

答案:d

)成 d、

b、2 次方

c、3/2 次方

b、毕托管

c、测压管

d、

=1000; =100000;

b、10 米,λ d、10 米,λ

Q

=100;

Q =100000。

2、判断题: (每小题 2 分) (1)任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。 (错误 ) 答案: (2)水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 ( ) 答案:错误 (3)水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 ( ) 答案:错误 ( 4 ) 粘 滞 性 是 液 体 产 生 水 头 损 失 的 内 因 。 ( ) 答案:正确 (5)同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 ( ) 答案:正确 (6)在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。
4





答案:错误 ( 7 ) 矩 形 断 面 水 力 最 佳 断 面 的 宽 深 比 β =2 。 ( ) 答案:正确 ( 8 ) 断 面 比 能 沿 流 程 总 是 减 小 的 。 ( ) 答案:错误 (9)在流量和渠道断面形式一定的条件下,跃前水深越大, 跃 后 水 深 也 越 大 。 (

) 答案:错误 (10)渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流,并且 无渗透变形。 ( ) 答案:正确 3、填空题: (每小题 2 ~ 4 分) (1) 牛顿内摩擦定律适用的条件是 层流运动 和 牛顿液体 。 (2) 液体中某点的绝对压强为 100kN/m2, 则该点的相对压强为 2 ??????2???????kN/m ,真空度为 不存在 。 (3) 只 受 重 力 作 用 , 静 止 液 体 中 的 等 压 面 是 ???? 水 平 面 ????????????。
5

(4) 实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是 ???答 (5) (6) (7) (8) 案:液体存在粘滞性和边界的影响?。 水流在明渠中的流态为缓流时,其水深 h????? hk,弗汝德 数 Fr?? ????1。 在流量不变的条件下,水跃的跃前水深越小,则水跃的跃 后水深越??大??。 根据管道水头损失计算方法的不同,管道可以分为????短 管???和????长管????。 在水击计算中阀门关闭的时间 Ts ? 水击相长 Tr 的水击, 称为??????直接???? 水击,把 Ts ? Tr 的水击称为?????

间接?????水击。 (9) a2 型水面曲线是发生在 ??? 陡坡 ?? 坡上的 ???? 缓流 ????流(指急流或缓流)的水面线,这时弗汝德数 Fr 沿程 ??减小????(指增大、减小或不变) (10) 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的???3/2 ????? 次方成正 比。 (11) 泄水建筑物下游发生远驱水跃时,下游收缩断面水深 hc 的共轭水深 hc’’ ????????ht(ht 为下游河道的水深,填写? 、? 、 ?符号) 答案:填写? 、? 、?符号 (12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型,长度比尺 λ 当模型中某点的流速为 v m= o.8m/s, 则原型中对应点的流 L=25, 速为 vp=???4m/s ?????m/s 。 4、问答题: (每小题 3 ~ 4 分) (1)什么是理想液体?为什么要引入理想液体的概念? 答案:理想液体是指没有粘滞性的液体。 实际液体都具有粘滞性,在液体流动时会引起能量损失,给 分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论,我们引 入了理想液体的概念,忽略液体的粘滞性,分析其运动规律,然 后再考虑粘滞性影响进行修正,可以得到实际水流的运动规律, 用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法。 (2) “均匀流一定是恒定流” ,这种说法是否正确?为什么? 答案:这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言,恒定
6

是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时,虽然是恒 定流,但它不是均匀流。 (3)简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ 的变化规律。 答案:通过尼古拉兹实验可以发现:在层流中λ 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re 成反比;在层流到紊流过渡区,λ 仅是 Re 的 ? ? 函数;在紊流光滑区λ =f1(Re) ; 过渡区λ =f2(Re, ) ;粗糙 R R 区λ =f3( ) ,紊流粗糙区又称为阻力平方区。 (4)为什么舍齐公式 只适用于阻力平方区? v ? C Ri 答案:舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公 式,自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区,因此该公式 只适用于紊流阻力平方区。 (5)流动相似的含义是什么? 答案:流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。其中 几何相似是前提,动力相似是保证,才能实现流动相似。 (6) 从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的 原因。 答案:均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变,但 水流运动总要消耗能量,因此从能量方程来分析,只能消耗位能 来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。 (7)分析水面曲线时,如何寻找急流和缓流的控制断面? 答案:急流的控制断面在上游,因为外界对急流的干扰不能 向上游传播;缓流的控制断面在下游,其原因与急流正好相反。 (8)在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别? 答案:达西定律适用于任一点的渗流流速 u=kJ,其适用于恒 定均匀层流渗流; 而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流, 同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于 v= kJ。 5、作图题: (1) 定性绘出图示管道 (短管) 的总水头线和测压管水头线。 (5 分)

v0=0
7

测 压 管 水 头 线

总 水 头 线

v0=0

解: (2)定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线,并注明曲线 名称及流态。(各渠段均充分长,各段糙率相同)
K

i1 <iK

i2 <iK

K

i3 >iK

N1 K

缓流

a1
N1

缓流

b1
N 3 b2
急流

i1 <iK

i2 <i K

i3 >iK

K N3

(5 分) 6、计算题: (1) 图示一跨河倒虹吸管, 正方形断面面积为 A=0.64 m2, 长 l =50 m,两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系 数分别为ζ 1=0.2,ζ 2=0.5,ζ 3=1.0,沿程水力摩擦系数λ =0.024,上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q ? 分) ( 10

8

解: 按短管计算,取下游水面为基准面,对 上下游渠道内的计算断面建立能量方程 l v2 H ? hw ? (? ? ?? ) 4R 2g (5 分) 计算方形管道断面的水力半径和局部水头损 失系数
R? A ? 0.2m ,

?

?? ? 0.2 ? 2 ? 0.5 ? 1.0 ? 1.9

将参数代入上式计算,可以求解得到

? v ? 4.16m/s , Q ? vA ? 2.662m 3 /s 分)
即倒虹吸管内通过的流量为 2.662m3/s 。

(5

( 2 ) 从水箱接一橡胶管道及喷嘴 ( 如图 ) 。橡胶管直径 D=7.5cm,喷嘴出口直径 d=2.0cm。水头 H =5.5 m。由水箱至喷 嘴的水头损失 hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的 压强 p = 4.9N?cm2。如用手握住喷嘴,需要多大的水平力 R,行 近 流 速 v0=0 , 取 动 能 校 正 系 数 和 动 量 校 正 系 数 均 为 1 。 (15 分)

9

解:以过喷嘴中心的水平面为基准面,列水箱 渐变流断面 1—1 和喷嘴出口断面 2—2 的能量方程 2 v H ? 0 ? 0 ? 0 ? 0 ? 2 ? 0.5 2g 分) 求得喷嘴出口流速和流量为

(5

v2 ? 2 g ? 5 ? 9.9 m s
s

m3 Q ? v 2 A2 ? 0.000314

(1.5 分) 橡胶管道内的流速为 Q v3 ? ? 0.7 0 m 6 s A3 (1 分) 对 于 喷 嘴 建 立 x 方 向 的 动 量 方 程

p3 A3 ? R ? ? ? Q(v2 x ? v3x ) R ? p3 A3 ? ? Q(v2 ? v3 ) ? 187.79
(6.5 分) 水流对喷嘴冲击力为 R? ? ? R 即为手握喷嘴所需之力。 (1 分) (3) 有一梯形渠道,底宽 b =10 m,水深 h = 3 m,边坡
10

N

为 1:1,糙率 n = 0.014,底坡 i=0.001。如流动在紊流粗糙区 , 求通过的流量 Q。 (9 分)
A ? bh ? mh 2 ? 39 m2

解:计算渠道断面水力要素, 过流断面面积 (1.5 分) 湿周 (1.5 分) 水 力 半 径 (1 分) 舍 齐 系 数 (2 分) 通过的流量 (3 分) (4)某矩形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽 B=18m, 流量 Q=265m3/s,坝下收缩断面处水深 hc=1.1m,当坝下游水深 ht=4.7m 时,问: 1 ) 坝 下 游 (4 分) 2 ) 如 发 生 水 跃 , 属 于 何 种 形 式 的 水 跃 ? (4 分) 3) 是否需要修建消能工?若需要修建消能工,估算消力池 深。 (4 分) q = Q/B =265/18 =14.72 m3/sm 解:1)计算临界水深 hk,判断收缩断面和下游水流流态, ( 12 分) 是 否 发 生 水 跃 ? Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s
C?
1 1 16 R ? 80.90 m 2 / s n

x ? b ? 2 1 ? m2 h ? 18.49 m
A ? 2.11 x

R?

m

hk ? 3

?q 2
g

?3

14.722 ? 2.81 m 9.8
hk 为急流,下游水深 ht=4.7m ?

因为收缩断面水深 hk 为缓流,

hc =1.1 m

11

所以溢流坝下游必定发生水跃。 2)计算收缩断面处水深 hc 的共軛水深 hc" hc q2 ( 1 ? 8 ? 1) " 3 hc = 2 ghc

1.1 14.722 = 2 ? ( 1 ? 8 ? 9.8 ? 1.13 ? 1) =5.81m
因为 hc" ? ht ,该水跃为远驱水跃。

3)溢流坝下游发生远驱水跃,需要修建消力池。 估算消力池深 d,取水跃淹没系数 ?j =1.05 则池深约为 d = ?j hc"- ht =1.05?5.81 – 4.7 = 1.40 m

中国矿业大学 2007~2008 学年第 2 学期 《工程流体力学》试卷( )卷
课程编号:03034 学院 题 号 得 分 阅卷人 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 ? 的液体,
12

考试时间:100 分钟 班级 二 三

考试方式:闭 卷 姓名 学号 总分

化工 一

则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( ) 。 A.相等; B.不相等。 3.某点的真空度为 65000 Pa,当地大气压为 0.1MPa,该点的绝 对压强为: A. 65000Pa; B. 55000Pa; C. 35000Pa; D. 165000Pa。 4. 静止流体中任意形状平面壁上压力值等于___ 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( )。 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。 7.动力粘滞系数的单位是( )。 2 A N·s/m B. N·s/m C. m2/s D. m/s
cr 和由紊流向层 8.雷诺实验中,由层流向紊流过渡的临界流速 v' v 流过渡的临界流速 cr之间的关系是( )。 cr< vcr; B. v' cr> vcr; C. v' cr= vcr; D. 不 确 定 A. v' 9.在如图所示的密闭容器上装有 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. p1=p2=p3; B. p1>p2>p3; C. p1<p2<p3; D. p2<p1<p3。 10.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. 如图所示,一洒水车等加速度 a=0.98m/s2 向右行驶,求水车 内自由表面与水平面间的夹角 ;若 B 点在运动前位于水面下深 为 h=1.0m,距 z 轴为 xB=-1.5m,求洒水车加速运动后该点的
13

静水压强。 (15 分)

5 h ? 3m 。 2. 水自压力容器稳定地流出。 表压 pM ? 10.13 ?10 N / m ,

2

喷嘴直径 d2 ? 50mm , d1 ? 100mm 。若不 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) 3.如图所示为一文丘里流量计,起作用 的是渐缩管段,气体流动方向如图,已 知气体密度 ? ? 1.25kg / m , 1-1 和 2-2
3

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)

试卷标准答案
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——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——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
14

也必然是相同的(3 分) 质量力——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——根据需要选取的具有确定位置和形状的微元 流体。控制体的表面称为控制面 稳态流动——流场中各点的运动参数不随时间变化 动量损失厚度——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——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——沿流动方向上压力逐渐升高,边界层的流动 受抑制容易产生分离。 连续介质假说——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——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;10D 三.计算题(共 3 小题,共 50 分) 1. 如图所示,一洒水车等加速度 a=0.98m/s2 向 右行驶, 求水车内自由表面与水平面间的夹角 ; 若 B 点在运动前位于水面下深为 h=1.0m,距 z 轴为 xB=-1.5m,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
15

标原点) X=-a ; Y=0 ;Z= -g (2 分) 代入式 欧拉平衡微分方程: 得: 积分得: (3 分) (2 分)

在自由液面上,有: x=z=0 ;p= p0(1 分) 得: C=p0 =0 (1 分) 代入上式得:

B点的压强为:

(2 分) 自由液面方程为(∵液面上 p0=0)

ax+gz=0(2 分)
即:

(2 分) 2 . 水 自 压 力 容 器 稳 定 地 流 出 。 表 压

pM ? 1 0 . ? 1 35 N 1 0m, / h ? 3m 。 喷 嘴 直 径
d2 ? 50mm , d1 ? 100mm 。若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: o ? 2 断面的伯努力方程为

2

16

pM V22 ?0?h ? 0? ?g 2g

(3 分)

V2 ? 2 g (

pM ? h) ? 2 ? 9.81(10.33 ?10 ? 3) ? 45.66m / s ?g (1 分)

V1 ?

2 d2 V2 V2 ? ? 11.42m / s d12 4

(1 分)

1 ? 2 断面的伯努力方程为

p1 V12 V22 ? ? ? g 2g 2g
p1 ?

(3 分)
1000 (1954.4) ? 977.2kN / m 2 2
2 d2 ? 0.09m3 / s

?
2

(V22 ? V12 ) ?

(2 分)

Q ? V1

?
4

d12 ? V2

?
4

(1 分)

设喷嘴作用在控制体上的力为 Px ,利用动量定理,有

? Fx ? ?Q(V2 ? V1 )
p1

(3 分)

?
4

d12 ? px ? ? Q (V2 ? V1 )

(3 分)

4 (2 分)

px ? p1

?

d12 ? ? Q(V1 ? V2 ) ? 977.2 ?103 ?

?
4

? 0.12 ? 1000 ? 0.09(?34.24) ? 4.6kN

即管嘴上螺栓群所受的拉力为 4.6kN (1 分)

3.如图所示为一文丘里流量计,起 作用的是渐缩管段,气体流动方向如 图,已知气体密度 ? ? 1.25kg / m ,1
3

17

-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:1-1 和 2-2 截面处于缓变流中(2 分) ,列总流的伯努力方 程有:

p v p v Z1 ? 1 ? 1 ? Z 2 ? 2 ? 2 (3 分),其中 Z1 = Z 2 (1 分) ?g 2 g ?g 2 g
(1)

2

2

根据连续性方程有:

v1 A1 ? v2 A2
(2)



2





设 U 型管左侧水面到底部(Z=0)的距离为 L,有:

p1 ? ?g (Z1 ? L) ? p2 ? ?g (Z 2 ? L ? h) ? ?水 gh (3 分)
(3)

根据上述三式带入已知条件,求得: (2 分) Q ? v2 A2 =3.73m3/s(2 分) v2 =29.67m/s,

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工程流体力学试卷 1 得分 评卷人
一、填空(每空 1 分,共 20 分)

1、( )称为流体的密度 ρ,重度 γ 与密度的关 系为( ). o 2、 20 C 的完全气体其体膨胀系数为 ( ) , 表压力为 110mmHg 的完全气体,其弹性模量为( ) (已知当地大气压为标 准大气压) 3、切应力 τ 与流体的角速度变形成( ) ,其比例系数 μ 为 流体的( ). 4、作用在流体上的力分为( )和( ) 5、圆管中的层流流动其速度分布为( ).平均 速度为最大速度的( ).
?6 2 6、粘性为? ? 1.007?10 m s 的水在直径为 d=100mm 的管道中

流动,管内 Re=500,则流速为( 力系数为( ).

) ,此时管道的沿程阻

7 、 已 知 理 想 不 可 压 缩 流 体 , 流 速 为 u ? 2x ? 3 y ? 6z ,
v ? 3x ? 4 y ? 5z , w ? 4 x ? 3 y ? 6 z ,则流动(

) (是/否)连

续, ( ) (是/否)有势. 8、沿曲线 L 的速度环量( )通过以 L 为边界的曲面的涡通 量. 涡通量( ) (随/不随)时间变化. 9、流网中流线与等势线( ).
2 2 10、理想不可压缩流体的平面流动,其流函数为 ? ? 6 x ? 7 y ,

则u ?(

) ,v ?(

).

11、 若某流体的密度变化率为 d? ? ? 2% , 则其体积变化率 dv v ? ( )

得分

评卷人

二、判断与改错(每题 2 分,共 10 分)

19

1、1、等压面上的每一个空间上的单位质量力,必与过该点的等 压面垂直( ). 2、2、定常流动是指运动状态不随时间和空间变化的流动( ).

3、3、对于圆管层流,沿程水头损失 4、4、流体总是从高处流向低处( ).

hf ? ?

l c2 ?c 2 d 2g ( ).

5、5、理想不可压缩流体的平面流动一定具有流函数( ).

得分

评卷人

三、选择(每题 2 分,共 10 分)

1、1 、如图,容器内装有两种不同的液体 ( ?1 ? ? 2 ),则图中测压管内液体高度为( ).

A、h1 ? h2 B、?1h1 ? ? 2 h2 C、??1h1 ? ? 2 h2 ? ? 2 D、??1h1 ? ? 2 h2 ? ?1 2、 已知突然扩大管道前后管段的管径之比为 d1 d 2 ? 0.5 , 则突扩 前后断面流速之比 c1 c2 ? ( ) A、4 B、2 C、1 D、0.5 3、若圆管内水流为层流运动,则有( ) A 、 qv ?d? ? 500 B 、 qv ?d? ? 2000 C 、 qv ?d? ? 500 D 、

qv ?d? ? 2000
4、边界层分离现象发生在( )区域。
20

A、降压加速 速

B、增压降速

C、降压降速

D、增压增

5、已知某液体的运动粘度? 增加 15%,密度 ? 减小 10%,则其动 力黏度 ? 增加()% A、3.5 B、5 C、10 D、15

得分

评卷人

四、名词解释(每题 2 分,共 10 分)

1、表面力与质量力 2、粘性 3、有效截面 4、马赫数 5、局部阻力损失

得分

评卷人

五、 简答与简单计算 (每题 5 分, 共 20 分)

1、1、试述卡门涡街的利用及其危害?

2、2、简述尼古拉兹实验的目的,以及实验将流动分为哪几个分 区?

3、3、煤气罐顶、底各安装一 U 形水观测压计,高度差 H=20m, 测得 h1=150mm,h2=165mm,已知管外空气密度为

?1 ? 1.293kg m3 ,则煤气的密度 ? 2 为?

21

4、4、 已知平面流动的速度分别为:u ? x ,v ? ? y ; 试求: M(1,1) 点的流线方程.

得分

评卷人

六、计算(共 30 分)

1、1、设一个绕中心轴 Z 旋转的圆桶(如图) ,直径为 D=1m,高 H=1.2m,盛水深 h=0.8m. 将此桶从静止开始旋转 求: (1)水开始从桶口沿溢出时圆桶旋转角速度.(4 分) (2)桶中心无水见底时圆桶旋转角速度. (3 分)

2、 水箱侧壁通过圆柱形入口接出一根由三段不同管径的镀锌钢管 所组成的管道 . 已知 d1 ? 200mm, d 2 ? 100mm, d 3 ? 150mm ;

L1 ? 5m , L2 ? 3m , L3 ? 4m ,水温为 20oC. 若管道的出口流速
c3 ? 3m s , l1 ? l 2 ? 2m ,求水箱内水位高度 H 及 U 型管内水银
高度差 h?(镀锌钢管绝对粗糙度为 Δ=0.15mm,20oc 水的运动粘 度为 1.007× 10-6 ㎡/s)
22

? k 68 ? ? ? 0.11? ? ? ? d Re ? [已知: 管内紊流的沿程损失系数为

0.25

] (15 分)

qv ? 2m3 s , d1 ? 2m , d 2 ? 1.5m ,p1 ? 3 ?105 Pa 3、 已知, (表压) ,

不计流动水力损失,求支座受力 R ?(8 分)

工程流体力学试卷 2 得分 评卷人
一、填空(每空 1 分,共 20 分)

1、( )是理想流体,忽略流体密度变化的流体 为( ). 2 、 200oc 的完全气体其体膨胀系数为( ) ,表压力为 200mmHg 的完全气体,其弹性模量为( ) (当地大 气压为标准大气压) 3、 ( )和( )的比值叫马赫数.
?6 2 4、粘性为? ? 1.306?10 m s 的水在直径为 d=150mm 的管道中

23

流动,若管内 Re=600,则流速为( 阻力系数为( ).

) ,此时管道的沿程 )

v ? ?4 x , 5、 已知理想不可压缩流体, 流速为 u ? 4 y , 则流动 (

(是/否)有旋, ? z ? (

) ) ,v ?( )和( ). ).

6、平面势流 ? ? 5 x ? 4 y ,则 u ? ( 7、作用在流体上的力分为(
2

du ? 0.2 m s 8、切应力 ? ? 5.0 N m ,流体的速度梯度为 dy ,则流

体的动力黏度为( ) 9、管路总损失等于( )和( )之和. 10、 串联管路总流量与各个支路流量 ( ) , 并联管路总流量 ( ) 各个支路流量之和. 11、流网中,流线和等势线( ). 二、判断与改错(每题 2 分,共 10 分)

得分

评卷人

6、1、在静止流体中任一点的压强值与其位置无关.( )

c2 7、2、圆管内流动,在流量 qv 一定的条件下,流速水头 2 g 和管
道直径 d 成正比.( ) 8、3、不管是层流还是紊流,其运动要素在时间上都具有脉动性. ( ). 4、长为 6m,宽为 4m 的长方形管道,其水力半径为 1m( ). 5、理想不可压缩流体的平面流动一定具有势函数( ).

得分

评卷人

三、选择(每题 2 分,共 10 分)

2、1、 在静止流体中, 质量力恒与等压面 ( )
24

A、重合 B、平行 C、相交 D、正交

d1 1 ? 2、已知突然扩大管道前后管段的管径之比为 d 2 3 ,则突扩前 c1 ? c 2 后断面流速之比 ()
A、9 B、6 C、3 D、1/3 3、如图所示的三通管流动,可得

A、 qv1 ? qv 2 ? qv3 B、 qv1 ? qv 2 ? qv3 C、 qv1 ? qv 2 ? qv3 ? 0 D、无法 计算 4、下列各力中,属于质量力的是( ) A、重力 B、摩擦力 C、压力 D、表面张力 5、沿封闭曲线 L 的速度环量( )通过该曲线所围成曲面 A 的涡 通量. A、> B、= C、< D、不确定

得分

评卷人

四、名词解释(每题 2 分,共 10 分)

1、表压强与真空值 2、粘性 3、定常流动 4、层流 5、卡门涡街

得分

评卷人

五、 简答及简单计算 (每题 5 分, 共 20 分)

2、1、设一个绕中心轴 Z 旋转的圆桶(如图) ,直径为 D=0.5m,
25

高 H=1m,盛水深 h=0.6m. 将此桶从静止开始旋转,如图,则 桶中心无水见底时圆桶旋转角速度?

3、2、既然圆管内层流运动时沿程水头损失与流速的一次方成正 比,即 h f ?c ,为什么又称

hf ? ?

l c2 d 2 g 为计算圆管内沿程水头

损失的通用公式?这里沿程水头损失不是与流速的平方成正 比吗?

4、3、简述边界层分离现象及影响的因素.

5、4、已知平面流动的速度分别为:u ? x ? 1 ,v ? ? y ? 1 ;试求: 过 M(1,1)点的流线方程.

得分

评卷人

六、计算(共 30 分)

1、1、如图,用两个压差计连接两个装有同 种液体 ? 的液箱, 具有不同的液位高程, 试证明箱内液体的密

26

??
度为

?1h1 ? ? 2 h2
h1 ? h2
(7 分)

2、 水箱侧壁通过流线型入口接出一根由三段不同管径的镀锌钢管 所组成的管道 . 已知 d1 ? 150mm , d 2 ? 100mm, d 3 ? 200mm ;

L1 ? 5m , L2 ? 4m , L3 ? 4m ,水温为 20oC.若管道的出口流速
c3 ? 2m s , l1 ? 1m , l2 ? 2m 求水箱内水位高度 H 及 U 型管内水
银高度差 h? (镀锌钢管绝对粗糙度为 ? =0.15mm, 20oc 水的运动 粘度为 1.007× 10-6 ㎡/s)

? ? 68 ? ? ? 0.11? ? ? ? d Re ? [已知: 管内紊流的沿程损失系数为

0.25

] (15 分)

27

3、3、高压管段末端的喷嘴如图,出口直径 d=10cm,管端直径
3 D=40cm,流量 qv ? 0.4m s ,喷嘴和管以法兰连接,共用 12

个螺栓,不计水和管嘴的质量及流动损失,求每个螺栓的受 力?(8 分)

28


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