《工程流体力学》考试试卷及答案解析.doc
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《工程流体力学》复习题及参考答案
整理人：
郭冠中内蒙古科技大学能源与环境学院热能与动力工程09级1班
使用专业：
热能与动力工程
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.附面层分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.相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量。
（）
15.附面层外的流体流动时理想无旋流动。
（）
16.处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。
1、1mmH2O=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
与的对比关系。
5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联，则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、流体微团的基本运动形式有：
、和。
9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了
与的相对比值。
10、稳定流动的流线与迹线。
11、理想流体伯努力方程常数中，其中称为水头。
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
和的对比关系。
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。
19、理想气体伯努力方程中，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，运动和运动四种基本运动形式符合而成。
24、几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、欧拉准数是和的相对比值。
26、马赫数M反映了惯性力和相对比值。
27、流体流动的状态分为和。
28、弗鲁得准数反映了和相对比值。
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P、相对压强p、真空值p、当地大气压强之间的关系是。
A、P=p+pB、p=P+C、p=-P
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。
A、与雷诺数Re有关B、与管壁相对粗糙度有关
C、与Re和有关D、与和管长l有关
7、速度V、长度l、时间t的无量纲组合是。
A、B、C、D、
8、圆管断面直径由d1突然扩大到d2，若将一次扩大改为两级扩大，则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、对数曲线规律
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，压强p的无量纲集合是。
A、B、C、D、
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、惯性力与表面张力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。
A、B、C、D、
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，则该风管的当量直径是。
A、B、C、D、
18、有一变直径管流，小管直径d1，大管直径d2=2d1，则两断面雷诺数的关系是。
A、B、C、D、
19、下列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、流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、附面层分离的原因是什么？
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？
9、伯努利方程常数中各项的物理意义？
10、管网水力计算遵循的原则是什么？
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/s，气体运动粘滞系数为15.0×/s，判断管内气体的流态？
2、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为，管道直径为40，水在管中流量Q为0.4/s，求管嘴对水流的作用力。
Q
3、已知不可压缩流体的流速分量为：
问该流动是否为无旋流动？
4、已知平面流动的速度分量为：
求：
当t=1是过M（1,1）的流线方程。
5、一车间用直径为的风口送风，风口风速为/s，如长度比例常数为4，确定实验模型风口风速。
若在模型内测得某点气流速度为/s，则车间相应点的速度为多少？
（已知空气的运动粘滞系数为/s）
6、对某一桥墩采用模型比例为进行实验。
已知模型中水流速度为/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600逐渐减小到300，水流方向偏转如图所示，在直径较大一端压强为172kN/,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，宽闸门转轴恰好与水面平齐，求作用于闸门的水静压力。
h
A
B
C
O
9、如下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为的短管，形成管嘴出流，已知作用水头H=，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合适的管嘴长度是多少？
Q
10、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为求：
①平板所受的冲击力。
②流量Q1和Q2。
y
R
X
11、如下图所示：
水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道，已知，两管短长均为L=，沿程阻力系数求：
管道中水的流量、流速.
A
B
C
参考答案：
一、名词解释。
1、雷诺数：
是反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系。
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达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。
7、湿周：
过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。
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表面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分离，形成旋涡，并交替释放出来，这种交替排列、有规则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;;Q=Q1=Q2;S=S1+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；表面张力特性；
15、气体；水流；
16、理想气体；粘性气体；质量力；表面力；
17、几何相似；运动相似；动力相似；
18、连续介质；
19、势压；；；
20、各横截面上的动量相等；
21、；
22、各截面的相对焓值相等；
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：
比较完整地反应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。
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，回流和前进这两部分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分离。
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；
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；
断面以速度u为初速度的铅直向上射流所能达到的理论的高度，流速水头，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，则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H0极限值为。
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，则上部压强小，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。
是作用在流体微团上单位质量流体的压力。
是作用在流体微团上单位质量流体粘性偏应力的合力。
是流体质点的加速度。
六、计算题。
1、解：
所以管内气体为紊流流动。
2、解：
如图所示，由连续性方程得：
/s
/s
以轴线为基准面，列1-2断面的伯努利方程
则：
/
设喷嘴对水流的作用力为F，沿水流方向列动量方程，并取得：
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=1时，
化简得：
xdy+ydx+dy-dx=0
积分：
xy+y-x+c=0
流线通过（1,1）点：
即1×1+1-1+c=0得：
c=-1
将c=-1带入上式，得xy+y-x-1=0
化简得：
（x+1）（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=6.0×0.5/0.0000157=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），则阻力平方区的最低雷诺数为50000则：
相应的模型气流出口速度Vm为：
Vm×0.125/0.0000157=50000
Vm=6.28m/s
流速比尺为：
若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s,则车间相应点的速度为：
Vn==3.0×0.955=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：
所以：
/s
由欧拉准数相等推理得：
7、建立下图所示的坐标，水流方向如图所示：
O
X
Y
U1，P1
P2，U2
①当水流不动时：
P1=P2=172kN/
设Fx,Fy为水流作用于弯管的分力，如图
X方向：
Y方向：
=0-172×1/4×3.14×（300/1000）2×0.86
=-10.5kN
对弯管的合力：
方向为：
a=arctan（Fy/Fx）
=
②当有流动时：
由连续性方程得：
解得：
/s/s
忽略阻力，应用伯努利方程，列1-1,2-2断面的方程：
带入数据解得：
P2/r=10.2H2O=10.2×9.8=100Kn/
列动量方程：
X方向：
带入数据得：
Fx=42.4kN
同理：
y方向：
代入数据解得：
Fy=15.2Kn
合力为：
R==45.1Kn
方向为：
a=arctan（Fy/Fx）
=
8、解：
9、①/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）×50=150—200mm
10、建立如图所示的坐标：
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：
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=流出动量-流入动量
=
=
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，由能量方程得：
平板切线方向（y轴方向）无摩擦力，满足动量守恒；
即；0=
化简得：
------------②
联立方程①②解得：
11、选取水平面为截面1-1，出口处为断面2-2，由伯努利方程知：
连续性方程可知：
所以
所以
所以/s,所以/s
0.047/s
中国矿业大学2010～2011学年第2学期
《工程流体力学》试卷（）卷
课程编号：
03034考试时间：
100分钟考试方式：
闭卷
学院化工班级姓名学号
题 号
一
二
三
总分
得 分
阅卷人
一．名词解释（共1
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