工程流体力学试卷及答案2套

工程流体力学试卷及答案2套 第 1 页 共 14 页 工程流体力学试卷1 一、填空(每空 1 分，共 20 分) 得分 评卷人 1、( )称为流体的密度ρ，重度γ与密度的关系为( ). o2、20C的完全气体其体膨胀系数为( )，表压力为110mmHg的完全气体， 其弹性模量为( )(已知当地大气压为标准大气压) 3、切应力τ与流体的角速度变形成( )，其比例系数μ为流体的( ). 4、作用在流体上的力分为( )和( ) 5、圆管中的层流流动其速度分布为( ).平均速度为最大速度的( ). ,62,,1.007，10ms6、粘性为的水在直径为d=100mm的管道中流动，管内 Re=500，则流速为( )，此时管道的沿程阻力系数为( ). u,2x，3y，6zv,3x，4y，5z7、已知理想不可压缩流体，流速为，， w,4x，3y,6z，则流动( )(是/否)连续，( )(是/否)有势. 8、沿曲线L的速度环量( )通过以L为边界的曲面的涡通量. 涡通量( ) (随/不随)时间变化. 、流网中流线与等势线( ). 9 22,,6x，7yu,10、理想不可压缩流体的平面流动，其流函数为，则( )， v,( ). d,,,2%dvv,11、若某流体的密度变化率为，则其体积变化率( ) 二、判断与改错(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 1、1、等压面上的每一个空间上的单位质量力，必与过该点的等压面垂直( ). 2、2、定常流动是指运动状态不随时间和空间变化的流动( ). 2lc2,,,hcfd2g3、3、对于圆管层流，沿程水头损失( ). 4、4、流体总是从高处流向低处( ). 第 2 页 共 14 页 5、5、理想不可压缩流体的平面流动一定具有流函数( ). 三、选择(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 ,,,121、1、如图，容器内装有两种不同的液体()，则图中 测压管内液体高度为( ). ，，，，h，h,h，,h,h，,h,,h，,h,1211221122211221B、C、D、 A、 dd,0.5122、已知突然扩大管道前后管段的管径之比为，则突扩前后断面流速 cc,12之比( ) A、4 B、2 C、1 D、0.5 3、若圆管内水流为层流运动，则有( ) q,d,,500q,d,,2000q,d,,2000q,d,,500vvvvA、 B、C、D、 4、边界层分离现象发生在( )区域。 A、降压加速 B、增压降速 C、降压降速 D、增压增速 ,,,5、已知某液体的运动粘度增加15%，密度减小10%，则其动力黏度增加()% A、3.5 B、5 C、10 D、15 四、名词解释(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 1、表面力与质量力 2、粘性 3、有效截面 4、马赫数 5、局部阻力损失 第 3 页 共 14 页 五、简答与简单计算(每题 5 分，共 20 分) 得分 评卷人 1、1、试述卡门涡街的利用及其危害, 2、2、简述尼古拉兹实验的目的，以及实验将流动分为哪几个分区, 3、3、煤气罐顶、底各安装一U形水观测压计，高度差H=20m，测得h=150mm，1 h=165mm，已知管外空气密度为 2 3,,1.293kgm,21，则煤气的密度为, v,,yu,x4、4、已知平面流动的速度分别为:，;试求:M(1,1)点的流线方 程. 六、计算(共 30 分) 得分 评卷人 1、1、设一个绕中心轴Z旋转的圆桶(如图)，直径为D=1m，高H=1.2m，盛水 深h=0.8m. 将此桶从静止开始旋转 求:(1)水开始从桶口沿溢出时圆桶旋转角速度.(4分) (2)桶中心无水见底时圆桶旋转角速度. (3分) 第 4 页 共 14 页 2、水箱侧壁通过圆柱形入口接出一根由三段不同管径的镀锌钢管所组成的管道. d,150mmL,4md,200mmd,100mmL,5mL,3m331212已知，，;，，， oc,3msl,l,2m312水温为20C.若管道的出口流速，，求水箱内水位高度H及 oU型管内水银高度差h,(镀锌钢管绝对粗糙度为Δ=0.15mm，20c水的运动粘度 -6为1.007×10?/s) 0.25k68,,,0.11，,,,dRe,,[已知:管内紊流的沿程损失系数为] (15分) 35q,2msp,3，10Pad,2md,1.5mv1213、已知，，，(表压)，，不计流动水力损失，求支座受力R ,(8分) 第 5 页 共 14 页 工程流体力学试卷2 一、填空(每空 1 分，共 20 分) 得分 评卷人 1、( )是理想流体，忽略流体密度变化的流体为( ). o2、200c的完全气体其体膨胀系数为( )，表压力为200mmHg的完全气体， 其弹性模量为( )(当地大气压为标准大气压) 3、( )和( )的比值叫马赫数. ,62,,1.306，10ms4、粘性为的水在直径为d=150mm的管道中流动，若管内 Re=600，则流速为( )，此时管道的沿程阻力系数为( ). u,4yv,,4x5、已知理想不可压缩流体，流速为，，则流动( )(是/否)有 ,,z旋，( ) ,,5x，4yu,v,6、平面势流，则( )，( ). 7、作用在流体上的力分为( )和( ). du,0.2ms2,,5.0Nmdy8、切应力，流体的速度梯度为，则流体的动力黏度为 ( ) 9、管路总损失等于( )和( )之和. 10、串联管路总流量与各个支路流量( )，并联管路总流量( )各个支路 流量之和. 11、流网中，流线和等势线( ). 二、判断与改错(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 6、1、在静止流体中任一点的压强值与其位置无关.( ) 2c q2gv7、2、圆管内流动，在流量一定的条件下，流速水头和管道直径d成正比. ( ) 8、3、不管是层流还是紊流，其运动要素在时间上都具有脉动性.( ). 第 6 页 共 14 页 4、长为6m，宽为4m的长方形管道，其水力半径为1m( ). 5、理想不可压缩流体的平面流动一定具有势函数( ). 三、选择(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 2、1、在静止流体中，质量力恒与等压面( ) A、重合 B、平行 C、相交 D、正交 d11,d322、已知突然扩大管道前后管段的管径之比为，则突扩前后断面流速之比 c1,c2( ) A、9 B、6 C、3 D、1/3 3、如图所示的三通管流动，可得 q，q，q,0q，q,qq,q,qv1v2v3v1v2v3v1v2v3A、B、C、D、无法计算 4、下列各力中，属于质量力的是( ) A、重力 B、摩擦力 C、压力 D、表面张力 、沿封闭曲线L的速度环量( )通过该曲线所围成曲面A的涡通量. 5 A、> B、= C、< D、不确定 四、名词解释(每题 2 分，共 10 分) 得分 评卷人 1、表压强与真空值 2、粘性 3、定常流动 4、层流 5、卡门涡街 五、简答及简单计算(每题 5 分，共 20 分) 得分 评卷人 第 7 页 共 14 页 2、1、设一个绕中心轴Z旋转的圆桶(如图)，直径为D=0.5m，高H=1m，盛水深h=0.6m. 将此桶从静止开始旋转，如图，则桶中心无水见底时圆桶旋转角速度, h,cf3、2、既然圆管内层流运动时沿程水头损失与流速的一次方成正比，即， 2lc,,hfd2g为什么又称为计算圆管内沿程水头损失的通用公式,这里沿程水头损失不是与流速的平方成正比吗, 4、3、简述边界层分离现象及影响的因素. v,,y，1u,x，15、4、已知平面流动的速度分别为:，;试求:过M(1,1)点的流线方程. 六、计算(共 30 分) 得分 评卷人 ,1、1、如图，用两个压差计连接两个装有同种液体的液箱， ,,h，h1122,,h，h12具有不同的液位高程，试证明箱内液体的密度为(7分) 第 8 页 共 14 页 2、水箱侧壁通过流线型入口接出一根由三段不同管径的镀锌钢管所组成的管道. d,200mmL,4md,150mmd,100mmL,5mL,4m331212已知，，;，，， oc,2msl,1ml,2m312水温为20C.若管道的出口流速，，求水箱内水位高度H o,及U型管内水银高度差h, (镀锌钢管绝对粗糙度为=0.15mm，20c水的运动 -6粘度为1.007×10?/s) 0.25,68,,,0.11，,,,dRe,,[已知:管内紊流的沿程损失系数为] (15分) 3、3、高压管段末端的喷嘴如图，出口直径d=10cm，管端直径D=40cm，流量 3q,0.4msv，喷嘴和管以法兰连接，共用12个螺栓，不计水和管嘴的质量 及流动损失，求每个螺栓的受力,(8分) 第 9 页 共 14 页 1卷答案 1 ,,,g293.15K一、1、单位体积流体所具有的质量、2、，115953.6Pa 3、正比、动力黏度 4、表面力和质量力 5、绕中心轴线对称的旋转抛物面 一半 ,314y4.96，10ms12x6、0.128 7、是 否 8、等于 不随 9、处处正交 10、、 11、-2% ,c二、1、? 2、× 划掉(和空间)3、× 4、× 高处改成机械能高的地方 低处改成机械能低的地方 5、? 三、1、C 2、A 3、C 4、B 5、A 四、1、作用在流体表面上的力叫做表面力，质量力是某种力场作用在流体的全部质点的力 2、流体在运动状态下，呈现一种阻碍流动和抵抗变形的性质，称为粘性 3、流管内与所有的流线相垂直的横截面，称为有效截面 ca4、扰动源速度与音速之比称为马赫数 5、流体流经管道附件时也将产生流动损失，这项损失称局部水力损失 五、1、由于柱面上的漩涡交替脱落，导致圆柱表面上压力及切应力周期性的变化，从而产生作用于柱体上的交变横向力(垂直于来流方向)，其频率与涡旋脱落频率相同，如果这个横向交变力的频率与圆柱体的固有频率相近时，可能会引起柱(管)的共振，造成破坏。另外，卡门涡街的交替脱落，会使周围空气诱发振动，发生声响效应。 ,2、目的:通过实验获得流体管内沿程阻力损失系数 分区:(1)层流 (2)层流到紊流的过渡区 (3)紊流光滑区 (4)紊流光滑管道粗糙管的过渡区 (5)紊流粗糙管区(阻力平方区) p,p,,gHp,p，,ghp,p，,ghp,0p,,gH3124324211213、 p,p,,gH,,gh，,gh,,gH431212故 3，，h,h,10，0.165,，，0.15321,,,1.293,,1.293,0.75,0.543，，kgm,,21H20 dxdy,,xy,Cxy,1xyC,1，1,1 4、积分得:在M(1,1)处，故:流线为 22,rD1,z,0r,,,0.5m2gD,1m22 六、1、解:，， 自由液面方程为: ,,2gzr故: ，，，，z,2H,h,2，1.2,0.8,0.8m1(1) ,,2gzr,2，9.8，0.80.5,7.92(rad/s) z,H,1.2m1(2) ,,2gzr,2，9.8，1.20.5,9.7(rad/s) 第 10 页 共 14 页 ，，，，c,3msd,0.15m，，，，d,0.2md,0.1m33122、解: 222dc,dc,dc112233(1)H ?求流速: ，，，，c,1.6875msc,6.75ms12得: Re?求并判断流态: cd1.6875，0.2511Re,,,3.35，10,20001,6,1.007，101 cd6.75，0.1522Re,,,6.7，10,20002,6,1.007，102 cd3，0.15533Re,,,4.47，10,20003,6,1.007，103 所以3个管内均为紊流 ?求水力损失: 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.019,,15,,dRe2003.35，10,,,,11 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.022,,25,,dRe1006.7，10,,,,22 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.020,,35,,dRe1504.47，10,,,,33 22Lc51.687511，，h,,,0.019，，,0.07mf11d2g0.22，9.81 22Lc36.7522，，h,,,0.022，，,1.53mf22d2g0.12，9.82 22Lc4333，，h,,,0.020，，,0.25mf33d2g0.152，9.83 22c1.68751，，h,,,0.5，,0.07mj112g2，9.8 22c6.752，，h,,,0.375，,0.87m22j2g2，9.8 22c,c，，6.75,3，，23，，h,,,0.72mj32g2，9.8 2c3H,，h，h，h，h，h，hf1f2f3j1j2j32g 23,，0.07，1.53，0.25，0.07，0.87，0.722，9.8 ，，,3.97m (2)求h 第 11 页 共 14 页 ,,,'，，,，，pZhpZh，，,12,2222,,,,cclclc,121122,,，，，，p，,Z，h，,p，,Z，h，，,,，,，h1212j2,,,2222ggdgdg12,,, 2222c,clclc，，211122,,，，，h12j22gd2gd2g12，，，，h,,0.325m,325mm,,', ,故: ,,22qdcdc,,v1122443、解:?求流速: 4q4qvv，，，，c,,0.64msc,,1.13ms1222dd,,12 故: 22,c,c12，,，pp1222 ?伯努利方程: 22c,c,，，52212，，，，p,p，,3，10，5000.64,1.13,299564Pa212 故: ?动量定理及受力分析: ，，，，，，F,qc,c,1000，2，1.13,0.64,980N,,v12 F,pA,pA,R,1122 ，，R,pA,pA,F,414KN,1122故: 2卷答案 1 473.15K一、1、忽略流体粘性、不可压缩流体 2、，127948.8Pa ,35.224，10ms3、扰动源速度、音速 4、0.106 5、是 4 6、5 4 7、表面力和质量力 8、25Pa?s 9、沿程损失、局部损失 10、相等相等 11、处处正交 1,4d二、1、× 无关改成有关 2、×3、× 去掉:不管层流还是 4、× 1m改成1.2m 5、×流函数改成势函数 三、1、D 2、A 3、B 4、A 5、B 四、1、以当时当地大气压为基准点计算的压强值称为表压强，被测试流体之绝对压强低于 当时当地大气压的部分，称为真空值. 2、流体在运动状态下，呈现一种阻碍流动和抵抗变形的性质，称为粘性 3、流场中的所有空间位置点上(包括控制体内外)不随时间变化的流动 4、流体分层流动，各层间虽流速不同，但各层间的流点互不混杂，这种流动状态称为层流 Re,90,200d5、当粘性流体绕流圆柱体时，当时候，背流面漩涡不断的交替生成及脱离 第 12 页 共 14 页 柱体表面，并在尾涡内形成交替排列、旋转方向相反的有规则的两行漩涡，称卡门涡街 22,rD0.5,z,0r,,,0.25m2gD,0.5m22五、1、，， 自由液面方程为: ,,2gzr故: z,H,1m1(1) ,,2gzr,2，9.8，10.25,17.7(rad/s) 2lc,,hfd2g2、为沿程水头损失的通用公式 64l,c64cd64,h,f,,Re,Re,22gdRe,cd层流:而故: h,cf其中:r,l,d,g为常数，故层流: 3、流体纵向绕流曲面的时候，物体表面上的边界层可能从某个位置开始脱离物体表面，并 在物体表面附近出现与主流方向相反的回流，称这种现象为边界层分离现象. dxdy,xy，y,x,Cx，1,y，1C,1，1，1,1,14、积分得:在M(1,1)处， xy，y,x,1故:流线为 ，，,gh，,gh,h,h，,gh,,gh111222 六、1、证明: ，，,gh，,gh,,gh，h112212 ,,h，h1122,,，，h，h12 证毕 222dc,dc,dc112233 2、解:(1)H ?求流速: ，，，，c,3.56msc,8ms12得: Re?求并判断流态: cd3.56，0.15511Re,,,5.30，10,20001,6,1.007，101 cd8，0.1522Re,,,7.94，10,200026,,1.007，102 cd2，0.2533Re,,,3.97，10,20003,6,1.007，103 所以3个管内均为紊流 ?求水力损失: 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.020,,15,,dRe1505.3，10,,,,11 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.022,,25,,dRe1007.94，10,,,,22 第 13 页 共 14 页 0.250.25,,,680.1568,,,,,,0.11，,0.11，,0.019,,35,,dRe2003.97，10,,,,33 22Lc53.5611，，h,,,0.020，，,0.43mf11d2g0.152，9.81 22Lc4822，，h,,,0.022，，,2.87mf22d2g0.12，9.82 22Lc4233，，h,,,0.019，，,0.077mf33d2g0.22，9.83 ，，h,0mj1 22c582，，h,,,，,0.91m22j2g182，9.8 22c,c，，8,2，，23，，h,,,1.83mj32g2，9.8 H: ? 2c3H,，h，h，h，h，h，hf1f2f3j1j2j32g 22,，0.43，2.87，0.077，0，0.91，1.832，9.8 ，，,6.32m h(2)求: ,,,'，，,，，pZhpZh，，,12,2222,,,,ccclcl,332122,,，，，，p,，Z，h，,p，,Z，h，，,,，,，h1223j3,,,2222dgdg23,,, 2222,，，ccclcl233122,,,,,h23j3222gdgdg23,,h,,', ,故:37.2mm ,,22qDcdc,,v12443、解:?求流速: 4q4qvv，，，，c,,3.18msc,,50.96ms1222d,,d12 故: 22,c,c12，,p122 ?伯努利方程: 22，，c,c,22321，，，，p,,50050.96,，，3.18,1293.4，10Pa,1293.4KPa12 故: ?动量定理及受力分析: 3，，，，，，，，F,,qc,c,1，1000，0.4，50.96,3.18,19.112，10N,19.112KN,v12 第 14 页 共 14 页 F,pA,pA,R,1122 R，，R,,12KN每个，，R,pA,pA,F,143.34KN,112212故: