工程流体力学复习题和答案.pdf

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1、工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作一、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

2、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。（）二、填空题。1、1mmH2O=9.807 Pa2、描述流体运动的方法有欧拉法和 拉格朗日法。3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性和不可压缩性。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 粘

3、性力与惯性力的对比关系。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脉动现行，处理方法是时均法。7、流体在管道中流动时，流动阻力包括沿程阻力和局部阻力。8、流体微团的基本运动形式有：平移运动、旋转流动和变形运动。9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数，他反映了惯性力与弹性力的相对比值。10、稳定流动的流线与迹线重合。pu2p常数中，其中z 称为测压管水11、理想流体伯努力方程z r2gr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 流线，因而一

4、切平面流动都存在流函数，但是，只有无旋流动才存在势函数。13、雷诺数之所以能判别 流态，是因为它反映了 惯性力和粘性力的对比关系。14、流体的主要力学性质有 粘滞性、惯性、重力性、表面张力性和 压缩膨胀性。15、毕托管是广泛应用于测量气体和 水流一种仪器。16、流体的力学模型按粘性是否作用分为理想气体和粘性气体。作用与液上的力包括质量力，表面力。17、力学相似的三个方面包括几何相似、运动相似与动力相似。1工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作18、流体的力学模型是连续介质模型。（z1-z2）（g）19、理想 气体 伯努力方 程p p （z1-z2）（g）称势压，p

5、u22中，u22称全压，p （z1-z2）（g）u22称总压。20、紊流射流的动力特征是各横截面上的动量相等。21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式 udu；pa s，u 的单位dy为。22、浓差或温差射流的热力特征是各截面的相对焓值相等。23、流体微团的运动是由平移运动，旋转运动，线切变运动和角切变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前提，运动相似是模型实验的目的，动力相似是运动相似的保证。25、欧拉准数是和的相对比值。26、马赫数 M 反映了惯性力和弹性力相对比值。27、流体流动的状态分为 层流和 紊流。28、弗鲁得准数反映了重力和惯性力相对比值。五、简答题。1、流体静压强

6、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？pu2常数中各项的物理意义？9、伯努利方程z r2g 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

7、要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。六、计算题。1.5m/s，1、有一钢板制风管，断面尺寸为400mm200mm，管内气流平均速度为气体运动粘滞系数为 15.010m/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10cm，管道直径为 40cm，水在管中流量 Q 为 0.4m/s，求管嘴对水流的作用力。3822工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作Q07、在水平放置的管线中接弯管，直径从 600mm逐渐减小到 300mm，水流方向偏转60如图所示，在直径较大一端压强为172kN/m2,求作用于弯管上的力的大小和方向，当水不流动时；当

8、通过的流量为876L/s 时；6008、一弧形闸门 AB，宽4m，圆心角为45，半径为2m，闸门转轴恰好与水面平齐，求作用于闸门的水静压力。ACOh0B10、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为Q0,密度，直径为d0，求：平板所受的冲击力。流量Q1和Q2。3工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作Q1，v1yXd0v0，Q0RQ2，v211、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d1 200mm，d2100mm，两 管 短 长 均 为 L=50m，H 10m，沿 程 阻 力 系 数 0.01,

9、A 0.3,B 0.2,求：管道中水的流量、流速.d1d2ABC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流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

10、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。4工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作 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

11、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

12、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;1S1S11S2;Q=Q1=Q2;S=S1+S2；6、脉动现象；时均法；

13、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；p u22（z1-z2）（g）；p u22；20、各横截面上的动量相等；21、udu；pa s；dy22、各截面的相对焓值相等；23、平移；旋转；线变形；角变形；5工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作24、前提；目的；保证；25、

14、压力；26、弹性力；27、层流；紊流；28、重力；惯性力；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、层流区 临界过渡区 紊流光滑区 紊流过度区 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

15、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

16、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；pru2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：2g：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；位位能。10、任一节点流入和流出的流量相等；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，产生的原因液体的可压缩性管道材质的弹性。12、原因是流体质点流动时由于有惯性，

17、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34 倍；作用水头 H0极限值为9.3m。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）1

18、7、（略）六、计算题。6工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作40.2 0.0672(0.2 0.4)1、解：de 4R 40.067 0.267R Re devA0.2671.54 2.67102000615.010所以管内气体为紊流流动。2、解：如图所示，由连续性方程得：Q0.4 3、18m/s140A13.14()24100Q0.4 51.0m/sv2102A213.14()4100v1以轴线为基准面，列1-2 断面的伯努利方程1v1p2v20 02，此时p2 02g2g2v2v151.023.1822（）9.81295.4kN/m2则：p12g2g29.8p

19、1设喷嘴对水流的作用力为F，沿水流方向列动量方程，并取1得：2p1A1 F Q（v2 v1）F p1A1Q（v2 v1）1295.4140251.03.183.14（）10000.441001000162.7 19.1143.6kN7、建立下图所示的坐标，水流方向如图所示：P2，U2600U1，P1YOX7工程流体力学 11/20/201911:38:24 AM郭冠中制作 当水流不动时：P1=P2=172kN/m2设 Fx,Fy 为水流作用于弯管的分力，如图Fx p1A1 P2A2cos60016002130023.14()1723.14()0.54100041000 42.5kN0Y 方向：

20、Fy 0 P Asina6011X 方向：172 =0-1721/43.14（300/1000）20.86 =-10.5kN对弯管的合力：R =14 当有流动时：0Fx2 Fy2 43.8kN方向为：a=arctan（Fy/Fx）12d2u2 0.8764解得：u1 3.2m/su212.4m/s由连续性方程得：d1u1214忽略阻力，应用伯努利方程，列1-1,2-2 断面的方程：p12u12p2u22g2g带入数据解得：P2/r=10.2H2O=10.29.8=100Kn/m列动量方程：X 方向：p1A1 p2A2cos60 Fx Q(u2cos60 0）带入数据得：Fx=42.4kN同理：

21、y 方向：Fy P2A2sina60 Q（u2sina60 0）代入数据解得：Fy=15.2Kn合力为：R=Fx Fy=45.1Kn方向为：a=arctan（Fy/Fx）=19.78、解：00000222h rsin4502moc h 2m11Fxhrhb 2 9.82 4 39.2kN221111Fy rb(3.14r2hh)9.84(3.14222 2 22.3kN8282F Fx2 Fy2 45.1kNL=（34）D=(34)50=150200 mm10、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：8工程流体力学 11/20/201911:38:

22、24 AM郭冠中制作射流出口速度：v0Q4Q2d0d024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 =0Q0(V0sin）Q0V0sin24Q0sin =2d0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-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：22v0v1v22，得v0 v1 v22g2g2g平板切线方向（y 轴方向）无摩擦力，F 0满足动量守恒；（Q1v1Q2v2）Q0v0cos即；0=化简得：Q1Q2 Q0cos-1Q0(1 cos）21Q2Q0(1cos）2联立方程解得：Q111、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：222v0p2v12v12v2l v12l v2z1 z2AB2g2gd12gd22g2g2gp12v1d21连续性方程可知：v1A1 v2A2所以2v2d14所2v1v124v1250v12504v1210 0 0 0 0 0.01 0.01 0.3 0.22001002g2g2g2g2g10001000所以v11.51m/s,所以v2 4v16.04m/s112002Q A1V1d12v13.14()1.510.047m3/s441000以9