贵州大学流体力学试卷及参考答案

贵州大学学年第二学期考试试卷 A

一、 名词解释(共20分，每小题4分)

1．理想流体 2．水锤现象 3．定常流动

4．水力光滑与水力粗糙管

5．气体一维定常等熵流动的极限状态

二、 简答题(共30分，每小题6分)

1． 简述液体和气体随温度增加，粘性变化趋势及原因。

2． 对于静止液体，当作用在液体上的质量力仅有重力时，则液体中的哪些面是等压面？ 3．Ⅰ．请写出以下两个方程的名称

方程一：Const =+Z g

p

ρ 方程二：Const 22

=++g

v Z g p ρ Ⅱ．从单位重量流体能量观点简要说明两方程中各项的物理意义，以及两方程的物理意义；

Ⅲ．这两个方程在应用条件上有何相同和差异之处。

4．什么是紊流的时均速度？写出紊流时均速度轴向分量u 的定义式，指出式中各符号的含义。

5．什么是有旋流动？什么是无旋流动？分别给出其数学条件。

四．分析证明题 (共20分，每小题10分)

1．已知不可压粘性流体绕圆球流动，阻力F D 与球的直径d 、来流速度U 0、流体的密度ρ、 动力粘度μ有关，试用π定理推求阻力F D 的表达式。

2．冯卡门假定，在不可压层流流动中,v x 可用一个多项式表示，假设这个多项式最高项是3次项，试确定之。

四．

计算题(共30分，每小题10分)

1．离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量，已知风机入口侧管道直径d=400mm ，U 形管读数h ＝100mmH 2O,水与空气的密度分别为ρ水＝1000kg/3

m ,ρ空＝1.2 kg/3

m ,忽略流动的能量损失，求空气的体积流量q v 。

得 分 评分人

得 分

评分人

得 分

评分人 得 分 评分人

2．已 知 长1.22 米，宽1.22米 的 平 板 沿 长 度 方 向 顺 流 放 置， 空 气 流 动 速 度 为3.05m/s ， 密 度ρ＝1.2kg/m3，运 动 粘 滞 系 数ν=0.149cm2/s 。试 求 平 板 受 力。

对层流边界层有： 而对紊流边界层有：

3．已知大气层中温度随高程H 的变化为：T=288-aH ， 式 中a=0.0065K/m ， 现有一飞机在10000m 高空飞行，飞行马赫数为1.5。求飞机的飞行速度。

参考答案及评分标准

一、

1．实际的流体都是有粘性的，没有粘性的假想流体称为理想流体。

2．当管道中的阀门突然关闭，以一定压强流动着的水由于受阻流速突然降低，压强突然升高。突然升高的压强迅速地向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动的现象。

3．流场中各空间点上所有物理参数均与时间变量t 无关，称作定常流动。

4．流体在管内作紊流流动时，用符号△表示管壁绝对粗糙度，δ0表示粘性底层的厚度，则当δ0＞△时，叫此时的管路为水力光滑管；（2分）当δ0＜△时，叫此时的管路为水力粗糙管。（2分）

5．在绝热流动的过程中，气流的绝对压强与热力学温度为零，气流的总能量全部转化为宏观运动的动能的状态。 二、

1．一般认为：液体粘性主要取决于分子间的引力，气体的黏性主要取决于分子的热运动。温度升高时，气体分子的热运动加剧，气体的粘性增大，（2分）而分子间引力变化的黏度影响可忽略不计；（1分）对于液体由于温度升高体积膨胀、分子距增大，分子间的引力减小，故液体粘性随温度升高减小，（2分）而分子的热运动变化的黏度影响可忽略不计。（1分）

2．属于等压面的是以下水平面 （3分）

5

.0328.1Re C f =

2

.0074.0Re C f =

（1） 自由表面（或气液分界面）（1分） （2） 两种不互溶液体的交界面（1分）

（3） 液体内能互相连通（或不被隔断）的同一种液体内的各水平面。（1分）

3．（1）方程一是流体静力学基本方程，方程二是伯努力方程。（3分） （2）方程中p/ρg 是压强势能项，z 是位置势能项，v 2 /2g 是动能项；（1分）

方程一的物理意义当连续不可压流体处于平衡状态时，在流体的任意点上，单位重量流体的总势能为常数。（2分）

（3）方程一的物理意义当连续不可压重力流体做一维定常流动时，在同一流线的不同点上，或者同一微元流束的不同截面上，单位重量流体的动能，压强势能，位置势能之和等于常数，实质是能量守恒定律在流体中的具体表现。方程一是方程二在流体静止时的特例。 4．紊流真实速度在一定时间间隔内的统计平均值叫紊流的时均速度。（4分）

⎰+=

T

t t

o udt T 1u

式中：t △－初始时刻 T －时间间隔 u －瞬时速度 u －时均速度

5．流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动，流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。数学条件：

02

1

=⨯∇=V

ω 无旋流动

021

≠⨯∇=V ω 有旋流动

三、

1．0),,,,(0=μρU d D f

选d,U 0, r 为 独 立 基 本 量 纲， 可 以 组 成5-3=2 个π 项

μρπρπ2

2

2

11

1

0201c b a c b a U d D

U d == （3分）

写成量纲式

]LT M []L M [][LT [L]]0[231111---=c b a 按量纲和谐原理求指数，对

联立求解得：12

2111-=-=-=c b a

所以，2

021U d D ρπ=

，Re

dU U d 1

002===νρμπ （4分） 0)1,(02

21=Re

U d D f ρ，阻力)(2

02Re U d F D φρ= 或248)(202U d Re F D ρππφ⨯⨯=， 130:

L 111+-+=c b a 20:T 1--=b 10:M 1+=c