流体力学(风力机空气动力学)期末测试卷

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2008 / 2009 学年第二学期《工程流体力学》试卷甲答案使用班级：动力07有限开卷
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一、简要回答下列问题（每题3分，共45分）
1.何谓流体？
答：液体和气体统称流体。

流体具有易流动性，即流体在微小剪切力的作用下将发生连续不断的变形运动。

2.声速的物理意义如何？
答：声速是微弱扰动波的传播速度。

声音的传播是等熵过程。

声速的大小与当地温度有关。

3.能否用运动粘性系数比较两种流体粘度的大小？
答：不能。

流体的粘度取决于它的动力粘性系数。

4.什么是等压面？等压面与质量力有什么关系？
答：在流场中由压强相等的点组成的面称为等压面。

在平衡流体中等压面与质量力的合力相垂直。

5.什么是绝对压强和表压强？它们之间有什么关系？
（1）以完全真空为基准计量的压强—绝对压强。

（2）以当地大气压强为基准计量的压强—表压强。

（3）
e a
p p p
=-
6．运动中的流体受到哪几种力的作用？
答：重力、惯性力、压应力、剪切力
7.紊流切应力由哪两部分组成？产生的原因各是什么? 答：由摩擦切应力和附加切应力组成。

摩擦切应力是由流层间的相对滑移引起的，而附加切应力是由流层间的动量交换产生的。

8.雷诺数的物理意义是什么？
答：雷诺数表征惯性力与粘性力的比值。

9.流体微团的运动一般由哪几种运动构成？试写出角变形速率与线变形速率的数学表达式。

答：流体微团的运动由平移、线变形、角变形、旋转运动等构成。

1,()2y x x xx xy v v v x x y
εγ∂∂∂=
=+∂∂∂ 10.何谓速度环量和漩涡强度？两者之间有什么关系？
答：速度环量—在流体流动的空间内，沿封闭周线的速度线积分。

cos L
v ds αΓ=⋅⎰
漩涡强度--2
n A
J dA ω=⎰
11. 流动相似的含义是什么？
答案：流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似。

其中几何相似是前提，动力相似是保证，才能实现流动相似。

12.何谓边界层?边界层分离的条件是什么？
答：当粘性流体以大雷诺数平滑地绕流静止物体是，在壁面附近将出现一个流速由壁面上的零值迅速增至与来流速度相同数量级的薄层，称为边界层。

粘性流体只有在减速增压区流动，才有可能出现边界层流动的分离。

13.说明螺旋流、偶极流是由哪些基本势流叠加而成的。

（1）螺旋流是位于原点的汇流和势涡的叠加； （2）偶极流是源流和汇流的叠加
14.何谓水击现象？分析水击现象时，必须考虑哪些因素的影响？
答:当管道中的阀门迅速关闭时，水受阻而流速突然变小，水的惯性使局部压强突然升高。

这种突然升高的压强首先出现在紧贴阀门上游的一层流体中，而后迅速向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动。

这个现象称为水击现象。

必须考虑水的压缩性和管壁的弹性。

15.试述卡门涡街的概念和如何防止卡门涡街的危害。

答：粘性流体均匀等速定常绕流柱体流动时，雷诺数达一定值时，在圆柱体后面形成几乎稳定的、非对称性的、交替脱落的、旋转方向相反的漩涡，并以小于主流的速度在尾流中运动，这种现象称为卡门涡街。

（1）使用松散体及弹性体混合材料增加物体对振动的阻尼作用，以消除共振。

（2）改变物体自振频率，使之与发放频率错开，避免共振。

（3）改变断面形状，如削薄水轮机叶片出口边的厚度，可避免共振。

二、计算题（共55分）
1.一底面积为0.4*0.45m 2
，高为0.01m 的木块，质量为5kg ，沿着涂有润滑油的斜面向下作等速运动，如图所示，已知木块运动速度为u=1m/s ，油层厚度δ=0.1mm ，由木块所带动的油层的运动速度呈直线分布，求油的粘度μ。

（10分）
解： 因为等速， （1分）
由牛顿定律，得 sin 0mg A q t -= （2分）
由牛顿内摩擦定律，得 du u
dy t m m d
== （4分）
因为
（1分）
所以 （2分） 5
s a =0
S
s F
ma ==∑10tan (512)22.62
θ-==2
mgsin 0.0105
N s m Au
θδμ==⋅
2.射流对固体表面的作用,如图所示.有一从喷嘴射出的水流作用于一对称曲面,射流冲击曲面后分成对称的两股,沿曲面流出,求射流对曲面的作用力R ，并分析什么情况下的作用力最大。

假设射流质量 012m m m =+ ，且 12m m =，射流量为 v q ，射流速度为 0v ，离开曲面速度为 v ，速度与轴交角为 α。

（13分） 解：列x 方向动量方程
[]1200cos()cos()R m v m v m v p a p a -=----- （5分）
由于 121
2
v m v m v q v r == 000v m v q v r = （2分）
代入得
（2分） 由于 所以 （1分）
分析：1）0
90α=时，0v R q v ρ= （1分） 2）0
0a =时，0R = （1分） 3）0180α=时，00(1cos )2v v R q v q v ραρ=-= （1分）
3. 一条输水管，长 1 000m l =，管径0.3m d =，设计流量3
0.055m /s Q =。

水的运动粘度为
6210m s υ-=，如果要求此管段的沿程水头损失为f 3m h =，试问应选择相对粗糙度d
ε为多
少的管道。

（12分） 解：输水管的平均流速 22
40.0554
0.7780.30.3Q v m s p p ´=
==创 （2分）
流动Re 数为
6
0.7780.3
23340010Vd
Re υ
-⨯=
=
= （2分）
由
2
f 2l V h d
g λ
= （4分） 故
2
30.329.81
0.0291 0000.778λ⨯⨯⨯=
=⨯
由 233400Re = 及 0.029λ= 查穆迪图 （4分） ε
0cos()v v R q v q v ρρπα=+-0v v =0(1cos )v R q v ρα=-
4.设二元流动的速度分布为22223;23,x y v x y xy x v y xy y =--+=--求： （1）是否满足连续性方程； （2）流函数。

（8分）
解：（1）2232230y x v v x y y x x y
¶¶+=-++--=抖 满足连续性方程 （2分）
（2）
2223y v y x xy y x
y
¶=-=-+++¶ （2分） 23
213()3
y x x x y xy f y y =-+
+++ 22223()23yx x x f y y x y xy x
y
¶¢=-+++¶=--+ （2分）
所以 2321
(),()3
f y y f y y c ¢
=-=-+ 得 33
21()()33
x y xy x y x c y =-+-++ （2分）
5.
光滑平板平行放置在空气中，空气以60m/s 的速度沿平板流过，空气压力为 ，空
气的密度为 3
1.185kg m ρ=，动力粘度618.310a p s μ-=⨯⋅ ，平板长3m ，宽1.5m 。

（1）沿整个平板都是层流边界层； （2）沿整个平板都是紊流边界层。

计算平板后缘处边界层厚度和总压力。

（12分）
解: （2分）
（2分）
层流边界层： （2分）
（2分）
紊流边界层： （2分）
（2分）
510a p 6215.44210m νμρ-==⨯676031015.442 1.1710el R vl ν==⨯⨯=⨯17125.84 5.843(1.1710) 5.13ex x R mm δ--=⋅=⨯⨯⨯=2120.68615.428Df el F lv bR N ρ-=⨯=15710.38180.38183(1.1710) 4.28ex x R mm
δ--=⋅=⨯⨯⨯=21520.0371153.4Df el F lv bR N
ρ-=⨯=
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