流体力学B卷参考答案.doc

流体力学B卷参考答案一、简要回答(共32分,每小题4分)1粘性答：流体流动时，相邻流层或质点间产生内摩擦力以反抗剪切变形的特性称粘性，（内摩擦力称粘性力）。2. 质量力答：质量力是作用于流体的质点上且与质量成正比的力；质量力包括重力和惯性力。3 相对压强 答：相对压强是指以当时当地大气压为起点计量的压强（又称表压强）。4. 雷诺数答：雷诺数是流体运动时所受到的惯性力与黏性力之比。雷诺数计算：（无量纲，纯数）5. 紊流答：各层质点互相混杂，运动杂乱无章。称“紊流”。6. 水力直径答：水力直径 过流断面面积；湿周周长（与液面接触的壁面长度）。7. 水力粗糙管答：当时，管壁的凹凸部分突出到紊流中，层流边层被破坏，这时流体的阻力主要决定于管的粗糙度，而与雷诺数Re或黏度无关，这时的管道称水力粗糙管。8. 量纲和谐原理答：一个物理现象（或物理过程）用能正确反映其客观规律的物理方程表示时，方程中的每一项的量纲应该是和谐的、一致的。二、实际流体伯努利方程每一项的几何意义及物理意义。(10分)答：实际流体伯努利方程（动能修正系数近似取1）（1分）Z 位置水头；单位重量流体具有的位能 （m液柱）（1分） 压力水头；单位重量流体的压力能 （m液柱）（1分） 速度水头；单位重量流体的动能 （m液柱）（1分） 测压管水头；单位重量流体的势能。（2分） H总水头； 单位重量流体的总机械能。（2分） 损失水头；单位重量流体在1，2两断面间流动时损失的机械能。实际流体沿流动方向，机械能总是减少的。（2分）三、 在水深4m的水池下部有一个宽为1m，高为H=2m的矩形闸门OA，其转 轴在O点处，试问在A点处需加多大的水平推力F，始能封闭闸门？(15分)解法一：将y轴取在闸门上，竖直向下，原点为水面与闸门延长线的交汇点液面下深度h=y处微面积dA上的微液作用dF为（5分）闸门上的总作用力为 设压力中心为D到原点的距离为，则有（5分）由得 （5分）解法二：将y轴取在闸门上，竖直向下，原点为水面与闸门延长线的交汇点设闸门上的总作用力为F：（5分）设压力中心为D到原点的距离为，（5分）由得 （5分）四、利用图示虹吸管将水由1池引向2池。已知管径d=100mm，虹吸管总长L=20m，B点以前的管段长L1=8m，虹吸管的最高点B至上游水面的高度h=4m，二水面水位高差H=5m。设沿程阻力系数0.04，虹吸管的进口局部阻力系数i 0.8，出口局部阻力系数e1，弯头的局部阻力系数b0.9，求引水流量Q和B点的真空度hv以及判断管中流态是层流还是紊流（水的运动粘度1.14110-6m2/s）。 （15分）解：（1）以2-2液面为基准面，对液面1-1和2-2列伯努利方程：由于，。（5分）故管中流量Q为（3分）（2）以1-1液面为基准面，对液面1-1和,3-3列伯努利方程：则真空度又；（5分） 紊流（2分）五、有压管路中压力损失p与管长l，管径d，管壁粗糙度，流体运动粘度，密度和平均速度u有关。试求p的表达式。（13分）解 将压力损失表示为其余6个变量的函数 在7个变量中，基本量纲数为3（）因而选择3个基本变量，不妨取 管径 平均流速 密度 （2分）用未知指数写出无量纲数（） （4分）将各量纲代入，导出量纲公式 对每一个写出量纲和谐方程组 ： ： ： ： 分别解得 将代入，得 （5分）根据定理得，或即 式中函数的具体形式由实验确定。由实验得知，压差与管长成正比，因此 （2分）六、如下图所示，流量的水流过的收缩弯管（在水平面内），弯管进口直径 ，压力，弯管出口直径。设流动定常，不计损失，求水流对弯管壁的作用力？（15分）解：建立直角坐标系O-xy，Ox轴水平向右，Oy轴竖直向上，（2分）对面11、22列Bernoulli方程 ，得（3分）弯管壁对水流的作