流体力学(风力机空气动力学)期末测试卷乙.doc

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2008 / 2009 学年第 二 学期《工程流体力学》试卷 乙答案

使用班级：动力07 毕卷

课程编号：

答题时间： 120 分钟
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
得分

共 6 页第 1 页

一、简要回答下列问题（每题3分，共45分）
得分

1. 什么是流体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？
答：当外界的压强发生变化时流体的体积也随之发生改变的特性。液体可压缩性一般情况
下可以不必考虑，但是当外界压强变化较大，如发生水击现象时必须予以考虑。
2.什么是连续介质？在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？
答：从宏观角度，把流体视为由无数连续分布的流体微团组成的连续体，成为连续介质。
按连续介质模型，流体的一些物理量在空间和时间上是连续分布的，都应是空间和时间的单值连续可微函数，这样便可以用解析函数的诸多数学工具去研究流体的平衡和运动规律，为流体力学的研究提供了很大的方便。
3.能否用动力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.流体静压强有哪些特性？
答：（1）静压强的方向垂直并指向作用面；
（2）静止流体中任一点静压强的大小与作用面的方位无关，只与该点的位置有关。

6. 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。

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7. 什么是理想流体？为什么要引入理想流体的概念？
答案：理想流体是指没有粘滞性的流体。
实际流体都具有粘滞性，在流体流动时会引起能量损失，给分析流体运动带来很大困难。为了简化流体运动的讨论，我们引入了理想流体的概念，忽略流体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得到实际水流的运动规律，用以解决实际工程问题。这是水力学重要的研究方法
8. 什么叫水力光滑管和水力粗糙管？与哪些因素有关？
水力光滑管:
水里粗糙：
与雷诺数、管径等因素有关。
9. 简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数λ的变化规律。
答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中λ仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，λ仅是Re的函数；在紊流光滑区λ=f1（Re）； 过渡区λ=f2（Re， ）；粗糙区λ=f3（ ），紊流粗糙区又称为阻力平方区。
10.流体微团的基本形式有哪几种？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。

11.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。
漩涡强度--
12. 何谓层流边界层、紊流边界层和混合边界层？
(1)边界层内的流动全部都是层流的——称为层流边界层。
（2）边界层内的流动全部都是紊流的——称为紊流边界层。
（3）边界层内的流动既有层流又有紊流的——称为混合边界层。
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流的叠加；
（2）偶极流是源流和汇流的叠加。

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14.为什么说要尽量避免发生直接水击？怎样减小水击压强？
答：因为直接水击的危害最大。
（1）减小管内流速变化
（2）缩短管道长度
（3）延长阀门关闭时间等。
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.如右图，直径为的圆柱，固定不动。内径为的圆筒，同心地套在圆柱之外。二者的长度均为。柱面与筒内壁之间的空隙充以甘油，转动外筒，转速为=100r/min，测得转矩为。求甘油的动力粘性系数。（10分）
解： 　 （4分）
；； （3分）

（1分）
得分

（1）分

（1分）

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2. 做沿程水头损失实验的管道，直径，测量段长度，，。试求：
(1)当流量时，管中的流态?
(2)此时的沿程水头损失系数=？ （10分）

解：（1） （3分）

（3分）

所以管中流态为层流 （1分）

（2） （3分）

3.如右图，求作用在直径D=2.4m ，长B=1m　的圆柱上的总压力在水平及垂直方向的分力。
(8分)

解： １、水平分力

（4分）

2、垂直分力

（4分）

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4.设二元流动的速度分布为求：
（1）是否满足连续性方程；
（2）速度势；
（3）流函数。（12分）
解：（1） 满足连续性方程 （2分）
（2）
属无旋流动，存在速度势 （2分）

所以
得 （4分）
（3）

所以
得 （4分）

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5.某供水系统中一水平供水管道，直径m，拐弯处的弯角，管中断面1—1处的平均流速，压强为，如右图所示，若不计弯管内的水头损失，求水流对弯管的作用力。（15分）
解： 过水断面1—1和2—2的断面积、平均流速和压强分别用、、 和、、表示，建立如图坐标系。 （1分）
断面1—1和断面2—2所受压力分别为和，管壁对流体的作用力为。可
沿、轴分解为、，由于弯管是水平放置的，重力在x轴和y轴的投影等于零。总流的动量方程在x轴和y轴的投影为
（3分）
（ 3分）
即

根据题意可知
则 （2分）
由连续性方程可知，m/s，同时，又由于弯管水平放置，且不计水头损失，则由总流的伯努利方程得到
（3分）
于是
又
将上述这些数值代入前面二式，可求出、，得

水流对弯管的作用力与大小相等，方向相反，即；
最后得
（3分）

得分