工程流体力学历年试卷及答案

《工程流体力学》综合复习资料

一、判断题

1、根据牛顿内摩擦定律,当流体流动时，流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小

成正比。

2、一个接触液体的平而壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水

静压强的平均值。

3、流体流动时，只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。

4、在相同条件下，管嘴小流流量系数大于孔口出流流量系数。

5、稳定1定常）流一定是缓变流动。

6、水击产生的根本原因是液体具有粘性。

7、长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。

8、所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。

D-d

9、外径为D,内径为d的环形过流有效断面，其水力半径为------o

4

10、但凡满管流流动，任何断面上的压强均大于大气的压强。

二、填空题

1、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数Mud。%,通过的流量

为2L/s,分析当汞水压差计读数A/z=9cm,通过流量为L/s。

2、运动粘度与动力粘度的关系是，其国际单位是。

3、因次分析的根本原理是：；具体计算方法分为两种。

4、断面平均流速V与实际流速u的区别是。

5、实际流体总流的伯诺利方程表达式为，

其适用条件是。

6、泵的扬程H是指。

7、稳定流的动量方程表达式为。

8、计算水头损失的公式为与。

9、牛顿内摩擦定律的表达式，其适用范围是。

10、压力中心是指。

三、简答题

1、稳定流动与不稳定流动。

2、产生流动阻力的原因。

3、串联管路的水力特性。

4、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？

5、静压强的两个特性。

6、连续介质假设的内容。

7、实际流体总流的伯诺利方程表达式及其适用条件。

8、因次分析方法的根本原理。

9、欧拉数的定义式及物理意义。

10、压力管路的定义。

11、长管计算的第一类问题。

12、作用水头的定义。

13、喷射泵的工作原理。

14、动量方程的标量形式，

15、等压面的特性。

16、空间连续性微分方程式及其物理意义。

17、分析局部水头损失产生的原因。

18、雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及物理意义。

19、流线的特性。

四、计算题

1、如下图，将一平板垂直探入水的自由射流中，设平板截去射流的局部流量6=

0.012m7s,并引起射流的剩余局部偏转一角度。。射流速度为30m/s,总流量Q°=

0.036m7s,不计重量及水头损失。求射流加于平板上的力？

2、有泵管路如下图，流量。=240根3/小)“，泵的吸入管长乙=15〃z,沿程阻力系

数4=0.03,总局部阻力系数为=6；压力管长4=&)机，4=0.03,

=10,管径为0.25加。

求：(1)泵入口处真空表读数6.6〃ZH2。，求吸入高度九。

(2)两个液面高差〃2=24加，求泵的扬程”。

3、水平直管半径为R,不可压缩流体作层流流动，其半径r处点流速为〃，并等于管

72

内平均流速V。求证：r=­R

2

4、如下图一贮水容器。器壁上有两个半球形盖，设d=0.5m,h=2m,H=2.5m。

试分别求出作用在两个球盖上的液体总压力。

V2

5、如图水泵进水系统，h=3m,管径d=0.25口，1、2断面间的总水头损失h”=8.5——，

2g

断面2处的真空度为£=4.08mH,O,求流量。

参考答案

一、判断题

XJXJXXXXJX

二、填空题

1、3L/s

2、V=^/p,斯(〃/Is)

3、因次和谐的原理，n定理

4、过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速在过流断面上

是相等的

22

5、4+且+也=42+也+也—稳定流，不可压缩流体，作用于

72g-72g

流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动

6、单位重量液体所增加的机械能

8、T=±^A—,是指在温度不变的条件下，随着流速梯度的变化，p值始

dy

终保持一常数

9、总压力的作用点

三、简答题

1、稳定流动与不稳定流动。-一在流场中流体质点通过空间点时所有的运动要素

都不随时间改变，这种流动称为稳定流；反之，通过空间点处得流体质点运动要

素的全部或局部要素随时间改变，这种流动叫不稳定流。

2、产生流动阻力的原因。-一外因：水力半径的大小；管路长度的大小；管壁粗

糙度的大小。内因：流体流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，质点摩擦所表

现的粘性，以及质点发生撞击引起运动速度变化表现的惯性，才是流动阻力产生

的根本原因。

3、串联管路的水力特性。-一串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠

力L串联管路总水头损失等于串联各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于

前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。

4、如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？-一不是固定不变

的。通过层流边层厚度与管壁粗糙度值的大小进行比拟。

6八水力光滑管；6＜卜水力粗糙管。

5、静压强的两个特性。.静压强的方向是垂直受压面，并指向受压面。2.

任一点静压强的大小和受压面方向无关，或者说任一点各方向的静压强均相等。

6、连续介质假设的内容。-一即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充

满全空间的介质组成，物质的宏观性质依然受牛顿力学的支配。这一假设忽略物

质的具体微观结构，而用一组偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，数度，压

力等）。这些方程包括描述介质性质的方程和根本的物理定律，如质量守恒定律，

动量守恒定律等。

7、实际流体总流的伯诺利方程表达式为

22

6+也=/%°+正+&^-+22］，其适用条件是稳定流，不兀压缩流

y2g-y2g

体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动。

8、因次分析方法的根本原理。-一就是因次和谐的原理，根据物理方程式中各个

项的因次必须相同，将描述复杂物理现象的各个物理量组合而成无因次数群兀，

从而使变量减少。

9、欧拉数的定义式及物理意义。--pV~,其物理意义为压力与惯性力

的比。

10、压力管路的定义，-一但凡液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力

管路。

11、长管计算的第一类问题。一一管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通

过时，确定管路中的玉力降，或确定起点所需的压头，或计算水利坡降。

12、作用水头的定义，-一任意断面处单位重量水的能量,等于比能除以重力加速

度。含位置水头、压力水头和速度水头。单位为m。

13、喷射泵的工作原理。-一喷射泵主要由喷嘴、吸入室和扩散室等组成。工作流

体在压力作用下经管子进入喷嘴，并以很高的速度由喷嘴出口喷出。由于喷出的

工作流体速度极高，因此使喷嘴附近的液体（或气体）被带走。此时，在喷嘴出口的

后部吸入室便形成真空，因此吸入室可从吸入管中吸进流体并和工作流体一起混

合，经扩散管进入排出管。如果工作流体不断地喷射，便能连续不断地输送液体（或

气体）。

14、J呢〃0=£匕，，叫=生qM=三个方

程为动量方程的标量形式。

15、等压面的特性。…作用于静止流体中任一点上的质量力必定垂直于通过该点

的等压面。

16、空间连续性微分方程式及其物理意义。

..乌+华咚°+咚。=0,其物理意义为：流体在单位时间内经

dtdxdydz

过单位体积空间流出与流入的质量差与其内部质量变化的代数和为零。

17、分析局部水头损失产生的原因。--6）任何断面形状的改变，都必将引起流

速的重新分布，因而附加了流体间的相对运动和流体质点的急剧变形，结果导致

质点间附加摩擦和相互撞击，使流体能量受到损失，液流中流速重新分布。（b）

流速的重新分布，总是伴随有流动别离和旋涡的形成，在旋涡区由于粘性的存在，

便有摩擦的能量损失,在旋涡中粘性力作功。（c）在旋涡区中，又有质点被主流所

带走，即有动量交换，因而消耗运动流体的能量，流体质点的混掺引起的动量变

化。

18、雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及物理意义。…

Re**

雷诺数：v〃惯性力与粘性力之比

富劳德数：g/惯性力与重力之比

Eu=-^-

欧拉数：pV~压力与惯性力之比

19、流线的特性。-一（1）在定常流动时，因为流场中各流体质点的速度不随时间

变化，所以通过同一点的流线形状始终保持不变，因此流线和迹线相重合。而在

非定常流动时，一般说米流线要随时间变化，故流线和迹线不相重合。

（2）通过某一空间点在给定瞬间只能有一条流线，一般情况流线不能相交

和分支。否那么在同一空间点上流体质点将同时有几个不同的流动方向。只有在

流场中速度为零或无穷大的那些点，流线可以相交，这是因为，在这些点上不会

出现在同一点上存在不同流动方向的问题。速度为零的点称驻点，速度为无穷大

的点称为奇点。

（3）流线不能突然折转，是一条光滑的连续曲线。

（4）流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大，稀疏的地方，表示该

处的流速较小。

四、计算题

1、参见教材p.77

2、参见教材p.63/p.70

3、参见教材p.Ill

4、解：上面的盖为〃盖，对于。盖，其压力体体积%为

^=/^=9810x0.262=2.57kN（方向1）

左面水平的盖为。盖，对于。盖，静水压力可分解成水平及铅重两

个分力，其中

22

Fx=yH-cl=9810x2.5x-x0.5=4.813kN

水平方向分力44（方向一）铅重

3

£=7v=9810x—x0.5=0.321kN

方向分力-12（h向I）

5、解：列自由液面1-1和2—2断面的伯诺利方程：

Y2g

得：v=1.49m/sQ=v—cl2=0.073/T73/s

4

答:流量为O.O73W/s

粘性：流体层间发生相对滑移运动时产生切向力的性质。

粘性系数：切应力与速度梯度成正比的比例系数。

牛顿流体：切应力与角变形速率（速度梯度）之间存在线性关系的流体。

非牛顿流体：切应力与角变形速率（速度梯度）之间不存在线性关系的流体。

理想流体：假想的粘性为零的（"=0）的流体。

体积压缩系数：单位压力变化所对应的流体体积的相对变化值。

体积弹性模数：流体体积的单位相对变化所对应的压力变化值。

液体外表任意两个相邻局部之间的垂直与它们的分界线的相互作用

外表张力：

的拉力。

外表张力系数：单位长度分界线上的张力。

质量力：作用于流体质量上的非接触力。

外表力：由毗邻的流体质点或其它的物体所直接施加的外表接触力。

流体静止平衡时施加于不可压流体外表的压力，以同一数值沿各个

帕斯卡定理：

方向传递到所有流体质点。

正压流场：整个流场中流体密度只是压力的函数。

绝对压力：以真空为基准的压力。

相对压力：以大气压力为基准的压力，又称为表压。

位置水头：流体质点距离某基准面的高度。

压力水头：单位重量流体的压力势能，可■用压力所对应的液柱身度来表不。

静水头：位置水头和压力水头之和，又称测压管水头。

等压面：流体静止平衡时，压力相等的曲面（或平面）。

迹线：流体质点的轨迹线；

流线：用欧拉法描述速度场时的速度矢量线；

串线：相继通过空间某一固定点的流体质点依次串联而成的线；

流体线：由确定的流体质点组成的连续线：

线变形速率：单位时间内微元流体线的相对伸长率；

体积膨胀率：单位时间内微元流体团的体积膨胀率；

角变形速率：正交流体线的夹角对时间的变化率的1/2；

流体微团整体转动过某流体质点A的所有流体线转动角速度的平均值，可用正交微元

角速度：流体线的角平分线的转动角速度来衡量；

无旋流场：=O的流场，又称有势场；

速度势：当流场无旋时，存在y=v%©称为速度势；

相对于坐标系固定不动的封闭体积，它是欧拉方法描述流动用的儿

控制体：

何体。

包含固定不变物质的集合，它是拉格朗日方法描述流动的质量体，

系统：

其形状，大小，位置，随时间变化。

连续方程：反映物质不灭质量守恒的方程。

动量方程：反映物质动量变化与受力关系的方程，其本质是牛顿第二定律。

能量方程：反映物质能量变化与作功、吸收热量关系的方程。

反映理想流体定常运动时，流体的压力能，动能，质量力势能以及

伯努利方程：

内能关系的方程。

它的物理意义是作用在流体上的惯性力与粘性力的比值的度量，是

雷诺数：

粘性流体运动中重要的特征量。

当流体运动规那么，各局部分层流动互不掺混，流体质点的迹线是

层流：

光滑的，而且流场稳定时，此种流动形态称为层流。

湍流：当流体运动极不规那么，各局部流体相互剧烈掺混，流体质点的迹

线杂乱无章，流场极不稳定时。此种流动形态称为“湍流〃。

《工程流体力学》复习题及参考答案

一、名词解释。

1、雷诺数2、流线3、压力体4、牛顿流体5、欧拉法6、拉格朗

日法

7、湿周8、恒定流动9、附面层10、卡门涡街11、自由紊流射

流

12、流场13、无旋流动14、贴附现象15、有旋流动16、自由射流

17、浓差或温差射流18、音速19、稳定流动20、不可压缩流体21、

驻点22、自动模型区

二、是非题。

1.流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面。

()

2.平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。

()

3.附面层别离只能发生在增压减速区。

)

4.等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少。

)

5.相对静止状态的等压面一定也是水平面

()

6.平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数

()

7.流体的静压是指流体的点静压

()

8.流线和等势线一定正交

()

9.附面层内的流体流动是粘性有旋流动

()

10.亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加,速度增加，压力减小。

()

11.相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。

()

12.超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。

()

13.壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心。

()

14.相1邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。

)

附

1面层外的流体流动时理想无旋流动。

56.

处

1于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。

17.流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减少；温度降低

粘滞性增大°

()

18.流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。

()

三、填空题。

1lmmH2O=Pa

2、描述流体运动的方法有和。

3、流体的主要力学模型是指、和不可压缩性。

4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时

与的比照关系。

5、流量Q1和Q2,阻抗为Si和S2的两管路并联，那么并联后总管路的流

量Q为，总阻抗S为。串联后总管路的流量Q为，总阻抗S为。

6、流体紊流运动的特征是，处理方法是。

7、流体在管道中流动时，流动阻力包括和。

8、流体微团的根本运动形式有：、和。

9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了

与的相比照值。

10、稳定流动的流线与迹线。

11、理想流体伯努力方程z+R+近二常数中，其中Z+R称为水头。

r2gr

12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在，因而

一切平面流动都存在，但是，只有无旋流动才存在。

13、雷诺数之所以能判别，是因为它反映了

和的比照关系。

14、流体的主要力学性质有、、

、和。

15、毕托管是广泛应用于测量和一种仪器。

16、流体的力学模型按粘性是否作用分为和。作用与液上的力包括，。

17、力学相似的三个方面包括、与。

18、流体的力学模型是模型。

2

19、理想气体伯努力方程p+d")(九-几)+2^-中，

p+(Zj-z2)-/„)称，称全压，称总压。

20、紊流射流的动力特征是。

21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式,u的单位为°

22、浓差或温差射流的热力特征是。

23、流体微团的运动是由运动，运动，运动和运动四种根本运动形式符

合而成。

24、儿何相似是力学相似的，运动相似是模型实验的，动力相似是运动

相似的。

25、欧拉准数是和的相比照值。

26、马赫数M反映了惯性力和相比照值。

27、流体流动的状态分为和。

28、弗鲁得准数反映了和相比照值。

四、选择题。

1、按连续介质的概念，流体质点是指。

A、流体的分子B、流体内的固体颗粒C、无大小的几何点

D、几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体

2、一下哪种流体为非牛顿流体。

A、空气B、清水C、血液D、酒精

3、绝对压强「械、相对压强P、真空值入、当地大气压强pa之间的关系

是。

A.Pabs=p+PvB、P=Pabs+PaC、Pv=Pa-Pabs

4、圆管层流过流断面的流速分布为。

A、均匀分布B、对数曲线分布C、二次抛物线分布

5、一下那些概念属于欧拉法。

A、流线B、迹线C、液体质点D、液体微团

6、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数4。

A、与雷诺数Re有关B、与管壁相应粗糙度。有关

d

C、与Re和9有关D、与和管长1有关

d

7、速度V、长度1、时间t的无量纲组合是。

vt1

A>-B.—C、<D、I'

Itvlvfvt

8、圆管断面直径由di突然扩大到d2,假设将一次扩大改为两级扩大，

那么该扩大的局部水头损失。

A、减小B、不变C、增大

9、在圆管流动中，层流的断面速度分布符合。

A、均匀规律B、直线变化规律C、抛物线变化规律D、对数曲线规

10、流线与流线通常情况下。

A、能相交也能相切B、仅能相交不能相切

C、仅能相切不能相交D、既不能相交也不能相切

11、速度v,密度夕，压强p的无量纲集合是。

A、型B、包C、巨D、3

vpppy~

12、雷诺数代表的是之比。

A、惯性力与压力B、惯性力与重力

C、惯性力与外表张力D、惯性力与粘性力

13、压力输水管模型实验，长度比尺为8,模型水管的流量应为原型输水

管流量的。

14、一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大〃成立的条件

是。

A、理想流体B、粘性流体C、可压缩流体D、不可压缩流体

15、弹簧管压力表的读数是。

A、绝对压强B、相对压强

C、绝对压强加当地大气压D、相对压强加当地大气压

16、静水中斜置平面壁的形心淹没深hc与压力中心淹没深hD的关系是。

A、大于B、小于C、等于D、无规律

17、某风管的断面尺寸为300mmx200mm,那么该风管的当量直径是。

A、240mmB、250mmC、300mmD>200mm

18、有一变直径管流，小管直径力，大管直径d2=2di，那么两断面雷诺

数的关系是。

A、Rei=—Re?B、Re.=Re>C、Re.=1.5Re、D、Re.=2Re、

I2NI/1L1L

19、以下流体哪个属于牛顿流体。

A、汽油B、纸浆C、血液D、沥青

五、简答题。

1、薪体静压强的特性是什么？

2、尼古拉兹实验分区级意义是什么？

3、附面层提出的意义？

4、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？

5、附面层别离的原因是什么？

6、运动粘滞系数r的物理意义是什么？

7、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么？

8、元流的特性是什么？

2

9、伯努利方程z+?+±=常数中各项的物理意义？

r2g

10、管网水力计算遵循的原那么是什么？

11、水击(水锤)现象及产生的原因是什么？

12、管嘴出流产生真空的原因和条件是什么？

13、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？

14、射流弯曲产生的原因？

15、绕流升力产生的原因？

16、毕托管是广泛应用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意图，

并说明其工作原。

17、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。

18、下式不可压缩流体N-S方程中，各项的物理意义是什么？

六、计算题。

1、有一钢板制风管，断面尺寸为

40()mmx200mm,管内气流平均速度为.5m/s,气体运动粘滞系数

为15.0XKT8m2/s,判断管内气体的流态?

2、一高压管末端接喷嘴，如以下图所示，喷嘴出口直径为10cm,管道直径

为40cm,水在管中流量Q为0.4n?/s,求管嘴对水流的作用力。

22

3、不可压缩流体的流速分量为：ux=x-y,uy=-2xy,L=0,问该流

动是否为无旋流动？

2

4、平面流动的速度分量为：ux=x+t,u,=-y+t2；求：当t=l是过M

(1,1)的流线方程。

5、一车间用直径为0.5m的风口送风，风口风速为6.0m/s,如长度比例

常数为4,确定实验模型风口风速。假设在模型内测得某点气流速度

为3.0〃z/s,那么车间相应点的速度为多少？(空气的运动粘滞系数

>90.000015W/s)

6、对某一桥墩采用模型比例为仝进行实验。模型中水流速度为

In16

0.76m/s,实测模型桥墩受水流作用力为4N。求原型中相应的流速与

作用力。

7、在水平放置的管线中接弯管，直径从600mm逐渐减小到300mm,水

流方向偏转60°如下图，在直径较大一端压强为172kN/n?,求作用于

弯管上的力的大小和方向，①当水不流动时；②当通过的流量为

876L/s时;

8、一弧形闸门AB,宽4m,圆心角为45°,半径为2m,闸门转轴恰好与水

面平齐，求作用于闸门的水静压力。

A

C

O

9、如以下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为50mm的短管，形成

管嘴出流，作用水头H=5m,管嘴出流流量系数u=0.82,试问：①管

嘴出流流量Q;②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么？③

适宜的管嘴长度是多少？

H

―►

，Q

10、如下图，一水平射流冲击光滑平板，流量为密度。直径为d0,求:

①平板所受的冲击力。②流量Q1和Q2o

册VIy

X

do

V。，Qo

。2，V2

11、如以下图所示：水箱侧壁接出一根由西段不同管径所组成的管道，

d1=2(X)mm,d2=l(X)mm,两管短长均为L=50m,W=10m,沿程阻力系

数4=0.01,必=0.3,必=02求：管道中水的流量、流速.

d2

，A-B,c

参考答案：

一、名词解释。

1、雷诺数：是反响流体流动状态的数，雷诺数的大小反响了流体流动

时，流体质点惯性力和粘性力的比照关系。

2、流线：流场中，在某一时刻，给点的切线方向与通过该点的流体质

点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。

3、压力体：压力体是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面,

顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面，中间

是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。

4、牛顿流体：把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿

流体。

5、欧拉法：研究流体力学的一种方法，是指通过描述物理量在空间的

分布来研究流体运动的方法。

6、拉格朗日法：通过描述每一质点的运动到达了解流体运动的方法称

为拉格朗日法。

7、湿周：过流断而上流体与固体壁面接触的周界称为湿周c

8、恒定流动：流场中，流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性

力等也不随时间变化的流动。

9、附面层：粘性较小的流体在绕过物体运动时，其摩擦阻力主要发生

在紧靠物体外表的一个流速梯度很大的流体薄层内，这个薄层即为附面层。

10、卡门涡街：当流体经绕流物体时，在绕流物后面发生附面层别离，

形成旋涡，并交替释放出来，这种交替排列、有规那么的旋涡组合称为卡门

涡街。

11、自由紊流射流：当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空

间喷射时，形成的流动即为自由紊流射流。

12、流场：充满流体的空间。

13、无旋流动：流动微团的旋转角速度为零的流动。

14、贴附现象：贴附现象的产生是由于靠近顶棚流速增大静压减少，而

射流下部静压大，上下压差致使射流不得脱离顶棚。

15、有旋流动：运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。

16、自由射流：气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。

17、浓差或温差射流：射流介质本身浓度或温度与周围气体浓度或温度

有差异所引起的射流。

18、音速：音速即声速，它是弱扰动波在介质中的传播速度。

19、稳定流动：流体流动过程与时间无关的流动。

20、不可压缩流体：流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。

21、驻点：流体绕流物体迎流方向速度为零的点。

22、自动模型区：当某一相似准数在一定的数值范围内，流动的相似性

和该准数无关，也即原型和模型的准数不相等，流动仍保持相似，准数的这

一范围称为自动模型区。

二、是非题。

1、错误2、正确3、正确4、错误5、错误6、正确7、正确

8、正确9、正确10、正确11、正确12、正确13、正确14、正确

15、正确16、错误17、错误18、错误

三、填空题。

1、9.807；

2、欧拉法；拉格朗日法；

3、连续介质；无粘性；

4、惯性力；粘性力；

5、Q=Q1+Q2;3=~^=+~^=;Q=Q1=Q2;S=S1+S2；

Js《S[y]S2

6、脉动现象；时均法；

7、沿程阻力；局部阻力；

8、平移运动；旋转流动；变形运动；

9、惯性力；弹性力；

10、重合；

11、测压管；

12、流线；流函数；势函数；

13、流态；惯性力；粘性力

14、惯性；重力性；粘滞性；压缩性和热胀性；外表张力特性；

15、气体；水流；

16、理想气体；粘性气体；质量力；外表力；

17、几何相似；运动相似；动力相似；

18、连续介质；

22

19、势压；p+^-；p+(z)-z2)

20、各横截面上的动量相等；

du

21、r=+u—；pa-5；

dy

22、各截面的相对焰值相等；

23、平移；旋转；线变形；角变形；

24、前提；目的；保证；

25、压力;

26、弹性力；

27、层流：紊流：

28、重力；惯性力;

四、选择题。

1-5:DCCCA6-10:BDACC11-15:DDCDB16-19：BADA

五、简答题。

1、流体静压强的方向是沿着作用面的内法线方向；在静止或相对静止

的流体中，任一点流体静压强的大小作用面方向无关，只与该点的位置有关。

2、①层流区②临界过渡区③紊流光滑区④紊流过度区⑤紊流粗糙

区

意义：比拟完整地反响了沿程阻力系数的变化规律，揭示了沿程阻力系数变

化的主要因素。

3、在于将流场划分为两个计算方法不同的区域，即势流区和附面层。

在附面层外的势流区按无旋流动理想流体能量方程或动量方程求解；在附面

层内，按粘性有旋流动流体能量方程或N-S方程求解；

4、浓差或温差射流由于浓度或温度不同，引起射流介质密度与周围其

气体密度与周围气体密度不同，所受的重力与浮力不相平衡，使得整个射流

将发生向上或向下的轴弯曲c

5、当流体绕流曲面体流动时，在减压增速区，流动维持原来的附面层;

流动进入增压减速区时，流体质点受到与主流方向相反的压差作用，将产生

方向的回流，而附面层外的流体仍保持原有的前进，这样，回流和前进这两

局部运动方向相反的流体相接触，就形成旋涡。旋涡的产生使得附面层与壁

面发生别离。

6、流体运动粘滞系数r表征单位速度梯度作用下的切应力对单位体积

质量作用产生的阻力加速度，具有运动学要素。

7、流体动力粘滞系数u表征单位速度梯度作用下的切应力，反映了粘

滞的动力性质。

8、元流的特性：元流的边界由流线组成：流体质点不能出入元流；元

流断面上的流速和压强是均匀分布。

9、Z：断面对基准面高度，水力学中称位置水头，单位位能；

与在断面压强作用下，流体沿测压管所能上升的高度，压强水头，单

位位能；

2

土:断面以速度U为初速度的铅直向上射流所能到达的理论的高度，流

2g

速水头，单位位能。

10、①任一节点流入和流出的流量相等；②任一闭合环路中，如规定顺

时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，那么各管段阻力损

失的代数和必等于零。

11、有压管路中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体

的速度和动量发生急剧变化，从而造成液体压强骤然变化，该现

象就是水击（水锤）现象，产生的原因①液体的可压缩性②管道材

质的弹性。

12、原因是流体质点流动时由于有惯性，因而流线不能成折线，是光

滑的曲线，所以能够形成真空区域;条件是:管嘴长度为管径的3~

4倍；作用水头此极限值为9.3机。

13、在自由紊流射流的主体段，射流各断面上速度分布是相似的，轴

线速度越来越小，横截面积越来越大，质量流量也越来越大；个

横截面上的动量守恒。

14、在温差射流场中，由于气流密度与周围的气体的不同，射流气体

所受的浮力与重力不相平衡，使整个射流发生向下或向上弯曲。

15、当绕流物体为非对称形或虽为对称但其对称轴与来流方向不平行

时，在绕流物体上部流线较密，流速大；下部流线较疏，流速小,

那么上部压强小，下部压强大，上、下部存在压强差，由此产生

向上的力称为升力.

16、（见第五版书P61）

17、（略）

18、X：是作用在流体微团上的单位质量力。

,生：是作用在流体微团上单位质量流体的压力。

7（以十注十四）：是作用在流体微团上单位质量流体粘性偏

5x2Sy2Sz2

应力的合力。

如:是流体质点的加速度。

六、计算题。

1、解：^=4/?=4x0.067=0.267

Re=Jex-=-I?=2.67x104>2000

y15.0xl06

所以管内气体为紊流流动。

2、解：如下图，由连续性方程得：

二3、18m/s

=51.0/n/s

—x3.14x(Ioo)

以轴线为基准面，列1-2断面的伯努利方程a=l

9951.02-3.182

那么:9.8x=1295AkN/m2

2x9.8

设喷嘴对水流的作用力为F,沿水流方向列动量方程，并取a=1得:

3、①检查流动是否无旋：

两者相等，故为无旋流动

②求速度势函数：

4、根据流线方程定义得流线方程：

当t二1时，应=上

x+1-y+l

化简得：xdy+ydx+dy-dx=O

积分：xy+y-x+c=O

流线通过（1,1）点：即1Xl+lT+c=O得：c=-l

将c=-l带入上式，得xy+y-xT=0

化简得：（x+l）（y-1）-0

5、根据相似原理可得，实验模型风口直径为：

原型雷诺数为：Ren=6.0X0.5/0.0000157=191082.8>50000

所以气流处于阻力平方区，（可采用粗糙度较大的管道），那么阻力平方区

的最低雷诺数为50000那么：相应的模型气流出口速度Vm为：

VmXO.125/0.0000157=50000

Vm=6.28m/s

流速比尺为：A=—=0.955

6.28

假设在模型内测得某点气流速度为3.Om/s,那么车间相应点的速度为：

Vn=vx丸=3.0X0.955=2.87m/s

6、经分析可知，此流动的主要作用力是重力，所以决定性相似准数为付鲁

德准数。由付鲁德模型律可知：

由付鲁德准数相等推理得：4=-^

匕”。

所以：=—XVx0.76=3.04m/s

由欧拉准数相等推理得：组=%=4=4

△化”叫匕;1m

7、建立以下图所示的坐标，水流方向如下图:

/P2,U2

①当水流不动时：

Pl=P2=172kN/m2

设Fx,Fy为水流作用于弯管的分力，如图

X方向

产x=pr4,-P2A2COS600

=172X1X3.14X(-^-)2-172X-LX3.14X(^-)2X0.5

4100041000

=42.54N

Y方向：Fv=0-^/1,sina60°

=0-172X1/4X3.14X(300/1000)2x0.86

=-10.5kN

对弯管的合力：R=个F：+F；=43.8k7V

方向为:a=arctan(Fy/Fx)

=14°

②当有流动时：

由连续性方程得：；成：%=0X76

解得：A/,=3.2m/su2=12.4/;?/s

忽略阻力，应用伯努利方程，列IT,2-2断面的方程：

带入数据解得:P2/r=10.2H20=10.2X9.8=100Kn/m2

列动量方程：

X方向：P]A-p2A2cos60°-Fx=夕。(u2cos60"-0)

带入数据得：Fx=42.4kN

{)

同理：y方向:Fy-P2A2sina6O=pQ(u2sina60°-0)

代入数据解得：Fy=15.2Kn

22

合力为：R=jFx+Fv=45.IKn

方向为:a=arctan(Fy/Fx)

=19.7°

CAh=rsin45°=41m

8、解ZJ：

9、®Q=uA42gH=0.82x3.14xlx(-^)2V2xl0x5=0.016Im3/s

②孔口与管嘴出流流动时，在出流管嘴内形成以真空区域主要原因是：流体

具有粘滞性，流体质点流动时存在惯性，流线不能发生直接拐弯，只能是光

滑的曲线因此靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空。

③L=(3—4)D=(3—4)X50=150—200mm

10、建立如下图的坐标：

设平板对水流的冲击力为R(方向与x轴正方向相同)，如图中所示：

射流出口速度：v0=g=芈

磁砖

4

由于平板是光滑的，所以仅有法向力，由动量方程(x轴方向)得：

R二流出动量-流入动量

0-区)(-匕98)=区)心山。

4xM；sin〃

所以平板所受冲击力大小与R相等，方向相反。

由连续性方程可得：Q0=Q1+Q2-------①

由于射流是水平方向，且置于大气中，所以压力能不变，能量损失不计,

072

由能量方程得:9=工=立得V。

2g2g2g

平板切线方向（y轴方向）无摩擦力，2歹=。满足动量守恒；

注

即；O=（P2|V1-垃2V2）-p2（）V（）COS。

意

行化简得：Q「Q2=QOCOS。-----------②

为联立方程①②解得：Q[=；Qo（l+cos6）

规

11、选取水平面为截面IT,出口处为断面2-2,由伯努利方程知：

范

连续性方程可知：匕所以入=q=1

所以

遵

守

考10+0+0=0+0+工+。0^-红+0.01■4%+0.3生+0.2生

场2g2002g1002g2g2g

10001000

纪

律

所以V]=1.51Z7Z/S,所以吟=4匕=6.04/72/s

主管0=AM△礴％=-x3.14x(^-)2xl.51=0.047m3/s

领

导41141000

审

核

签

字一.说明以下根本概念(30分)

1.连续介质模型

在流体力学的研究中，将实际由分子组成的结构用流体微元代替。流体

微元有足够数量的分子，连续充满它所占据的空间，这就是连续介质模型。

2.流体动力粘度和运动粘度

T

动力粘度：单位速度梯度时内摩擦力的大小M=--------

dv/dz

运动粘度：动力粘度和流体密度的比值

P

3.断面平均流速和时间平均流速

流经有效截面的体积流量除以有效截面积而得到的商

在某一时间间隔内，以某平均速度流经微小过流断面的流体体积与以真实速度流

经此微小过流断面的流体体积相等，该平均速度称为时间平均流速。

4.层流、紊流

层流：定向的恒定流动紊流：不定向混杂的流动

5.沿程阻力、局部阻力

流体沿流动路程所受的阻碍称为沿程阻力

局部阻力之流体流经各种局部障碍〔如阀门、弯头、变截面管等〕时，由于水流

变形、方向变化、速度重新分布，质点间进行剧烈动量交换而产生的阻力。

6.有旋流动、无旋流动

有旋流动：流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动。

无旋流动：流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。

二.推求流线的微分方程（10分）

vxdJ=0=E和方向相同

某瞬时在流线上任取一点用（九,y,z）,位于M点的流体质

点速度为叭其分量为％在流线上取无穷小线段,

其在三个坐标轴上的投影为dx,dy,dz,由空间几何关系及有

。和曲方向相同：

—=cos(v,x)=cos阪止—

vds

vl、,尸、dydxdydzds

—y=cos(v,y)=cos3,y)=—=>——=—=——=——〔流线微分方程〕

v'dsvrv.,匕v

匕l、(「、dz

—=cos(v,z)=cos(as,z)=—

vds

三.推求流体静平衡微分方程(10分)

在静■止流体中取如下图微小六面体。

设其中心点A(X,y,Z)的密度为夕，压强为〃，所受质量力为一。

由于压强分布是空间坐标的连续函数:p=p(x,y,z),那么6,c点上的静压

强为：

〔泰勒级数展开，略去小项〕

以X方向为例，列力平衡方程

式：

外表力：

质量力：fx-pdxdydz

根据ZK=0,有

同理，考虑V,Z方向，可得:

上式即为流体平衡微分方程

四.推导圆管层流八外和心的计算公式(10分)

与圆管同轴取微元柱体r，/O受到切应力了和压力P1,〃2，由均匀流动的力平

衡方程:

对于层流有

dv

T=-juA

7r,A=2mi,Ap=P'-Pi

代入整理可得

积分并代入条件r=F时，u=0得

过流断面上半径为r处取宽度为/的微元环形面积。通过该面积的流量为

由此可得通过整个过流断面流量

由以上可求得流体作恒定层流时的平均流速为

丫=曳=_^^二巨4〔比拟u=组必可得v=J_u〕

A2%8mP皿4川02max

所以，\p=^-V

因此对于圆管层流，易得其水头损失为

64/V2

令人=—,那么h=Z-------

Refd2g

五.说明静止流体对曲面壁总作用力的计算方法（10分）

作用在微分面积上的压力：

因作用在曲面上的总压力为空间力系问题，为便于分析，拟采用理论力学中的分

解概念将其分解为

水平分力和垂直分力求解。

1.水平分力

因为rMcosct=dAx

结论：作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强（〃（.一〃0）与其在垂

直坐标面oyz的投影面积A1的乘积。

2.垂直分力

由dAsina=clA.

式中：匕为曲面"上的液柱体积近d的体积，称为压力体。

结论：作用在曲面上的垂直分力等于压力体的液体重力。