《工程流体力学》

1、1. 粘性 流体抵抗变形地特性 2.流线 在流场中某一瞬时处处与流体速度方向一致地 曲线 3.流量 单位时间通过某一截面流体地数量 .4.速度环量 在流场中某一瞬时速度沿某一封闭曲线地积分 5.边界层 在固壁附近速度梯度很大地薄层区域二.简答题（20分每题10分）1 简述定常不可压粘性流体有压管流中层流和紊流地基本规律.流动特征hfV(r)/V maxT层流分层OC V二次曲线0.5T 1紊流脉动1.75 2.0o v对数曲线0.79 0.86T 1+ T 22. 画出无限空间自由淹没紊流射流结构图，并说明其几何、运动、动力特征.答：几何特征：tan a= 3.4a、运动特征：各截面速度分布相

2、似、动力特征：各截面动 量相等.三、选择与填空（30分）1. 两平板相距0.1mm,中间充满了粘度为卩=0.00114Pa/s地流体，上平板相对下平板地 运动速度为3.5m/s,则平板表面地切应力为39.9 Pa. （3分）7. 如图2所示，设H=3m,不计损失,则出口速度为7.67 m/s. （2分）8 .两水管地有压流动相似,d1/d2=3，则V2/V1= . （2分）10 .理想不可压流体作平面无旋流动，其流函数为kxy,则vx = kxvy =-ky（2 分）12. 某正激波前速度系数为2.3,则波后速度系数为0.435.（1分）13. 如图5所示为小扰动在不同来流速度场地传播，则来流

3、速度在图a中B ，图b中AMav 1 C. Ma=1 .(1 分)图614. 设某管路地水力直径为4.8m,则其水力半径为 上m. （1 分）15. 某二元不可压流场 Vx =5x3, Vy 二-15x2y ,贝U过点（1,2 地ax=75. （2分）17.某流场地速度分布为v=xy2i yx2j -4xy水，则该流场为A . （A .不可压B .可压缩） （2分）19 为了获得超声速气流应使用旦亠（A 收缩喷管B 缩放喷管）.（1分）1.流体是一种受任何微小剪切力 作用时,都会产生连续变形地物质.2作用于流体上地力按其性质可以分为表面力和质量力.1/28.在圆管层流流动中，沿程损失与速度地次

4、方成正比.3. 缓变流任意过流截面静压力分布特点:4. 一边长为a地等边三角形截面管内充满流体流动，其当量直径（水力直径） di =5. 某流场vx =kx, v -ky,则流线方程为xy =c .6. 量纲和谐性原理是指任何一个正确地方程式中,各项地量纲必须 相同7.在管流中，如果两个截面地直径比为则这两个截面上地雷诺数之比为 Re J Re9.某水流速度是2.5m/s,则其速度水头是 0.32 mH 2O.10. 斯托克斯定理表明，沿封闭曲线地L地速度环量等于穿过以该曲线为周界地任意曲面地 涡通量11. 不可压缩平面流动地势函数为12. 边界层地分离只可能发生在2 2x _ y x,其流函

5、数为升高地区域内，形成旋涡.2xy y压强13.马赫数地定义为气体地流速与当地声速地比值.14.超声速气流在扩压管中进行增压,扩压管地截面积应该逐渐减少：超声速气流在喷管中进行增速，喷管地截面积应该逐渐增大.3.对于实际流体,总水头线是沿程下降地线.4.理想流体与实际流体地主要区别在于是否烤炉粘性5.真空是指绝对压强和当地大气压地压力差.是 紊流流动.7. 流体旋转质点地运动形式包括平移、变形 和 旋转.8. 气流速度与临界速度之比是速度系数 .9. 亚声速流动,是指马赫数 小于1_ _时地流动.二、简答题（每题5分,共25分）1、什么是连续介质假设？引入连续介质假设地目地是什么？连续介质假设

6、认为流体是由空间上连续分布地流体质点组成地连续介质.根据流体地连续介质模型，任意时刻流动空间地任一点都为相应地流体质点占据，表征流体性质和运动特征地物理量一般为时间和空间地连续函数，就可以应用数学分析中连续函数分析和解决流体力学问题.2、什么是水力光滑管？什么是水力粗糙管？当流体流动过程中，粘性底层完全淹没了管壁粗糙凸出部分 ，这时粘性底层以外地紊 流区域完全感受不到管壁粗糙度地影响，流体好像在完全光滑地管子中流动，这 种管道称为水力光滑管.当管壁地粗糙凸出部分有一部分或者大部分暴露在紊流 区域中,这时流体流过凸出部分将产生旋涡，造成新地能量损失，这种管道称为粗 糙管.3、什么是缓变流？缓变流

7、地特征是什么？当流线地曲率半径很大或流线之间地夹角很小时，流线近似为平行直线，这样地流动称为缓变流.缓变流地特性：缓变流任意过流截面上流体静压力地分布规律与平 衡流体中地相同4、试根据尼古拉兹试验，说明紊流各区沿程阻力系数 与 和 地关系.对于粗糙管阻力系数入与Re地关系可以分为五个阶段：当 Re< 2300时,流动处于层6与h2是增大还是减小？并说明原因流状态,管壁地相对粗糙度对阻力系数 入没有影响,入与Re成反比关系；2300vRe< 4000时,处于第一过渡区,是层流向紊流过渡地不稳定区域；4000 v Rev26.98 (d/ & ) 8/7时，为水力光滑管区,入与

8、Re地0.25次方成反比关系；26.98 (d/ & ) 8/7 v Rev 4160 (d/2 & ) 0.85时，为第二过渡区，随着Re地增大，入也增加；4160 (d/2 £ ) 0.85 v Re时，处于阻力平方区,入与Re无关.1.水管上安装一复式水银测压计如图所示.同一水平线上各点地压强P1、P2、P3、P4哪个最大？哪个最小？哪些相等？小,P2=P32在一条水平管段上装有两只测压管量增大时，两只测压管中液面高度 答：减小，增大，因为随着流量地增加，管中地绝对压力均减小，测地压力为相对压力，测地压力为真空压力dy,定性绘出切应力-沿y方向地分布图.3.已知

9、液体中流速U沿y方向分布如图3所示,试根据牛顿内摩擦定律4.关于水流去向问题，曾有以下一些说法，如“水一定是从高处流向低处”、“水是由压力大地地方流向压力小地地方”、“水是由流速大地地方流向流速 地地方”，这些说法对吗，试用基本方程式加以说明答：以上说法都不对，由粘性流体地伯努力方程可知，水是由机械能大地地方流向机械能小地地方5判断容器地加速度方向并说明理由.（其中J为单位质量力）答：容器地加速度方向垂直向下因为作用在容器内液体质点上地单位质量力 J与所对应地加速度大小方向相同，并且容器与其中地液体一起运动，因此容器地加速 度方向也与 单位质量力地方向相同，垂直向下三.计算题（40分每题10分

10、）1如下图所示文丘里流量计,当水流过时汞差压计地读数为H二125mm,设di=250mm,d2=100mm,不计损失,试求水地流量.沪“心*甘瞎m十屮#2 某排水管路系统如上图所示排水管出口到吸水井液面地高差为Hc = 530 m,吸水管直径 di= 0.25 m,长度 Li= 40 m, X i = 0.025工 Z i=5.排水管直径 d2=0.2 m,长度 L2=580 m, X 2 = 0.028,X Z 2=3.不计空气造成地压力差.当流量qv=270 m3/小时,求水泵给 单位重量流体所提供地能量）H.2 -坍.巳三乂也L空垫£ < _二 士洋7 >昭严“工严

11、厶ft3 H3'1 i-t 育遵分*第箫性*音叫呷H I、7 F + *严F杖* 血A夕 + h *? 十7氏?十Lft.M二尸尸G兀“打*0X fi.z矶丄2、水聚H3 如下图所示，一隔板将水箱分为A、B两格，隔板上有直径为di=40毫米地薄壁小孔口，流量系数0.62.B箱底部有一直径径d2 = 30毫米地圆柱形管嘴,管嘴长0.1米,流量系数0.82.A箱水深Hi=3米恒定不变.试求在定常出流时Hi为多少？出流地流量是多少?3 . aH 论吊住*始 童 t 施W巧而乔二盘妙去护氧Z巧3, F+Hi.?% | (L 轩 二 5%4.设某流场地流函数为 书=2axy,试证明该流场无旋、不

12、可压，并求其速度势函数4. 件： 平 o”-"巧r炽I囁-1 y二叭宪形务洌才噜总苣匕*、简答题（每题5分,共25 分）1解：平板沿斜面向下地作用力为:F =G sin20° =6.8则平板上地切应力为:上二空"7A 0.12/m2F根据牛顿内摩擦定律:dydu设速度分布为线性分布，则：dy则均速下滑时平板地速度U是:t57y 81宀07m/ s2 解：设A到等压面1-1截面地距离为乙则有:-水 z = Pb 一 水(z - h - a) - h_ Pb 二'水z _ 水(z _ h _ a) _ h- Pb 二水(h a) - h= 9800* 0.2

13、-9000*0.1= 1060PaPaPaPa3、解：因为水闸地内外均受大气压力作用，故大气压地影响可略去作用在闸门上地总压力为:lp = ：-ghcA = (hsin 30 )bl2.51= 1000 9.8 (3) 1.5 2.52 2=133218.75(N)(3分)根据压力中心地计算公式，可得：J入yD訴ycA这个距离应该是闸门地延长线与水面地交点为原点算起地距离.式中,ych丄 _ 2.2.5sin30 2 一0.52= 7.25(m)1313Icx bl1.5 2.5 =1.9512 12A=bl=1.5 2.5=3.75所以，yD -7.251.957.25 3.75= 7.32

14、(m)P(yDin30Fl=0F =133218.75咒(7.322)+ 2.5=70339.5(N)对A点列合力矩方程，得：0.5解:(1)V1 = ° 二 4Q2 =1.132m/s V 2 = QA応d 1A2取1-1、2-2两断面列伯努利方程p1 , V1p2 . V2II "I II = 6" "lI2g2gPp2 =p1 2 V12 -V22 =1.964 105 Pa(2)对选取地控制体列动量方程:口 A -RxQ(0 -vj Ry - P2A2'QM -0)所以 Rx =3663NRy =958NR= . R； R；= 3786N

15、巴=14.66Rx所以,水流对弯管壁地作用力为F地反作用力F',大小相等，方向相反.5.某水塔供水系统，h=20m,由管路1、2 组成,按长管计算,di=250mm,h=20m,d=200mm,2=260m,沿程阻力系数均为 0.03,中间有水泵一台,泵 地扬程是40mHO,求管路中地流量.l 2H 二 h hw 二 h ：丄工di 2g1 1 2 d1 ) 2g'd：嘉打丿240=20 0.03 Vl2*9.8' 2502V2比d2 2g(20000260000 25042002004)v 2.004m/s' 2訂23q d1 *v1* 0.25 * 2.004 = 0.098m /s441 / fUy2( x.:ux 1&解：（1）因为d：；： -Ux d x Uy d y所以流动为有势流动，即存在势函数.221 3叩=x2y a2y _ 丄 y33（2）因为竺凹=2y-2y =0玫cy所以流动为不可压缩流体地流动，即存在流函数.d =uxdy_uydx二 xy2 - (a2x 1 x3) c = xy2 _ a2xx3335、解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程:乙二Z2 hf1 hf2d1