2015巖土工程師流體力學模擬試卷二參考答案

1、2015巖土工程師流體力學模擬試卷二參考答案：一、名詞解釋。、雷諾數(shù)：是反應流體流動狀態(tài)的數(shù)，雷諾數(shù)的大小反應了流體流動時， 流體質點慣性力和粘性力的對比關系。、流線：流場中，在某一時刻，給點的切線方向與通過該點的流體質點的 劉速方向重合的空間曲線稱為流線。、壓力體：壓力體是指三個面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲面，頂 面是受壓曲面邊界線封閉的面積在自由面或者其延長面上的投影面，中間是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影面。、牛頓流體：把在作剪切運動時滿足牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體。、歐拉法：研究流體力學的一種方法，是指通過描述物理量在空間的分布 來研究流體運動的方法。、拉格朗日法：通過描

2、述每一質點的運動達到了解流體運動的方法稱為拉 格朗日法。、濕周：過流斷面上流體與固體壁面接觸的周界稱為濕周。、恒定流動：流場中，流體流速及由流速決定的壓強、粘性力、慣性力等 也不隨時間變化的流動。、附面層：粘性較小的流體在繞過物體運動時，其摩擦阻力主要發(fā)生在緊 靠物體表面的一個流速梯度很大的流體薄層內，這個薄層即為附面層。10 、卡門渦街：當流體經(jīng)繞流物體時，在繞流物后面發(fā)生附面層分離，形成 旋渦，并交替釋放出來，這種交替排列、有規(guī)則的旋渦組合稱為卡門渦街。11、自由紊流射流：當氣體自孔口、管嘴或條縫以紊流的形式向自由空間噴 射時，形成的流動即為自由紊流射流。12、流場：充滿流體的空間。13、

3、無旋流動：流動微團的旋轉角速度為零的流動。14、貼附現(xiàn)象：貼附現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于靠近頂棚流速增大靜壓減少，而射流下部靜壓大，上下壓差致使射流不得脫離頂棚。15、有旋流動：運動流體微團的旋轉角速度不全為零的流動。16、自由射流：氣體自孔口或條縫向無限空間噴射所形成的流動。17、濃差或溫差射流：射流介質本身濃度或溫度與周圍氣體濃度或溫度有差 異所引起的射流。18、音速：音速即聲速，它是弱擾動波在介質中的傳播速度。19、穩(wěn)定流動：流體流動過程與時間無關的流動。20、不可壓縮流體：流體密度不隨溫度與流動過程而變化的液體。21、駐點：流體繞流物體迎流方向速度為零的點。22、自動模型區(qū)：當某一相似準數(shù)在一定

4、的數(shù)值范圍內， 流動的相似性和該 準數(shù)無關，也即原型和模型的準數(shù)不相等，流動仍保持相似，準數(shù)的這一范圍稱 為自動模型區(qū)。二、是非題。1、錯誤2、正確 3、正確4、錯誤5、錯誤6、正確7、正確8、正確 9、正確10、正確11、正確12、正確13、正確14、正確15、正確16、錯誤17、錯誤18、錯誤三、填空題。1 、9.807 ;2、歐拉法；拉格朗日法；3、連續(xù)介質；無粘性；4、慣性力；粘性力；111 _ 5、Q=(Q+C2；;Q=Q1=Q2;S=S+S2;S S1S26、脈動現(xiàn)象；時均法；7、沿程阻力；局部阻力；8、平移運動；旋轉流動；變形運動；9、慣性力；彈性力；10、重合；11、測壓管；1

5、2、流線；流函數(shù)；勢函數(shù)；13、流態(tài)；慣性力；粘性力14、慣性；重力性；粘滯性；壓縮性和熱脹性；表面張力特性；15、氣體；水流；16、理想氣體；粘性氣體；質量力；表面力；17、幾何相似；運動相似；動力相似；18、連續(xù)介質； TOC o 1-5 h z 一一：u2：u219、勢壓；p+; p +(z1-Z2)(L；g)+；2-220、各橫截面上的動量相等；-du21、E=+u ；pa s ；。dy22、各截面的相對始值相等；23、平移；旋轉；線變形；角變形；24、前提；目的；保證；25、壓力；26、彈性力；27、層流；紊流；28、重力；慣性力；四、選擇題。1-5:DCCCA 6-10:BDACC

6、 11-15:DDCDB 16-19 : BADA五、簡答題。1 、流體靜壓強的方向是沿著作用面的內法線方向；在靜止或相對靜止的流 體中，任一點流體靜壓強的大小作用面方向無關，只與該點的位置有關。2、層流區(qū) 臨界過渡區(qū) 紊流光滑區(qū) 紊流過度區(qū) 紊流粗糙區(qū) 意義：比較完整地反應了沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律，揭示了沿程阻力系數(shù)變化的 主要因素。3、在于將流場劃分為兩個計算方法不同的區(qū)域，即勢流區(qū)和附面層。在附面層外的勢流區(qū)按無旋流動理想流體能量方程或動量方程求解；在附面層內，按粘性有旋流動流體能量方程或 N-S方程求解；4、濃差或溫差射流由于濃度或溫度不同，引起射流介質密度與周圍其氣體 密度與周圍氣體

7、密度不同，所受的重力與浮力不相平衡，使得整個射流將發(fā)生向 上或向下的軸彎曲。5、當流體繞流曲面體流動時，在減壓增速區(qū)，流動維持原來的附面層；流 動進入增壓減速區(qū)時，流體質點受到與主流方向相反的壓差作用， 將產(chǎn)生方向的 回流，而附面層外的流體仍保持原有的前進， 這樣，回流和前進這兩部分運動方 向相反的流體相接觸，就形成旋渦。旋渦的產(chǎn)生使得附面層與壁面發(fā)生分離。6、流體運動粘滯系數(shù)r表征單位速度梯度作用下的切應力對單位體積質量 作用產(chǎn)生的阻力加速度，具有運動學要素。7、流體動力粘滯系數(shù)u表征單位速度梯度作用下的切應力，反映了粘滯的 動力性質。8、元流的特性：元流的邊界由流線組成；流體質點不能出入元

8、流；元流斷 面上的流速和壓強是均勻分布。9、Z:斷面對基準面高度，水力學中稱位置水頭，單位位能；匕在斷面壓強作用下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強水頭，單位 r位能；u-:斷面以速度u為初速度的鉛直向上射流所能達到的理論的高度，流2g速水頭，單位位能。10、任一節(jié)點流入和流出的流量相等； 任一閉合環(huán)路中，如規(guī)定順時針 方向流動的阻力損失為正，反之為負，則各管段阻力損失的代數(shù)和 必等于零。11、有壓管路中運動著的液體，由于閥門或水泵突然關閉，使得液體的速 度和動量發(fā)生急劇變化，從而造成液體壓強驟然變化，該現(xiàn)象就是水 擊（水錘）現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因液體的可壓縮性管道材質的彈性。12、原因是流體質點流

9、動時由于有慣性，因而流線不能成折線，是光滑的 曲線，所以能夠形成真空區(qū)域；條件是：管嘴長度為管徑的34倍;作用水頭H0極限值為9.3m o13、在自由紊流射流的主體段，射流各斷面上速度分布是相似的，軸線速 度越來越小，橫截面積越來越大，質量流量也越來越大；個橫截面上 的動量守恒。14、在溫差射流場中，由于氣流密度與周圍的氣體的不同，射流氣體所受 的浮力與重力不相平衡，使整個射流發(fā)生向下或向上彎曲。15、當繞流物體為非對稱形或雖為對稱但其對稱軸與來流方向不平行時， 在繞流物體上部流線較密，流速大；下部流線較疏，流速小，則上部 壓強小，下部壓強大，上、下部存在壓強差，由此產(chǎn)生向上的力稱為 升力。1

10、6、（見第五版書P61）17、（略）18、X:是作用在流體微團上的單位質量力。1詈是作用在流體微團上單位質量流體的壓力- 2-2|y Z e UxUy；x2 Fy2應力的合力。,：2m- Uz:是作用在流體微團上單位質量流體粘性偏如:是流體質點的加速度。dt六、計算題。4 0.2 八 =0.0672 (0.2 0.4)1 、解：de = 4R = 4x0.067 =0.267喋=加二167 1042000所以管內氣體為紊流流動。2、解：如圖所示，由連續(xù)性方程得:QV1 二Ai0.4403.14 ()100=3、18m /sV2A20.43.14 (10=51.0m/s100以軸線為基準面，列1

11、-2斷面的伯努利方程 =1 TOC o 1-5 h z 22。邑=0 2,止匕時p2 =02g2g2M： p1 =(-)=9.8 51.0 -38 =1295.4kN / m22g 2g2 9.8設噴嘴對水流的作用力為F,沿水流方向列動量方程，并取口 =1得:p1Al -F = PQ (v2 -v1)F = p1A - 也(v2 -v)-1000 0.451.0-3.1810001/ 40、2= 1295.4 支一黑3.14父()24100= 162.7 -19.1= 143.6kN3、檢查流動是否無旋:UxyU y22、=一（x - y ） = -2y:y-2y.x兩者相等，故為無旋流動 求

12、速度勢函數(shù)：d . = Uxdx u ydy2 2=（x -y ） dx -2xydy22=x dx - dxy3x 2-xy34、根據(jù)流線方程定義得流線方程:dx dyUxUydx dy 2 -2x t2-y t2當t=l時，旦=x 1- y 1化簡得：xdy+ydx+dy-dx=0積分：xy+y-x+c=0流線通過（1,1 ）點：即 1X1+1-1+C=0 得：c=-1將c=-1帶入上式，得xy+y-x-1=0化簡得：（x+1） （y-1 ） =05、根據(jù)相似原理可得，實驗模型風口直徑為：0 5 一dm =05 =0.1254原型雷諾數(shù)為：Ren=6.0X 0.5/0.0000157=19

13、1082.850000所以氣流處于阻力平方區(qū)，（可采用粗糙度較大的管道），則阻力平方區(qū)的最低雷諾數(shù)為50000則：相應的模型氣流出口速度 Vm為：VnrK 0.125/0.0000157=50000Vm=6.28m/s流速比尺為： = 6.0 =0.9556.28若在模型內測得某點氣流速度為 3.0m/s ,則車間相應點的速度為：Vn=v 父=3.0 X 0.955=2.87m/s6、經(jīng)分析可知，此流動的主要作用力是重力，所以決定性相似準數(shù)為付魯?shù)聹?數(shù)。由付魯?shù)履Ｐ吐煽芍篎 n 二 F m,2 vn1mgmEUn =EUm,Pn二v2由付魯?shù)聹蕯?shù)相等推理得:2vnln所以：vn由歐拉準數(shù)相

14、等推理得:由：F = ：p l2自：FnPnlnlnFm所以：Fn2 vmlm1： 0.76=3.04m/sPn:v2；vml2lnlm ll3 mL 33 Fm -163 4 -16384NI 3ml2 vn2 vmlnlm7、建立下圖所示的坐標，水流方向如圖所示:當水流不動時：P1=P2=172kN/n2設Fx,Fy為水流作用于彎管的分力，如圖Fx =p1Al P2 A2 cos600 TOC o 1-5 h z 1600 21300 2X 萬向：=172 x x3.14x()2 -172 x 父3.14父()晨0.54100041000= 42.5kNY 方向：Fy =0 PAsina6

15、0=0-172 X 1/4 X 3.14 X (300/1000) 2X0.86 =-10.5kN對彎管的合力：R = . F；Fy2 = 43.8kN方 向為：a=arctan (Fy/Fx)=140當有流動時： TOC o 1-5 h z 由連續(xù)性方程得：1二d二dh =0.87644解得：u1 = 3.2m/su2 = 12.4m/s忽略阻力，應用伯努利方程，列1-1,2-2斷面的方程： 22Pi UiP2U2一西一而帶入數(shù)據(jù)解得:P2/r=10.2H 2O=10.2 乂 9.8=100Kn/ m2列動量方程：X 方向：p1Al-p2 A2cos600 - Fx = PQ(u 2cos6

16、00 - 0)帶入數(shù)據(jù)得：Fx=42.4kN同理：y 方向：Fy P2 A2sina600 = PQ (u2sina600 0)代入數(shù)據(jù)解得：Fy=15.2Kn合力為：R= Fx2 Fy2 =45.1Kn方向為：a=arctan (Fy/Fx)=19.708、解:h = r sin 450 = 2moc = h = . 2 mFx =1hrhb =- 2 2 9.82 4 = 39.2kN TOC o 1-5 h z 2212111 -Fy =rb( 3.14r hh) =9.8 4 (3.14 22 -2.2 = 22.3kNy 8282F -：F； F； =45.1kN9、 Q =uAj2

17、gH =0.82 父 3.14 父 1 父(日)2 岳 10 1 5 = 0.0161m3/s4100孔口與管嘴出流流動時，在出流管嘴內形成以真空區(qū)域主要原因是：流體 具有粘滯性，流體質點流動時存在慣性，流線不能發(fā)生直接拐彎，只能是光滑的 曲線因此靠近水箱一側管嘴內壁形成真空。L= (34) D=(34)義 50=150-200 mm10、建立如圖所示的坐標：設平板對水流的沖擊力為R (方向與x軸正方向相同)，如圖中所示：射流出口速度：V。=烏=色二d0二d04由于平板是光滑的，所以僅有法向力，由動量方程(x軸方向)得：R=流出動量-流入動量0 - DQ0(N0sim) = ：Q0Vosim_ 4 ；Q：sin 二=d所以平板所受沖擊力大小與 R相等，方向相反。由連續(xù)性方程可得：Q0=Q1+Q2 由于射流是水平方向，且置于大氣中，所以壓力能不變，能量損失不計，由能222量方程得：包=匕=，得v0=V1 =V2 2g 2g 2g平板切線方向(y軸方向)無摩擦力，F(xiàn) F =0滿足動量守恒；即；0=(Qm ：Q2V2) ：iQ0Vocos1化簡得：Q192 = Q0Cos8 聯(lián)立方程解得：Q1 =1Q0(1 cosu)2、Q2 = _Q0(1 - cos?11、選取水平面為截面1-1,出口