流体力学习题答案2012

一、问答题(1)简述边界层分离的原因。答：边界层分离的原因在于逆压强梯度（）作用和物面粘性滞止效应的共同影响，使物面附近的流体不断减速，最终由于惯性力不能克服上述阻力而停滞，边界层便开始脱落，即边界层开始分离。(2)判断下述论点的正确性，并说明理由。“水一定是从高处往低处流动的。”答：上述论点是错误的。水往何处流取决于总水头。水是不可压缩粘性流体，由不可压缩粘性流体能量方程：可知：不可压缩粘性流体流动过程会产生阻力损失，流动导致总水头减少，两处的总水头满足上式，所以水只能从总水头高处流向总水头低处。(３)粘性流体在管内作湍流流动时，何为“水力粗糙”？答：当层流底层厚度小于粗糙度δ<ε时，管壁粗糙凸出部分暴露在湍流区中，导致流体产生碰撞、冲击，形成漩涡，增加能量损失。这种情况称为“水力粗糙”。（4）已知流场中的速度分布为（１）说明此流动是否恒定？（２）求流体质点在通过流场中点（１，１，１）时的加速度。答案：（１）因为速度与时间有关，所以此流动为非恒定流动；（２）（5）如图所示为一吸水装置，已知，若甲、乙两水箱的水位保持不变，忽略流动的水头损失，试问要从甲水箱将水吸入喉道，喷嘴断面面积与喉道断面面积之比：与之间应满足什么条件？解题要点：1）取过喷嘴轴线的水平面为基准面，对1-1与2-2应用总水流的伯努利方程（忽略阻力损失）2）再对水箱乙与2-2应用总水流的伯努利方程（忽略阻力损失）3）结合稳定总流的连续性方程解得：要从甲水箱将水吸入喉道，应满足（6）左图为一水箱带一收缩圆锥喷嘴，水位高h。请判断下列说法是否正确：1）h为常数时点2的加速度为零，点1有迁移加速度；2）h随时间变化时，2点只有当地加速度，点1既有当地加速度又有迁移加速度。二、计算题1、实际流体在圆管中作层流流动时,截面平均流速是管内中心流速的1/2倍。若将管子换为管径比原管径大20%管子，沿程阻力损失将是原来的48.2％。2、在101.33kPa下用20℃的清水测定某离心泵抗气蚀性能，于某流量下测得泵内恰好发生气蚀时，泵入口处的压强为60.1kPa，据此求得此时的允许吸上真空度为3、如图所示，水在压强作用下从密封的下水箱沿竖直管道流入上水箱中，已知h＝50cm，H＝3m，管道直径D＝25mm，λ＝0.02，各局部阻力系数分别为ζ1＝0.5，ζ2＝5.0，ζ3＝1.0，求：为维持稳定的管中流速V＝1m/s，下水箱的液面压强应保持在多少Pa?解：以下水箱液面为基准面，列两液面的伯努利方程：沿程水头损失：局部水头损失：总水头损失：所以，2214、已知：一个水平放置的90º弯管输送水d1＝150mm，d2＝100p1＝3.06×105Pa，Q＝0.03求：1）p2是多少？2）水流对弯管的作用力大小和方向（不计水头损失）。求解要点：取1-1、2-2两断面列伯努利方程求得对选取的控制体列动量方程：x方向：y方向：解得，所以，水流对弯管壁的作用力为R的反作用力，大小相等，方向相反。6、如图输水管道，拟用U形水银压差计连接于直角弯管处测量管中水流量，已知：d1＝300mm，d2＝100mm，压差计的最大量程读数Δhmax＝800mm，水流量范围Q＝10～100试问：(1)该压差计的量程是否满足测量的需求？(2)当Δh＝300mm（注：忽略水头损失，水银密度为13600kg/m3，水的密度1000kg/m解（要点）：（1）以0－0断面为基准面，列1－1、2－2两断面的能量方程：以最大流量计算对应的压差计读数，由等