工程流體力學(xué)

1、1.粘性 流體抵抗變形的特性。2.流線 在流場(chǎng)中某一瞬時(shí)處處與流體速度方向一致的曲線。3.流量 單位時(shí)間通過(guò)某一截面流體的數(shù)量。4.速度環(huán)量 在流場(chǎng)中某一瞬時(shí)速度沿某一封閉曲線的積分。5.邊界層 在固壁附近速度梯度很大的薄層區(qū)域。二簡(jiǎn)答題（20分每題10分）1簡(jiǎn)述定常不可壓粘性流體有壓管流中層流和紊流的基本規(guī)律。流動(dòng)特征hfV(r)Va/Vmax層流分層v二次曲線0.51紊流脈動(dòng)v1.752.0對(duì)數(shù)曲線0.790.861+22畫出無(wú)限空間自由淹沒(méi)紊流射流結(jié)構(gòu)圖，并說(shuō)明其幾何、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力特征。答：幾何特征：tan3.4a、運(yùn)動(dòng)特征:各截面速度分布相似、動(dòng)力特征：各截面動(dòng)量相等。三、選擇與填空（3

2、0分）1兩平板相距0.1mm，中間充滿了粘度為=0.00114Pa/s的流體，上平板相對(duì)下平板的運(yùn)動(dòng)速度為3.5m/s，則平板表面的切應(yīng)力為 39.9 Pa。（3分）7如圖2所示，設(shè)H=3m，不計(jì)損失，則出口速度為 7.67 m/s。（2分）8兩水管的有壓流動(dòng)相似，d1/d2=3，則v2/v1= 3 。（2分）10理想不可壓流體作平面無(wú)旋流動(dòng)，其流函數(shù)為kxy，則 kx ， -ky 。（2分）12某正激波前速度系數(shù)為2.3，則波后速度系數(shù)為 0.435 。（1分）13如圖5所示為小擾動(dòng)在不同來(lái)流速度場(chǎng)的傳播，則來(lái)流速度在圖a中 B ，圖b中A 。（AMa1 BMa1 CMa=1。（1分） 圖5

3、(a) 圖5(b) 圖614設(shè)某管路的水力直徑為4.8m，則其水力半徑為 1.2 m。（1分）15某二元不可壓流場(chǎng)，則過(guò)點(diǎn)（1，2）的ax=75。（2分）17某流場(chǎng)的速度分布為，則該流場(chǎng)為 A 。（A不可壓 B可壓縮）。（2分）19為了獲得超聲速氣流應(yīng)使用 B 。（A收縮噴管 B縮放噴管）。（1分）1.流體是一種受任何微小 剪切力 作用時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)變形的物質(zhì)。2.作用于流體上的力按其性質(zhì)可以分為表面力和 質(zhì)量力 。3.緩變流任意過(guò)流截面靜壓力分布特點(diǎn)： 。 4. 一邊長(zhǎng)為的等邊三角形截面管內(nèi)充滿流體流動(dòng)，其當(dāng)量直徑（水力直徑） 。5. 某流場(chǎng)，則流線方程為 。6.量綱和諧性原理是指任何一個(gè)

4、正確的方程式中，各項(xiàng)的量綱必須 相同 7在管流中，如果兩個(gè)截面的直徑比為 ，則這兩個(gè)截面上的雷諾數(shù)之比為 。1/28. 在圓管層流流動(dòng)中，沿程損失與速度的 一次方 成正比。9某水流速度是2.5m/s，則其速度水頭是 0.32 mH2O。10斯托克斯定理表明，沿封閉曲線的L的速度環(huán)量等于穿過(guò)以該曲線為周界的任意曲面的 渦通量 。11不可壓縮平面流動(dòng)的勢(shì)函數(shù)為，其流函數(shù)為 12.邊界層的分離只可能發(fā)生在 壓強(qiáng) 升高的區(qū)域內(nèi)，形成旋渦。13.馬赫數(shù)的定義為氣體的流速與 當(dāng)?shù)芈曀?的比值。14.超聲速氣流在擴(kuò)壓管中進(jìn)行增壓，擴(kuò)壓管的截面積應(yīng)該逐漸 減少 ；超聲速氣流在噴管中進(jìn)行增速，噴管的截面積應(yīng)該逐

5、漸 增大 。3.對(duì)于實(shí)際流體,總水頭線是 沿程下降 的線。 4.理想流體與實(shí)際流體的主要區(qū)別在于 是否烤爐粘性 。5.真空是指 絕對(duì)壓強(qiáng) 和 當(dāng)?shù)卮髿鈮?的壓力差。6.Re是表征 粘性 力的相似準(zhǔn)則數(shù)，在圓管流動(dòng)中，當(dāng)Re小于 2000 時(shí)，實(shí)際流體的流動(dòng)狀態(tài)是 層流 流動(dòng)；當(dāng)Re大于該值時(shí)，其流動(dòng)狀態(tài)是 紊流 流動(dòng)。7.流體旋轉(zhuǎn)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式包括平移、 變形 和 旋轉(zhuǎn) 。8.氣流速度與臨界速度之比是 速度系數(shù) 。 9.亞聲速流動(dòng)，是指馬赫數(shù)_小于1_時(shí)的流動(dòng)。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1、什么是連續(xù)介質(zhì)假設(shè)？引入連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的目的是什么？連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為流體是由空間上連續(xù)分布的流體質(zhì)點(diǎn)

6、組成的連續(xù)介質(zhì)。根據(jù)流體的連續(xù)介質(zhì)模型，任意時(shí)刻流動(dòng)空間的任一點(diǎn)都為相應(yīng)的流體質(zhì)點(diǎn)占據(jù)，表征流體性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)特征的物理量一般為時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，就可以應(yīng)用數(shù)學(xué)分析中連續(xù)函數(shù)分析和解決流體力學(xué)問(wèn)題。2、什么是水力光滑管？什么是水力粗糙管？當(dāng)流體流動(dòng)過(guò)程中，粘性底層完全淹沒(méi)了管壁粗糙凸出部分，這時(shí)粘性底層以外的紊流區(qū)域完全感受不到管壁粗糙度的影響，流體好像在完全光滑的管子中流動(dòng)，這種管道稱為水力光滑管。當(dāng)管壁的粗糙凸出部分有一部分或者大部分暴露在紊流區(qū)域中，這時(shí)流體流過(guò)凸出部分將產(chǎn)生旋渦，造成新的能量損失，這種管道稱為粗糙管。3、什么是緩變流？緩變流的特征是什么？當(dāng)流線的曲率半徑很大或流線之間的

7、夾角很小時(shí)，流線近似為平行直線，這樣的流動(dòng)稱為緩變流。緩變流的特性：緩變流任意過(guò)流截面上流體靜壓力的分布規(guī)律與平衡流體中的相同4、試根據(jù)尼古拉茲試驗(yàn),說(shuō)明紊流各區(qū)沿程阻力系數(shù) 與 和 的關(guān)系。對(duì)于粗糙管阻力系數(shù)與Re的關(guān)系可以分為五個(gè)階段：當(dāng)Re2300時(shí)，流動(dòng)處于層流狀態(tài)，管壁的相對(duì)粗糙度對(duì)阻力系數(shù)沒(méi)有影響，與Re成反比關(guān)系；2300Re4000時(shí)，處于第一過(guò)渡區(qū)，是層流向紊流過(guò)渡的不穩(wěn)定區(qū)域；4000Re26.98（d/）8/7時(shí)，為水力光滑管區(qū)，與Re的0.25次方成反比關(guān)系；26.98（d/）8/7Re4160（d/2）0.85時(shí)，為第二過(guò)渡區(qū)，隨著Re的增大，也增加；4160（d/2

8、）0.85Re時(shí)，處于阻力平方區(qū)，與Re無(wú)關(guān)。1水管上安裝一復(fù)式水銀測(cè)壓計(jì)如圖所示。同一水平線上各點(diǎn)的壓強(qiáng)p1、p2、p3、p4 哪個(gè)最大？哪個(gè)最小？哪些相等？ 答：P4最大，P1最小，P2=P32在一條水平管段上裝有兩只測(cè)壓管，如圖2所示，當(dāng)管中流量增大時(shí)，兩只測(cè)壓管中液面高度與是增大還是減小？并說(shuō)明原因。 答： 減小， 增大，因?yàn)殡S著流量的增加，管中的絕對(duì)壓力均減小， 測(cè)的壓力為相對(duì)壓力， 測(cè)的壓力為真空壓力3已知液體中流速沿y方向分布如圖3所示，試根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律 ， 定性繪出切應(yīng)力沿 y 方向的分布圖。 4關(guān)于水流去向問(wèn)題，曾有以下一些說(shuō)法，如“水一定是從高處流向低處”、“水是由壓力

9、大的地方流向壓力小的地方”、“水是由流速大的地方流向流速 小的地方”，這些說(shuō)法對(duì)嗎，試用基本方程式加以說(shuō)明。答：以上說(shuō)法都不對(duì)，由粘性流體的伯努力方程可知，水是由機(jī)械能大的地方流向機(jī)械能小的地方。5判斷容器的加速度方向并說(shuō)明理由。（其中J為單位質(zhì)量力）答：容器的加速度方向垂直向下。因?yàn)樽饔迷谌萜鲀?nèi)液體質(zhì)點(diǎn)上的單位質(zhì)量力J與所對(duì)應(yīng)的加速度大小方向相同，并且容器與其中的液體一起運(yùn)動(dòng)，因此容器的加速度方向也與 單位質(zhì)量力的方向相同，垂直向下。三計(jì)算題（40分,每題10分）1 如下圖所示文丘里流量計(jì)，當(dāng)水流過(guò)時(shí)汞差壓計(jì)的讀數(shù)為H125mm，設(shè)d1=250mm，d2=100mm，不計(jì)損失，試求水的流量。

10、2 某排水管路系統(tǒng)如上圖所示。排水管出口到吸水井液面的高差為Hc530 m，吸水管直徑d1 0.25 m，長(zhǎng)度L1= 40 m，10.025，1=5。排水管直徑d2=0.2 m，長(zhǎng)度L2= 580 m，20.028，2=3。不計(jì)空氣造成的壓力差。當(dāng)流量qv=270 m3/小時(shí)，求水泵給單位重量流體所提供的能量）H。3 如下圖所示，一隔板將水箱分為A、B兩格，隔板上有直徑為dl=40毫米的薄壁小孔口，流量系數(shù)0.62。B箱底部有一直徑徑d230毫米的圓柱形管嘴，管嘴長(zhǎng)0.1米，流量系數(shù)0.82。A箱水深H1=3米恒定不變。試求在定常出流時(shí)H1為多少？出流的流量是多少？4 設(shè)某流場(chǎng)的流函數(shù)為2ax

11、y，試證明該流場(chǎng)無(wú)旋、不可壓，并求其速度勢(shì)函數(shù)。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1、解：平板沿斜面向下的作用力為：則平板上的切應(yīng)力為： 根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律：設(shè)速度分布為線性分布，則：則均速下滑時(shí)平板的速度U是：2解：設(shè)A到等壓面11截面的距離為z,則有：3、解：因?yàn)樗l的內(nèi)外均受大氣壓力作用，故大氣壓的影響可略去。作用在閘門上的總壓力為： （3分）根據(jù)壓力中心的計(jì)算公式，可得： 這個(gè)距離應(yīng)該是閘門的延長(zhǎng)線與水面的交點(diǎn)為原點(diǎn)算起的距離。式中，所以， 對(duì)A點(diǎn)列合力矩方程，得： 解：（1） 取1-1、2-2兩斷面列伯努利方程 （2）對(duì)選取的控制體列動(dòng)量方程： 所以，所以，水流對(duì)彎管壁的作用力為F的反作用力F，大小相等，方向相反。5.某水塔供水系統(tǒng)，h=20m，由管路1、2組成，按長(zhǎng)管計(jì)算，d1=250mm，l1=20m，d