《工程流体力学》.doc

1.粘性 流体抵抗变形的特性。2.流线 在流场中某一瞬时处处与流体速度方向一致的曲线。3.流量 单位时间通过某一截面流体的数量。4.速度环量 在流场中某一瞬时速度沿某一封闭曲线的积分。5.边界层 在固壁附近速度梯度很大的薄层区域。
二．简答题（20分每题10分）
1．简述定常不可压粘性流体有压管流中层流和紊流的基本规律。

流动特征
hf
V(r)
Va/Vmax
τ
层流
分层
∝v
二次曲线
0.5
τ1
紊流
脉动
∝v1.75～2.0
对数曲线
0.79～0.86
τ1+τ2
2．画出无限空间自由淹没紊流射流结构图，并说明其几何、运动、动力特征。
答：几何特征：tanα＝3.4a、运动特征:各截面速度分布相似、动力特征：各截面动量相等。
三、选择与填空（30分）
1．两平板相距0.1mm，中间充满了粘度为μ=0.00114Pa/s的流体，上平板相对下平板的运动速度为3.5m/s，则平板表面的切应力为 39.9 Pa。（3分）
7．如图2所示，设H=3m，不计损失，则出口速度为 7.67 m/s。（2分）
8．两水管的有压流动相似，d1/d2=3，则v2/v1= 3 。（2分）
10．理想不可压流体作平面无旋流动，其流函数为kxy，则＝ kx ，＝ -ky 。（2分）
12．某正激波前速度系数为2.3，则波后速度系数为 0.435 。（1分）
13．如图5所示为小扰动在不同来流速度场的传播，则来流速度在图a中 B ，图b中A 。（A．Ma＞1 B．Ma＜1 C．Ma=1＝。（1分）

图5(a) 图5(b) 图6
14．设某管路的水力直径为4.8m，则其水力半径为 1.2 m。（1分）
15．某二元不可压流场，，，则过点（1，2）的ax=75。（2分）
17．某流场的速度分布为，则该流场为 A 。（A．不可压 B．可压缩）。（2分）
19．为了获得超声速气流应使用 B 。（A．收缩喷管 B．缩放喷管）。（1分）
1.流体是一种受任何微小 剪切力 作用时，都会产生连续变形的物质。
2.作用于流体上的力按其性质可以分为表面力和 质量力 。
3.缓变流任意过流截面静压力分布特点： 。
4. 一边长为的等边三角形截面管内充满流体流动，其当量直径（水力直径） 。
5. 某流场，，则流线方程为 。
6.量纲和谐性原理是指任何一个正确的方程式中，各项的量纲必须 相同
7．在管流中，如果两个截面的直径比为 ，则这两个截面上的雷诺数之比为 。1/2
8. 在圆管层流流动中，沿程损失与速度的 一次方 成正比。
9．某水流速度是2.5m/s，则其速度水头是 0.32 mH2O。
10．斯托克斯定理表明，沿封闭曲线的L的速度环量等于穿过以该曲线为周界的任意曲面的 涡通量 。
11．不可压缩平面流动的势函数为，其流函数为
12.边界层的分离只可能发生在 压强 升高的区域内，形成旋涡。
13.马赫数的定义为气体的流速与 当地声速 的比值。
14.超声速气流在扩压管中进行增压，扩压管的截面积应该逐渐 减少 ；超声速气流在喷管中进行增速，喷管的截面积应该逐渐 增大 。
3.对于实际流体,总水头线是 沿程下降 的线。
4.理想流体与实际流体的主要区别在于 是否烤炉粘性 。
5.真空是指 绝对压强 和 当地大气压 的压力差。
6.Re是表征 粘性 力的相似准则数，在圆管流动中，当Re小于 2000 时，实际流体的流动状态是 层流 流动；当Re大于该值时，其流动状态是 紊流 流动。
7.流体旋转质点的运动形式包括平移、 变形 和 旋转 。
8.气流速度与临界速度之比是 速度系数 。
9.亚声速流动，是指马赫数___小于1_______时的流动。

二、简答题（每题5分，共25分）
1、 什么是连续介质假设？引入连续介质假设的目的是什么？
连续介质假设认为流体是由空间上连续分布的流体质点组成的连续介质。根据流体的连续介质模型，任意时刻流动空间的任一点都为相应的流体质点占据，表征流体性质和运动特征的物理量一般为时间和空间的连续函数，就可以应用数学分析中连续函数分析和解决流体力学问题。

2、 什么是水力光滑管？什么是水力粗糙管？
当流体流动过程中，粘性底层完全淹没了管壁粗糙凸出部分，这时粘性底层以外的紊流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响，流体好像在完全光滑的管子中流动，这种管道称为水力光滑管。当管壁的粗糙凸出部分有一部分或者大部分暴露在紊流区域中，这时流体流过凸出部分将产生旋涡，造成新的能量损失，这种管道称为粗糙管。

3、 什么是缓变流？缓变流的特征是什么？
当流线的曲率半径很大或流线之间的夹角很小时，流线近似为平行直线，这样的流动称为缓变流。缓变流的特性：缓变流任意过流截面上流体静压力的分布规律与平衡流体中的相同

4、 试根据尼古拉兹试验,说明紊流各区沿程阻力系数 与 和 的关系。
对于粗糙管阻力系数λ与Re的关系可以分为五个阶段：当Re＜2300时，流动处于层流状态，管壁的相对粗糙度对阻力系数λ没有影响，λ与Re成反比关系；2300＜Re＜4000时，处于第一过渡区，是层流向紊流过渡的不稳定区域；4000＜Re＜26.98（d/ε）8/7时，为水力光滑管区，λ与Re的0.25次方成反比关系；26.98（d/ε）8/7＜Re＜4160（d/2ε）0.85时，为第二过渡区，随着Re的增大，λ也增加；4160（d/2ε）0.85＜Re时，处于阻力平方区，λ与Re无关。

1．水管上安装一复式水银测压计如图所示。同一水平线上各点的压强p1、p2、p3、p4 哪个最大？哪个最小？哪些相等？ 答：P4最大，P1最小，P2=P3

2．在一条水平管段上装有两只测压管，如图2所示，当管中流量增大时，两只测压管中液面高度与是增大还是减小？并说明原因。
答： 减小， 增大，因为随着流量的增加，管中的绝对压力均减小， 测的压力为相对压力，
测的压力为真空压力

3．已知液体中流速沿y方向分布如图3所示，试根据牛顿内摩擦定律 ， 定性绘出切应力沿 y 方向的分布图。

4．关于水流去向问题，曾有以下一些说法，如“水一定是从高处流向低处”、“水是由压力大的地方流向压力小的地方”、“水是由流速大的地方流向流速 小的地方”，这些说法对吗，试用基本方程式加以说明。

答：以上说法都不对，由粘性流体的伯努力方程可知，水是由机械能大的地方流向机械能小的地方。

5．判断容器的加速度方向并说明理由。（其中J为单位质量力）
答：容器的加速度方向垂直向下。因为作用在容器内液体质点上的单位质量力J与所对应的加速度大小方向相同，并且容器与其中的液体一起运动，因此容器的加速度方向也与 单位质量力的方向相同，垂直向下。

三．计算题（40分,每题10分）
1． 如下图所示文丘里流量计，当水流过时汞差压计的读数为H＝125mm，设d1=250mm，d2=100mm，不计损失，试求水的流量。

2． 某排水管路系统如上图所示。排水管出口到吸水井液面的高差为Hc＝530 m，吸水管直径d1＝ 0.25 m，长度L1= 40 m，λ1＝0.025，∑ζ1=5。排水管直径d2=0.2 m，长度L2= 580 m，λ2＝0.028，∑ζ2=3。不计空气造成的压力差。当流量qv=270 m3/小时，求水泵给单位重量流体所提供的能量）H。

3． 如下图所示，一隔板将水箱分为A、B两格，隔板上有直径为dl=40毫米的薄壁小孔口，流量系数0.62。B箱底部有一直径径d2＝30毫米的圆柱形管嘴，管嘴长0.1米，流量系数0.82。A箱水深H1=3米恒定不变。试求在定常出流时H1为多少？出流的流量是多少？

4． 设某流场的流函数为ψ＝2axy，试证明该流场无旋、不可压，并求其速度势函数。

二、简答题（每题5分，共25分）
1、解：平板沿斜面向下的作用力为：

则平板上的切应力为：
根据牛顿内摩擦定律：
设速度分布为线性分布，则：
则均速下滑时平板的速度U是：

2．解：设A到等压面1－1截面的距离为z,则有：

3、解：因为水闸的内外均受大气压力作用，故大气压的影响可略去。
作用在闸门上的总压力为：
（3分）
根据压力中心的计算公式，可得：

这个距离应该是闸门的延长线与水面的交点为原点算起的距离。式中，

所以，

对A点列合力矩方程，得：

解：（1）
取1-1、2-2两断面列伯努利方程

（2）对选取的控制体列动量方程：

所以，

所以，水流对弯管壁的作用力为F的反作用力F`，大小相等，方向相反。

5.某水塔供水系统，h=20m，由管路1、2组成，按长管计算，d1=250mm，l1=20m，d2=200mm，l2=260m，沿程阻力系数均为0.03，中间有水泵一台，泵的扬程是40mH2O，求管路中的流量。

6、解：（1）因为
所以流动为有势流动，即存在势函数。
（2）因为
所以流动为不可压缩流体的流动，即存在流函数。

5、解：取1-1、2-2两液面列伯努利方程：

取1-1、3-3两液面列伯努利方程：

解方程(1)(2)(3)组成的方程组可得

所以，