流体力学I_2017_B卷(含答案)

华中科技大学流体力学（I ）试卷（B 卷）

（闭卷考试）

2017年11月12日

姓名: 学院： 班级: 学号：

注：水密度3

1000kg /m ρ=，空气绝热指数 1.4γ=，空气气体常数287 J/(kg K)R =⋅，重力加速度

29.8m /s g =。

一、选择最佳答案填空（每空只选择一个答案，每空2分，共20分） 1. 以下哪种流体最不应该忽略粘性力（ C ）

A. 理想

B. 静止

C. 运动中的实际流体 2. 以下说法错误的是（ A ）

A. 理想流体没有粘性，故没有剪切力而只受拉力或压力作用

B. 流体的动力粘度越大，粘性切应力越大

C. 流体层间速度梯度越大，粘性切应力越大

D. 在理想流体中压强大小与作用面的方向无关 3. 流体连续方程表示流体运动的（ C ）守恒

A. 动量

B. 能量

C. 质量

4. 水平管道的截面逐渐缩小，管内水流的压强沿流动方向（ B ）

A. 逐渐増大

B. 逐渐减小

C. 不变化 5. 水在圆管中流动，层流或湍流取决于（ A ）

A. 雷诺数

B. 马赫数

C. 付鲁德数

6. 管道水流状态在湍流粗糙区域，沿程损失系数与（ C ）有关

A. 雷诺数

B. 雷诺数和管壁相对粗糙度

C. 管壁相对粗糙度 7. 气体的（ B ）是等熵流动

A. 无摩擦流动

B. 无摩擦绝热流动

C. 绝热流动

8. 运动粘度6210m /s ν-=的水在直径0.05 m d =的圆管内流动，为了保证水流为层流，水流量

Q 的最大值为（ A ）3m /s

A. 5109-⨯

B. 4109-⨯

C. 3109-⨯

9. 如果流动不受温度的影响，一般最多会涉及到几个基本量纲？（ C ）

A. 2个 C. 3个 D. 4个 10.沿程损失系数的量纲是（ C ）

A. [L T -1]

B. [L]

C. 无量纲

二、（10分）有两个圆盘在静止的水平平板上以等角速度ω旋转。如下图所示，圆盘的半径分别为R 和2R ，平板与圆盘间充满动力粘度为μ的薄层液体。已知液层厚度为δ，试估计两个圆盘上受到的阻力矩M 的比值。

解：

对于半径为R 的圆盘，旋转角速度为

rdr dA r πδ

ω

μ

τ2且,== dr r dA dF δ

πμωτ2

2=

⋅=∴ dr r dF r dM δ

πμω3

2=

⋅=∴

同理，对于半径为2R 的圆盘，旋转角速度为的阻力矩

所以两者力矩的比值为1：16

三、（12分）如图所示闸门，截面形状为四分之一圆弧，可绕铰O 转动，闸门半径r =3m ，宽b =4m ，且h =6 m ，如要使闸门关闭，则需要至少多大的力F ？不计闸门自身重量及摩擦力。四分之一圆的形心位置如图所示：π

34r

y x c c =

=。

解：

水对闸门的作用力：

水平方向： N 88200043)5.16(8.91000=⨯⨯+⨯⨯=h F （右）

竖直方向： N 982548276948705600)44

314.3436(8.910002

=+=⨯⨯+

⨯⨯⨯⨯=v F （上） 水平分力作用点距离液面的距离：

m 6.75.74334121

5.73

=⨯⨯⨯⨯+=D y

则对铰的力臂为：7.6-6=1.6m

竖直方向的力分为两部分，上部分作用力对铰的力臂为1.5m ；下半部分力臂为：

m 726.114

.333

43=⨯⨯-

则有

06.1882000726.12769485.17056003=⨯-⨯-⨯-F 解得，F =982537.42 N=982.54 KN

四、（12分）如图所示为阀门结构与内部流体流动示意图，灰色区域为阀杆。流体介质为水（不可压缩），从1-1截面流入阀腔，沿着x 轴向运动，从2-2截面流出阀腔，角度θ=60°，A 1、A 2分别为1-1圆形截面、2-2圆形截面通流面积，且A 1=A 2。此外，1-1圆形截面直径D =40 mm ，流量Q 1=1000 L/min 。不计重力和水头损失；阀杆除x 轴向以外其它方向受力平衡，忽略其它方向受力。试求水流对阀杆产生的x 轴向作用力大小及其方向。

解：

连续性方程3

12==1000/min=1/60/Q Q L m s

因A 1=A 2，

故2122

21/604

==/13.26/0.04

Q v v m s m s A π⨯==⨯ 利用动量方程可得1-1截面至2-2截面控制体内流体所受作用力为：

21=(cos cos90)

=10001/60(13.26cos600)N 111x F Q v v N

ρθ--︒-⨯⨯⨯︒-=-

由此可得，F x 方向为沿x 轴负方向，即向左。

因此，由作用力与反作用力关系得，水流对阀杆轴向产生的作用力大小为111N ，方向向右。

五、（12分）如图所示为文丘里管和U 形管差压计。管内介质为水，已知，

水银差压计液面高度差

，水银密度

，不计能量损失，求文丘里

管的流量。 解：

取如图1-1和2-2截面，由伯努利方程，