07级《流体力学》Ⅰ试卷(A)标准答案

装 订 线 20082009学年第二学期期末考试流体力学与流体机械试卷(A)标准答案和评分标准一、是非判断题：(对者打“”，错者打“”，每小题2分，共20分)1、流体的形变是遵循“应变速率与应力成正比”这一规律的。2、流体的体积压缩系数的单位与压强的单位是相同的。3、所谓理想流体就是流体在运动过程中，其粘性内摩擦力等于零的流体。4、在连续介质中，表面力不是一个集中的力，而是沿着表面连续分布的。5、容器内热气体的绝对压力和相对压力沿高度方向都是逐渐减小的。6、流线就是众多流体质点在一段时间内的运动方向线。7、一般情况下，弯曲河道外侧的水位较高，流速也较大。8、流场中流线愈密集的地方，其流速愈大、而压力愈小。9、紊流附加切应力主要是由流体分子的扩散造成的。10、由于绕流阻力系数CD随雷诺数Re的增大而减小，所以，绕流总阻力也将随雷诺数Re的增大而减小。二、解答下列各题：(每小题6分，共36分)1、有一边长为0.45 m、质量为5.0 kg的木块，从一与水平面成30角并涂有润滑油的斜面等速下滑，已知木块下滑的速度u=1.0 m/s，油膜厚度=1.0 mm，问润滑油的动力粘度为多少？解：已知：A0.45 m0.45 m0.2025 m2，m5.0 kg，30，u1.0 m/s，1.0 mm则内摩擦力为 Tmgsin305.09.81sin3024.525 N （2分）由牛顿内摩擦定律 ，得 （4分）2、已知某烟囱内烟气的密度为0.3 kg/m3，烟囱外空气的密度为1.2 kg/m3，烟囱高度为30 m，烟囱出口处的大气压力为105 Pa，忽略烟囱内烟气的流动，问烟囱底部烟气的相对压力和绝对压力各为多少？解：已知：g0.3 kg/m3，a1.2 kg/m3，H30 m，pa2105 Pa，pm20由流体静力学方程得 （3分） （3分）3、有一方程组为：，问该方程组可以用来描述不可压缩流体的空间流动吗？解：已知： （6分）该方程组不可以描述不可压缩流体的空间流动。4、已知平面势流的流函数 (m2/s)，问通过连接(0，0)点和(1，1)点的直线段间单位深度流体的体积流量为多少？解：已知：因为 （3分）所以 （3分）5、运动粘度为10-6 m2/s的水在直径为10 mm的管道中稳定流动，已知管轴线上的最大速度为0.4 m/s。问管内流动是层流还是紊流？解：已知：106 m2/s，d10 mm，umax0.4 m/s首先假定管内流动为层流，则有 （2分） （4分）故管内流动为层流流动。6、一小型室状炉内气体的相对压力为2.5 Pa，通过一直径为0.16 m的观察孔向外逸气，已知炉气的密度为0.288 kg/m3，观察孔的流量系数为0.6，问通过观察孔的逸气量为多少？解：已知：pmg2.5 Pa，g0.288 kg/m3，0.6 （1分）由孔口流出计算式得 （5分）三、计算题：(第1、3小题每题10分，第2、4小题每题12分，共44分)1、用一圆柱形圆木挡住左边的油，油层浮在水面上，设圆木正处于平衡状态，试求：(1) 单位长圆木对岸的推力；(2) 单位长圆木的重量；(3) 圆木的比重。 已知：R=0.8 m，S油=0.85。解：(1) 由于圆木下部左右两侧所受水的水平作用力大小相等，方向相反，互相抵消，所以，圆木所受的水平分力为油的水平作用力，即 那么，单位长圆木对岸的水平推力为2668 N。 （3分）(2) 依据图意可知在油面下，圆木上部油的压力体体积为，其垂直分力的方向向下；若设油水分界面上的相对压力为，圆木下部水的压力体体积为，其垂直分力的方向向上。所以圆木所受的总垂直分力为 上式中的负号说明垂直分力的方向是向上的。由于圆木处于平衡状态，所以单位长圆木的重量等于圆木所受的垂直分力，为19383 N。 （5分）(3) 圆木的比重为 （2分）2、已知不可压缩理想流体的速度场为(m/s)，流体密度为=1500 kg/m3，忽略质量力，位于坐标原点的压力为p0，求=1秒时的压力分布方程式。已知：，1500 kg/m3，p（0，0）p0 解：l秒时的加速度分量为 （4分）由欧拉运动微分方程得 （3分）则 积分得 （3分）由边界条件：x0，y0时，pp0，所以Cp0因此 （2分）3、由水塔向水车供水，已知供水管直径d100 mm，长度100 m，中间装有两个闸阀和四个90弯头，管道的沿程阻力系数0.03，局部阻力系数：阀门Kv0.12，弯头Kb0.48，水塔的水头H6.0 m，水车的有效容积V7.0 m3，试求水车充满水所需时间。 已知：d=100 mm，=100 m，=0.03，Kv=0.12，Kb=0.48，Ke=0.5，Ko=1.0，H=6.0 m，V=7.0 m3，解：列水塔水面至供水口之间的伯努利方程，基准面取在出水口处，得 （2分）管路阻抗为 （3分）则 （3分）那么，水车充满水所需要的时间为 （2分）4、设平板层流附面层的速度分布为，试用动量积分方程式推导附面层厚度及壁面切应力w的表达式。已知：解：对于层流附面层，根据牛顿内摩擦定律得到平板板面上粘性摩擦应力为 （2分）附面层的动量损失厚度2为 （2