03级《流体力学》Ⅰ试卷标准答案

装 订 线 20042005学年第二学期期末考试流体力学与流体机械试卷（A）标准答案和评分标准一填空题：（每小题2分，共24分）1流体只能够抵抗( 压力 )，而不能够承受( 拉力 )，也不能抵抗( 拉伸 )变形。2构成气体粘性的主要因素是气体( 分子 )作( 不规则热运动 )时，在不同速度层间所进行的( 动量交换 )。3从能量意义上来说，流体静力学方程 中各项的单位是( 焦耳/千克 )。4所谓正压，就是流体的( 绝对 )压力高于当地( 大气 )压力时，流体的( 相对 )压力值。5流体在弯曲的流道中流动时，其( 内 )侧的流速高，而( 外 )侧的流速低。6运动流体的总压头为( 静压头 )、( 位压头 )和( 动压头 )三者之和，其表达式为( )。7线变形运动是指流体微团的( 形状 )随时间在变化，而微团的( 形心位置 )和( 方位 )并不改变的一种变形运动。8在势流流场中，速度势函数的梯度就是流体的( 速度 )，而且( 等势线 )与( 流线 )处处正交。9实际流体在流动过程中，只要存在( 速度梯度 )，在相对运动的流层间就必定会产生( 切向应力 )，从而形成流动阻力。10所谓水力光滑，是指( 层流底层 )的厚度大于壁面的( 粗糙高度 )，壁面的( 粗糙高度 )全部被( 层流底层 )所覆盖的情形。11当粘性流体绕物体流动时，可将整个绕流流场划分为( 附面层 )区、( 尾涡 )区和( 外部势流 )区。12对于绕流平板而言，层流附面层转变为紊流附面层的临界雷诺数的范围是Rexc=( 31053106 )，在工程上常取Rexc=( 5105 ) 。 二解答题：（每小题5分，共30分）1问：温度为30的完全气体在等压过程中的体积膨胀系数是多少？解：由气体状态方程有，在等压条件下可得 ，则体积膨胀系数为 ( 2分 ) 1/K。 ( 3分 )2质量为50kg、密度为800kg/m3的液体，在有势质量力的作用下处于平衡状态，问该液体内部的压力分布规律如何？解：液体所受的单位质量力为， ( 2分 )则 ,积分上式，得压力分布为 。 ( 3分 )3已知二维流场速度分布为，问=1秒时，（1，1）点的加速度为多少？解：=1秒时，（1，1）点的加速度为 m/s2； ( 2分 ) m/s2； ( 2分 )则 m/s2。 ( 1分 )4已知某流场的流函数为（为常数），流体的密度为，问流场的速度分布如何？通过A（1，）和B（2，）两点间流体的质量流量为多少？解：(1)流场的速度分布为 ， ； ( 3分 )(2)根据流函数的性质，可得流体的质量流量为 。 ( 2分 )5某流体流经一扩张形管道，已知进出口管径之比为，问哪个截面的雷诺数大？它们的比值为多少？解：由可知，在流量Q一定的情况下，管道直径d与雷诺数Re成反比关系，管道直径d越大，则雷诺数Re值越小，即扩张形管道的出口雷诺数Re2小于进口雷诺数Re1，它们的比值为。 ( 5分 )6流速为20m/s、粘度为1510-6m2/s的流体纵向流过一长度为15m的平板，问板末端处附面层的厚度为多少？解：因为 5105，所以板末端处的附面层为紊流附面层，则板末端处附面层的厚度为 ( 2分 ) 。 ( 3分 )三计算题：（第1、2小题每题11分，第3、4小题每题12分，共46分）1在倾角=45的堤坡上有一圆形泄水口，孔口上装有直径d=1.2m的平板闸门，闸门中心位于水深h=3m处，闸门上端a有一铰链，下端b有一钢索可将闸门打开，不计闸门及钢索重量，求开启闸门所需要的力F。 题1附图解：(1)闸门所受的总压力为 N； ( 3分 )(2)压力中心到闸门中心的距离为 ； ( 4分 )(3)对闸门上端a点取矩，得 ，则开启闸门所需要的力为。 ( 4分 )2直径为d1=700mm的管道在支承水平面上分支为d2=500mm的两支管，A-A截面压力为70kN/m2，管道流量Q=0.6m3/s，两支管流量相等，不计压头损失，求支墩所受水流的水平推力。 题2附图解：(1)由连续性方程得 ， ； ( 3分 )(2)由伯努利方程 ，可得 ； ( 4分 )(3)由动量方程 ，可得支墩所受水流的水平推力为 ( 4分 )3通风机向水平风道系统送风，已知干管直径d1=300mm，长度=200m，末端接两支管，支管一直径d2=150mm，长度=300m；支管二是截面为0.15m0.2m的矩形管，长度=250m，通风机送风量Q=0.5m3/s，各管段沿程阻力系数均为=0.03，空气密度=1.20kg/m3，忽略局部阻力，试求通风机所提供的风压。 题3附图解：(1) 支管二的当量直径为 ， ( 1分 )各管段的阻抗分别为 ， ，； ( 4分 )(2)根据两支管的压头损失相等，即，以及 ，可得流量 0.2 m3/s, 0.3 m3/s； ( 4分 )(3)通风机所提供的风压为 。 ( 3分 )4一长为4m、宽为2m的平板，以u=5m/s的速度在20的水(=10-6m2/s)中运动，若边界层内的速度分布为，边界层厚度与沿板长方向坐标x的关系为，试求平板上的总阻力。解：(1)根据冯卡门动量积分方程，对于平板有 ， ( 1分 )令 ，则 ， ( 2分 )将 代入上式，得 ，所以，代入上述动量积分方程，得到 ； ( 3分 )(2)将沿整个板面积分，得； ( 3分 )(3)将已知参数代入上式，且 ，得平板上的总阻力为。 ( 3分 ) 标准答案和评分标准制定人：_ 年 月 日 任课教师：_ 年 月 日 系（教研室）主任：_ 年 月 日 装 订 线 20042005学年第二学期期末考试流体力学与流体机械试卷（B）标准答案和评分标准一填空题：（每小题2分，共24分）1流体遵循( 应变速率 )与应力成正比这一规律。2构成液体粘性的主要因素是液体( 分子 )间的( 吸引力 )。3从能量意义上来说，流体静力学方程 中各项的单位是( 焦耳/牛顿 )。4所谓负压，就是流体的( 绝对 )压力低于当地( 大气 )压力时，流体的( 相对 )压力值。5对于( 不可压缩 )流体，当流线皆为( 平行直线 )时的流动称为均匀流。6运动流体的测压管压头为( 静压头 )和( 位压头 )之和，其表达式为( )。7如果流体微团内各点的( 受力 )不均，有( 切向 )力存在时，将会使流体微团产生角变形运动。8只要是( 不可压缩 )流体的( 平面无旋 )流动，其流函数和速度势函数就同时存在。9在紊流状态下，沿程阻力一部分是由( 粘性摩擦 )造成的，但更主要的是由流体( 质点的迁移 )和( 横向脉动 )造成的。10所谓水力粗糙，是指( 层流底层 )的厚度小于壁面的( 粗糙高度 )，壁面的( 粗糙高度 )不能被( 层流底层 )所覆盖的情形。11平板层流附面层的厚度随流程x的变化曲线为( 二次抛物线 )，即与x的( 二分之一 )次方成正比。12对于绕流圆柱体而言，层流附面层转变为紊流附面层的临界雷诺数的范围是Rexc=( 21053105 )，在工程上常取Rexc=( 2105 )。二解答题：（每小题5分，共30分）1问：压力为0.5MPa的完全气体在等温过程中的体积弹性系数是多少？解：由气体状态方程，在等温条件下可得 ，则体积弹性系数为 ( 2分 ) MPa。 ( 3分 )2质量为100kg、密度为800kg/m3的液体，在有势质量力的作用下处于平衡状态，问该液体内部的压力分布规律如何？解：液体所受的单位质量力为 ， ( 2分 )则 积分上式，得压力分布为 。 ( 3分 )3已知二维流场速度分布为，问=1秒时，（1，1）点的加速度为多少？解：=1秒时，（1，1）点的加速度为 m/s2； ( 2分 ) m/s2； ( 2分 )则 m/s2。 ( 1分 )4已知某流场的速度势函数为（为常数），问流场的速度分布如何？沿着A（1，）到B（2，）两点间曲线的速度环量为多少？解：(1)流场的速度分布为 ， ； ( 3分 )(2)根据速度势函数的性质，可得速度环量 。 ( 2分 )5某流体流经一收缩形管道，已知进出口管径之比为，问哪个截面的雷诺数大？它们的比值为多少？解：由可知，在流量Q一定的情况下，管道直径d与雷诺数Re成反比关系，管道直径d越小，则雷诺数Re值越大，即收缩形管道的出口雷诺数Re2大于进口雷诺数Re1，它们的比值为。 ( 5分 )6流速为20m/s、粘度为1510-6m2/s、密度为1.2kg/m3的流体纵向流过一长度为15m的平板，问板末端处壁面上的摩擦切应力为多少？解：因为 5105，所以板末端处的附面层为紊流附面层，则板末端处壁面上的摩擦切应力为 ( 2分 ) 。 ( 3分 )三计算题：（第1、2小题每题11分，第3、4小题每题12分，共46分）1在倾角=45的堤坡上有一方形泄水口，孔口上装有边长B=1.2m的平板闸门，闸门中心位于水深h=3m处，闸门上端a有一铰链，下端b有一钢索可将闸门打开，不计闸门及钢索重量，求开启闸门所需要的力F。 题1附图解：(1)闸门所受的总压力为 ； ( 3分 )(2)压力中心到闸门中心的距离为 ； ( 4分 )(3)对闸门上端a点取矩，得 ，则开启闸门所需要的力为。 ( 4分 )2直径为d1=500mm的管道在支承水平面上分支为d2=350mm的两支管，A-A截面压力为70kN/m2，管道流量Q=0.3m3/s，两支管流量相等，不计压头损失，求支墩所受水流的水平推力。 题2附图解：(1)由连续性方程得 ， ； ( 3分 )(2)由伯努利方程 ，可得 ( 4分 )(3)由动量方程 ，可得支墩所受水流的水平推力为 ( 4分 )3通风机向水平风道系统送风，已知干管直径d1=300mm，长度=300m，末端接两支管，支管一直径d2=150mm，长度=200m；支管二是截面为0.15m0.2m的矩形管，长度=165m，通风机送风量Q=0.5m3/s，各管段沿程阻力系数均为=0.02，空气密度=1.20kg/m3，忽略局部阻力，试求通风机所提供的风压。 题3附图解：(1) 支管二的当量直径为 ， ( 1分 )各管段的阻抗分别为 ， ，； ( 4分 )(2)根据两支管的压头损失相等，即，以及 ，可得流量 0.2 m3/s, 0.3 m3/s； ( 4分 )(3)通风机所提供的风压为 。 ( 3分 )4一长为5m、宽为2m的平板，以u=5m/s的速度在20的水(=10-6m2/s)中运动，