工程流体力学基础参考答案(2学分).pdf

西南交通大学西南交通大学 2020 2020 学年第学年第 学期考试试卷学期考试试卷 课程代码 0271000271009 9 课程名称 工程流体力学基础工程流体力学基础 考试时间 题号 120120 分钟分钟 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总成绩 得分 阅卷教师签字 一 填空题 15 分 每小题 3 分 1 流体受压 体积缩小 密度 增大 的性质 称为流体的 压缩性 流体受热 体积膨胀 密度 减小 的性质 称为流体的 热胀性 2 流体静压强的方向是沿着 作用面的内法线方向 大小与其作用面在空间的方位无关 3 圆管层流的沿程阻力系数仅与 雷诺数 有关 且成 反 比 而和 管壁粗糙 4 速度的 无关 大小 方向 或 分布 发生变化而引起的能量损失 称为 局部 5 损失 静压 动压 和位压 二 简答题 15 分 每小题 3 分 之和称为总压 1 空气与水的动力粘滞系数随温度的变化规律是否相同 试解释原因 答 空气的动力粘滞系数随温度的升高而增大 水的动力粘滞系数随温度的升高而减小 主要原因是空气的粘性主要是由分子热运动产生的运动的动量交换引起的 因此当温度升高时 分子热运动加剧 粘性增大 水的粘性主要由分子之间的引力产生 当温度升高时 分子动量 增加 引力减小 粘性下降 2 什么是流线 什么是迹线 流线与迹线的区别是什么 答 流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线 此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点 的速度方向重合 这条曲线叫流线 迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线 区别 流线是由无究多个质点组成的 它是表示这无究多个流体质点在某一固定瞬间运动方向 的曲线 而迹线则是在时间过程中表示同一流体质点运动的曲线 3 粘性流体在圆管中作层流流动时 其速度分布与切应力分布有何规律 答 速度分布为抛物线规律 切应力分布为线性分布 管轴为零 且与半径成正比 4 紊流附加切应力产生的原因 紊流的内部结构如何 答 紊流动量交换 紊流核心 过渡区 黏性底层 5 尼古拉兹实验的结论和意义 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 密封装订线密封装订线 密封装订线密封装订线 密封装订线密封装订线 答 尼古拉兹实验归纳总结出了流动阻力与雷诺数Re和相对粗糙度 d k 的关系 将沿程阻力系 数的变化归纳为五个区 层流区 Ref 临界过渡区 Ref 光滑管区 Ref 湍 流过渡区 d k f Re 湍流粗糙区 d k f 尼古拉兹实验比较完整地反映了沿程阻力系数 的变化规律 揭露了影响 变化的主要因素 它对 和断面流速分布的测定 推导湍流的半经验 公式提供了可靠的依据 三 5 分 定性绘出图示管道 水箱水位高度不变 的总水头线和测压管水头线 四 15 分 在储水容器垂直壁的下面 有一 1 4 圆柱面形的部件AB 该部件的长度ml2 1 半径mR4 0 水深mH2 1 试求水作用在部件上的压力大小及方向 解 水平分力 KN Rl R HAhP zcx 7 42 14 0 2 4 0 2 1 8 9 2 铅直分力 KN lRHRVP pz 17 4 2 1 4 014 3 4 1 4 02 1 8 9 4 1 2 2 合力大小 KNPPP zx 28 6 17 4 7 4 2222 5 41 arctan x z P P 五 15 分 有一水平喷嘴 如图所示 mmD200 1 和mmD100 2 喷嘴进口水的绝对 压强为kPa345 出口为大气 kPapa 4 103 出口水速为sm 22 求固定喷嘴法兰螺栓上 所受的力为多少 假定为不可压缩定常流动 忽略摩擦损失 解 螺栓上所受的力等于水对喷嘴的作用力 与喷嘴对水的作用力大小相等方向相反 设喷嘴对水的作用力为R 取喷嘴入口 出口和喷嘴壁面为控制面 列控制体内水的动量方程 RApApvvqV 221112 a 又由连续性方程 2211 AvAvqV b 解 a b 可得 NR76 7171 则 螺栓上所受得力为N76 7171 六 15 分 为测定阀门的局部阻力系数 在阀门的上下游装设三个测压管如图所示 其间 距mL1 1 mL2 2 管道直径mmD50 实测测压管高度为mmh150 1 mmh125 2 mmh40 3 流速smV 3 求阀门的局部阻力系数 解 对于 1 L 管段利用达西公式得 g V d L hh 2 2 21 0027 0 125 0 15 0 3 81 9 2 1 05 0 2 3 21 2 1 hh V g L d 对于 2 L管段有 g V d L hh 2 2 2 32 077 0 05 0 2 0027 0 04 0 125 0 3 81 9 22 2 2 32 2 d L hh V g 七 20 分 如图所示的具有并联 串联管路的虹吸管 已知mH40 mL200 1 mL100 2 mL500 3 md2 0 1 md1 0 2 md25 0 3 02 0 21 025 0 3 求总流量Q 解 管 1 和管 2 并联 此并联管路又与管 3 串联 因此 g V d L g V d L H 22 2 3 3 3 3 2 1 1 1 1 1 g V d L g V d L 22 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 221133 AVAVAV 3 由式 2 得 21 211 122 2 2 1 1VV dL dL V V 代入式 3 得 11 3 21 3 8 0 VV A AA V 由式 1 得 g V d L V V dL dL g V d L H 2 6 21 2 2 1 1 1 1 2 1 3 311 1