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1、工程流体力学期末试卷及解析1(每小题2分,共24分)流体只能够抵抗(压力),而不能够承受(拉力),也不能抵抗(拉伸) 变形。构成气体粘性的主要因素是气体(分子)作(不规则热运动)时,在不同 速度层间所进行的(动量交换)。P, gz,C3.从能量意义上来说,流体静力学方程中各项的单位是(焦耳/千克)。,所谓正压,就是流体的(绝对)压力高于当地(大气)压力时,流体的(相对)压力值。流体在弯曲的流道中流动时,其(内)侧的流速高,而(夕卜)侧的流速 低。运动流体的总压头为(静压头)、(位压头)和(动压头)三者之和,其 表达式为2pu, , , ( )。Hzz, 2g线变形运动是指流体微团的(形状)随时

2、间在变化,而微团的(形心位置) 和(方位)并不改变的一种变形运动。在势流流场中,速度势函数的梯度就是流体的(速度),而且(等势线) 与(流线)处处正交。实际流体在流动过程中,只要存在(速度梯度),在相对运动的流层间就 必定会产生(切向应力),从而形成流动阻力。所谓水力光滑,是指(层流底层)的厚度大于壁面的(粗糙高度),壁面 的(粗糙高度)全部被(层流底层)所覆盖的情形。当粘性流体绕物体流动时,可将整个绕流流场划分为(附面层)区、(尾 涡)区和(外部势流)区。对于绕流平板而言,层流附面层转变为紊流附面层的临界雷诺数的范围是565 Re= ( 3X10 3X10 ),在工程上常取 Re 二(5X1

3、0 )。XCXC(每小题5分,共30分)问:温度为30?的完全气体在等压过程中的体积膨胀系数是多少?Pd, P由气体状态方程有,,在等压条件下可得,则体积膨胀系数为 2RTdTRT,dpllll, , (,),0. 0033 1/K。P2, ,dTT273, 30RT,3F,150i, 200j,490kN2.质量为 50kg、密度为 800kgm 的液体,在有势 质量力的作用下处于平衡状态,问该液体内部的压力分布规律如何?A卷第1页共9页,Flf, (,150i, 200j,490k),3i, 4 j, 9. 8k 液体所受的单位质量力为 m50dp, (fdx, fdy, fdz), 80

4、0 (, 3dx, 4dy, 9. 8dz)则 XyZ积分上式,得压力分布为P, 800(, 3x, 4y,9.8z), C,u, (2y, 3x), i, (3y, 2x),j,3.已知二维流场速度分布为,问二1秒时,(1,1)点的加速度为多少?,=1秒时,(1, 1)点的加速度为,u, u, u222xxxa, , u, u, (2y, 3x), (2y, 3x) (, 3), (3y, 2x) (2,), 4 m/s xxy, x, y,u, u, Uyyy222 m/s a, , u, U (, 3y, 2) x, (2y, 3x) (, 2,), (3y, 2x) (3,), 6yx

5、y, x, y2 22a, a, a, 7. 21 则 m/SXy4.已知某流场的流函数为,,k,(为常数),流体的密度为,问流场的速度分 布如何? ,k,通过A (1,)和B (2,)两点间流体的质量流量为多少? 42,ku, 0, (1)流场的速度分布为u, r, rr, rk,k,k, ()()M, (2)根据流函数的性质,可得流体的质量流量为21244dd,125.某流体流经一扩张形管道,已知进出口管径之比为,问哪个截面的雷 诺数12大?它们的比值为多少?ud4Q由可知,在流量Q 定的惜况下,管道直径d与雷诺数Re成反比关Re, d,系,管道直径d越大,则雷诺数Re值越。蠢┱判喂艿

6、的出口雷诺数Re小 于进口雷诺数2ReRe, 12Re,它们的比值为。121-626.流速为20m/s、粘度为1510ms的流体纵向流过一长度为15m的平板,问板末端处附面层的厚度为多少?A卷第2页共9页uL20, 1557,因为5X10,所以板末端处的附面层为紊流附面层,Re, 2,10L, 6, 15, 10则板末端处附面层的用度为755, 0L. 382Re, 0. 382, 15, (2, 10),0. 199m, 199mm L(第1、2小题每题11分,第3、4小题每题12分,共46分)1.在倾角二45?的堤坡上有一圆形泄水口,孔口上装有直径d=1.2m的平板闸 门,闸门中心位于水深

7、h二3处,闸门上端d有一狡链,下端b有一钢索可将闸门打开,不计闸门及钢索重量,求开启闸门所需要的力F。12(1)闸门所受的总压力为 N P,hA,9810, 3, , , 1. 2, 33267. 67C4(2)压力中心到闸门中心的距离为,4d22, Id,Sin1. 2, sin4564xc , 0. 0212meyyDChlyAhl616,32CCCd, sin, 4d(3)对闸门上端d点取矩,得FdCOS,P (, e),则开启闸门所需要的力为2dl.2Pe(, )33267. 67, (, 0. 0212) 22F, 24355N , dcos, 1. 2, cos45直径为d=700

8、mm的管道在支承水平面上分支为d=500mm的两支管,A-A截面压力1223为70kNm,管道流量Q二0.6ms,两支管流量相等,不计压头损失,求支墩所受水流的水平推力。44, 0. 6Q1, 1.56ms(l)由连续性方程得 ul22, 0. 7, d, 144, 0. 6/2Q2, 1. 529ms u222, 0. 5, d, 2A卷第3页共9页1122(2)由伯努利方程,可得p, ,u,p, ,ul 1222211223222 p,p, , (u,u),70, 10, , 1000(1. 56, 1. 529), 70048Nm211222(3)由动量方程pA, 2pAcos, R,

9、Q(UCOs, U),得支墩所受水流的水平推力为 112221R, pA, 2pAcos, Q(UCOs, U) 112221,70, 10, , , 0.7,2, 70048, , , 0.5cos30, 1000, 0.6(1.529,cos30, 1. 56) 44,3256.64N通风机向水平风道系统送风,已知干管直径d=300mm,长度=200m,末端接两支管,1111支管一直径d=150mm,长度=300m:支管二是截面为0. 15m0. 2m的矩形管,长度=250m, 23233通风机送风量Q二0.5ms,各管段沿程阻力系数均为入二0.03,空气密度P=1.20kgm ,忽略局部

10、阻力,试求通风机所提供的风压。-4A4, 0. 15, 0. 2d,0. 17In(I)支管二的当量直径为 eU2, (0.15, 0.2)各管段的阻抗分别为,888, 1.20, 0.03, 2008, 1.20, 0.03, 3001112,2404, 115398 ,SSPPI225252525, 0.3, 0. 15, d, d, 12,88, 1.20, 0. 03, 25013,51431 SP32525, 0. 17, d, 322SQ,SQQ,Q, QQ, (2)根据两支管的压头损失相等,即,以及,可得流量0.22233PP123233Q, ms, 0. 3 m/s; 3A卷第

11、4页共9页(3)通风机所提供的风压为22222p, SQ, SQ, 2404, 0. 5, 115398, 0. 2, 5217Nm PPOlI22-624. 一长为4m、宽为2m的平板,以U=Oin/s的速度在20?的水(V =IOln/s)中 运动,若边?314uy, x2055界层内的速度分布为,边界层厚度与沿板长方向坐标X的关系 为,(),0. 36() xu, u,试求平板上的总阻力。,uudd, 22xx2U(I) dyu, (1)根据冯?卡门动量积分方程,对于平板有,w, Odxuudx,1,UyyylXX20202020 令,则,dy, dy, d, (1) () 1 () (

12、1) 2, 000, uu, 10,5555 将 代入上式,得,0. 036()x, ,0. 36()x2uu,ll,d,255所以,代入上述动量积分方程,得到,0. 0288 Oxdxu,11, d, 22255 , u, 0. 0288u () xw, dxu,(2)将沿整个板面积分,得WLL, 2225555F, B, dx, 0. 0288, U () Bxdx, 0. 036, UBL (), 0. 036, UBLRefw, OOuuL,uL5, 47, Re, 2, 10(3)将已知参数代入上式,且,得平板上的总阻力为L, 6, 1022755 F, 0. 036, uBLRe,

13、 0. 036, 1000, 5, 2, 4, (2, 10),249. 5N, fA卷第5页共9页(对者打“?”,错者打“X”,每小题2. 5分,计25分)1.为了保证流体的 流动相似,必须具备儿何相似、运动相似和动力相似三个条件。2.城市污水在下 水道内流动时的决定性准数为付鲁德准数和欧拉准数。3.声音在高温环境中的传 播速度小于在低温环境中的传播速度。4.超音速气流在等截面有摩擦的绝热管道 中流动时,其体积是逐渐减小的。5.单位时间内通过射流各截面的流体动量保持 不变的特征,称为射流的运动特征。6.适当提高流体的压力和速度,可以增大旋 流器的旋流强度。7.在烟囱抽力不变的情况下,烟道阻力

14、增大时,炉膛内的零压 面将上升。8.流体在泵或风机中所获得的理论压头与流体的种类和性质无关。9.风机的静压就是风机叶轮出口静压与进口静压之差。10.两台相同规格的离心泵并联运行时,所提供的总流量等于它们单独运行时 的流量之和。(每小题6分,共30分)1某水库模型的儿何相似倍数为1/256,开闸后5分钟可放空库水,问原型水 库放空库水需要多少时间?根据题意,将斯特罗哈准数St与付鲁德准数Fr进行组合,即ugu2121, , ()(), StFrIglI1根据准数相等,得 分钟,5, 256, SOmlmi2已知30?的空气在滞止状态下的比焙为303. 2kJkg,绝热流动状态下的比焰 为 283

15、. 2i 0kjkg,问其流速为多少?2ui,i,根据题意,由绝热流的能量方程式,得023u, 2(i, i),2, (303. 2, 283. 2), 10, 200ms 03已知旋流器叶片的内外径之比为O. 8,叶片安装角为45?,问该旋流器所产生 的旋流是弱旋流还是强旋流?根据题意,山旋流数计算式得331, (rr) 221, 0. 8, 12 S, tg, , , tg45, 0. 9, O. 6n22331, (rr) 1, 0. 812该旋流器所产生的旋流是强旋流。A卷第6页共9页4已知某烟囱的高度为80m,烟囱内烟气平均温度为650?,烟囱外的环境温度 为 20?,33在标准状态

16、下,烟气的密度为1. 30kgm,空气的密度为1. 293kgm,问烟囱 的理论抽力有多大?烟囱的理论抽力讣算式得,J OgOa, p, (,)H, (,)gH2mga, 1, tl, tga1.301.293, (,), 9.81, 80,643. 7Pal, 650/2731, 20/273则烟囱的理论抽力为643. 7Pao35已知某风机在设计工况下的流量为Q=9360mh,全风压为p=1060Pa,若该风 机的效率为=7概,问轴功率是多少?,NN, PQ, 1060, 9360/3600, 2756W, 2. 76kW 风机的有效功率为 eN2756e, 3674. 7W, 3. 67

17、kWN 则该风机的轴功率为,0. 75(每小题15分,共45分)-362120?的空气(P =1. 2kgm, V =15. 0 10ms)在直径为 60Omm 的光滑风管 中以8m Saa的速度运动,现用直径为60mm的光滑水管进行模拟试验,为了保证动力相似,水管中的流速应为多大?若在水管中测得压力降为45OmmH0,那么在原型风管中将产生多大 的压力降?设2-362 水温为 20? (P 二998. 2kgm, V =1. OXlOins)。WW 3623 已知:d二60Omm, u=8ms, P =1. 2kgm, V =15. 0 10ms, d二60mm,P =998. 2kgm,

18、aaaaw62 V =1. 0 10ms; Ap二45OmmH0。ww2UdUdaaww,根据粘性力相似,Re = Re,得wa, aw则水管中的流速应为,6d, 6001. 0, IOaW , () (), 8, () (), 5. 33mSUUWa, 660d, 15. 0, IOWa,ppaw, (2)根据压力相似,Eu-Eu,得 aw22, u, UadWW则在原型风管中将产生的压力降为,ul. 2822aa, p, () (), p, () (), 450, 9. 81, 11. 9Pa awu998. 25. 33, WWA卷第7页共9页22空气经一收缩形喷管作等爛流动,已知进口截

19、面流动参量为p=400kNm,T=36K, 1 1u=125ms,出口截面温度T=336K,喷管进、出口直径分别为d二20Omn1,d=150,求通 1 212过喷管的质量流量G和出口流速U及压力p。222 已知:p=400kNm, T二365K, U二 125ms, T=336K, d二20Omm, d=150mm, k二 1. 4,111212R=287Jkg?KO3p400, 10121(1)由流量方程式得 kg/s G,uA,uA, , 125,0.2,14. 98711111RT287, 36541(2)由能量方程式可得2kR2, 1.4, 287222u, 2CT(, T), u,

20、T(, T), u, (365, 336), 125, 271. 8ms 2121121pk, 11.4, 1kl. 4kTpT3362222k, Ik, 11.4, 1(3) 等爛过程方程式,得 kN/m , (), (),400, (),299. 4pp21365pTTlll-333 一圆形射流以6. 5ms的速度向含有粉尘浓度为0. 0610kgm的室内喷 射洁净空气,-33工作地点允许的质量平均浓度为0. 0410kgm,要求该处射流直径不小 于2.2m。试求:(1)喷口的直径;(2)工作地点射流的轴心速度;(3)喷口距工作地点的距离(取a0. 08) o-33-33, CC 已知:U

21、二6. 5 ms, R=l. Im, =0. 0610 kgm, =0, =0. 04X10 kgm, COaO-3333 , c, c, c, c, c, c,则 0-0. 06-0. 06 10 kgm, 0. 04-0. 06二-0. 02 10 kg/mo OOaa求喷口的直径Ro,c. 4550. 455as =令=+0.294, 由 Zas, cZROOO. 294 RO,3, c, 0. 06, IOo 则有,0.455,0.455, ,1.365Z, 3, c, 0.02, 10RaS 由 =3.4(+0. 294)=3. 4Z,得 RROORl. IR, ,0.237m 03

22、. 4Z3. 4, 1. 365则喷口的直径为d = 2R = 0.474 m。00求丄作地点射流的轴心速度UmA卷第8页共9页u. 9660. 966m由,得工作地点射流的轴心速度为,,asuZO + O. 294R00. 966u0. 966, 6. 50 m/s u, 4. 6mZl. 365(3)求喷口距工作地点的距离Sas由得喷口距工作地点的距离为=+0.294, ZROR(Z, 0. 294)0. 237, (1.365, 0. 294)0 s, 3. 17 m a. 08RO. 2370s = 0. 672 = 0. 672, =1.99m而,说明工作点在射流主体段内。 na. 08A卷第9页共9页

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