西工大流体力学试卷及答案

一．填空题（共30分，每小题2分）1.均质不可压缩流体的定义为 ρ=c 。

2.在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 降低 。

3.在渐变流过流断面上，动压强分布规律的表达式为P/ρg +z=0 。

5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的 总机械能 大小，就能判别出流动方向。

6.产生紊流附加切应力的原因是 脉动 。

7.在静止流体中，表面力的方向是沿作用面的 内法线 方向。

8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数λ与 速度梯度 有关。

9.渐变流流线的特征是 近似为平行直线 。

10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为 恒定流 。

11.局部水头损失产生的主要原因是 漩涡 。

12.直径为d 的半满管流的水力半径R = d/4 。

13.平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速x u 和y u 满足 方程 ∂U x / ∂t + ∂U y / ∂t =0 。

14.弗劳德数Fr 表征惯性力与 重力 之比。

15.在相同的作用水头下,同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量 大 。

二．（14分）如图所示，一箱形容器，高 1.5h m =，宽（垂直于纸面）2b m =，箱内充满水，压力表的读数为220/kN m ，用一半径1r m =的园柱封住箱的一角，求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。

解：2220p ()()()82.05()2p 31(0.50.5)8220 2.044.64p 45.53c x z z hgh hb g hb kN g gvv r H bH g v kN ρρρπ===+=−−→=+⨯+⨯====三．（14分）如图所示，一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。

已知主管直径3D m =，主管流量335/Q m s =，分叉管直径2d m =，两分叉管流量均为2Q ，分叉管转角060θ=，1-1断面中点的压强2294/p kN m =，不计水头损失，求水流对支座的作用力。

解：11212232222221(12)22222111Y 22224.95(/)1d 45.57(/)1d 4v v 290.8(/)x=2(P A +)cos -P A -=-1240(kN)F =2(P A +)sin 1750()Q v m s Q v v m s p p KN m F Q V QV Q V KN ρρθρρθ+======-==向左向上四.（14分）如图所示，长50L m =、直径0.21D m =的自流管，将水自水池引至吸水井中，然后用水泵送至水塔。

已知泵的吸水管直径0.2d mm =，管长6l m =， 泵的抽水量30.064/Q m s =，滤水网的局部阻力系数12 6.0ξξ==，弯头的局部阻力系数30.3ξ=，自流管和吸水管的沿程阻力系数0.02λ=。

假定自流管中通过的流量等于泵的抽水量。

试求：（1）水池水面与吸水井的水面高差h ；（2）水泵的安装高度2s H m =时，水泵进口断面的真空度。

解：211h ()2l v d g ξλ=+ 122144 1.85/1.88Q Q v m s d D h m ππ==== 1.88h m =20()2s p l v H g d g λξξρ=++++网弯 24 2.04/Qm s d π=v=36.04v a p kp =五．（14分）油在管中以1/v m s =的速度向下流动，油的密度3920/kg m ρ=，管长3l m =，管径25d mm =，水银压差计测得9h cm =.试求：(1)油在管中的流态；（2）油的运动粘度ν；（3）若保持相同的平均速度反方向运动时，压差计的读数有何变化？（水银密度313600/kg m ρ'=）.解：假定流动为层流212122g 1122g 52g h=(h)(1)h=264Re Re 316Re 0.0257.9110316H H p p l v z z g g d gp p z z gl v d gvdλρρρρρλρλνν-+=++++∆+∆-∆=====⨯解得：故假设成立，流动为层流六．（14分）用文丘里流量计量测空气（绝热指数 1.4k =，气体常数287/R J kg K =⋅）的质量流量。

已知进口断面的直径为1400d mm =，绝对压强为21140/p kN m =，温度为0118T C =，喉部断面2150d mm =，22116/p kN m =，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。

解：13131111231.4k 11122121212223312221212731829114010 1.676/287291116() 1.676() 1.465/14012121.414010 1.4116101.41 1.6762 1.41 1.465221.6T kp kg m RT p kg m p v v k p k p k k v v v v v ρρρρρ=+=⨯===⨯==⨯=+=+--⨯⨯⨯+=⨯+--==可得：30459.32+解得：2222218m /,175.862m /1.465175.8620.15 4.927/4s v s G v A kg sπρ===⨯⨯⨯=二、选择题（10分）．伯努利方程中 22pv z gαγ++表示A ．单位重量流体具有的机械能；B ．单位质量流体具有的机械能；C ．单位体积流体具有的机械能；D ．通过过流断面的流体所具有的总机械能。

2．动量方程A ．仅适用于理想流体的流动B ．仅适用于粘性流体的流动C ．理想流体与粘性流体的流动均适用D ．仅适用于紊流3．流体在管内作层流流动时，其沿程损失h f 值与断面平均流速v 的__________次方成正比。

A ．1B ．1.75C ．1.75~2D ．2 4．相对压强的起量点是A . 绝对真空；B . 1个标准大气压；C . 液面压强。

D . 当地大气压强； 5．工程上计算流体在圆管内流动时，由紊流变为层流采用的临界雷诺数取为 A ．13800 B ．2320 C ．2000 D ．1000三、绘图题（绘出AB 曲面上的压力体，8分）四、计算题（12分）如右图，直径为mm 150=d 的圆柱，固定不动。

内径为mm 24.151='d 的圆筒，同心地套在圆柱之外。

二者的长度均为mm 250=l 。

柱面与筒内壁之间的空隙充以甘油，转动外筒，转速为n =100r/min ，测得转矩为m N 091.9⋅=T 。

求甘油的动力粘性系数μ。

五、计算题（20分）如右图所示，已知0m m 15=A d ，m m 75=B d ，m 4.2=a ，水的流量s m 02.03=Q ，2m N 1172=-B A p p 。

(1)如果A 、B 之间的水头损失表示为gv A22ζ，试求ζ值。

(2)求出水银差压计中的读数h 。

六、计算题（20分）如图所示，计算圆管突然扩大的局部损失。

七、计算题（10分）如图有一并联管路，已知1d =100mm ， 1l =80m ，1λ=0.021；2d =75mm ，2l =50m ， 2λ=0.025；Q=30l/s ，求1Q 、2Q 。

答案一、判断题（每题2分，共20分）1. 液体的粘度随温度的升高而降低，随压力的升高而增大。

√2. 平衡流体中任意点的静压强值只能由该点的坐标位置来决定，而与该压强的 作用方向无关。

即作用于同一点上各方向的静压强大小相等。

√3. 若平衡流体在x 、y 、z 方向的单位质量力分别为X =5、Y =4、 Z =3，则等压面方程为0345=++z y x 。

ⅹ 4．流线和迹线实质是一回事。

ⅹ5. 理想流体在有势质量力的作用下作定常流动时，函数)2(2u p W --ρ的值在任一点上保持不变。

ⅹ6．同一水头作用下，出流直径相同的管嘴与孔口，管嘴出流量大于孔口出流√ 7．实际流体流经水力半径小的过水断面时，流动阻力小。

ⅹ8．实际流体圆管层流的切应力分布是中间最大、管壁边缘为零的线性分布。

ⅹ 9．尼古拉茨试验的水力粗糙管区阻力系数λ与雷诺数Re 有关。

ⅹ 10. 串联管路的总水头等于各管段水头损失之和。

√ 二、选择题（每题3分，共15分）1．A 2．C 3．A 4．D 5．C三、画图题（绘出AB 曲面上的压力体，8分）实压力体EE ’A 虚压力体EE ’D ’D 实压力体D ’DBB ’ 四、计算题（12分）解： hvμA dy du μAF == （7分） πdl A =；60πdn v =；62mm .02='=-dd h （３分） 2d T Fr F == 3-100.6260215.010025.015.0091.9⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πμπ s 792Pa .0⋅=μ （12分）五、计算题（20分）解：（1）以B 为基准，取A 、B 断面列伯努利方程22222;0;1;2AA A BB B A B lA AB A B l p v p v z z h ggv z a z h gααγγααξ++=+++===== （8分）又24AAd Q v π=，24BBd Qv π=（12分） 代入数值，ξ=3.4 （14分） （2）设B 断面到水银测压计左支管水银交界面的垂直距离为b ，从B p 开始，用逐段加减的方法推演到A p ，可得'-()B A p b h h b a p γγγ++++= （18分） 由'-A B p p h h γγ-=，得1h=()9.5mm '-A B p p a γγγ-+= （20分） 六、计算题（20分）解：取水平基准面0-0，过水断面的压强、速度及位置高度如图由于Ⅰ、Ⅱ两过水断面上流线已接近平行，即属于缓变流，因此可写出两断面的伯努利方程（设121==αα）j h gv p z g v p z +++=++2222222111γγ （1）（7分）由于在dt 时间内从断面Ⅰ到Ⅱ的流速由1v 变为2v ，根据动量定理得)()()(12222121212211v v v A z z A A A p A p A p -=-+-+-ργ整理得)()()(2211122z pz p v v g v +-+=-γγ （2） （14分） 由（1） 和（2）得gv v h j 2)(221-=由连续性方程1212v A A v =代入上式得 （18分） 其中 2211211)1(;2A Agv h j -==ζζ （20分）七、计算题（10分）解：由21f f h h =； （3分）)2/(/)2/(/2222221111g d l g d l υλυλ⋅=⋅1112222221l d d l λλυυ⋅= 则，代入数值得 21υυ= （7分）2221212144/υππd v d Q Q =则QQ Q Q Q =+=21219/16/所以解出1216/2519.21(l/s)9/2510.80(l/s)Q Q Q Q ==== （10分）二．选择题（共10小题，每题3分，共30分）1．绝对压强p abs 与相对压强p 、真空度p v 、当地大气压p a 之间的关系是：A. p abs =p+p v ；B. p=p abs －p aC. p v = p a －p absD. p=p abs +p a 2．如图所示 A. p 0=p a ； B. p 0>p a ； C. p 0<p a ； D. 无法判断。