流体力学试题及答案

一、判断题（20分）1.流体质点只有质量没有大小。（F）2.温度升高液体的表面张力系数增大。（F）3.液滴内的压强比大气压小。（F）4.声音传播过程是一个等熵过程。（T）5.马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（T）6.一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（F）7.超音速气流在收缩管道中作加速运动。（F）8.定常流动中，流体运动的加速度为零。（F）9.气体的粘性随温度的升高而增大。（T）10.牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。（T）11.理想流体定常流动，流线与等势线重合。（F）12.应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（F）13.雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（F）14.静止的流体中任意一点的各个方向的压强值均相等。（T）15.大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等因素的影响。（T）16.压力体的体积表示一个数学积分，压力体内一定有流体。（F）17.不可压缩流体的有旋流动由于存在速度势和流函数，故又称为位势流动。（F）18.如果流场中若干流体微团无绕自身轴线旋转运动，刚称为无旋流动。（F）19.如果任一条封闭曲线上的速度环量皆为零，则此区域内的流动必为无旋流动。（T）20.不可压缩流体在位势流场中，任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数值之差，而与曲线形状无关。（T）二、填空题（10分）1.在欧拉坐标系中，流体的加速度包括时变加速度和位变加速度两部分，如果流场中时变加速度为零，则称流动为定常流动，否则流动称为非定常流动。2.雷诺实验揭示了流体流动存在层流和紊流两种流态，并可用雷诺数来判别流态，管道流动的临界雷诺数为2320。3.已知三维流场的速度分布为：0,4,2wxvtyu，试求t=0时刻,经过点（1,1）的流线方程1222yx；点（1,1）处的加速度为i89。4.平面流动速度分布为：22yaxu，byxyv，如果流体不可压缩，试求a=0.5；b=0。5.子弹在15摄氏度的大气中飞行，如果子弹头部的马赫角为45度，子弹的飞行速度为481m/s。三、简答题(15分，每小题5分):1.试说明伯努利方程成立的条件。理想流体；不可压缩；质量力只有重力；定常流动；方程沿流线成立。2.简述势函数和流函数的性质。势函数：调和函数，任一曲线的速度环量为两端点势函数之差；流函数：满足连续性方程；调和函数；任两条曲线间的流量等于流函数之差；3.简述水力光滑管与水力粗糙管的含义。粘性底层的厚度，管壁的绝对粗糙度，如果，说明管壁的粗糙度对水流的阻力影响很小为水力光滑管，反之为水力粗糙管。三、计算题(40分，每小题10分):1.若作用在圆球上的阻力F与球在流体中的运动速度V、球的直径D及流体的密度和动力粘度有关，试利用布金汉定理求无量纲数。（10分）解：本问题的物理量共有5个，n=5,基本量纲为M、L、T，即m=3(2)写出5个物理量的量纲（2分）正确选取循环量（2分）组合并求出无量纲数1221DVF（2分）组合并求出无量纲数2VD2（2分）2.不可压缩流体平面势流，22byax，已知在点（2，1.5）处的流速smvsmu/3,/4,求流函数和在点（1，1）处的流速。（10分）解：axxu2，byxv2，解得1,1ba（4分）代入在点（1，1）处的流速为smvsmu/2,/2（2分）Cxy（C为常数）（4分）3.弧形闸门，中心角o45，宽度B=1m，如下图所示，水深H=4m，确定水作用于此闸门上的总压力P的大小和方向。（10分）解：24sinHRm;（1分）KNAghFxcx4.78（4分）；KNgVFy3.20（4分）；总压力大小为80.99KN，方向与竖直方向夹角75.5度。4.粘度仪是测量液体粘性系数的仪器，它是由如下图所示的两个同心薄壁圆筒组成，外筒半径为R＝100mm，内筒半径为r＝99mm，筒高1m，两筒之间的间隙为1mm，外筒转速为＝20rad/s,当间隙内充满某种润滑油时，若已知润滑油的粘性系数2/78.0mNs，求内筒所受扭矩M。解：/r（1）212RM（2）4022212RdrrMR（4）21MMM解得：NmM4.100（3）5.水泵装置如图。水泵安装高度h＝2.5m，高低水池液面（面积足够大）高差Z＝20m，吸水管管径D1＝0.2m，长度l1＝5m，沿程阻力系数为0.02，总局部水头损失系数为5；压水管的直径D2＝0.15m，l2＝50m，沿程阻力系数为0.03，压管总的局部水头损失系数为6，测得水泵出口处的表压P－Pa＝2×105Pa.试求：①水泵输水量Q和②水泵的功率（水泵的功率系数为0.80）。（15分）解：2-2和3-3应用总流的伯努力方程：αgvdlgpzgvgpha2)(222222222（6分）解得，smv/95.12（2分）smdvQ/034.043222(2分)KWhzgQPw88.9/)(（5分）