工程流體力學(xué)試卷答案供參習(xí)

1、工程流體力學(xué)考試試卷.解答下列概念或問(wèn)題（15分）1. 恒定流動(dòng)2. 水力粗糙管3. 壓強(qiáng)的表示方法4. 兩流動(dòng)力學(xué)相似條件5. 減弱水擊強(qiáng)度的措施.填空 （10分）1 .流體粘度的表示方法有（ 粘度。2. 斷面平均流速表達(dá)式V二（3. 兩維流動(dòng)y方向的速度為 加速度為ay=（）。）粘度、（）粘度和（）;時(shí)均流速表達(dá)式。=（）。y = f（t,x,y），在歐拉法中y方向的4. 動(dòng)量修正因數(shù)（系數(shù)）的定義式：'o=（）。5. 雷諾數(shù)Re=（），其物理意義為（）。三. 試推求直角坐標(biāo)系下流體的連續(xù)性微分方程。（15分）四. 已知平面不可壓縮流體流動(dòng)的流速為：x=x2 2x-4y ,y -

2、-2xy -2y （20 分）1. 檢查流動(dòng)是否連續(xù);2. 檢查流動(dòng)是否有旋;3. 求流場(chǎng)駐點(diǎn)位置；4. 求流函數(shù)。五.水射流以20m/s的速度從直徑d = 100mm的噴口射出，沖擊一對(duì) 稱(chēng)葉片，葉片角度-45，求：（20分）1. 當(dāng)葉片不動(dòng)時(shí)射流對(duì)葉片的沖擊力；2. 當(dāng)葉片以12m/s的速度后退而噴口固定不動(dòng)時(shí)，射流對(duì)葉 片的沖擊力。ee第（五）題圖第2頁(yè) 共2頁(yè) 六.求如圖所示管路系統(tǒng)中的輸水流量qV，已知H=24，l1 = l2 = l3 = l4 = 100m , a =d2 =d4 = 100mm ,d3 = 200mm , 2 = = 0.025 , 3 = 0.02 , 閥=3

3、0 o （ 20 分）第（六）題圖參考答案一. 1.流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)；2. 粘性底層小于壁面的絕對(duì)粗糙度（）；3. 絕對(duì)壓強(qiáng)、計(jì)示壓強(qiáng)（相對(duì)壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)）、真空度；4. 幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似；5. a）在水擊發(fā)生處安放蓄能器；b）原管中速度V。設(shè)計(jì)的盡量小些;c）緩慢關(guān)閉；d）采用彈性管。二. 1.動(dòng)力粘度，運(yùn)動(dòng)粘度，相對(duì)粘度；3.ay.y:- y:- y丫亠- dxy cX :x :y2dAA .v2a ；5.Re運(yùn)動(dòng)慣性力粘性力三.如圖，在流場(chǎng)中取一固定的平行六面體空間，邊長(zhǎng)分別為 dx、dy、 dz，中心A點(diǎn)之速度分量分別為Vx、Vy、Vz ，密度為計(jì)算經(jīng)dt時(shí) 間內(nèi)流

4、出、流入右、左側(cè)面流體質(zhì)量差值為：同理可得：.：mx =c( FVx) dxdydzdt.:x經(jīng)dt時(shí)間六面體內(nèi)質(zhì)量的變化量為=mt由質(zhì)量守恒原理，應(yīng)有匸(=Vx) m £Vz):x=ydxdydzdt = -竺 dxdydzdt.z"化簡(jiǎn)整理得:四.解(1):Vx=2x 2 ；.xM = 2x2:y滿(mǎn)足連續(xù)性方程。(2)流動(dòng)有旋。(3)駐點(diǎn)條件:由y = 0代入解得:x = 0 ; x - -21廠(chǎng)一4解得駐點(diǎn)：(0,0)； (-2,0); ( -1, - 1)三點(diǎn)。4(4)- 2Vx = x2x - 4yy f'(x) =0 ; f(x)二C ;令其為 0,貝心

5、五.解:(1)列x方向動(dòng)量方程:射流對(duì)葉片沖擊力為5.36KN，向右。(2)選動(dòng)坐標(biāo)系，列x方向動(dòng)量方程，采用相對(duì)速度，相對(duì)流量射流對(duì)葉片沖擊力為0.86KN，向右六.解:列1-1 , 2-2斷面能量方程u 、h Vi2I2 V22di 2gd2 2gd4 2g(a)由并聯(lián)管流特點(diǎn):j !2-2j !2j !2d2V2 ： d；V3 二dfy = d；V44444(b)I2 V22 I3 V32 V322 d2 2g = 3d3 2g 閥 2g(C)聯(lián)立（a）、（b）、（c）式并代入已知條件可解得工程流體力學(xué)考試試卷一. 名詞解釋?zhuān)ü?0小題，每題3分，共30分）粘滯性；量綱和諧；質(zhì)量力；微元

6、控制體；穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；動(dòng)量損失厚度；水力當(dāng)量直徑；逆壓力梯度；連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)；淹深二. 選擇題（共10小題，每題2分，共20分）1. 液體粘度隨溫度的升高而 ，氣體粘度隨溫度的升高而 （）cA.減小，增大；B.增大，減??；C減小，不變；D.減小，減小2. 等角速度旋轉(zhuǎn)容器，半徑為R,內(nèi)盛有密度為 沖勺液體，則旋轉(zhuǎn)前 后容器底壓強(qiáng)分布（）；A.相同；B.不相同；底部所受總壓力（）。A.相等；B.不相等。題二-9圖中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為:A. P1 = P2=P3；B. P1>P2>P3；C. P1<P2<P3；D. P2<P1<P33. 某點(diǎn)的

7、真空度為65000 Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮簽镺.IMPa,該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng) 為：A. 65000Pa； B. 55000Pa C. 35000Pa D. 165000Pa。4. 靜止流體中任意形狀平面壁上壓力值等于 處?kù)o水壓強(qiáng)與受壓面 積的乘積（ ）。A.受壓面的中心；B.受壓面的重心；C.受壓面的形心；D.受壓面的 垂心；5. 粘性流體靜壓水頭線(xiàn)的沿流程變化的規(guī)律是（）。A .沿程下降 B .沿程上升C.保持水平D .前三種情況都有可能。6. 流動(dòng)有勢(shì)的充分必要條件是（）。A .流動(dòng)是無(wú)旋的；B .必須是平面流動(dòng)；C.必須是無(wú)旋的平面流動(dòng)；D .流線(xiàn)是直線(xiàn)的流動(dòng)。7. 動(dòng)力粘滯系數(shù)的單位是（）。A N

8、 s/m B. N s/m2C. m2/s D. m/s8. 雷諾實(shí)驗(yàn)中，由層流向紊流過(guò)渡的臨界流速 爲(wèi)和由紊流向?qū)恿鬟^(guò)渡 的臨界流速Vcr之間的關(guān)系是（）。A. V'cV Vcr ； B. V'cr > Vcr ； C.心=% ； D.不確定9. 在如圖所示的密閉容器上裝有U形水銀測(cè)壓計(jì)，其10. 流函數(shù)（又稱(chēng)拉格朗日流函數(shù)）存在的充分必要條件是（）A.有勢(shì)流動(dòng);B.不可壓縮流體的流動(dòng);C.平面流動(dòng)；D.不可壓縮流體的平面流動(dòng)三. 計(jì)算題（共3小題，共50分）1. 如圖所示，一灑水車(chē)等加速度a=0.98m/s2向右行駛，求水車(chē)內(nèi)自由表面與水平面間的夾角-;若B點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)前

9、位于水面下深為h=1.0m,Pm =10.1105N/m , h = 3m。噴嘴距z軸為Xb= -1 .5m,求灑水車(chē)加速運(yùn)動(dòng)后該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。（15 分）直徑 d2 =50mmd1 "00mm。若不記管嘴內(nèi)的液體和管嘴本身的重力,試求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？ （ 20分）2. 水自壓力容器穩(wěn)定地流出。表壓3. 如圖所示為一文丘里流量計(jì)，起"作用的是漸縮管段，氣體流動(dòng)方向3如圖，已知?dú)怏w密度PT.25<g/m ,1-1和2-2截面直徑分別為600mm和400mm, U型管內(nèi)水柱高度為h=45mm,試計(jì)算體積流量（忽略損 失）。（15分）工程流體力學(xué)考試試卷一. 名

10、詞解釋?zhuān)ü?0小題，每題3分，共30分）粘滯性；量綱和諧；質(zhì)量力；微元控制體；穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；動(dòng)量損失厚度；當(dāng)量直徑；逆壓力梯度；連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)；淹深粘滯性一一流體在受到外部剪切力作用時(shí)發(fā)生變形 （流動(dòng)）,其內(nèi)部 相應(yīng)要產(chǎn)生對(duì)變形的抵抗，并以?xún)?nèi)摩擦力的形式表現(xiàn)出來(lái)，這種流體 的固有物理屬性稱(chēng)為流體的粘滯性或粘性。量綱和諧 只有量綱相同的物理量才能相加減，所以正確的物 理關(guān)系式中各加和項(xiàng)的量綱必須是相同的，等式兩邊的量綱也必然是 相同的（3分）質(zhì)量力一一作用于流場(chǎng)中每一流體質(zhì)點(diǎn)上的力，屬于非接觸力， 其 大小與質(zhì)量成正比。單位質(zhì)量流體所受到的質(zhì)量力稱(chēng)為單位質(zhì)量力。（3 分）微元控制體一一根據(jù)需要選取的具

11、有確定位置和形狀的微元流體。控制體的表面稱(chēng)為控制面穩(wěn)態(tài)流動(dòng)流場(chǎng)中各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化動(dòng)量損失厚度一一與理想流體流動(dòng)相比， 粘性流體在邊界層內(nèi)減速 造成動(dòng)量損失，如果按理想流體流動(dòng)計(jì)算動(dòng)量（放大速度），必須考慮 壁面上移一個(gè)距離（減小流道），這個(gè)距離稱(chēng)為動(dòng)量損失厚度。水力當(dāng)量直徑非圓截面的流道計(jì)算阻力損失時(shí)以水力當(dāng)量直 徑代替圓管直徑，其值為4倍的流道截面積與濕周之比。逆壓力梯度沿流動(dòng)方向上壓力逐漸升高，邊界層的流動(dòng)受抑制容易產(chǎn)生分離。連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)將流體視為由連續(xù)分布的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成，流體質(zhì)點(diǎn)的物理性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)參量是空間坐標(biāo)和時(shí)間的單值和連續(xù)可微函數(shù)。淹深一一流體中某點(diǎn)在自由面下的垂直深度。二.

12、 選擇題（共10小題，每題2分，共20分）三.計(jì)算題（共3小題，共50分）題三-1圖1A; 2B,A; 3C; 4C; 5D; 6A; 7B; 8B; 9C; 10D1 .如圖所示，一灑水車(chē)等加速度 a=0.98m/s2向右行駛，求水車(chē)內(nèi)自由表面 與水平面間的夾角二；若B點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)前位 于水面下深為h=1.0m,距z軸為xB=- 1 .5m,求灑水車(chē)加速運(yùn)動(dòng)后該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。（15分） 解：考慮慣性力與重力在內(nèi)的單位質(zhì)量力為（取原液面中點(diǎn)為坐標(biāo)原 點(diǎn)）X= a ;Y=0 ; Z= g （2 分）代入式 歐拉平衡微分方程：-，-小二（2 分） 積分得】（3 分） 在自由液面上，有： x=z=O ;

13、 p= pg （1分） 得：C=Po =0 （1 分）得:dp = p-adx. gdz）代入上式得：E點(diǎn)的壓強(qiáng)為:匕"恣（亍+刃二切0Q（凳題T閤x（1.5Rl 0）-11270N/m2 = 11.27a分） 自由液面方程為（T液面上 Po=O）ax+gz=0（ 2 分） 即:z atancr = =k g（2 分）a= 5"45' 2 .水自壓力容器穩(wěn)定地流出。表壓Pm =10.13"05N/m , h=3m 。噴嘴直徑 d2 =50mm , di TOOmm。若不記管嘴內(nèi)的液體 和管嘴本身的重力，試求管嘴上螺栓群共受 多大的拉力？ （ 20分）解：。

14、-2斷面的伯努力方程為Pm 0 h =0 v；g2g （3 分）V22g（PM h）'2 9.81（10.33 10 3） = 45.66m/s'g （1 分）V dJV = VL =11.42m/ sd14 （1 分）1-2斷面的伯努力方程為Pl ,V；V22 ；?g勿-勿(3分) 2 2 1000 2(2 分)5 = (V22 -V12)(1954.4) =977.2kN /m22 2qd； =V2 d；=0.09m3/s44（1 分）設(shè)噴嘴作用在控制體上的力為Px，利用動(dòng)量定理，有' Fxg（V2 -M）（3 分）二 2 、p.nQz(3 分)> ：23：2

15、Px =p1 d12Q(V1 -V2)=977.2 1030.121000 0.09(-34.24) =4.6kN44(2 分)即管嘴上螺栓群所受的拉力為4.6kN（ 1 分）3. 如圖所示為一文丘里流量計(jì)，起作用的是漸縮管段，氣體流動(dòng)方向 如圖，已知?dú)怏w密度PT.25<g/m ,1 1和2-2截面直徑分別為600mm 和400mm, U型管內(nèi)水柱高度為h=45mm,試計(jì)算體積流量（忽略損 失）。（15分）解：1-1和2- 2截面處于緩變流中（2分），列總流的伯努力方程有：2 2ZP1V1=ZP2V21:;g2g2-g2g（3分），其中乙二Z2（1分）(1)根據(jù)連續(xù)性方程有：V1A1 =

16、 V2 A2(2分)設(shè)U型管左側(cè)水面到底部（Z=0）的距離為L(zhǎng),有：P1p (Z1 -L) = P2g- L - h) 水 gh(3 分)(3)根據(jù)上述三式帶入已知條件，求得：v = 29.67m/s, （2 分） Q = V2A2 =3.73m3/s （2 分）工程流體力學(xué)考試試卷一. 名詞解釋?zhuān)ü?0小題，每題2分，共20 分） 粘滯性；跡線(xiàn)與流線(xiàn)；層流；質(zhì)量力；偶極流；排擠厚度；順壓力梯 度；時(shí)均速度；輸運(yùn)公式；連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)二. 選擇題（共10小題，每題3分，共30分）1 .絕對(duì)壓強(qiáng)Pabs與相對(duì)壓強(qiáng)P、真空度Pv、當(dāng)?shù)卮?氣壓Pa之間的關(guān)系是：A. Pabs =p+pv ；B. P=P

17、abs Pa C. Pv= Pa Pabs D.P=Pabs+Pa2. 如圖所示A. P0=Pa；B. Po>Pa；C. Po<Pa；D.無(wú)法判斷。3. 在研究流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，按照是否考慮流體的粘性，可將流體分為（）A.牛頓流體及非牛頓流體；B.可壓縮流體與不可壓縮流體;C.均質(zhì)流體與非均質(zhì)流體；D.理想流體與實(shí)際流體。4. 比較重力場(chǎng)（質(zhì)量力只有重力）中，水和水銀所受的單位質(zhì)量力水和f 7水銀的大??？A. f 水vf水銀； B. f 水=f水銀； C. f 水>彳水銀； D、不一定。5. 流動(dòng)有勢(shì)的充分必要條件是（）。A.流動(dòng)是無(wú)旋的；B.必須是平面流動(dòng)；C.必須是無(wú)旋的平面流

18、動(dòng)；D.流線(xiàn)是直線(xiàn)的流動(dòng)。6. 雷諾數(shù)Re反映了（）的對(duì)比關(guān)系A(chǔ).粘滯力與重力B.重力與慣性力C.慣性力與粘滯力D. 粘滯力與動(dòng)水壓力7. 密閉容器內(nèi)下部為水，上部為空氣，液面下4.2m處測(cè)壓管高度為2.2m，設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?個(gè)工程大氣壓，則容器內(nèi)氣體部分的相對(duì) 壓強(qiáng)為水柱（）。A. 2m B. 1mC. 8m D. 2mD.前三種情況都有8. 如圖所示，廠(chǎng)凡二 下述靜力學(xué)方程哪個(gè)正 確？9. 下列壓強(qiáng)分布圖中哪個(gè)是錯(cuò)誤的？10. 粘性流體總水頭線(xiàn)沿程的變化是（）。A.沿程下降 B.沿程上升 C.保持水平 可能。三. 計(jì)算題（共3小題，共50分）1. 如圖所示，有一盛水的開(kāi)口容器以3.6m/s

19、2的加速度沿與水平成30 o夾角的傾斜平面向上運(yùn)動(dòng),試求容器中水面的傾角，并分析 p與水深的關(guān)系。（15分）題三-2圏2 .有一 30cm 15 cm的文德利管，接入鉛垂的輸油管上， 油的流動(dòng)方向朝上。已知喉部與進(jìn)口截面間的高度差 為30cm,圖中U形管讀數(shù)為25cm水銀柱，試求油的 流量以及進(jìn)口與喉部?jī)山孛嬷g的壓力差。2（g =8825N /m）（ 20 分）3.不可壓縮平面流動(dòng)的流函數(shù)為xy 23y 10，試判 斷是否存在勢(shì)函數(shù)，如果存在，求其勢(shì)函數(shù)。（15分） 參考答案 一.名詞解釋?zhuān)ü?0小題，每題2分，共20 分）1. 粘滯性一一流體在受到外部剪切力作用時(shí)發(fā)生變形（流動(dòng)），其內(nèi)部

20、相應(yīng)要產(chǎn)生對(duì)變形的抵抗，并以?xún)?nèi)摩擦力的形式表現(xiàn)出來(lái)，這種流體 的固有物理屬性稱(chēng)為流體的粘滯性或粘性2. 跡線(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)流線(xiàn)同一瞬時(shí)，流場(chǎng)中的一條線(xiàn)，線(xiàn)上每一點(diǎn)切線(xiàn)方向與流體在該點(diǎn)的速度矢量方向一致3. 層流一一流體運(yùn)動(dòng)規(guī)則、穩(wěn)定，流體層之間沒(méi)有宏觀(guān)的橫向摻混4. 量綱和諧 只有量綱相同的物理量才能相加減，所以正確的物理 關(guān)系式中各加和項(xiàng)的量綱必須是相同的，等式兩邊的量綱也必然是相 同的5. 偶極流由相距2a的點(diǎn)源與點(diǎn)匯疊加后，令a趨近于零得到的流動(dòng)6. 排擠厚度一一粘性作用造成邊界層速度降低，相比理想流體有流量 損失，相當(dāng)于中心區(qū)理想流體的流通面積減少，計(jì)算時(shí)將平板表面上 移一個(gè)厚

21、度，此為排擠厚度7. 順壓力梯度 沿流動(dòng)方向壓力逐漸降低，邊界層的流動(dòng)受壓力推動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生分離8時(shí)均速度一一湍流的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化，瞬時(shí)速 度的時(shí)間平均值稱(chēng)為時(shí)均速度9.輸運(yùn)公式將系統(tǒng)尺度量轉(zhuǎn)換成與控制體相關(guān)的表達(dá)式10 .連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)將流體視為由連續(xù)分布的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成，流體質(zhì)點(diǎn) 的物理性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)參量是空間坐標(biāo)和時(shí)間的單值和連續(xù)可微函數(shù)。二.選擇題（共10小題，每題3分，共30分）1BC; 2B; 3D; 4B; 5A; 6C; 7D; 8B; 9B; 10A三. 計(jì)算題（共3小題，共50分）1.如圖所示，有一盛水的開(kāi)口容器以 3.6m/s2的加速度沿與水平成 30o夾角的傾斜平面向上運(yùn)動(dòng), 試

22、求容器中水面的傾角，并分析 p與水深的關(guān)系解：根據(jù)壓強(qiáng)平衡微分方程式:（1 分）單位質(zhì)量力：X = -a cos 30°y = 0 '： （2 分）在液面上為大氣壓強(qiáng)，代入（1分）由壓強(qiáng)平衡微分方程式，得:-acos 30°dx- (g + d sin 30°)d? = 0 -acos 30° x - (g+ iusin 30°) z = c代入：x 二 0“ 二 a 得；c 二 o 自由面E二忑g自由面方程；-acos30°= (g + asm 30°)=tan 8 drdr cos30°g 4- sin

23、 30°= 0.269;（2分） = 15°（2 分）題三-2圖任意點(diǎn)：dp = p(acos30°dx- gdza sin 30°d?) p = -pa cos 30° - pgz - paz sin 30° + C a = 0; z= g g = Qc=op - -pa cos 30°x- /?gz - paz sin 30°代入自由面方程得：p與淹深成正比。（3分）2 .有一 30cm 15 cm的文德利管，接入鉛垂的輸油 管上，油的流動(dòng)方向朝上。已知喉部與進(jìn)口截面間 的高度差為30cm,圖中U形管讀書(shū)為25

24、cm水銀柱，試求油的流量以2及進(jìn)口與喉部?jī)山孛嬷g的壓力差。（勺"825N/m ） 解:： 2 24 =沢 30 =706.86 cm 故 4（ 1分）2 2 a2 =劃5 =176.71cm 故 4（1 分）lz = 30cm （ 2 分）（1）h =25cm水銀柱=25 （133370-8825）8825=352.8cm 油柱（2 分）（5 分）為2叮篇置器廠(chǎng)2 981 352-151832cm3/sV1（2）a1151832706.86=214.8cm/s（1 分）（1 分）Q J51832 a2 176.71=859.2cm/s由伯努力方程，知z vj . P1 =z2 7；

25、 . P22g 9 2g :g （ 4 分）2 2214.85 _ 30 859.2P22 9.81:g 2 9.81:g （ 1 分）一 =406.3 23.5 = 382.8cm = 3.828m 油柱所以:?g（2分）3.不可壓縮平面流動(dòng)的流函數(shù)為x廠(chǎng)2x -3y 10，試判斷是否存在勢(shì)函 數(shù)，如果存在，求其勢(shì)函數(shù)。解：（1） 此流動(dòng)無(wú)旋，存在勢(shì)函數(shù) o 2分工程流體力學(xué)考試試卷一.名詞解釋?zhuān)?流體：在任何微小剪切力的持續(xù)作用下能夠連續(xù)不斷變形的物質(zhì) 流體的密度p：?jiǎn)挝惑w積流體所具有的質(zhì)量，p=m/V。流體的壓縮性和膨脹性：隨著壓強(qiáng)的增加，體積縮??；溫 ：q/? V度增高，體積膨脹。流體

26、壓縮性用體積壓縮系數(shù)k來(lái)表示。 表示溫度保持不變時(shí)，單位壓強(qiáng)增量引起流體體積的相對(duì)縮小量。不可壓縮流體：在大多數(shù)情況下，可忽略壓縮性的影響，認(rèn)為液體的 密度是一個(gè)常數(shù)?？蓧嚎s流體：密度隨溫度和壓強(qiáng)變化的流體。通常把氣體看成是可壓 縮流體，即它的密度不能作為常數(shù)，而是隨壓強(qiáng)和溫度的變化而變化 的。把液體看作是不可壓縮流體，氣體看作是可壓縮流體，都不是絕對(duì)的。 在實(shí)際工程中，要不要考慮流體的壓縮性，要視具體情況而定。流體的黏性：是流體抵抗剪切變形的一種屬性。流體具有內(nèi)摩擦力的 特性。運(yùn)動(dòng)的流體所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力（切向力）F的大小與垂直于流動(dòng)方向的 速度梯度du/dy成正比，與接觸面的面積 A成正比，

27、并與流體的種類(lèi) 有關(guān)，而與接觸面上壓強(qiáng)P無(wú)關(guān)。流層間單位面積上的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為切向應(yīng)力，則t二F/A二卩du/dy。動(dòng)力黏度（黏性系數(shù)）叢在通常的壓強(qiáng)下，壓強(qiáng)對(duì)流體的黏性影響很 小，可忽略。高壓下，流體的 黏性隨壓強(qiáng)升高而增大。液體黏性隨溫 度升高而減小，氣體黏性隨溫度升高而增大。運(yùn)動(dòng)黏度v動(dòng)力黏度與密度的比值，V 口/p。理想流體：不具有黏性的流體，實(shí)際流體都是具有黏性的。在流體力學(xué)中，總是先研究理想流體的流動(dòng)，而后再研究黏性流體的流動(dòng)。作用在流體上的力可以分為兩大類(lèi)，表面力和質(zhì)量力。表面力：作用在流體中所取某部分流體體積表面上的力，即該部分體 積周?chē)牧黧w或固體通過(guò)接觸面作用在其上的力?？煞?/p>

28、解成與流體表 面垂直的法向力和與流體表面相切的切向力。質(zhì)量力：指作用在流體某體積內(nèi)所有流體質(zhì)點(diǎn)上并與這一體積的流體 質(zhì)量成正比的力，又稱(chēng)體積力。在均勻流體中，質(zhì)量力與受作用流體 的體積成正比。流體的壓強(qiáng)：在流體內(nèi)部或流體與固體壁面所存在的單位面積上的法 向作用力，當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，流體的壓強(qiáng)稱(chēng)流體靜壓強(qiáng)P,單位為Pa。流體靜壓強(qiáng)有兩個(gè)基本特性。1流體靜壓強(qiáng)的方向與作用面相垂直，并指向作用面的內(nèi)法線(xiàn)方向。2靜止流體中任一點(diǎn)壓強(qiáng)的大小與作用面方向無(wú)關(guān)，即任一點(diǎn)上各方向的靜壓強(qiáng)都相同。重力作用下靜壓強(qiáng)：p=Po+ ph。p0:液體自由表面處壓強(qiáng)。等壓面：在流體中，壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所組成的面。液體與

29、氣體的分界面，即液體的自由液面是等壓面；互不摻混的兩種液體的分界面是等 壓面。絕對(duì)壓強(qiáng)p：完全真空時(shí)的絕對(duì)零壓強(qiáng)(p= 0)為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)量；p二pa+pa 相對(duì)壓強(qiáng)pe：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)Pa為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)量?？捎蓧簭?qiáng)表直接測(cè)得， 又稱(chēng)計(jì)示壓強(qiáng)。流體處于真空狀態(tài)：當(dāng)流體的絕對(duì)壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)。計(jì)示壓強(qiáng)是負(fù)值，稱(chēng)為真空或負(fù)壓強(qiáng)，用符號(hào)pv表示，則pv= p-pa。如以液柱 高度表示，hv=pv/ pjo hv稱(chēng)為真空高度。一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm相當(dāng)于760mm汞柱對(duì)柱底產(chǎn)生的壓力。一工程大氣壓 相當(dāng)于735mm汞柱或10m水柱對(duì)柱底產(chǎn)生的壓力輕墅跡夬錢(qián)些則壓音水吏錢(qián)些測(cè)壓管：最簡(jiǎn)單的液柱式測(cè)壓計(jì)。為減少

30、毛細(xì) 現(xiàn)象所造成的誤差，采用一根內(nèi)徑為10mm左右的直玻璃管。測(cè)量時(shí)，將測(cè)壓管的下端與 裝有液體的容器連接，上端開(kāi)口與大氣相通。 所測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)：p=pa+pjh,相對(duì)壓強(qiáng)為 pgho在重力作用下靜止流體中各點(diǎn)的靜水頭都相 等。即z+p/ pg為一常數(shù)。如圖右所示封閉容器，在容器上任取 A、B兩點(diǎn)，并接上測(cè)壓管，則測(cè) 壓管內(nèi)液面高度由離基準(zhǔn)面的高度 z和壓強(qiáng)高度p/p組成，工程上，z 稱(chēng)位置水頭，p/pj稱(chēng)壓強(qiáng)水頭，z+p/pg為測(cè)壓管水頭。從圖中可看出： Za+Pa/Q二Zb+Pb/Q，也就是說(shuō)測(cè)壓管水頭線(xiàn)是水平線(xiàn)。同樣，如果在 A點(diǎn)的玻璃管加以封住，并使玻璃管水面壓小于大氣壓或完全真空時(shí)

31、， 其水頭線(xiàn)稱(chēng)為靜力水頭線(xiàn)，與測(cè)壓管水頭線(xiàn)理論上查一個(gè)大氣壓。位置水頭：?jiǎn)挝恢亓恳后w對(duì)某一基準(zhǔn)面具有的位置能量， 稱(chēng)位能。mgz： 重mg物體的位能。壓強(qiáng)水頭：?jiǎn)挝恢亓恳后w所具有的壓能。在重力作用下，位能和壓能 保持守恒。作用在平面上的流體靜壓力圖乘法：繪制出靜水壓強(qiáng)分布圖（不考慮大氣壓的影響），受壓面積為矩形時(shí)，靜水壓力p=靜水壓 強(qiáng)分布圖面積X矩形寬度，作用點(diǎn)通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的形心。解析法：p=p ghcA二PcA; he為受壓面形心在水面下的深度。 作用點(diǎn)（壓力中心）：yD二yc+l c/Ayc。靜止液體作用在曲面上的流體靜壓力 壓強(qiáng)方向都垂直于曲面各點(diǎn)的切線(xiàn)方向。可分解水平方向和垂直方向

32、 上的兩個(gè)力分別計(jì)算。水平分力：等于作用在這一曲面的垂直投影面 上的總壓力。Px= p ghcAz, Az：為該曲面鉛直 投影面的面積，hc：為Az的形心液面下的淹 沒(méi)深度。A垂直分力：等于壓力體內(nèi)的液體重量，作用線(xiàn) 通過(guò)壓力體的重心。Pz= pg壓力體是所研究的曲面（淹沒(méi)在靜止液體中的部分）到自由液面或自E2-24壓力癢左圖由兩個(gè)形狀、尺寸和淹深完全相同的曲面 ab由液面的延長(zhǎng)面間投影所包圍的一塊空間體積， 如圖中ABCD。作用在曲面上的垂直分力的大小等 于壓力體內(nèi)液體的重量， 且與壓力體內(nèi)是否充滿(mǎn) 液體無(wú)關(guān)。和ab'構(gòu)成的容器，容器內(nèi)盛有某種液體。曲面ab的壓力體是過(guò)曲面的a和b兩

33、點(diǎn)引垂線(xiàn)到液面所得abcd與容器的寬度構(gòu)成的。而曲面ab 的壓力體是過(guò)a和 b'兩點(diǎn)引垂線(xiàn)到液面延長(zhǎng)面所得 abed'與容器寬度 構(gòu)成的。由于ab曲面和ab'曲面的形狀、尺寸和淹深完全相同，所以 這兩個(gè)壓力體的體積相等，因而靜止液體作用在曲面ab和ab'曲面上總壓力的垂直分力的大小是相等的。作用在ab曲面上的垂直分力Fz與作用在a'b'曲面上的垂直分力Fz只是 數(shù)值相同，而方向不同。因?yàn)橐后w在ab曲面的上方，故Fz方向向下； 液體在a'b曲面的下方，故Fz方向向上。稱(chēng)充滿(mǎn)液體的壓力體為 實(shí)壓 力體或正壓力體，如abed;不充滿(mǎn)液體的壓力體

34、稱(chēng)為虛壓力體或負(fù)壓 力體，女口 a'bcd'?？倝簯?yīng)力：P=V(P2x+P 2z)，方向：a 二arctg-1(Pz/Px)。流體動(dòng)力學(xué)跡線(xiàn)是流場(chǎng)中某一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。流線(xiàn)是某一瞬時(shí)流體上各點(diǎn)的流向曲線(xiàn)，在這條曲線(xiàn)上的各流體質(zhì)點(diǎn) 的速度方向都與該曲線(xiàn)相切，同一時(shí)刻，流場(chǎng)中兩根流線(xiàn)不能相交。流管：在流場(chǎng)中任取一條不是流線(xiàn)的圭寸閉曲線(xiàn)，通過(guò)曲線(xiàn)上各點(diǎn)作流 線(xiàn)，這些流線(xiàn)組成一個(gè)管狀表面。流管就像固體管子一樣，將流體限 制在管內(nèi)流動(dòng)。流束：過(guò)流管橫截面上各點(diǎn)作流線(xiàn)，則得到充滿(mǎn)流管的一束流線(xiàn)簇。 有效截面：在流束中與各流線(xiàn)相垂直的橫截面。流線(xiàn)相互平行時(shí)，有 效截面是平面。流線(xiàn)不平行時(shí)，有

35、效截面是曲面。流量Q:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)有效截面的流體體積（質(zhì)量）稱(chēng)為體積（質(zhì) 量）流量。平均流速V：即假定在有效截面上各點(diǎn)都以相同的平均流速流過(guò)，這時(shí)通過(guò)該有效截面上的體積流量仍與各點(diǎn)以真實(shí)流速流動(dòng)時(shí)所得到的體 積流量相同。恒定流：流場(chǎng)中各處所有的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變化，僅與空間位置 有關(guān)。非恒定流：流場(chǎng)中各處的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間變化而變化。根據(jù)流場(chǎng)中同一條流線(xiàn)各空間點(diǎn)上的流速是否相同，可將總流分為均勻流和非均勻流。如等直徑管的中間段及水深不變的順直渠道的恒定 流動(dòng)均屬均勻流；管道上的擴(kuò)大或轉(zhuǎn)彎處的水流運(yùn)動(dòng)均屬非均勻流。漸變流：流速的大小和方向沿流線(xiàn)逐漸改變的非均勻流。漸變流的流 線(xiàn)的曲率半徑較大，

36、流線(xiàn)間的夾角較小。漸變流是一種流線(xiàn)幾乎平行 又近似直線(xiàn)的流動(dòng)，其極限情況就是均勻流。微元流束和微元流管： 有效截面面積無(wú)限小的流束和流管。每一個(gè)微 元流束各點(diǎn)速度相同?？偭鳎簾o(wú)數(shù)微元流束的總和。常遇到的管流或渠流都是總流。根據(jù)邊 界情況，可分為三類(lèi)：1有壓流動(dòng)：總流的全部邊界受固體邊界的約束，即流體充滿(mǎn)流道，如 壓力水管中的流動(dòng)。2無(wú)壓流動(dòng)：總流邊界的一部分受固體邊界約束，另一部分與氣體接觸， 形成自由液面，如明渠中的流動(dòng)。 3射流：總流的全部邊界均無(wú)固體 邊界約束，如噴嘴出口的流動(dòng)。連續(xù)性方程：如果流體是不可壓縮的，封閉曲面則流出的流體質(zhì)量必 然等于流入的流體質(zhì)量。恒定總流連續(xù)性方程：Q=A

37、i v二A2 v。不可壓縮流體元流能量方程：zi+p p g+V/2g= Z2+P 2/ p g+2/2g+ hw。位置水頭z：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的位勢(shì)能； 壓強(qiáng)水 頭p/( p g)單位重量流體的壓強(qiáng)勢(shì)能； 流速水頭V/2g :單位重量流體 所具有的動(dòng)能。水頭損失h'w，單位重量流體消耗的能量。測(cè)壓管水頭：Hp二 z+p/pg。 總水頭：H= z+p/ p g+V/2g。重力作用下恒定總流能量方程：乙+ aipi/ p g+V/2g=Z2+ a2p2/ p g+V/2g+h w。由于水頭損失的存在，總水頭線(xiàn)總是沿著流動(dòng)方向下降的。水力坡度J：總水頭沿流程下降的坡度，J=d hw /dl=

38、-dH/dl。能量方程的應(yīng)用條件：1流動(dòng)必須是恒定流；2流體是不可壓縮的；3 流體受重力作用；4所選取的兩個(gè)截面必須符合漸變流條件(兩計(jì)算斷 面間的流體不是漸變流)；5兩斷面間沒(méi)有能量流入或流出。斷面的選?。簯?yīng)選壓強(qiáng)已知或流速已知的漸變流 2上，如水箱水面上為大氣壓。:3基準(zhǔn)面的選?。嚎扇我膺x擇，一般選擇較低斷面 的中心。亠廠(chǎng)士丿卩“壓強(qiáng)一般選擇相對(duì)壓強(qiáng)要注意方程兩端保持一致。滯止點(diǎn)（駐點(diǎn)）：流體受到迎面物體的阻礙，被迫向兩邊分流，在物 體表面上受流體頂沖的 A點(diǎn)，流體流速為0，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)為壓能。畢托管利用這一原理來(lái)測(cè)流速。)m 二 0 y 2gh文丘里流量計(jì)：主要用于管道中流體的若為U形壓差

39、計(jì)中裝的是水銀：Q =山=洛 /恒定總流動(dòng)量方程：z叩 應(yīng)用動(dòng)量方程步驟：選好隔離體，全面 外力，列出動(dòng)量投影方程。內(nèi)部流動(dòng)：流體在固體壁面的約束下流動(dòng)，如管流或明渠流等，此時(shí) 流體要克服阻力做功。外部流動(dòng)：流體繞固體流動(dòng)或固體在流體中的運(yùn)動(dòng)，會(huì)受到繞流阻 力。流動(dòng)有層流和紊流兩種流態(tài)。不同的流態(tài)水頭損失規(guī)律不同。雷諾實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)流速大于上臨界流速時(shí)為紊流；當(dāng)流速小于下臨 界流速時(shí)為層流；當(dāng)流速介于上、下臨界流速之間時(shí)，可能是層流也 可能是紊流，這與實(shí)驗(yàn)的起始狀態(tài)、有無(wú)擾動(dòng)等因素有關(guān)，不過(guò)實(shí)踐 證明，是紊流的可能性更多些。在相同的玻璃管徑下用不同的液體 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所測(cè)得的臨界流速也不同，黏性大

40、的液體臨界流速也大；若用相同的液體在不同玻璃管徑下進(jìn)行試驗(yàn)，所測(cè)得的臨界流速也不 同，管徑大的臨界流速反而小。雷諾數(shù)Re：層流和紊流的判別數(shù)。流態(tài)的確定與流速大小，管徑和流體的黏性有關(guān)。Re=u d/ v圓管流動(dòng)中以2300為臨界雷諾數(shù)。對(duì)非圓管，d可用水力 半徑R當(dāng)量半徑d當(dāng)來(lái)表示。R=A x d當(dāng)=4R。用水力半徑代替d,臨 界雷諾數(shù)為573。d當(dāng)仍為2300。濕周x在總流的有效截面上，流體與固體邊界接觸的長(zhǎng)度。圓管中的層流運(yùn)動(dòng)：斷面上流速分布為旋轉(zhuǎn)拋物面，平均流速為最大 流速的一半。流動(dòng)損失分類(lèi)：通?？砂ば宰枇υ斐傻酿ば該p失 hf和局部阻力造 成的局部損失hj。h沿程水頭損失hf:單

41、位重量流體的沿程損失，石，k沿程阻力 系數(shù)，它與雷諾數(shù)和管壁粗糙度有關(guān)，在層流中僅與雷諾數(shù)有關(guān)。薄壁小孔口恒定出流 薄壁孔口：孔口具有銳緣時(shí)，孔壁與水流僅在一條周線(xiàn)上接觸，即孔 口的壁厚對(duì)出流沒(méi)影響。恒定出流：容器中水位（或壓強(qiáng)不變），孔口出流量恒定收縮斷面：流體在出口后繼續(xù)收縮，至離孔口1/2孔徑處，過(guò)流斷面達(dá)到最小，如C斷面。收縮系數(shù)：收縮斷面面積Ac與孔口斷面面積A之比，以£表示。0-0和收縮斷面C-C,以過(guò)孔口中心的 00面自由出流：孔口流體流入大氣中。取斷面為基準(zhǔn)面列能量方程：Zf + + 等也 = + + 器且十咽 2g禺 2g , Pc為大氣壓強(qiáng)，hw為液體流經(jīng)孔口的局

42、部損失。工程體力學(xué)考試試卷一. 簡(jiǎn)答題（30分）1 .粘性及粘性的表示方法產(chǎn)生阻抗流體層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力的這種流體的性質(zhì)。三種表示方法：絕對(duì)粘度、相對(duì)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度2. 流線(xiàn)與跡線(xiàn)流線(xiàn)：某瞬時(shí)流場(chǎng)中的一條空間曲線(xiàn)，該瞬時(shí)曲線(xiàn)上的點(diǎn)的速度與該 曲線(xiàn)相切。跡線(xiàn)：流體微元的運(yùn)動(dòng)軌跡。3. 斷面平均流速與時(shí)間平均流速斷面平均流速：A AT時(shí)間平均流速：v=*0 vdt4. 層流與紊流層流：定向有規(guī)律的流動(dòng)紊流：非定向混雜的流動(dòng)5. 流體連續(xù)介質(zhì)模型以流體微元這一模型來(lái)代替實(shí)際由分子組成的結(jié)構(gòu)，流體微元具有足 夠數(shù)量的分子，連續(xù)充滿(mǎn)它所占據(jù)的空間，彼此間無(wú)間隙，這就是連 續(xù)介質(zhì)模型。6. 恒定與非恒定流動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)在每一時(shí)刻都不隨時(shí)間發(fā)生變化，則這種流動(dòng)為 恒定流動(dòng)；流體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)在每一時(shí)刻都隨時(shí)間發(fā)生變化，則這種流 動(dòng)為非恒定流動(dòng)。二. 推導(dǎo)直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性微分方程。（10分）在空間流場(chǎng)中取一固定的平行六面體微小空間，邊長(zhǎng)為 dx,dy,dz , 所取坐標(biāo)如圖所示。中心為點(diǎn)A(x,y,z)，該點(diǎn)速度為Vx,Vy,Vz，密度為流出該六面體的流體質(zhì)量y軸的兩個(gè)面流出、流入的流體質(zhì)量：(x, y, z,t)，計(jì)算在dt時(shí)間內(nèi)流入、 首先討論沿y方向的質(zhì)量變 化。由于速度和密度是坐標(biāo)的連 續(xù)函數(shù)，因此由abed而流入的質(zhì) 量為：由efgh面流出的質(zhì)量為因此