流体力学B卷参考答案

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：Revdvd（无量纲，纯数）2Pas)(m/s)动力粘度（，运动粘度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4AdA——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管的粗糙度层流底层厚度时，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2211221222fpupuzzhgg（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）p—压力水头；单位重量流体的压力能（m液柱）（1分）22ug—速度水头；单位重量流体的动能（m液柱）（1分）pz—测压管水头；单位重量流体的势能。（2分）22puzHgH—总水头；单位重量流体的总机械能。（2分）fh—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dFhdAhbdh（5分）闸门上的总作用力为22dd6HHHHFFhbh设压力中心为D到原点的距离为Dy，则有44222Ddd3.11m6hFhhyF（5分）由'(2)DFHHyF得(2)0.89'26166N2DHyFFFH（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：2()(2)12622cHFhAHbH（5分）设压力中心为D到原点的距离为Dy，3112()3.11m2()2cDccbHJHyyHHyAHbH（5分）由'(2)DFHHyF得(2)0.89'26166N2DHyFFFH（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λ＝0.04，虹吸管的进口局部阻力系数ζi＝0.8，出口局部阻力系数ζe＝1，弯头的局部阻力系数ζb＝0.9，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ν＝1.141✕10-6m2/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：221122022lpupuHhhgg由于12appp，120uu。22(2)22libelvvHhhdgg（5分）229.852.907(/)20(2)0.04(0.820.91)0.1ibegHvmsld故管中流量Q为2230.12.9070.0228(/)22.8(/)44QdvmsLs（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：233002alppuhhhg则真空度233()2valuppphhhg又32.907(/)uvms；221()22liblvvhhdgg22213[()]222vaiblvvvppphgdgg22.90789800[4(10.040.80.9)]64129()29.80.1ap（5分）562.9070.12.551023201.14110evdR紊流（2分）五、有压管路中压力损失Δp与管长l，管径d，管壁粗糙度Δ，流体运动粘度ν，密度ρ和平均速度u有关。试求Δp的表达式。（13分）解将压力损失p表示为其余6个变量的函数uvdlfp,,,,,在7个变量中，基本量纲数为3（MTL,,）因而选择3个基本变量，不妨取管径dLd平均流速u1LTu密度3ML（2分）用未知指数写出无量纲数i（1i～,mn437mn）1112223334441234ππππudvudpudlud（4分）将各量纲代入，导出量纲公式11113211πLTLMLLT22213122πLTLMLMLT333133πLTLMLL444134πLTLMLL对每一个i写出量纲和谐方程组023:111L1π：01:1T0:1M013:222L2π：02:2T01:2M013:333L3：0:3T0:3M013:444T4π：0:4T0:4M分别解得0,1,0;0,1,0;1,0,2;0,1,1444333222111将iii,,代入πi，得011120122341ππππeuvudvudRpudpEuldd（5分）根据定理得1234π,π,π,π0f，或2134ππ,π,πF即2EuRe,,plFudd式中函数的具体形式由实验确定。由实验得知，压差p与管长l成正比，因此2Re,2lupdd（2分）六、如下图所示，流量qv00015.ms3的水流过45o的收缩弯管（在水平面内），弯管进口直径d1005.m，压力42119.610Nmp，弯管出口直径d20025.m。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110.764m/sQvA，223.057m/sQvA（2分）对面1—1、2—2列Bernoulli方程2211220022pvpvgggg，得2191620Pap（3分）弯管壁对水流的作用力分别为：xR，yR列x方向的动量方程：112221cos(cos)xvpApARqvv112221cos(cos)xvRpApAqvv=316N（4分）列y方向的动量方程：2220sin(sin0)yvpARqv222sin(sin0)yvRpAqv=69.7N（4分）水流对弯管壁x、y方向的作用力分别为：xR，yR=xxRR，=yyRR水流对弯管壁的作用力为22323.6NxyRRR（2分）