貴州大學(xué)流體力學(xué)試卷及答案

貴州大學(xué)年第二學(xué)期考試試卷A得分評(píng)分人名詞解釋(共20分，每小題4分)1．理想流體2．水錘現(xiàn)象3．定常流動(dòng)4．水力光滑與水力粗糙管5．氣體一維定常等熵流動(dòng)極限狀態(tài)得分評(píng)分人簡(jiǎn)答題(共30分，每小題6分)簡(jiǎn)述液體和氣體隨溫度增加，粘性改變趨勢(shì)及原因。對(duì)于靜止液體，看成用在液體上質(zhì)量力僅有重力時(shí)，則液體中哪些面是等壓面？3．Ⅰ．請(qǐng)寫(xiě)出以下兩個(gè)方程名稱(chēng)方程一：方程二：Ⅱ．從單位重量流體能量觀點(diǎn)簡(jiǎn)明說(shuō)明兩方程中各項(xiàng)物理意義，以及兩方程物理意義；Ⅲ．這兩個(gè)方程在應(yīng)用條件上有何相同和差異之處。4．什么是紊流時(shí)均速度？寫(xiě)出紊流時(shí)均速度軸向分量定義式，指出式中各符號(hào)含義。5．什么是有旋流動(dòng)？什么是無(wú)旋流動(dòng)？分別給出其數(shù)學(xué)條件。得分評(píng)分人四．分析證實(shí)題(共20分，每小題10分)1．已知不可壓粘性流體繞圓球流動(dòng)，阻力FD與球直徑d、來(lái)流速度U0、流體密度ρ、動(dòng)力粘度μ關(guān)于，試用π定理推求阻力FD表示式。2．馮卡門(mén)假定，在不可壓層流流動(dòng)中,vx可用一個(gè)多項(xiàng)式表示，假設(shè)這個(gè)多項(xiàng)式最高項(xiàng)是3次項(xiàng)，試確定之。得分評(píng)分人計(jì)算題(共30分，每小題10分)1．離心式風(fēng)機(jī)可采取如圖所表示集流器來(lái)測(cè)量流量，已知風(fēng)機(jī)入口側(cè)管道直徑d=400mm，U形管讀數(shù)h＝100mmH2O,水與空氣密度分別為ρ水＝1000kg/,ρ空＝1.2kg/,忽略流動(dòng)能量損失，求空氣體積流量qv。2．已知長(zhǎng)1.22米，寬1.22米平板沿長(zhǎng)度方向順流放置，空氣流動(dòng)速度為3.05m/s，密度ρ＝1.2kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)ν=0.149cm2/s。試求平板受力。對(duì)層流邊界層有：而對(duì)紊流邊界層有：3．已知大氣層中溫度隨高程H改變?yōu)椋篢=288-aH，式中a=0.0065K/m，現(xiàn)有一飛機(jī)在10000m高空飛行，飛行馬赫數(shù)為1.5。求飛機(jī)飛行速度。參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、1．實(shí)際流體都是有粘性，沒(méi)有粘性假想流體稱(chēng)為理想流體。2．當(dāng)管道中閥門(mén)突然關(guān)閉，以一定壓強(qiáng)流動(dòng)著水因?yàn)槭茏枇魉偻蝗唤档?，壓?qiáng)突然升高。突然升高壓強(qiáng)快速地向上游傳輸，并在一定條件下反射回來(lái)，產(chǎn)生往復(fù)波動(dòng)而引發(fā)管道振動(dòng)現(xiàn)象。3．流場(chǎng)中各空間點(diǎn)上全部物理參數(shù)均與時(shí)間變量t無(wú)關(guān)，稱(chēng)作定常流動(dòng)。4．流體在管內(nèi)作紊流流動(dòng)時(shí)，用符號(hào)△表示管壁絕對(duì)粗糙度，δ0表示粘性底層厚度，則當(dāng)δ0＞△時(shí)，叫此時(shí)管路為水力光滑管；（2分）當(dāng)δ0＜△時(shí)，叫此時(shí)管路為水力粗糙管。（2分）5．在絕熱流動(dòng)過(guò)程中，氣流絕對(duì)壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度為零，氣流總能量全部轉(zhuǎn)化為宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能狀態(tài)。二、1．通常認(rèn)為：液體粘性主要取決于分子間引力，氣體黏性主要取決于分子熱運(yùn)動(dòng)。溫度升高時(shí)，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，氣體粘性增大，（2分）而分子間引力改變黏度影響可忽略不計(jì)；（1分）對(duì)于液體因?yàn)闇囟壬唧w積膨脹、分子距增大，分子間引力減小，故液體粘性隨溫度升高減小，（2分）而分子熱運(yùn)動(dòng)改變黏度影響可忽略不計(jì)。（1分）2．屬于等壓面是以下水平面（3分）自由表面（或氣液分界面）（1分）兩種不互溶液體交界面（1分）液體內(nèi)能相互連通（或不被隔斷）同一個(gè)液體內(nèi)各水平面。（1分）3．（1）方程一是流體靜力學(xué)基本方程，方程二是伯努力方程。（3分）（2）方程中p/ρg是壓強(qiáng)勢(shì)能項(xiàng)，z是位置勢(shì)能項(xiàng)，v2/2g是動(dòng)能項(xiàng)；（1分）方程一物理意義當(dāng)連續(xù)不可壓流體處于平衡狀態(tài)時(shí)，在流體任意點(diǎn)上，單位重量流體總勢(shì)能為常數(shù)。（2分）（3）方程一物理意義當(dāng)連續(xù)不可壓重力流體做一維定常流動(dòng)時(shí)，在同一流線不一樣點(diǎn)上，或者同一微元流束不一樣截面上，單位重量流體動(dòng)能，壓強(qiáng)勢(shì)能，位置勢(shì)能之和等于常數(shù)，實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在流體中詳細(xì)表現(xiàn)。方程一是方程二在流體靜止時(shí)特例。4．紊流真實(shí)速度在一定時(shí)間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)平均值叫紊流時(shí)均速度。（4分）式中：t△－初始時(shí)刻T－時(shí)間間隔u－瞬時(shí)速度－時(shí)均速度5．流體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)角速度不等于零流動(dòng)稱(chēng)為有旋流動(dòng)，流體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)角速度等于零流動(dòng)稱(chēng)為無(wú)旋流動(dòng)。數(shù)學(xué)條件：無(wú)旋流動(dòng)有旋流動(dòng)三、1．選d,U0,r為獨(dú)立基本量綱，可以組成5-3=2個(gè)π項(xiàng)（3分）寫(xiě)成量綱式按量綱友好原理求指數(shù)，對(duì)聯(lián)立求解得：所以，，（4分），阻力或，令，則：（4分）2．假定這個(gè)三次多項(xiàng)式為，依照以下邊界條件來(lái)確定待定系數(shù)a0、a1、a2和a3（以下每個(gè)條件1分）(1)在平板壁面上速度為零，即在y=0處,vx=0(2)在邊界層外邊界上速度等于來(lái)流速度V∞,即在y=δ處vx=V∞，(3)在邊界層外邊界上，摩擦切應(yīng)力為零，即在y=δ處，(4)因?yàn)樵谄桨灞诿嫔纤俣葹榱?，即vx=vy=0，由簡(jiǎn)化后納斯方程有這么（3分）所以：（3分）四、1．由伯努利方程 2．（3分）形成層流邊界層（1分）（3分）（3分）3．（2分）（4分）（4分）貴州大學(xué)第二學(xué)期考試試卷A流體力學(xué)參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分評(píng)分人名詞解釋(共20分，每小題5分)1．計(jì)示壓強(qiáng)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為基準(zhǔn)計(jì)量壓強(qiáng)2．等壓面：在液體中壓強(qiáng)相等點(diǎn)組成面稱(chēng)為等壓面。3．流線：速度場(chǎng)矢量線，任一時(shí)刻t，曲線上每一點(diǎn)處切向量都與該點(diǎn)速度向量相切。流線微分方程：4．當(dāng)量直徑：非圓形截面管道截面積4倍與濕周之比，或等于4倍水力半徑，。得分評(píng)分人簡(jiǎn)答題(共24分，每小題6分)1．假如流體密度表示為，分別寫(xiě)出它當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)和遷移導(dǎo)數(shù)表示式。當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù):（2分）遷移導(dǎo)數(shù):（3分）其中:（1分）2．簡(jiǎn)述粘性流體繞流物體時(shí)產(chǎn)生阻力原因。怎樣降低阻力？（1）阻力有兩部分，一部分是因?yàn)檎承援a(chǎn)生切向應(yīng)力形成摩擦阻力；另一部分是因?yàn)檫吔鐚臃蛛x產(chǎn)生壓強(qiáng)差形成壓差阻力。（3分）（2）把物體作成流線型，使分離點(diǎn)后移，甚至不發(fā)生分離，可降低繞流阻力。（3分）3．流體力學(xué)中系統(tǒng)是什么意思？它有哪些特點(diǎn)？由確定流體質(zhì)點(diǎn)組成流體團(tuán)或流體體積V(t)（3分）。系統(tǒng)邊界面S(t)在流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不停發(fā)生改變（3分）。4．發(fā)生邊界層分離必要條件是什么？為何邊界層分離要產(chǎn)生壓差阻力？粘性流體繞流曲面物體，在壓強(qiáng)升高區(qū)域（減速流動(dòng)），有可能出現(xiàn)邊界層分離，形成尾渦區(qū)（3分）。從分離點(diǎn)開(kāi)始物體后部所受到流體壓強(qiáng)，大致靠近分離點(diǎn)壓強(qiáng)，而不能恢復(fù)到理想流體繞流時(shí)壓強(qiáng)，使繞流物體后部壓強(qiáng)比無(wú)摩擦?xí)r低，所以在物體前后產(chǎn)生一個(gè)凈壓差，產(chǎn)生與來(lái)流方向一致凈力從而形成壓差阻力（3分）。得分評(píng)分人三．分析證實(shí)題(共24分，每小題12分)不可壓縮流體無(wú)旋流動(dòng)速度分布為，，，若此流場(chǎng)滿足連續(xù)性方程，試導(dǎo)出、、、所需滿足條件。（不計(jì)重力影響）依照連續(xù)性方程（4分）依照無(wú)旋流動(dòng)條件：（4分）、、、所滿足得條件為：；（4分）2.無(wú)限空間液體中壓力波傳輸速度C取決于液體彈性模量E、密度ρ，試用量綱分析法求波速C表示式。，（4分）K為常數(shù)，寫(xiě)出量綱式（4分）由量綱友好原理，求指數(shù)得（4分）得分評(píng)分人四．計(jì)算題(共32分，第1、2小題10分，第3小題12分)1．如圖所表示為一貯水設(shè)備，在C點(diǎn)測(cè)得絕對(duì)壓強(qiáng)p=196120Pa，h=2m，R=1m，求作用于半球AB總壓力。C點(diǎn)測(cè)壓管到水面距離m（5分）=246.37kN（5分）2．有一超聲速飛機(jī)在距離地面18km空中以馬赫數(shù)Ma=2.2速度水平飛行，設(shè)空氣為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，問(wèn)飛機(jī)越過(guò)地面觀察者多長(zhǎng)時(shí)間，才能聽(tīng)到聲音？設(shè)飛機(jī)飛過(guò)地面觀察著水平距離為x時(shí)，才能聽(tīng)到聲音m/s（2分）(4分)則km（2分）故時(shí)間為：s（2分）3．有一變直徑彎管，軸線位于同一水平面，轉(zhuǎn)角α=60°，直徑dA=200mm,dB=150mm，當(dāng)流量qv=0.１m3/s時(shí)，表壓強(qiáng)pA=28kPa，若彎管AB段水頭損失hw=1m,水密度ρ=1000kg/m3，求水流對(duì)彎管作用力。（1分）（1分）依照能量方程將和已知數(shù)值代入，求得由與x軸夾角為（2分）貴州大學(xué)第二學(xué)期考試試卷A得分評(píng)分人名詞解釋(共20分，每小題5分)1．理想流體：實(shí)際流體都是有粘性，沒(méi)有粘性假想流體稱(chēng)為理想流體。2．水力光滑與水力粗糙管：流體在管內(nèi)作紊流流動(dòng)時(shí)（1分），用符號(hào)△表示管壁絕對(duì)粗糙度，δ0表示粘性底層厚度，則當(dāng)δ0＞△時(shí)，叫此時(shí)管路為水力光滑管；（2分）當(dāng)δ0＜△時(shí)，叫此時(shí)管路為水力粗糙管。（2分）3．邊界層厚度：物體壁面附近存在大速度梯度薄層稱(chēng)為邊界層；（2分）通常，取壁面到沿壁面外法線上速度達(dá)成勢(shì)流區(qū)速度99％處距離作為邊界層厚度，以δ表示。（3分）4．卡門(mén)渦街：流體繞流圓柱時(shí)，伴隨雷諾數(shù)增大邊界層首先出現(xiàn)分離，分離點(diǎn)不停前移；（2分）當(dāng)雷諾數(shù)大到一定程度時(shí)，會(huì)形成兩列幾乎穩(wěn)定、非對(duì)稱(chēng)性、交替脫落、旋轉(zhuǎn)方向相反旋渦，并隨主流向下游運(yùn)動(dòng)，這就是卡門(mén)渦街。（3分）得分評(píng)分人簡(jiǎn)答題(共24分，每小題6分)1．流線微分方程為是怎么得來(lái)？答：流線是速度場(chǎng)矢量線。（1分）任一時(shí)刻t，曲線上每一點(diǎn)處切向量（1分）都與該點(diǎn)速度向量相切。即（2分）則（1分）依照行列式運(yùn)算規(guī)則，流線微分方程為。（1分）2．當(dāng)理想正壓性流體在有勢(shì)質(zhì)量力作用下做無(wú)旋流動(dòng)和有旋流動(dòng)時(shí)，分別對(duì)應(yīng)歐拉積分和伯努力積分結(jié)果都是是不是說(shuō)兩種流動(dòng)情況下結(jié)論完全一樣？答：不一樣。（1分）歐拉積分結(jié)果表明理想正壓性流體在有勢(shì)質(zhì)量力作用下作定常無(wú)旋流動(dòng)時(shí)，單位質(zhì)量流體總機(jī)械能在流場(chǎng)中保持不變。（2分）而伯努里積分表明理想正壓性流體在有勢(shì)質(zhì)量力作用下作定常有旋流動(dòng)時(shí)，單位質(zhì)量流體總機(jī)械能沿流線保持不變，（2分）通常沿不一樣流線積分常數(shù)值有所不一樣。（1分）3．公式說(shuō)明了什么問(wèn)題？答：說(shuō)明了變截面管流中，氣體速度與通道截面積關(guān)系。（1分）如要滿足即氣體流經(jīng)通道，速度增加，則當(dāng)初，，應(yīng)采取漸縮噴管；（2分）而當(dāng)初，應(yīng)采取漸擴(kuò)噴管；（2分）時(shí)，，喉部。（1分）4．公式，適適用于什么場(chǎng)所，有何含義？答：適適用于定常流動(dòng)，（1分）不可壓流體。（1分）它表明流場(chǎng)中三個(gè)方向分速度沿各自坐標(biāo)軸改變率相互約束，不能隨意改變。亦可說(shuō)，流體在x,y,z三方向上變形速率之和等于零。即在流動(dòng)過(guò)程中不可壓流體形狀雖有改變，但流體體積保持不變。（4分）得分評(píng)分人四．分析證實(shí)題(共24分，每小題12分)1．已知不可壓粘性流體繞圓球流動(dòng)，阻力FD與球直徑d、來(lái)流速度U0、流體密度ρ、動(dòng)力粘度μ關(guān)于，試用π定理推求阻力FD表示式。解：選d,U0,，ρ為獨(dú)立基本量綱，可以組成5-3=2個(gè)π項(xiàng)（2分）寫(xiě)成量綱式按量綱友好原理求指數(shù)，對(duì)聯(lián)立求解得：（1分）所以，（2分）同理：聯(lián)立求解得：（1分）（2分），阻力或，令，則：（4分）2．試證實(shí)流體經(jīng)過(guò)兩流線間單位高度體積流量等于兩條流線流函數(shù)之差。證：在x—y平面上任取A和B點(diǎn)，AB連線如圖所表示，則（A→B為使dψ與同號(hào)）得分評(píng)分人計(jì)算題(共32分，1小題8分)1．空氣從爐膛入口進(jìn)入，在爐膛內(nèi)與燃料燃燒后變成煙氣，煙氣經(jīng)過(guò)煙道經(jīng)煙囪排放到大氣中，假如煙氣密度為0.6kg/m3，煙道內(nèi)壓力損失為，煙囪內(nèi)壓力損失為，求煙囪出口處煙氣速度和煙道與煙囪底部接頭處煙氣靜壓。其中，爐膛入口標(biāo)高為0m，煙道與煙囪接頭處標(biāo)高為5m，煙囪出口標(biāo)高為40m，空氣密度為1.2kg/m3。爐膛爐膛解：（1）列爐膛入口截面1和煙囪出口截面2伯努利方程：(2分)其中：；；；，（,該式是兩截面處?kù)o壓關(guān)系，由煙囪外處于靜止?fàn)顟B(tài)與煙囪等高差空氣建立靜平衡方程求得）(1分)整理得：=6.725（N/m2）(2分)煙囪出口煙氣速度：（m/s）(1分)（2）同理，列煙道出口和煙囪出口能量方程，此時(shí)，得(2分)解得：（Pa）（表壓）2．對(duì)于平面流動(dòng)，問(wèn)：(1)是否有勢(shì)流動(dòng)？若有勢(shì)，確定其勢(shì)函數(shù)φ(2)是否是不可壓縮流體流動(dòng)？(3)求流函數(shù)ψ解：(1)