工程流体力学

1、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hfV(r)Va/Vmax层流分层v二次曲线0.51紊流脉动v1.752.0对数曲线0.790.861+22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：tan3.4a、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（3

2、0分）1两平板相距0.1mm，中间充满了粘度为=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 。（AMa1 BMa1 CMa=1。（1分） 图5

3、(a) 图5(b) 图614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

4、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 。1/28. 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

5、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

6、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

7、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与Re的关系可以分为五个阶段：当Re2300时，流动处于层流状态，管壁的相对粗糙度对阻力系数没有影响，与Re成反比关系；2300Re4000时，处于第一过渡区，是层流向紊流过渡的不稳定区域；4000Re26.98（d/）8/7时，为水力光滑管区，与Re的0.25次方成反比关系；26.98（d/）8/7Re4160（d/2）0.85时，为第二过渡区，随着Re的增大，也增加；4160（d/2

8、）0.85Re时，处于阻力平方区，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=P32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

9、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H125mm，设d1=250mm，d2=100mm，不计损失，试求水的流量。

10、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Hc530 m，吸水管直径d1 0.25 m，长度L1= 40 m，10.025，1=5。排水管直径d2=0.2 m，长度L2= 580 m，20.028，2=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d230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2ax

11、y，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11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，d