贵州大学2005-2008工程流体力学试卷及参考答案

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贵州大学2005-2006学年第二学期考试试卷A一、名词解释(共20分,每小题4分)1.理想流体2.水锤现象3.定常流动4.水力光滑与水力粗糙管5.气体一维定常等熵流动的极限状态二、简答题(共30分,每小题6分)1.简述液体和气体随温度增加,粘性变化趋势及原因。2.对于静止液体,当作用在液体上的质量力仅有重力时,则液体中的哪些面是等压面?3.Ⅰ.请写出以下两个方程的名称方程一:ConstZgp方程二:Const22gvZgpⅡ.从单位重量流体能量观点简要说明两方程中各项的物理意义,以及两方程的物理意义;Ⅲ.这两个方程在应用条件上有何相同和差异之处。4.什么是紊流的时均速度?写出紊流时均速度轴向分量u的定义式,指出式中各符号的含义。5.什么是有旋流动?什么是无旋流动?分别给出其数学条件。四.分析证明题(共20分,每小题10分)1.已知不可压粘性流体绕圆球流动,阻力FD与球的直径d、来流速度U0、流体的密度ρ、动力粘度μ有关,试用π定理推求阻力FD的表达式。2.冯卡门假定,在不可压层流流动中,vx可用一个多项式表示,假设这个多项式最高项是3次项,试确定之。四.计算题(共30分,每小题10分)1.离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量,已知风机入口侧管道直径d=400mm,U形管读数h=100mmH2O,水与空气的密度分别为ρ水=1000kg/3m,ρ空=1.2kg/3m,忽略流动的能量损失,求空气的体积流量qv。得分评分人得分评分人得分评分人得分评分人2.已知长1.22米,宽1.22米的平板沿长度方向顺流放置,空气流动速度为3.05m/s,密度ρ=1.2kg/m3,运动粘滞系数ν=0.149cm2/s。试求平板受力。对层流边界层有:而对紊流边界层有:3.已知大气层中温度随高程H的变化为:T=288-aH,式中a=0.0065K/m,现有一飞机在10000m高空飞行,飞行马赫数为1.5。求飞机的飞行速度。参考答案及评分标准一、1.实际的流体都是有粘性的,没有粘性的假想流体称为理想流体。2.当管道中的阀门突然关闭,以一定压强流动着的水由于受阻流速突然降低,压强突然升高。突然升高的压强迅速地向上游传播,并在一定条件下反射回来,产生往复波动而引起管道振动的现象。3.流场中各空间点上所有物理参数均与时间变量t无关,称作定常流动。4.流体在管内作紊流流动时,用符号△表示管壁绝对粗糙度,δ0表示粘性底层的厚度,则当δ0>△时,叫此时的管路为水力光滑管;(2分)当δ0<△时,叫此时的管路为水力粗糙管。(2分)5.在绝热流动的过程中,气流的绝对压强与热力学温度为零,气流的总能量全部转化为宏观运动的动能的状态。二、1.一般认为:液体粘性主要取决于分子间的引力,气体的黏性主要取决于分子的热运动。温度升高时,气体分子的热运动加剧,气体的粘性增大,(2分)而分子间引力变化的黏度影响可忽略不计;(1分)对于液体由于温度升高体积膨胀、分子距增大,分子间的引力减小,故液体粘性随温度升高减小,(2分)而分子的热运动变化的黏度影响可忽略不计。(1分)2.属于等压面的是以下水平面(3分)(1)自由表面(或气液分界面)(1分)(2)两种不互溶液体的交界面(1分)(3)液体内能互相连通(或不被隔断)的同一种液体内的各水平面。(1分)3.(1)方程一是流体静力学基本方程,方程二是伯努力方程。(3分)(2)方程中p/ρg是压强势能项,z是位置势能项,v2/2g是动能项;(1分)5.0328.1ReCf2.0074.0ReCf方程一的物理意义当连续不可压流体处于平衡状态时,在流体的任意点上,单位重量流体的总势能为常数。(2分)(3)方程一的物理意义当连续不可压重力流体做一维定常流动时,在同一流线的不同点上,或者同一微元流束的不同截面上,单位重量流体的动能,压强势能,位置势能之和等于常数,实质是能量守恒定律在流体中的具体表现。方程一是方程二在流体静止时的特例。4.紊流真实速度在一定时间间隔内的统计平均值叫紊流的时均速度。(4分)TttoudtT1u式中:t△-初始时刻T-时间间隔u-瞬时速度u-时均速度5.流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动,流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。数学条件:021V无旋流动021V有旋流动三、1.0),,,,(0UdDf选d,U0,r为独立基本量纲,可以组成5-3=2个π项2221110201cbacbaUdDUd(3分)写成量纲式]LTM[]LM[][LT[L]]0[231111cba按量纲和谐原理求指数,对联立求解得:122111cba所以,2021UdD,RedUUd1002(4分)0)1,(0221ReUdDf,阻力)(202ReUdFD或248)(202UdReFD,令24,8)(dAReCD,则:220UACFDD(4分)2.假定这个三次多项式为,332210yayayaavx130:L111cba20:T1b10:M1c根据下列边界条件来确定待定系数a0、a1、a2和a3(以下每个条件1分)(1)在平板壁面上的速度为零,即在y=0处,vx=0(2)在边界层外边界上的速度等于来流速度V∞,即在y=δ处vx=V∞,(3)在边界层外边界上,摩擦切应力yvx为零,即在y=δ处,0yxyv(4)由于在平板壁面上的速度为零,即vx=vy=0,由简化后的纳斯方程有01dxdpyvyx这样(3分)所以:])(21)(23[)(3yyVyvx(3分)四、1.由伯努利方程分)(分)(得   代入分)(由静力学方程  分)  (-得=++水水水3/sm08.5(0.4)443.40d4vq2m/s43.402.110001.0807.922ghv2gh-p0ghp3pp2v2gv0gp000322v22.554103105.210149.022.105.3Re(3分)形成层流边界层(1分)3510656.2105.2328.1fC(3分)20212UblCFf2305.32.1210656.222.122.12N1013.443(3分)3.K223100000065.0288T(2分)sm33.2992232874.1kRTa(4分)sm44933.2995.1aMua(4分)00aVa23102a332Va贵州大学2006-2007学年第二学期考试试卷A工程流体力学参考答案及评分标准三、名词解释(共20分,每小题5分)1.计示压强:以当地大气压强为基准计量的压强aeppp2.等压面:在液体中压强相等的点组成的面称为等压面。3.流线:速度场的矢量线,任一时刻t,曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量相切。流线微分方程:0vrd4.当量直径:非圆形截面管道截面积的4倍与湿周之比,或等于4倍水力半径,RxAD44。四、简答题(共24分,每小题6分)1.如果流体的密度表示为),,,(tzyx,分别写出它的当地导数和迁移导数的表达式。当地导数:t(2分)迁移导数:)(V(3分)其中:kzjyix(1分)2.简述粘性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减少阻力?(1)阻力有两部分,一部分是由于粘性产生切向应力形成的摩擦阻力;另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力。(3分)(2)把物体作成流线型,使分离点后移,甚至不发生分离,可减少绕流阻力。(3分)3.流体力学中的系统是什么意思?它有哪些特点?由确定的流体质点组成的流体团或流体体积V(t)(3分)。系统边界面S(t)在流体的运动过程中不断发生变化(3分)。4.发生边界层分离的必要条件是什么?为什么边界层分离要产生压差阻力?粘性流体绕流曲面物体,在压强升高的区域(减速流动),有可能出现边界层的分离,形成尾涡区(3分)。从分离点开始的物体后部所受到的流体压强,大致接近分离点的压强,而不能恢复到理想流体绕流时的压强,使绕流物体后部的压强比无摩擦时低,所以在物体前后产生一个净压差,产生与来流方向的一致的净力从而形成压差阻力(3分)。三.分析证明题(共24分,每小题12分)1.不可压缩流体无旋流动的速度分布为ByAxu,DyCxv,得分评分人得分评分人得分评分人0w,若此流场满足连续性方程,试导出A、B、C、D所需满足的条件。(不计重力影响)根据连续性方程0DAzwyvxu(4分)根据无旋流动条件:0BCyuxvz(4分)A、B、C、D所满足得条件为:DA;BC(4分)2.无限空间的液体中压力波的传播速度C取决于液体的弹性模量E、密度ρ,试用量纲分析法求波速C的表达式。),(EfC,bakEC(4分)K为常数,写出量纲式(4分)ba][ML]T[ML][LT3211由量纲和谐原理,求指数得(4分)2121baEkC四.计算题(共32分,第1、2小题10分,第3小题12分)1.如图所示为一贮水设备,在C点测得绝对压强p=196120Pa,h=2m,R=1m,求作用于半球AB的总压力。C点的测压管到水面的距离得分评分人m(5分)=246.37kN(5分)2.有一超声速飞机在距离地面18km的空中以马赫数Ma=2.2的速度水平飞行,设空气为标准状态,问飞机越过地面观察者多长时间,才能听到声音?设飞机飞过地面观察着的水平距离为x时,才能听到声音m/s(2分)(4分)则km(2分)故时间为:s(2分)3.有一变直径弯管,轴线位于同一水平面,转角α=60°,直径dA=200mm,dB=150mm,当流量qv=0.1m3/s时,表压强pA=28kPa,若弯管AB段的水头损失hw=1m,水的密度ρ=1000kg/m3,求水流对弯管的作用力。s/18m.32.01.04d4qv221v1(1分)s/66m.515.01.04d4qv222v2(1分)根据能量方程w22222111h2gvgpz2gvgpz将21zz和已知数值代入,求得分)(46838Pa219.81000)5.66-(3.1821000108.2gh)v-(v2pp224w222112由)v-cos(vqcosApApF12v2211x0)-sin(vqsinAp-F2v22y38N.44018.3cos606(5.61.0100015.04268382.041028)vcosv(q-ApApF22312v2211x)=90N.900)0sin6066.5(1.01000sin600.15426838F2y分)   +4(985.86)90.900()38.440(FF2222XNFY与x轴的夹角为05.2690.90038.440arctanFFarctanyx(2分)贵州大学2007-2008学年第二学期考试试卷A五、名词解释(共20分,每小题5分)1.理想流体:实际的流体都是有粘性的,没有粘性的假想流体称为理想流体。2.水力光滑与水力粗糙管:流体在管内作紊流流动时(1分),用符号△表示管壁绝对粗糙度,δ0表示粘性底层的厚度,则当δ0>△时,叫此时的管路为水力光滑管;(2分)当δ0<△时,叫此时的管路为水力粗糙管。(2分)3.边界层厚度:物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层称为边界层;(2分)通常,取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的99%处的距离作为边界层的厚度,以δ表示。(3分)4.卡门涡街:流

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