2007-2008年--中国石油大学(北京)--工程流体力学--期末试卷A含详细答案

中国石油大学（北京）2007--2008学年第二学期《流体力学》期末考试试卷及标准答案A(闭卷考试)一判断下列各项叙述，并在正确的叙述后标“√”,在错误的叙述后标“×”。（10分）1气体的粘度通常随温度升高而变大。√（2分）2雷诺数可作为判断依据用于判断流动的流态，当流动雷诺数小于临界雷诺数时，该流动状态为湍流。×（2分）3在稳定流场中，质点的迹线与初始时刻通过该质点所处位置的流线不重合。×（2分）4河水流经桥下的河段时，因过流断面积缩小，流场中将产生迁移加速度。√（2分）5计算圆管流动的沿程阻力系数λ时，需首先判断该流动的状态，并选用相应的经验公式进行计算。√（2分）二请从下列各题后四个选项中找出一个最佳选项。（10分）1理想流体是一种通过简化得到的流体模型，在理想流体中不存在___D_____。.(2分)A体积力B惯性力C压力D粘性力2在流体力学中，长管是指_____C____的管道。(2分)A管长很长B沿程阻力系数很大C沿程水头损失远大于局部水头损失D以上都不对3应变力张量中S)(21ijjiijuuuu对角线上元素表示流体微团____C______A平移速度B角变形率C线变形率D旋转角速度4下列对瞬时值进行正确的时间平均化计算是___C________AxFxFttBxFxFttCxFxFttDxFxFtt5在非牛顿流体的流变方程中不含有屈服应力的模型是____B__________A宾汉模型B幂律模型C卡森模型D赫谢尔—巴克利模型三、简答题（共4题，每题5分）1．系统与控制体的概念，以及两者之间的区别和联系答：控制体：定义在空间某个坐标系上体积规定不变的任意一个连续、封闭的空间区域。固定控制体表面上可以有质量和能量交换。系统：指由一团固定不变的物质构成的系统，系统的形状可随时间、空间变化，系统的边界上可以有能量交换。基本定义与各自性质各1分，另1分直接给出2．串联与并联管路的特点串联管路：1、各节点处，流进和流出的流量平衡。2、全段的总水头损失为各段水头损失的总和。并联管路：1、各并联管内流量的总和等于流入各管的总流量。2、各并联管内的水头损失相等。两个问，4个答题点，各自1分，另外一分直接给3．流线、迹线的概念与性质答：流线是用来描述流场中各点流动方向的曲线，即矢量场的矢量线。在某一时刻该曲线上任意一点的速度矢量总是在该点与此曲线相切、迹线是指流体质点在不同时刻的运动轨迹流线三分，迹线2分4．粘性流体管流流态？流态的特点？流态的判据？答：粘性流体管流流态有三种：层流，湍流以及处于这两者之间的过渡状态。流态的判断依据是雷诺数1问2分，2问2分，三问1分四、计算题（共3题，每题20分）1．一速度场用xyz23111xyzttt，，描述，求（1）加速度的欧拉描述；（2）先求矢径表示式(,,,)rrabct，再由此求加速度场的拉格朗日描述；（3）流线与迹线。解：(1)由可得：(2)对xv，yv，zv分别积分得：1(1)xct22(1)yct33(1)zct当t=0时，x=a;y=b;z=c可得：c1=a;c2=b;c3=c故：rxiyjzk23(1)(1)(1)ratibtjctk2(22)(363)draibtjcttkdt2226(1)drbjctkdt(3)由流线方程：xyzdxdydzvvv；待入：23111dxdydzxyzttt整理得：21xcy；32xcz迹线方程：xyzdxdydztvvv整理得：1(1)xct；22(1)yct；33(1)zct4个问，每个5分，结果错扣1-2分，公式错扣1-2分全错0分2．如图所示相距m01.0的平行平板内充满sPa08.0的油，下板运动速度sm/1，在mx80压强从Pa41065.17降到Pa41081.9，试求：(1))(y的速度分布；(2)单位宽度上的流量；(3)上板的切应力。()vavvt22260,,(1)(1)xyzyzaaatt[解]由N-S方程：(X方向)2210pVxy即：2211vppyxx因：()VVy，故：22Vy为一常数。由：2980xpppdpxdxx故：22198012250Vy积分得：2126125vycyc又由条件：y=0,v=1;y=0.01,v=0;得：138.75c；21c故：2612538.751vyy单位宽度流量：0.0120(612538.751)Qyydy＝0.006m3/s上板的切应力：xdvdyy=0.01m,3.1Pa方向向左。第一个问，10分，另外两个问各5分。计算结果错扣1-2分，公式错扣1-2分全错0分3．水流定常通过一固定弯管，如图所示。已知水流流量30.5Qms，截面210.06Am，220.03Am，转折角30o，若流动为不可压缩一维定常，忽略粘性、体积力，试求固定此弯管所需的力。[解]由连续性方程：1122QAVAV可得：18.33/vms；216.67/vms由伯努利方程：22112222pvpvgg可得：1205466.67/pNm由动量方程：X方向：2112211()cosaxppAFvAvA得：3189.8xFNY方向：222cos4166.7yFvANtan1.306yxFF;得52.5或与X轴正方向的夹角：'127.5控制体、质量守恒方程、动量方程、伯努利方程，四个题点每个5分，计算结果错扣1-2分，公式错扣1-2分，全错0分。