流体力学复习最后冲刺

1、基础练习部分Exercise 12000级试卷一、简答题(20分，每题4分) 流体力学中连续性假说 流体静压力的两个重要特性 研究流体运动的两种方法及其区别 系统、控制体及其区别 流线、迹线二、计算题1、 如图所示，一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用，已知h14.5m，h22.5m，闸门宽度1m，求作用在闸门上的静水总压力大小及作用点。(10分)h1h22、 已知：，。求：1）流体的速度场； 2）t=0，通过(1，1，1)的流线； 3）t=0，通过(1，1，1)的迹线。（15分）xybg3.充分发展的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度b为常数，且0，重力加速度为g，求其流速分布关系式。（15

2、分）4.等强度的源汇与均流叠加，求叠加后的势函数、流函数，画出流线谱及驻点位置。 （15分）5.如图所示管路系统，管道均为铸铁管，沿程摩阻系数0.024，各管段长度、管径如图所示。（a）若管道总流量为0.56m3/s，求A到D点总能量损失；（b）如果用一根管道代替并联的三根管道，若保证流量及总能量损失不变，求管道3的管径。（10分）2 1066m 250mmABCD3 762m 200mm914m 500mm14 914m 300mm22800m 500mm5答案一、 简答题1、 在流体力学上假定流体质点在微观上充分大，宏观上又充分小，它完全充满所占空间，没有空隙存在。这种假定摆脱了复杂的分子

3、运动，着眼宏观运动。2、 一、静压力方向永远沿着作用面内法线方向。二、静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。3、 研究流体运动的方法主要有两种：一、拉格郎日法：把流体质点作为研究对象，跟踪一个质点，描述它 运动的历史过程，并把足够多的质点运动情况综合起来，可以了 解整个流体的运动。二、欧拉法主要研究流场中的空间点，观察质点流经每个空间上运动 要素随时间变化的规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流 体运动的规律。4、 系统是一团流体质点的集合，它始终包含着相同的流体质点，而且具有确定的质量。控制体是指流场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体的形状和位

4、置相对于所选定的坐标系统是固定不变的，它所包含的流体的量可能时刻改变。把某一质点在连续时间过程内所占据的空间位置量成线，就是迹线，迹线就是流体质点在一段时间内运动的轨迹线。一般用拉格郎日发法研究。流线是某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切，一般用欧拉法研究二、计算题1、解：分左右两部分计算左部分：水平分力：98003（61）=176400牛顿 垂直分力：=98001（0.53.14364）=138474牛顿 合力 =224259牛顿右部分：水平分力：98001.531=44100牛顿 垂直分力：=69237牛顿 合力： =82089牛顿 总水平分力：=176

5、40044100=132300牛顿 总垂直分力：=138474+69237=207711牛顿 合力： =246266牛顿2、解：（1） （2） 当 t=0时， 所以：， （3） 流线： ， 迹线：，3、解：根据N-S方程 积分： 根据边界条件： ， ， 代入，得 5、解：势函数： 流函数： 驻点坐标：，6、解：根据并联、串联管路的特点，得： 把数据代入，得： 升/秒 升/秒 6.0米Exercise 2【2001级试卷】1、 矩形闸门AB可绕其顶端的A轴旋转，由固定在闸门上的一个重物来保持闸门的关闭。已知闸门宽100cm，长90cm，整个闸门和重物共重1000kg，重心在G点处，G点与A点的水

6、平距离为30cm，闸门与水平面的夹角，求水深为多少时闸门刚好打开?（20分） A G 30cm B 2、以Langrange变数(a,b,c)给出流体的运动规律为（20分）（1）求速度场；（2）流场是否是定常的？（3）求t=0时刻过空间(1,1,1)点的流线；（4）求t=0时刻过空间(1,1,1)点的迹线。答案：1如图所示，建立坐标系。设水深为时，闸门刚好打开，由题意可知，闸门BA的y点处的形心为 则闸门dy长度所对应面积上所受的压力为： (N) 根据力学上平行力矩原理，闸门所受力对轴A的力矩为： (N.m) 根据合力矩定理，对通过A点垂直于图面的轴取矩，得： (m) 即水深为1.00m，闸门

7、刚好打开。2、解：(1) 流体的速度场由Euler(欧拉)变数(x,y,z)描述，设速度场的三个分量由题意可得 （1） 由Langrange变数(a,b,c)给出流体的运动规律可得： （2）把式(2)代入式(1)中可得速度场为： （3） (2) 因为速度场与时间无关，因而流动是定常的。 (3)流线方程为： 即 (4) 由式(4)得： (5) 已知条件t=0时，x=y=z=1可得流线方程为 (6) (4)迹线是对某一流体质点而言，在t=0时刻在空间（1,1,1）点的流体质点可由Langrange变数(a,b,c)给出流体的运动规律中求得， (7) 把式(6)代入题意中得到迹线方程为： (8) E

8、xercise3.【研究生2005年统招】一、 简答题 水击现象及产生的原因。解释直接和间接水击现象。 气体和液体粘度随温度变化有何不同二、如图所示，一圆柱体放在不同液体中，已知其长度L=10m，D2m，油的相对密度为0.8，深度为，求作用在圆柱上的各分力大小和方向。（15分）油水三、已知流场中速度分量分别为：，求时刻t=2，过点（0，1）的流线。四、不可压缩流体的速度分量为：，。流动是否连续？是否无旋？求速度势函数。【追加：求驻点位置】五、如图所示，溢流坝内外水位高度分别为h1、h2，水的密度为，求水流对坝体的作用力。(15分)h2h1六、图所示，已知H20m，l1150m，l280m，l3

9、80m，l4200m，d1100mm，d2100mm，d380mm，d4120mm，=0.025，求管路系统的水流量。（10分）l3HQQl4l1l2答案：1.水击是管路中不稳定流动引起的一种特殊现象，由于某种原因引起管路中流速突然变化，引起管内压力突然变化，造成水击。水击发生的物理原因是由于液体具有惯性和压缩性。2. ：压力作用点在轴上时，闸门自动打开，根据平行移轴原理，yd=，可求d=2.11m，（10分）F=941000N（5分）。三、解：流线的微分方程：，式中是参数 积分，得：；（5分） 迹线方程应满足：，式中是自变量 积分，得：，（5分）四、解：（3分）（1分）（3分）（4分）（4分

10、）五、解：在坝体上、下游取1-1和2-2截面，这两个截面都处于缓变流，水压强分布服从静力学规律。水流对坝体的合力指向下游。坝体对控制体内的流体的合力F指向上游。根据动量方程：（5分）由连续性方程，得：（3分）由，得（5分）代入动量方程，得（2分）六、解：2、3管路并联Exercise 4 【讨论题】综合题预测A（写下相关公式）预测（一） 考查静止流体在平面及曲面上的作用力预测（二） 综合考查流体动力学中伯努利方程及动量方程；可能性各占一半。预测（三） 综合考查五类水力计算。预测（四） 考查势流，势函数，流函数，势流叠加原理，及与伯努利交叉命题。1.【预测二】如图所示，变直径圆管在水平面内以=3

11、0。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d2=0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水流对圆管的作用力及作用力的位置。（20分）题4图2.【预测三】两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直径d1=600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数=0.04，求总流量Q=？（20分） 3.【简答题预测】1）什么是绝对压力、相对压力、真空度、表压？它们之间的关系如何？2）流体静压力有哪些特性？3）什么是等压面？等压面的两个重要性质

12、是什么？要求是什么？4）流体静力学基本方程式有哪几个表达式？方程式的物理意义、几何意义如何？4. 【预测一】已知如图2-38所示，闸门为圆形,D=1.25m,q=80,可绕通过C的水平轴旋转求(1)作用在闸门上的转矩与闸门在水下的深度无关(2)闸门完全淹没,作用在闸门的转矩5.【预测一】 如图2-39所示，直径相等的半球形面，求作用在三个球面的作用力的大小及方向。6【预测一】求如图2-44所示，水下倾斜放置的平板，已知，宽。求：作用在平板上的总压力和压力中心的位置。7.【预测四】已知某二元不可压缩流场速度分布，试确定：（1）流动是否连续？（2）流场是否有旋？（3）速度为零的驻点位置。（4）速度

13、势函数和流函数。 答：流动连续；流场无旋；驻点为（0，0）和（-4，0）；，8. 【预测二】直径为，速度为的水射流，在叶片一端流入，从另一端流出，速度大小不变，但方向随叶片而偏转，试求下列两种情况下射流对叶片作用力。（1），（2），。 答：（1），（2）9.【简答题预测】1）为研究风对高层建筑物的影响，在风洞中进行模型实验，当风速为时测得迎风面压强为，背风面压强为，试求温度不变风速增至时，迎风面和背风面的压强。()2）一个潮汐模型，按弗劳得相似准则设计，尺度比例系数为，问原型中的一天，相当于模型的时间是多少？()3）为研究输水管道上直径600mm阀门的阻力特性，采用直径300mm，几何相似的阀

14、门用气流做模型实验。已知输水管道的流量为，试求模型的气流量。()()10.【简答题预测】计算图中逐渐扩大管的局部阻力系数。已知d1=7.5cm，p1=0.7工程大气压， d2=15cm，p2=1.4工程大气压，l=150cm，流过的水量Q=56.6L/s。11.【简答题预测】若管嘴出口面积和孔口面积相等，且作用水头也相等，为什么管嘴出流量要比孔口出流量大？并写出管嘴收缩断面处真空高度的表达式。12.【预测三】如图所示水泵将水从进水池抽至水塔，已知水泵的功率kW，流量m3/s，水泵效率，吸水管长度m，压水管长度m，吸水管直径mm，压水管直径mm，沿程阻力系数，带底阀滤水网的局部阻力系数，弯头阻力

15、系数，阀门，逆止阀，水泵的允许真空度m，试求：（1）水泵的安装高度；（2）水泵的几何给水高度。（将Zs改为；Q改为）13.【预测三】并联管路如图所示，已知总流量m3/s；长度m，m；直径mm，mm，mm，如采用铸铁管，试求各支管的流量及两点间的水头损失。（标出水流方向，A前加进入方向，而B后加流出方向）14.【预测简答题】1）试说明伯努利、N-S方程成立的条件。2）简述势函数和流函数的性质。3）简述水力光滑管与水力粗糙管的含义。15.【预测三】水泵装置如图。水泵安装高度h2.5m，高低水池液面（面积足够大）高差Z20m，吸水管管径D10.2m，长度l15m，沿程阻力系数为0.02，总局部水头损失系数为5；压水管的直径D20.15m，l250m，沿程阻力系数为0.