安徽工業(yè)大學(xué)2023級《流體力學(xué)與流體機(jī)械〔上〕試題解答〔A〕一、填空題：(224分)1、由于流體的(分子構(gòu)造)和(分子間的作用力)與固體不同，從而打算了流體具有流淌性。2、在肯定的(溫度)下，流體的體積隨壓力的上升而縮小的性質(zhì)，稱為流體的(壓縮性)。3、把(比壓力能)與(比位能)之和，稱為單位重量流體的總勢能。4、靜止液體作用在任意外形平面上的總壓力的大小，等于該平面(形心處的靜壓力)與該平面(面積)的乘積。5、在流淌的體系內(nèi)，因各局部流體的(溫度)不同，所導(dǎo)致流體的(密度)不同而產(chǎn)生的(浮力)作用所造成的流淌，稱為(自然)流淌。6、流體在彎曲的管道內(nèi)流淌時，其內(nèi)側(cè)的流速(高)，而外側(cè)的流速(低)。即在彎曲流線的主法線方向上，其流速是漸漸(減小)的。7(1/s)，流體微團(tuán)的角變形速率的單位為(1/s)。8、(不行壓縮)流體和(二維無旋)流淌，是流函數(shù)和速度勢函數(shù)同時存在的充分必要條件。9τ的大小與半r的(一)次方成正比關(guān)系；其速度分布規(guī)律為(旋轉(zhuǎn)拋物面)。10、影響層流底層厚度的主要因素是流體的(黏性)和流體的(流速)，一般可由(雷諾)數(shù)反映出來。11δx的變化曲線為(二次拋物線)，它隨來流速度u的增大而(減小)。12、在粘性流體繞流圓柱體時，當(dāng)消滅附面層分別后，隨著雷諾數(shù)的增大，附面層的分別點將向(前移)，旋渦區(qū)(增大)，使得壓差阻力(增大)，而摩擦阻力(減小)。二、簡述題：(420分)1、簡述流體粘性的定義及其影響因素。答：所謂流體的粘性是指流體在流淌時，流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運(yùn)動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，以抵抗其相對運(yùn)動的性質(zhì)。影響粘性的因素：流體的粘性隨壓力和溫度的變化而變化。2、簡述流線的特點和根本性質(zhì)。答：流線具有以下兩個特點：(1)動所得到的曲線；(2)不同坐標(biāo)點上的流體質(zhì)點的運(yùn)動速度向量所描繪出的曲線。流線的根本性質(zhì)如下：在穩(wěn)定流場中，流線在空間的位置和外形都不隨時間而變化；(2)在穩(wěn)定流

場中，流線和跡線相重合。在非穩(wěn)定流場中，流線和跡線不重合(3)間不能相交，即不行能有橫過流線的流體流淌；(4)流線不能發(fā)生突然折轉(zhuǎn)。3、簡述亥姆霍茲第肯定理的內(nèi)容，并說明渦管可否在流體內(nèi)部以尖端形式產(chǎn)生或終止。答：在同一瞬時，通過同一渦管各渦旋截面的旋渦強(qiáng)度都相等。該性質(zhì)為亥姆霍茲第肯定理。渦管不行能在流體內(nèi)部以尖端形式產(chǎn)生或終止，而只能在流體中自行封閉成渦環(huán)，或者附在流體的邊界上。4、簡述水力坡度的定義，并寫出其表達(dá)式和單位。答：單位重量流體在單位管長上的機(jī)械能損失，稱為水力坡度，它為一無因次hJ f量。表達(dá)式為 l，單位也可寫成：J/N·m。5、粘性流體繞流物體時，整個流場一般可分為那幾個區(qū)域？簡要描述各區(qū)域的特征。答：當(dāng)粘性流體繞物體流淌時，可將整個繞流流場劃分為三個區(qū)域：附面層區(qū)、尾渦區(qū)和外部勢流區(qū)。在附面層區(qū)和尾渦區(qū)內(nèi)，存在著很大的速度梯度，應(yīng)當(dāng)依據(jù)粘性流體的有旋流淌來處理；在附面層和尾渦區(qū)域以外的勢流區(qū)域內(nèi)，可依據(jù)抱負(fù)流體的無旋流淌來處理。〔每題14分，共56分〕1、某容器內(nèi)盛有水和比重為S=0.91、2、3、4、5各點距底面的高程分別為▽1=0.9m，▽2=0.4m，▽3=1.1m，▽4=0.7m，▽5=1.4m。求各點的相對壓力〔可以用H2O柱表示。：Sy=0.9，▽1=0.9m，▽2=0.4m，▽3=1.1m，▽4=0.7m，▽5=1.4m。1點在自由水面上，且暴露在大氣空間，所以pm1＝0；pm2＝pm1＋(▽1－▽2)＝0.9－0.4＝0.5mH2O；pm3＝pm1－(▽3－▽1)＝0.9－1.1＝－0.2mH2O；pm4＝pm3＝－0.2mH2O；pm5＝pm4－(▽5－▽4)Sy＝－0.2－(1.4－0.7)×0.9＝－0.83mH2O。2、一消防水槍向上的傾角α=30°如下圖，水管直徑D=150mm，壓力表讀數(shù)M=3.2mH2O柱，噴嘴直徑d=75m，不計噴嘴的壓頭損失和水重。求〔〕噴嘴出口流速；水流對噴嘴的沖擊力。：D=150mm，d=75mm，M=3.2mH2O，α=30°。解：取噴嘴空間作為掌握體，無視水體重量，建立坐標(biāo)系如下圖，設(shè)噴嘴對水流的反作用力為R。 d udxudy2ydx(2x1)dyy x2xyyC積分上式，得流函數(shù)為通過連接〔0，0〕及〔1，1〕兩點直線段流體的體積流量為Q)(0)3m3/sm1 1列連續(xù)性方程

D2u4

d2u4

或?qū)懗?/p>

＝0.1/d＝d＝200m，1 4du ( )2u ①

d＝d＝150mml＝l＝100ml＝50ml

＝200m，各段沿程阻力1 D 2

2 3 1 4 2 3m1列噴嘴進(jìn)出口間的伯努利方程 p m1

u212

u2 22

系數(shù)λ＝0.02，局部阻力不計。試求并聯(lián)管段的流量Q2、Q3及水塔水面高度H。4ABQ=0.1m3/s，各段直徑d=d=200mm，d=d=150mmll

=150m，l

=100m，l

=200m，1 4 2 3②

1 4 2 3將式①代入式②，得

2

)4]p

λ=0.02Q2、Q3及水塔水面H值。d2 D m1d所 以2p 23.29810u m1 8.18m/s2 1(d/D)4〕 u d

0.075(

2.05m/s

Q=Q=Q=0.1m3/sd=d=200mmd=d=150mml=l

=150m，( )11 D 1

0.15

1 4 1

2 3 1 41Q d2u114 1

0.07528.180.036m3/s4

l2=100m，l3

=200m，λ=0.02。m1列掌握體的動量方程pm1

4D2RQ(u2u1，則

解：(1)各管段的阻抗分別為8l

80.021501 S S

1 775.41s2/m5Rpm1

D2Q(u4 1

u)1

H1 H4

2d5g 3.1420.259.8113.29810 015210000.036(8.182.05)334N4

8l

80.02100所以，水流對噴嘴的沖擊力為334N。3、不可壓縮理想流體平面勢流的速度勢函數(shù)為

S 2 2178.39s2/m5H2 2d5g 3.1420.1559.812 x2

x10

〔〕〔〕通過連接，

8lS 3

80.02200 4356.78s2/m50〕及〔1，1〕兩點直線段流體的體積流量。 x2y2x10： 。

H3 2d5g 3.1420.1559.813由于S

Q2，得Q

S /S解 ： (1) 流 場 的 速 度 分 量 分 別 為

H2

H3 3

3 2 H2 H3

又知QQ 22

，則得到流量為uxx2x1，uyy2y

3Q Q2 1 S /S

0.11

0.0586代 入 流 函 數(shù) 的 微 分 式 ， 得

H2 H3Q QQ3

0.10.06670.0414m3/s

1d

1

(

p )1

0.0033(2)列水塔水面至供水點間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在供水點所在的水平面上，得水塔水面高度為

P1/K。

dT

RT2

T 27330250kg800kg/m3 HS

Q2SH1 1

H2 2

S H4 4

2775.410.122178.39.0202.2j490k N的作用下處于平衡狀態(tài)，問該液體內(nèi)部的壓力分布規(guī)律如何？2023級《流體力學(xué)與流體機(jī)械〔上〕試題解答〔A〕

解 ： 液 體 所 受 的 單 位 質(zhì) 量 力 為〔每題2分，共24分〕

F 1

流體只能夠抵抗()，而不能夠承受()，也不能抵抗()變形。構(gòu)成氣體粘性的主要因素是氣體(分子)作(不規(guī)章熱運(yùn)動)時，在不同速

f m則

(150i200j490k)3i4j9.8k50度層間所進(jìn)展的(動量交換)。從能量意義上來說，流體靜力學(xué)方程

中各項的單位是

dp(f

dxfx

dyfy

dz)800(3dx4dy9.8dz)z(焦耳/)。(確定)壓力高于當(dāng)?shù)?大氣)(相對)

積分上式，得壓力分布為p800(3x4y9.8z)C 壓力值。

3．二維流場速度分布為u

(2y3x)

i(3y2x)

j，問流體在彎曲的流道中流淌時，其(內(nèi))側(cè)的流速高，而(外)側(cè)的流速低。運(yùn)動流體的總壓頭為(靜壓頭)、(位壓頭)和(動壓頭)三者之和，其表達(dá)

=1〔〕點的加速度為多少？解： =1秒時〔〕點的加速度為p u2

ua xu

uxu

ux(2y3x)(2y3x)(3式為(

H zz 2g )。

x

x

y線變形運(yùn)動是指流體微團(tuán)的(外形)隨時間在變化，而微團(tuán)的(形心位置)和(方位)并不轉(zhuǎn)變的一種變形運(yùn)動。(速度(等勢線與(流

m/s2a

y

uyu

uyux x

uy3y2(2y3x)(y y線)處處正交。實際流體在流淌過程中，只要存在(速度梯度)，在相對運(yùn)動的流層間就必定會產(chǎn)生(切向應(yīng)力)，從而形成流淌阻力。

m/s2則 a

a2a2a2x y

m/s2所謂水力光滑，是指(層流底層)的厚度大于壁面的(粗糙高度)，壁面的

4．某流場的流函數(shù)為k〔k為常數(shù)，流體的密度為，問流(粗糙高度)全部被(層流底層)所掩蓋的情形。 (附面層)(尾渦)區(qū)和(外部勢流)區(qū)。

場的速度分布如何？通過A〔1，少？

〕和B〔2，2〕兩點間流體的質(zhì)量流量為多對于繞流平板而言，層流附面層轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞲矫鎸拥呐R界雷諾數(shù)的范圍是Rexc=(3×105～3×106)，在工程上常取Rexc=(5×105)。

解：(1)流場的速度分布為ur

rr

u 0 r〔每題5分，共30分〕1．問：溫度為30℃的完全氣體在等壓過程中的體積膨脹系數(shù)是多少？

根據(jù)流函數(shù)的性質(zhì)，可得流體的質(zhì)量流量為k k k解：由氣體狀態(tài)方程有

pRT，在等壓條件下可得

d pdT RT2，

M( )( )2 1 2 4 4則體積膨脹系數(shù)為某流體流經(jīng)一擴(kuò)張形管道，進(jìn)出口管徑之比為d

d 12，問哪

P(de) 33267.67(1.20.0212)12F 2 2 24355N12個截面的雷諾數(shù)大？它們的比值為多少？

dcos 1.2cos45

Reud

4QdQd與

2d1=700mm的管道在支承水平面上分支為d2=500mm的兩支管，A-A截面壓力為70kN/m2，管道流量Q=0.6m3/s，兩支管流量相等，不計壓頭損失，求支Re成反比關(guān)系，管道直徑d越大，則雷諾數(shù)Re值越小，即擴(kuò)張形管道的出

墩所受水流的水平推力。

小于進(jìn)口雷諾數(shù)ReRe

Re 12。1。

11

41Qu1d21Q

40.6 1.56m/s0.72220m/s15×10-6m2/s15m的平板，2問板末端處附面層的厚度為多少？

1Q4Qu

40.6/21.529m/sRe uL

2015

2107

2 d2 0.522解：由于 L

15106

＞5×105，所以板末 1 1由伯努利方程p

u2p

u2，可得端處的附面層為紊流附面層，則板末端處附面層的厚度為

1 2 1

2 2 21 1 1 1

p (u2u2)70103 1000(1.5621.52920.382LRe5L

0.38215(2107)5

1 2 1 2 2〔第、2小題每題11分，第、4小題每題12分，共46分〕1．在傾角α=45°d=1.2m的平板閘h=3mab有一鋼索可將閘門翻開，不計閘門及鋼索重量，求開啟閘門所需要的力F。由 動 量 方 程pA2pA1 1 2 2

cosRQ(u2

cosu1

)的水平推力為RpA1 1

2pA2

cosQ(u2

cosu)1解 ： (1) 閘 門 所 受 的 總 壓 力 為 1 170103 0.72270048 0.52cos3011 4 4PhCA9810341.2233267.67N

3256.64N壓力中心到閘門中心的距離為I

d2sin 1.22sin45

3．通風(fēng)機(jī)向水平風(fēng)道系統(tǒng)送風(fēng)，干管直徑d=300mm，長度l11l1

=200m，末ey y xc

.2始終徑d=150m

=300m0.15m×0.2mD C yAC

h

16hC

163 2 2sin 4

l3=250m，通風(fēng)機(jī)送風(fēng)量Q=0.5m3/s，各管段沿程阻力系數(shù)均為a點取矩，得要的力為

FdcosP(d2

e)，則開啟閘門所需

λ=0.03，空氣密度ρ=1.20kg/m3，無視局部阻力，試求通風(fēng)機(jī)所供給的風(fēng)壓。0.36()1x4 0.036()1x4將 u 5

5 代入上式，得

u 5 5，d

1 1所以 2

0.0288(

，代入上述動量積分方程，得到解 ： (1) 支 管 二 的 當(dāng) 量 直 徑 為4A 40.150.2

dx ud

1 1d 0.17m

u2 20.0288u2( )5x5e U 2(0.150.2)

w dx u各管段的阻抗分別為 (2)將w沿整個板面積分，得8lS 1

81.200.032002404，，P1 2d51

20.35

1 1F BL

dx0288u2( )5BLx5dx036u2B8l 81.200.03300S 2 115398

f 0 w

u 0 P2 2

20.1558lS 3

81.200.0325051431

(3)將參數(shù)代入上式，且Re

uL

54

2107，得平P3 2d5 20.1753

L 106

S P2 2

S P3 3

板上的總阻力為1F 0.036u2BLRe50.03610005224(2Q Q1

Q3，可得流量

Q20.2m3/s，Q3

0.3m3/s； f 通風(fēng)機(jī)所供給的風(fēng)壓為

2023級《流體力學(xué)與流體機(jī)械〔上〕試題解答〔A〕p S0

P1 1

P2 2

2.5分，計25分)24040.521153980.225217 N/m12E愈大的流體愈難壓縮。√2．流體的粘性是由流體分子間的內(nèi)聚力和分子不規(guī)章熱運(yùn)動時的動量交換所產(chǎn)4m2m的平板，以u∞=5m/s20℃的水(ν=10-6m2/s)中

生的。√由于當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，流體中的壓力稱為流體的靜壓力，所以運(yùn)動狀u y 3運(yùn)動，假設(shè)邊界層內(nèi)的速度分布為 xu

( 20，邊界層厚度δ與沿板長方向坐標(biāo)

態(tài)下的流體內(nèi)部沒有靜壓力。×在穩(wěn)定流淌的流場中，流體質(zhì)點的當(dāng)?shù)丶铀俣群瓦w移加速度都等于零。×x的關(guān)系為

1 40.36( ) 0.36( ) u

，而流速則不斷減小。√解：(1)根據(jù)馮·卡門動量積分方程，對于平板有

斷判流場有旋或無旋，主要取決于流體微團(tuán)本身的運(yùn)動軌跡，而與流場的速 u2

dux

(1

ux)dyu2d2

度分布無關(guān)。×w dx0u令

uyyy

dx， 則

在非穩(wěn)定流淌的條件下，兩條流線間通過的流體體積流量并不為一常數(shù)。×偶極流就是同強(qiáng)度的點源和點匯在同一點上簡潔疊加的結(jié)果。×粘性流體的沿程阻力總是與平均流速的平方成正比。×3平板紊流附面層的厚度δ隨流淌距離x的變化曲線為二次拋物線。×3 u 1

)dy y 3

3 dy

(1

)d1x x2 0u u

( 0

()20]

20 0小題6分，共30分〕00.4×0.5m25.5kg30°角并涂有潤滑油的斜面等速下滑，木塊下滑的速度u=l.0m/s，油的粘度μ=0.135Pa·s，問該油膜的厚度為多少？0：A=0.4×0.5m2，m=5.5kg，α=30°，u=1.0m/s，μ=0.135Pa·s解：板面積為內(nèi)

A0.40.50.2m2摩 擦 力

流態(tài)為紊流。5．一塊長500mm、寬150mm的光滑平板置于流速為0.6m/s的油中，油的比重為0.93，運(yùn)動粘度為75×10-6m2/s，問光滑平板單面上的摩擦阻力為多少。Tmgsin5.59.81sin3026.98N du u

：L＝500mm，B＝150mm，u∞＝0.6m/s，S＝0.93，ν＝75×10-6cm2/s。解析：平板末端處的流淌雷諾數(shù)為由牛頓內(nèi)摩擦定律T

Ady A，得

Re uL

0.60.5

40005105，整塊平板上L 75106AuT

0.1350.21.026.98

0.001m1.0mm

均為層流附面層。則平板一面上的摩擦阻力為2．有一方程組為u

(4y6x)，u (6y9x)，該方程 1x y F

0.664BLu2Re20.6640.150.50.931030.x 組可以用來描述不行壓縮流體的平面流淌嗎？請導(dǎo)出流線方程。：u (4y6x)，u 9x)x

L〔每題15分，共45分〕u解：由于xuy

660，所以該方程組可以用來描述

有一弧形閘門，寬2mα=30°r=3.2m，閘門轉(zhuǎn)軸與水平面齊平，求作用x y

在閘門上的靜水總壓力的大小與方向(即合力與水平面的夾角)。不行壓縮流體的平面流淌。將速度重量代入流線微分方程，得(6y9x)dx(4y6x)dy0分別變量，積分得(9x24y212xy)C(3x2y)2C

：b=2m，r=3.2m，α=30°。解：由圖可知hrsin3.2sin301.6m或?qū)懗善矫鎰萘鞯牧骱瘮?shù)x2y2xy2y23(m2/s)，問通過

弧形閘門所受的水平分力為連接(0，0)點和(1，1)點的直線段間流體的體積流量為多少？：x2y2xy2y23

P bh21x 21

1981021.622

2.511104N解：由于(0)3m2/s, )4m2/s解：由于

弧形閘門所受的水平分力為1 1所以通過連接(0，0)點和(1，1)點的直線段間流體的體積流量為

PVz

(12

r2

hrcos)b2Q)(0)431m3/sm 1 1( 3.143.22 1.63.2cos30)29810912 2有一矩形截面的小排水溝，水深180mm，底寬200mm，流速0.15m/s，水的運(yùn)動粘度為1.0×10-6m2/s，試判別流態(tài)。：h=180mm，b=200mm，u=0.15m/s，ν=1.0×10-6m2/s。4A 40.20.18

總合力為

P x

z

25.1129.07226.70kN解：矩形水溝當(dāng)量直徑為d e U

0.220.18

0.257m

總合力與水平面的夾角為tg1 PPPx

9.0725.11

19.86ud則Re e

0.150.2571.0106

220N900N，假設(shè)此箱放在秤臺上，受如圖的恒定水流作用。問秤的讀數(shù)是多少？p u2 p

u2 (uu)212 1 12

2 1 222g g 2g②聯(lián)立①、②兩式，整理后得h

1(uu12

u2) ③2dh 1 u 2.6：d=0.2m，h=1.8m，h=6.5m，G=900N，W=220N。

令 (u2u)0得 u 1 1.3m/s0解：(1)列兩水池液面至管口的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在管口所在的水平面上，

du g 1 2 2 2 221 1可得到管出口的流速為 又 由

d2u d2u

， 可 得u 2gh 29.811.85.94m/s

4 1 1 4 2 20 0 d2

2du1u

2280396mm。列上水池液面至下水池液面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在下水池液面上，可得到?jīng)_擊2下水池的流股的流速為2

將u2

2d1

代入③式，得測壓管液面差h的最大值為u2 2.62h 1 0.172mu 2g(h0

h) 29.81(1.86.5)12.76m/s

max 4g 49.812023級《流體力學(xué)與流體機(jī)械〔上〕試題解答〔A〕R，列動量方程，坐標(biāo)系的方向垂直向下，得1 1

一、選擇填空題：(每題2.530分)1、流體之所以具有流淌性，是由于〔C。A．流體分子與固體分子的大小及間距不同； B．流體分子與固體分子的結(jié)R d2u(u u) 0.221035.94(5.9412.76)1272N4 0 0 4

構(gòu)不同；

C．流體分子與固體分子的構(gòu)造及分子間的作用力不同。所以 R1272N則 下 水 箱 的 總 重 量 為NRGW12729002202392N用突然擴(kuò)大管道使平均流速由 u1減小到u2，假設(shè)直徑d1=280mm，流速u1=2.6m/s，試求使測壓管液面差h成為最大值的u2及d2，并求最大h值。

、對于同樣的壓力增量〔A，其體積變化率愈大，比較簡潔壓縮。A．體積彈性系數(shù)E值愈小的流體； B．體積彈性系數(shù)E值愈大的流體；C．體積彈性系數(shù)E值不變的流體。3、但凡滿足〔A〕平衡微分方程的質(zhì)量力必定是有勢質(zhì)量力。A．不行壓縮流體； B．可壓縮流體； C．抱負(fù)流體。4〔B〕通過該點的等壓面。A．平行于； B．垂直于； C．以任意角度相交于。5、所謂穩(wěn)定流場，是指流場中流體質(zhì)點的流淌參量不隨〔C〕而變化。A．時間和空間坐標(biāo)； B．空間坐標(biāo)； C．時間。、不行壓縮流體在非穩(wěn)定流淌狀況下的三維連續(xù)性方程是〔A。uA ． x

uy

uz0；x y z； u

u u

B ．

x yx y

z0 ；z解：依據(jù)題意知

p p

h ①

d u u u2 1

(x

y z0。(uu)2j列1、2兩截面間的伯努利方程，并留意到h 12g2 ，得j

x y z7、推斷流場有旋還是無旋，主要打算于〔B。A．流體微團(tuán)本身的運(yùn)動軌跡； C．流線是否彎曲。、源流的流函數(shù)的表達(dá)式為〔B。

3、已知某二維不可壓縮流場的速度分布為u 2(xy2)，x

Q Q

u 2(x2yxa

的表達(dá)式。A．

22

； B．x

22

tg－1 ； y xxQ Q

2(xy2)，u

2(x2y。C．2

lnr2

ln x2y2。 x y9hf

lu2d2g

可知，計算沿程阻力的主要任務(wù)

解：x軸方向的遷移加速度重量的表達(dá)式為au

uxu

ux2(xy2)22(x2y)4y4x是如何確定〔A。A．沿程阻力系數(shù)λ； B．管道的長度l和管徑d； C．管道截面的平均流速u。10、管道截面突然擴(kuò)大時的局部阻力hj的大小與〔C〕的平方成正比。

x x x y y4、20℃的水(ν＝1.0×10－6m2/s)以u

＝5.0m/s的流速通過直徑d＝100mm、管1 A．進(jìn)口管的平均速度u； B．出口管的平均速度u； 1

Δ＝0.25mm的直圓管道，問流淌是否處于紊流阻力平方區(qū)？u：ν＝1.0×10－6m2/s， 。u

u 解：進(jìn)入紊流阻力平方區(qū)的臨界雷諾數(shù)為。d1 2。dRe 4160(

)0.85

100

3.75810511、粘性流體在直圓管道內(nèi)作層流流淌時，是〔A。 bA．有旋流淌； B．無旋流淌； C．既可以是有旋流淌，也可以是無旋流

2 20.25ud 5.00.1動。12τw沿流淌方向都是漸漸〔A〕的。A．減小； B．增大； C．不變。二、解答題：(525分)

管內(nèi)流淌雷諾數(shù)為Re 5105 1.0106ReReb，所以流淌是處于紊流阻力平方區(qū)。5、密度為ρ＝1.2kg/m3的粘性流體在始終圓管道內(nèi)以u＝20m/s的速度紊流流淌，摩擦阻力系數(shù)為λ＝0.02，問管壁處的摩擦切應(yīng)力為多少？：ρ＝1.2kg/m3u＝20m/s，λ＝0.02。1、某液體的運(yùn)動粘度為4.5×10－6m2/s，比重為0.86，問其密度和動力粘

解：根據(jù)直圓管道的受力平衡關(guān)系可得l1 1度各為多少？

u2 d2d2 4

dlw：ν＝4.5×10－6m2/s，S＝0.86。

由 此 得 到 管 壁 處 的 摩 擦 切 應(yīng) 力 為解：液體的密度為

0.861000860kg/m3

w 8

u2

0.028

1.22021.2N/m2液 體 的 動 力 粘 度

為三、計算題：(45分)8604.51063.87103Pas2.82.42N/零壓面位于爐底，問位于爐頂?shù)臓t氣相對壓力為多少？：γg＝2.42N/m3，γa＝11.42N/m3，H＝2.8m，pm1＝0。p p ( )zm1 m2 g a 2則位于爐頂?shù)臓t氣相對壓力為

1、在傾角α＝60°d＝1.2m的平板閘h＝3.5ma端有一鉸鏈，b端有一鋼索可將閘門翻開。假設(shè)不計閘門及鋼索的自重，求開啟閘門所需的力F。(10分)pm2pm1ga)z2ag)z211.422.42)2.825.：＝1.2＝＝3.5，＝60。解：(1)閘門所受的總壓力為即氣罐壓力p0327Pa才能將B池中的水抽出。01 10Phc

A98103.54314.223.881104N38812)設(shè)引射器擴(kuò)張段所受流股的反推力為，方向向左。由p

u2，2 2壓力中心到閘門中心的距離為d4

得p2pu 02

1000

0.81m/s ；I 64

d2sin 1.22sin60

d 150ey

y xc u2m2)20.81( )

3.24m/sD c yAc

hcsinc

4

16hc

1 2 d 751在流向上列 1 、2 截面間

的動量方程a點取矩，得

FdcosP(d2

e)

p Am1

p A－FQ(um2 2 2

u，得1則開啟閘門所需要的力為

Fp Am1 1

p A－Q(um2 2

u)1d d 1.2P( e) 3.881104( 0.022)

4905 3.140.07524

01000 3.140.07524F 2 2 4.023104N40.23kN1.2cos602、壓縮空氣罐與一文丘里式的引射器相連接，d1＝75mm，d2＝150mm，

35x(3y2x2，試求其流速及流函數(shù)，并求通過連接(0，0)及(1，1)兩點的直線段的流體流量。(11分)h＝500mm，阻力不計。問：(1)氣罐壓力p0多大方能將B池的水抽出？(2)此時引射 5x(3y2x2)器擴(kuò)張段所受流股的反推力是多少？(12分)解 ： (1) 速 度 分 量 為 uxx

15(x2y2)，u y y

30xy：d1＝75mm，d2＝150mm，h＝500mm。解：(1)依據(jù)題意，列吸水管的靜力學(xué)方程，得

流u x

y

速 為 225(x2y2)2900(xy)215(x2y2)p m1

h98100.54905Pa p，水 ，

0。

將速度重量代入流函數(shù)的微分式，得1、2兩截面間的伯努利方程和連續(xù)性方程1 1p u2 u2

d u

dy30xydx15(x2y2)dym1 2 1 2 2 y x1 1 dd2u

d2u

u

( 2)2

15x2y5y3C4 1 1

2 2

1 2 d1

(2)令積分常數(shù)C(0)0)10m2/s，代 入 伯 努 利 方 程 ， 整 理 得d1u2 pm1d22 ( 2)412d

4905

那么，通過連接(0，0)及(1，1)兩點的直線段的流體流量為Q(0))10m2/s11 4、在長度為1000m，直徑為d＝300mm的管道上，并聯(lián)一根直徑一樣、長度l列氣罐至噴口的伯努利方程，得

p 0 2 2

327Pa

＝500m的支管，假設(shè)水位差＝25，摩擦阻力系數(shù)＝0.0失，試求支管并聯(lián)前后的流量及其比值。(12分)在穩(wěn)定流場中，流體的當(dāng)?shù)丶铀俣葹榱悖辉诰鶆蛄鲌鲋校黧w的遷移加速度為零。√

：d＝300mml＝500m，H＝25m，λ＝0.02。

由速度分布式u的不穩(wěn)定速度場。×

i3x

l＝500mSH，則

假設(shè)流場中流體質(zhì)點的流線與跡線均為圓周線，那么該流場肯定是有旋流場。×S 8l 80.02500

340.37s2/m5

在不行壓縮三維無旋流場中，流函數(shù)與速度勢函數(shù)同時滿足拉普拉斯方程。×H 2d5g 3.1420.359.81

(pgz)對于穩(wěn)定的緩變流來說在流道的某一過流截面上各點的 都在支管并聯(lián)之前，列上下游液面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在下游液面上，得Hh 2SQ2w HH 25

相等。√QuA可知，通過圓管內(nèi)層流流淌的流體，其體積流量與管徑的平方成正比。×則流量為Q

2S H

0.192m3/s

在紊流附面層的層流底層區(qū)內(nèi)，由于流體是分層流淌的，所以該區(qū)域定為無旋流淌。×在支管并聯(lián)之后，列上下游液面間的伯努利方程，基準(zhǔn)面取在下游液面上，得 二、解答題：(每題6分，計36分)1 5Hhw則流量為Q

SQ2H4H 5SH

SQ24 H425

SQ24 H0.242m3/s

1200mm的圓筒內(nèi)置一同心小圓筒，兩筒之間的間隙為1.0mm，0.52Pa·s0.5m/s，問每米長圓筒所受的摩擦力是多少？：d＝200mm，δ＝1.0mm，μ＝0.52Pa·s，u＝0.5m/s。那么 QQQ0.2420.1920.05m3/sduddudy0.51103

解：因間隙δ很小，認(rèn)為間隙內(nèi)油液的速度分布為線性變化，因而其速度梯度為Q

4H H

2

1.265

u

5001/sQ 5S 2S 5 H H2023級《流體力學(xué)與流體機(jī)械〔上〕試題解答〔A〕2.5分，計30分1．在肯定剪切力作用下，能夠變形的物質(zhì)都叫做流體。×

每米圓柱體與油液的接觸面積為Adl3.140.21.00.628m2將以上數(shù)據(jù)代入牛頓內(nèi)摩擦定律公式，則得到每米長圓筒所受的摩擦力為流體之所以作為連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，是由于我們所爭論的對象是由大量分子組成的宏觀流體的機(jī)械運(yùn)動。√

TAdudy

0.520.628500163.28N流體的體積壓縮系數(shù)βP是一個有因次的物理量，其單位與流體壓強(qiáng)的單位相反。√

2、某密閉圓筒形容器內(nèi)布滿液體水，在以等角速度ω＝8.0rad/s旋轉(zhuǎn)的同時，還以等加速度a＝2.2m/s2向上提升，試寫出容器中液體水的等壓面方程式。有勢質(zhì)量力的勢函數(shù)與流體壓強(qiáng)之間的關(guān)系可以寫成

Up

C。√

：ω＝8.0rad/s，a＝2.2m/s2，g＝9.8m/s2。解：取圓柱坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點取在旋轉(zhuǎn)拋物面頂點上。得等壓面微分方程為冷、熱流體的相對壓力沿高度方向的變化規(guī)律是不同的，位置越高的地方，冷氣體的相對壓力越大。×

2rdr(ag)dz0積分上式得

2

(ag)zC

解：由顆粒的自由沉降速度計算式，得煤粉顆粒自由沉降速度為s代入數(shù)據(jù)，得等壓面方程為s

32r212zC

8gVu

89.813.051012120010003、流體質(zhì)點沿流線方向的速度分布式為sa。s

u5s212，試寫出流

f C A D 0

0.451.25107

1000解：流線方向的加速度表達(dá)式為u u

三、計算題：(1、21231034分)10.065m3/sd1＝250mm，截面②處管徑d2＝150mm，①、②兩截面高差為2.0m，①截面壓力p1＝125a u 1210s(5s212)50s3120s12m/s2s s4、平面流場的速度分布為u y2x2y，u x2xy2，x y

kN/m2，壓頭損失不計。試求②截面的壓力及水銀壓差計的讀數(shù)。(12分)問流場中〔1，1〕點處的角變形速度及體積膨脹率各為多少？解：角變形速度為1 1(uyux) (2xy22yx2)(xy) (x2y2)2.0rad/1 z 2 x y 2 2

：Q＝0.065m3/s，d1＝250mm，d2＝150mm，H＝2.0m，p1＝125kN/m2。解：(1)由連續(xù)性方程，得4Q 40.065體積膨脹率為 u1

1.325m/sd2 3.140.252ux

uy

12xy2xy0x y

u 4Q 40.065 3.68m/s5、某油嘴出口流量為3.92×10－5m3/s，油嘴前壓力表讀數(shù)為0.25MPa，燃

2 d22

3.