中南大学流体力学试卷

---○---○------○---○---学院专业班级学号姓名…………评卷密封线………………密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理………………评卷密封线…………中南大学考试试卷（A）2012~2013学年二学期流体力学课程时间100分钟32学时，2学分，闭卷，总分100分，占总评成绩70%题号一二三四五六七八九十合计得分评卷人复查人一、判断题（请在后面的括号中，正确的填√，错误的填×）（15分）1.在连续介质假设的条件下，液体中各物理量的变化是连续的。（√）2.平衡流体不能抵抗剪切力。（√）3.粘滞性是引起流体运动能量损失的根本原因。（√）4.牛顿内摩擦定律只适用于管道中的层流。（×）5.自由射流的流束上的流体压强处处为大气压。（√）6.圆管流动中的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。（×）7.只有在有势质量力的作用下流体才能平衡。（√）8.串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。（√）9.理想流体是不可压缩的流体。（×）10.完全展开的层流是定常流动。（√）二、选择填空题（15分）1.已知水流的沿程阻力摩擦系数只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于(4)。1层流区；2紊流光滑区；3紊流过渡粗糙区；4紊流粗糙区。2.在平衡液体中，质量力与等压面(3)。（1）重合；（2）平行；（3）正交；（4）都有可能。3.雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数。(3)（1）急流和缓流；（2）均匀流和非均匀流；（3）层流和湍流；（4）恒定流和非恒定流。4.在流体力学建模中，当压强或压强降很重要时，会出现（2）。（1）雷诺数；（2）欧拉数；（3）韦伯数；（4）弗劳德数。得分评卷人得分评卷人5.流体在流动时，根据流体微团________来判断流动是有旋流动还是无旋流动。（4）（1）运行轨迹是否是圆周曲线（2）运行轨迹是否是曲线（3）运行轨迹是否是直线（4）是否绕自身轴旋转6.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线（3）。（1）重合（2）相交（3）相切（4）平行7.对于管路中，当流体流动为紊流时，局部阻力系数与无关。（1）（1）雷诺数Re；（2）流动的速度；（3）几何形状；（4）雷诺数Re和几何形状8.在缓变流的同一有效截面中，流体的压强分布满足（1）（1）pZCg（2）p＝C（3）2pCg2g（4）2pZCg2g9.当管路流动在紊流粗糙管平方阻力区范围内时，则随着雷诺数Re的增大，其沿程损失系数将（3）（1）增大（2）减小（3）不变（4）增大或减小10.管路水力计算中的所谓长管是指（3）（1）长度很长的管路；（2）总能量损失很大的管路；（3）局部损失与沿程损失相比较可以忽略的管路；（4）局部损失与沿程损失均不能忽略的管路；三、列出Bernoulli总流方程的全部假设条件及其有能量输入或输出的数学表达式，并说明Bernoulli方程的应用条件。（15分）答：假设条件：1）流体流动为连续的；2）质量力为有势；（答重力场中算对）3）定常流动；4）流线与迹线重合5）不可压缩；6）等温过程（答出4个，1.5分/个，共6分）总流Bernoulli方程：（水头方程或能量方程）221112221222shaftlossppZHZhgggg（每缺一项扣1分。共3分）Bernoulli方程的应用条件：（共6分，最多6分）1）必须满足Bernoulli方程的假设条件；（或者分别答出至少4个，2分）（必答）下面答出一项1分（最多4分）2）该式的各物理参数均为断面平均量；（1分）3）lossh为流动阻力损失，即沿程损失和局部损失；（1分）得分评卷人4）当有功输入时，Hshaft取，如泵；当有输出时取‘-’，如马达；（1分）5）两过流断面取在缓变流段，（而中间可以不是缓变流）；（1分）6）分流与汇流等---○---○------○---○---学院专业班级学号姓名…………评卷密封线………………密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理………………评卷密封线…………四、连续流体，任一点（x，y，z）,在时间t的密度为。1）求ddt；2)ddt和t的物理意义如何？3）请写出不可压缩流体的ddt的表达式？（15分）1）求dxyztddxdydzdtdttxdtydtzdt，，，yxzuuutxyz或divtu2)ddt和t的物理意义令dddsdtdsdt，该式说明ddt是指一点的密度沿其曲线的变化方向（dds）与沿此曲线的变化速率（dsdt）；t是指密度随时间变化的速率（或答局部）。3）不可压缩流体：0yxzuuuxyz五、如图所示，已知a=1m-2，闸门宽度为2m，确定水对闸门的垂直分力以及水对闸门的垂直分力绕水平O轴的力矩。（10分）解：1）求水对闸门的垂直分力（5分）121dFpdAydAydx又3xy23dxydy1112233400031121366344.90510FyydyyydyyyFN2）求水对闸门的垂直分力绕水平O轴的力矩大小（5分）21dMxdFxydx又3xy23dxydy1320213Myyydy1367301169.81101.41067MyyNm得分评卷人得分评卷人yx1mx=ay3O六、已知流体流动速度分布为22220xyzcycxuuuxyxy，，其中，c为常数。完成如下问题：1）流体流动是几维流动？2）是否为不可压缩流体？为什么?3）定常的，还是非定常的？为什么?4）求流线方程，并画出若干条流线。（20分）答：1）二维。（4分）2）divu=0，不可压缩。（4分）3）与时间无关，定常的。（4分）4）2222-xydxdydxdyxdxydycycxuuxyxy积分得流线方程：22xyC，方向由流场中的xu、yu确定——逆时针。（4分，图4分）七、用突然扩大使管道的平均流速由1减到2，若直径d1及流速1一定，试求使测压管液面差h成为最大的u2及d2是多少？并求最大h值。（10分）解：22212112212222ppZZggggg（3分）22212211221221222pphZZgggggg（2分）02122ggddh（2分）122、21max4hg由连续性方程可知221122dd，212dd得分评卷人得分评卷人xy122121max224ddhg（3分）