2025年东北大学《工程流体力学》期末考试真题集及答案

2025年东北大学《工程流体力学》期末考试练习题集及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.流体粘性的本质是：A.流体分子间的万有引力B.相邻流体层间发生相对运动时产生内摩擦力的性质C.流体抵抗压缩变形的能力D.流体分子热运动引起的动量输运2.理想流体的假设是忽略：A.重力B.粘性C.压缩性D.表面张力3.静止流体中某点的静压强：A.仅与该点的位置有关B.仅与流体密度有关C.与位置和流体密度均有关D.与方向有关4.雷诺数Re的物理意义是：A.惯性力与粘性力之比B.粘性力与惯性力之比C.压力与粘性力之比D.重力与惯性力之比5.圆管层流流动中，断面平均流速与最大流速的关系为：A.平均流速=最大流速B.平均流速=0.5×最大流速C.平均流速=2×最大流速D.平均流速=0.8×最大流速6.尼古拉兹实验中，水力光滑管的范围是：A.当管壁绝对粗糙度Δ<层流底层厚度δ时B.当Δ>δ时C.当Δ=δ时D.与δ无关7.伯努利方程z+p/(ρg)+v²/(2g)=常数的适用条件不包括：A.不可压缩流体B.恒定流动C.无粘性流体D.沿流线积分8.水平等直径圆管中流动的流体，其测压管水头线：A.与总水头线平行且低于总水头线B.与总水头线重合C.高于总水头线D.呈波浪形9.边界层分离的必要条件是：A.流体有粘性且存在逆压梯度B.流体无粘性且存在顺压梯度C.流体有粘性且存在顺压梯度D.流体无粘性且存在逆压梯度10.突然扩大管的局部水头损失计算公式为：A.h₁=(v₁-v₂)²/(2g)B.h₁=(v₂-v₁)²/(2g)C.h₁=(v₁²-v₂²)/(2g)D.h₁=(v₂²-v₁²)/(2g)二、填空题（每空2分，共10分）1.牛顿内摩擦定律的表达式为________，其中μ称为________。2.连续性方程的物理意义是________，其数学表达式（不可压缩流体）为________。3.雷诺数的计算公式为Re=________（用符号表示）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述流体静压强的两个基本特性。2.说明伯努利方程中各项的物理意义，并列举其主要应用条件。3.如何通过雷诺数判断圆管内的流动状态？临界雷诺数的数值是多少？4.解释边界层分离现象的成因，并说明其对工程的主要影响。5.比较尼古拉兹实验与莫迪图在工程应用中的区别。四、计算题（共40分）1.（10分）如图所示，U型管测压计测量封闭容器内水的压强，已知h₁=0.3m（水），h₂=0.5m（水银，ρ=13600kg/m³），当地大气压pₐ=101325Pa，求容器内水面处的绝对压强p。2.（10分）水平放置的渐缩管，进口直径d₁=100mm，出口直径d₂=50mm，进口断面平均流速v₁=1m/s，水的密度ρ=1000kg/m³，忽略水头损失，求出口断面的流速v₂及两断面间的压强差Δp。3.（10分）某圆管直径d=50mm，输送20℃的水（ν=1.007×10⁻⁶m²/s），流量Q=2L/s，判断流动状态；若保持流量不变，输送运动粘度ν=1.5×10⁻⁶m²/s的油，流动状态如何变化？4.（10分）一水平圆管，直径d=0.1m，长度l=100m，输送水（ν=1×10⁻⁶m²/s），流量Q=0.01m³/s，假设为层流流动，求沿程水头损失h_f及管壁处的切应力τ₀（层流沿程阻力系数λ=64/Re）。答案一、选择题1.B2.B3.C4.A5.B6.A7.C8.A9.A10.A二、填空题1.τ=μ(dμ/dy)；动力粘度（或粘度）2.质量守恒；∇·v=0（或A₁v₁=A₂v₂）3.Re=vd/ν（或vL/ν，L为特征长度）三、简答题1.①静压强的方向垂直指向作用面（垂直性）；②同一点静压强的大小与作用面的方位无关（各向同性）。2.各项意义：z为位置水头（单位重量流体的位能）；p/(ρg)为压强水头（单位重量流体的压能）；v²/(2g)为速度水头（单位重量流体的动能）。应用条件：不可压缩流体、恒定流动、无粘性（或理想流体）、沿同一流线（或微小流束）。3.当Re<2300时为层流，Re>2300时为湍流（工程中常取2000为临界值）。圆管流动的临界雷诺数约为2300（下临界雷诺数）。4.成因：流体粘性导致边界层内速度降低，逆压梯度（dp/dx>0）使近壁流体动能不足以克服压力差，流线脱离壁面。影响：增加阻力（压差阻力）、可能引发流动分离涡、降低设备效率（如机翼升力下降）。5.尼古拉兹实验使用人工粗糙管（均匀砂粒），揭示了λ与Re、Δ/d的关系，是理论研究基础；莫迪图基于工业实际管道（非均匀粗糙），给出λ的工程实用曲线，直接用于工程计算。四、计算题1.解：以U型管底部为等压面，左侧压强p+ρ_watergh₁=右侧压强pₐ+ρ_mercurygh₂代入数据：p=pₐ+g(ρ_mercuryh₂-ρ_waterh₁)=101325+9.81×(13600×0.5-1000×0.3)=101325+9.81×(6800-300)=101325+9.81×6500=101325+63765=165090Pa（绝对压强）2.解：由连续性方程A₁v₁=A₂v₂，得v₂=v₁(d₁/d₂)²=1×(0.1/0.05)²=4m/s水平管z₁=z₂，伯努利方程p₁/(ρg)+v₁²/(2g)=p₂/(ρg)+v₂²/(2g)压强差Δp=p₁-p₂=ρ(v₂²-v₁²)/2=1000×(16-1)/2=7500Pa3.解：圆管断面面积A=πd²/4=π×0.05²/4≈0.00196m²流速v=Q/A=0.002/0.00196≈1.02m/s水的Re=vd/ν=1.02×0.05/(1.007×10⁻⁶)≈50645>2300，为湍流。油的Re=1.02×0.05/(1.5×10⁻⁶)=34000>2300，仍为湍流（注：若油的ν更大，可能层流，但本题中Re仍大于临界值）。4.解：流速v=Q/A=0.01/(π×0.1²/4)=1.273m/sRe=vd/ν=1.273×0.1/(1×10⁻⁶)=127300>2300，但题目假设层流，按λ=64/Re计算（注：实际应为湍流，此处按题设条件）。λ=64/127300≈0.000503沿程水头损失h_f=λ(l/d)(v²/(2g))=0.000503×(100/0.1)×(1.273²/(2×9.81))≈0.000503×1000×(1.