公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.2相似原理和模型实验方法VIP

公用设备工程师-专业基础（暖通空调、动力）-工程流体力学及泵与风机-3.2相似原理和模型实验方法[单选题]1.体积弹性模量K、速度v，密度ρ的无量纲数是()。[2017年真题]A（江南博哥）.ρv2/KB.ρv/KC.ρv/K2D.ρv2/K2正确答案：A参考解析：体积模量K是弹性模量的一种，其单位为Pa。它反映了材料的宏观特性，是一个较为稳定的材料常数。dimK＝dim（dP/（－dV/V0））＝dim（F/A）＝dim（ma/l2）＝dim（mv/（tl2））＝dim（m/（t2l））＝ML－1T－2，dimv＝dim（l/t）＝LT－1，dimρ＝dim（m/V）＝dim（m/l3）＝ML－3。其中M、L、T分别为质量、长度、时间的量纲。则dimρv2＝ML－1T－2，dimρv＝ML－2T－1，dimK2＝M2L－2T－4。A项，dim（ρv2/K）＝（ML－1T－2）/（ML－1T－2）＝1；B项，dim（ρv/K）＝（ML－2T－1）/（ML－1T－2）＝L－1T；C项，dim（ρv/K2）＝（ML－2T－1）/（M2L－2T－4）＝M－1T3；D项，dim（ρv2/K2）＝（ML－1T－2）/（M2L－2T－4）＝M－1LT2。[单选题]2.孔口出流的流量Q与孔口面积A、流体压强p、流体密度ρ等有关，用量纲分析方法确定Q的函数表达式为()。[2016年真题]A.B.C.D.正确答案：A参考解析：等式两边的量纲应该一致，dimQ＝L3T－1，dimA＝L2，dimp＝ML－1T－2，dimρ＝ML－3。A项，。B项，。C项，。D项，。[单选题]3.流体的压强差Δp、速度v、密度ρ的无量纲数是()。[2010年真题]A.Δp/（ρv）B.Δp/（ρ2v）C.Δp/（ρv2）D.Δp/（ρv3）正确答案：C参考解析：dimΔp＝ML－1T－2，dimv＝LT－1，dimρ＝ML－3。A项，dim[Δp/（ρv）]＝ML－1T－2/（ML－3×LT－1）＝LT－1；B项，dim[Δp/（ρ2v）]＝ML－1T－2/[（ML－3）2×LT－1]＝M－1L4T－1；C项，dim[Δp/（ρv2）]＝ML－1T－2/[ML－3×（LT－1）2]＝1；D项，dim[Δp/（ρv3）]＝ML－1T－2/[ML－3×（LT－1）3]＝L－1T。综上所述，C项为正确答案。[单选题]4.下列何项是流动相似不必满足的条件？()[2008年真题]A.几何相似B.必须是同一种流体介质C.动力相似D.初始条件和边界条件相似正确答案：B参考解析：要保证两个流动现象的相似，即两个流动问题的力学相似，必须是两个流动现象的几何相似、运动相似、动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似，但可以是不同的流体介质。[单选题]5.下列哪一条不是通风空调中进行模型实验的必要条件？()[2007年真题]A.原型和模型的各对应长度比例一定B.原型和模型的各对应速度比例一定C.原型和模型中起主导作用的同名作用力的相似准则数相等D.所有相似准则数相等正确答案：D参考解析：要保证原型和模型的相似，即原型和模型的流动现象力学相似，必须是原型和模型的流动现象几何相似、运动相似、动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似。几何相似是指流动空间相似，即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例；运动相似是指两流动的相应流线几何相似，即相应点的流速大小成比例，方向相同；动力相似是指两流动相应的同名力作用成比例。根据动力相似的定义，可以导出一系列相似准数，包括欧拉数、弗诺得数、雷诺数等。在这些相似准则数的具体计算时，除物理常数外，需要采用对整个流动有代表性的量，因此原型和模型中起主导作用的同名作用力的相似准则数相等，并不是所有相似准则数相等。[单选题]6.要保证两个流动问题的力学相似，下列描述中的哪一条是错误的？()[2006年真题]A.流动空间相应线段长度和夹角角度均成同一比例B.相应点的速度方向相同，大小成比例C.相同性质的作用力成同一比例D.应同时满足几何、运动、动力相似正确答案：A参考解析：BCD三项，要保证两个流动现象的相似，即两个流动问题的力学相似，必须是两个流动现象的几何相似、运动相似、动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似。几何相似是指流动空间相似，即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例。运动相似是指两流动的相应流线几何相似，即相应点的流速大小成比例，方向相同。动力相似是指两流动的同名力方向相同，相应的同名力成比例。A项，流动空间相应线段长度应成同一比例，夹角角度应相等。[单选题]7.下列关于因次分析法的描述哪项不正确？()[2005年真题]A.因次分析法就是相似理论B.因次是指物理量的性质和类别，又称为量纲C.完整的物理方程等式两边的每一项都具有相同性质的因次D.因次可分为基本因次和导出因次正确答案：A参考解析：A项，相似理论是在描述物理现象客观规律的物理方程式已知的情况下，探求两现象相似的条件，而因次分析法只要在决定某物理现象的主因素已知的条件下，根据因次和谐性就可以推导出描述该现象的物理方程，其具体形式可通过实验来确定，二者并不相同。B项，因次是指物理量的性质和类别，又称为量纲，与物理量的单位有所不同。C项，因次分析法是以方程式的因次和谐性为基础的，通过对现象中物理量的因次以及因次之间相互联系的各种性质的分析，研究现象相似性。方程式的因次和谐性，是指完整的物理方程式中各项的因次应相同。D项，在因次分析法中，通常用到基本因次和导出因次。其中，基本因次是指某一类物理现象中，不存在任何联系的性质不同的因次；导出因次是指那些可以由基本因次导出的因次。[单选题]8.某输油管层流模型试验，模型和原型采用同温度的同一种流体，模型与原型的几何比例为1:4，则模型有关的流量应为原型油管流量的()。[2018年真题]A.1/eB.1/4C.1/6D.1/8正确答案：B参考解析：在模型设计时，确定对流动起决定性作用的力，选择相应的模型律，即只选择这种外力的动力相似条件。本题中，对于输油管层流实验，影响流速分布的主要因素是黏滞力，因此采用雷诺模型律即Rem＝Ren，可得un/um＝dm/dn＝1/4。流量之比为：Qm/Qn＝（dm2um）/（dn2u_{nub>）＝（1/4）2×4＝1/4。[单选题]9.直径为1m的给水管在直径为10cm的水管中进行模型试验，现测得模型的流量为0.2m3/h，若测得模型单位长度的水管压力损失为146Pa，则原型给水管中单位长度的水管压力损失为()。[2014年真题]A.1.46PaB.2.92PaC.4.38PaD.6.84Pa正确答案：A参考解析：本题模拟有压管内流动，因此应选择雷诺准则来设计模型，则undn/ν＝umdm/ν，所以有undn＝umdm，又dn/dm＝10，则un/um＝1/10。流动相似，欧拉数相等，则pn/（ρnun2）＝pm/（ρmum2），可得：pn/pm＝（ρn/ρm）·（un>2/um}2）＝1×（1/10）2＝1/100，所以p_{n>＝pm/100＝1.46Pa。[单选题]10.中航船波阻力模型试验，已知波阻力是由重力形成的水面波浪产生，原型船速4m/s，长度比尺λ1＝10。试验仍在水中进行，为了测定航船的波阻力，模型的速度为()。[2013年真题]A.4.156m/sB.3.025m/sC.2.456m/sD.1.265m/s正确答案：D参考解析：两种流动动力相似，按照不同的相似准数可建立对比关系。因为波阻力由重力形成，与重力有关的应按弗劳德准则Fr设计模型。根据实际与模型的弗劳德准则数相等，Frp＝Frm，即。由题意可得，vp＝4m/s，λl＝lp/lm＝10，则。[单选题]11.某溢水堰模型设计比例为1:36，在模型上测得流速1m/s，则实际流速为()m/s。[2012年真题]A.6B.5C.4D.3正确答案：A参考解析：两种流动动力相似，按照不同的相似准数可建立对比关系。堰流中，由于重力起主要作用，因此采用弗劳德准则设计模型。弗劳德准则数，Frp＝Frm，即。长度比λl＝lp/lm＝36，则速度实际速度vp为：。[单选题]12.直径为1m的给水管在直径为10cm的水管中进行模型试验，现测得模型的流量为0.2m3/s，则原型给水管实际流量为()m3/s。[2011年真题]A.8B.6C.4D.2正确答案：D参考解析：对于有压管流，影响流速分布的主要因素是黏滞力，故采用雷诺模型，相似准则数为雷诺数，则Ren＝Rem，即vndn/υn＝vmdm/υm。由于运动粘度υ与物体的种类和温度有关，原型和模型的温度与物质的种类相同，因此运动粘度υn＝υm，则vn/vm＝dm/dn，Qm/Qn＝vn2dn/vm2dm＝dm/dn。由题意可得，原型直径dn＝1m，模型直径dm＝0.1m，模型流量Qm}＝0.2m3/s，则Qn＝Qmdn>/dm＝0.2×1/0.1＝2m3/s。[单选题]13.某有压管流动阻力问题，若进行模型设计，应采用()。[2019年真题]A.雷诺准则B.弗劳德准则C.欧拉准则D.马赫准则正确答案：A参考解析：对于有压管流，影响流速分布的主要因素是黏滞力，应采用雷诺模型，按雷诺准数设计模型；而在大多明渠流动中，重力起主要作用，一般采用弗劳德模型律，即按弗劳得准数设计模型。[单选题]14.在长度比为1:6的模型中进行温差空气射流实验，原型中风速为50m/s，温差为12℃，周围空气为20℃，模型中风速为25m/s，周围空气为20℃，则模型的中心温度为()。[2016年真题]A.16℃B.18℃C.20℃D.22℃正确答案：B参考解析：在设计模型实验时，要同时满足所有准则数是很困难的，甚至是不可能的，一般只能达到近似相似，就是要保证对流动起重要作用的力相似即可。本题为温差空气射流问题，此时应当以满足阿基米德相似准数Ar为主，即原型Arn＝模型Arm。阿基米德数表征浮力与惯性力的比值，当送风口贴近顶棚，贴附长度与阿基米德数Ar有关。阿基米德相似准数Ar的公式为：Ar＝gd0ΔT/（v02T0）。式中，g为重力加速度；d0为送风口直径；ΔT为温差；T0为周围环境温度；v0为的风速。因此[d0ΔT/（v02T0）]n＝[d0ΔT/（v02T0>）]m，则ΔTm＝（d0n/d0mub>）×（v0msub>2/v0n2）×ΔT_n＝6×（252/502）×12＝18℃。[单选题]15.下列对于雷诺模型律和弗劳德模型律的说法正确的是()。[2014年真题]A.闸流一般采用雷诺模型律，桥墩扰流一般采用弗劳德模型律B.有压管道一般采用雷诺模型律，紊流淹没射流一般采用弗劳德模型律C.有压管道一般采用雷诺模型律，闸流一般采用弗劳德模型律D.闸流一般采用雷诺模型律，紊流淹没射流一般采用弗劳德模型律正确答案：C参考解析：模型律的选择问题，就是要保证对流动起主要作用的力相似：①在大部分的明渠流动中，重力起主要作用，一般采用弗劳德模型律，即按弗劳德准数设计模型。水利工程中的明渠流以及江、河、溪流，都是以水位落差形式表现的重力来支配流动的，对于这些以重力起支配作用的流动，应该以弗劳德相似准数作为决定性相似准则数。②而对于有压管流，影响流速分布的主要因素是黏滞力，应采用雷诺模型，按雷诺准数设计模型。有不少流动需要求流动中的黏性力，或者求流动中的水力阻力或水头损失，如管道流动、流体机械中的流动、液压技术中的流动等，此时应当以满足雷诺相似准则数为主。本题中，闸流、桥墩扰流是重力作用下的流动，应采用弗劳德准则设计模型；有压管道流、紊流淹没射流的主要影响因素是黏滞力，故应采用雷诺模型律。[单选题]16.速度v，长度l，时间t的无因次组合是()。A.v/（lt）B.t/（vl）C.l/（vt2）D.l/（vt）正确答案：D参考解析：根据单位来判断无因次组合。速度的单位为m/s；长度的单位为m；时间的单位为s。A项，dim[v/（lt）]＝（m/s）/（ms）＝1/s2；B项，dim[t/（vl）]＝（1/s）/（m2/s）＝1/m2；C项，dim[l/（vt2）]＝m/（ms）＝1/s；D项，dim[l/（vt）]＝m/m＝1。因此，答案为D项。[单选题]17.力F、密度ρ、长度l、速度v的无量纲组合是()。A.F/（ρl2v2）B.F/（ρl3v）C.F/（ρlv3）D.F/（ρlv）正确答案：A参考解析：根据单位来判断无因次组合。力F的量纲为N或（kg·m）/s2；密度ρ的量纲为kg/m3；长度l的量纲为m；速度v的量纲为m/s。A项，dim[F/（ρl2v2）]＝[（kg·m）/s2]/[（kg/m3）×m2×（m/s）2]＝1；B项，dim[F/（ρl3v）]＝[（kg·m）/s2]/[（kg/m3）×m3×（m/s）]＝1/s；C项，dim[F/（ρlv3）]＝[（kg·m）/s2]/[（kg/m3）×m×（m/s）3]＝s；D项，dim[F/（ρlv）]＝[（kg·m）/s2]/[（kg/m3）×m×（m/s）]＝m2/s。因此，答案选择A项。[单选题]18.进行水力模型实验，要实现明渠水流的动力相似，应选的相似准则是()。A.雷诺准则B.弗劳得准则C.欧拉准则D.其他准则正确答案：B参考解析：在大多明渠流动中，重力起主要作用，一般采用弗劳得模型律，即按弗劳得准则设计模型。[单选题]19.进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选的准则是()。A.雷诺准则B.弗劳得准则C.欧拉准则D.其他准则正确答案：A参考解析：对于有压管流，影响流速分布的主要因素是黏滞力，应采用雷诺模型律，按雷诺准则设计模型。[单选题]20.弗劳得数的物理意义表示()。A.黏滞力与重力之比B.惯性力与重力之比C.惯性力与黏滞力之比D.压力与惯性力之比正确答案：B参考解析：弗劳得数为惯性力与重力之比。惯性力Fl＝ρl2v2，重力FG＝ρl3，因此弗劳得数Fr＝F<sub>lb>/FG＝ρl2v2/（ρl3）＝v2/（lg）。在大多明渠流动中，重力起主要作用，一般采用弗劳得模型律。[单选题]21.明渠水流模型实验，长度比尺为4，模型流量应为原型流量的()。A.1/2B.1/4C.1/8D.1/32正确答案：D参考解析：因为在明渠水流中重力起重要作用，则选取弗劳得数Fr作为准则数，即：Frn/Frm＝[vn2/（gln）]/[vm2/（glm）]式中，Frn、Frm分别为模型和原型的弗劳得数；vn、vm分别为模型和原型的流速；ln、lm分别为模型和原型的长度。模型尺寸缩小倍数λl＝lm/ln＝1/4，则模型流速缩小倍数λv＝vmb>/vn＝λl1/2＝1/2，模型流量缩小倍数λQ＝Qm/Qn＝λvλlsub>2＝1/32，即模型流量Qmub>为原型