流体力学1答案.doc

总分
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十

……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………
学　院

班　级

学　号

姓　名

考试试卷（A B卷）
　　　　　　　　　　　 　 学年第二学期
　　　　　　　　　　　课程名称： 流体力学
　　　　　　　　┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄　　

一、判断题（20分）
1. 流体质点是指宏观上足够小，而微观上又足够大的流体微团。（T）
2. 液体的粘性随温度的升高而增大。（F）
3. 气体的粘性随温度的升高而减小。（F）
4. 牛顿流体的粘性切应力与速度梯度，即角变形速率成正比。（T）
5. 静止的流体只能承受压应力。（T）
6. 在描述流体运动中欧拉法没有直接给出流体质点的运动轨迹。（T）
7. 定常流动，流线与迹线重合。（T）
8. 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（F）
9. 由于流体粘性的存在和影响，使流体呈现两种不同的流态，就是层流和紊流。（T）
10. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。（F）
11. 静止的流体中任意一点的各个方向的压强值均相等。（T）
12. 静止液体的等压面一定是一个水平面。（T）
13. 大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等因素的影响。（T）
14. 压力体的体积表示一个数学积分，与压力体内是否有气体无关。（T）
15. 理想流体的运动可分为有旋流动和无旋流动两种类型。（T）
16. 不可压缩流体的无旋流动由于存在速度势和流函数，故又称为位势流动。（T）
17. 如果流场中若干流体微团无绕自身轴线旋转运动，刚称为无旋流动。（F）
18. 如果任一条封闭曲线上的速度环量皆为零，则此区域内的流动必为无旋流动。（T）
19. 不可压缩流体中的速度势函数满足拉普拉斯方程，速度势函数是调和函数。（T）
20. 在位势流场中，任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数值之差，而与曲线形状无关。（T）

二、填空题（20分）
1. 液体的动力粘性系数随温度的 升高而减小，牛顿流体是指切应力与 速度梯度 成 正比 的流体。
2. 欧拉法中，流体的加速度包括 时变加速度 和 位变加速度 两种，如果流场中时变加速度为零，则称流动为 定常流动 ，否则，流动称为 非定常流动 。
3. 雷诺实验揭示了流体流动存在层流和 紊流 两种流态，并可用 雷诺数来判别流态。
4. 一般管路中的损失，是由 沿程损失 和 局部损失 两部分构成在定常紊流中，沿程水头损失与流速的 平方成 正 ，所谓的长管是指局部损失比 沿程损失小得多，可以忽略不计。
5. 已知三维流场的速度分布为：，试求t=0时刻,经过点（1,1）的流线方程；点（1,1）处的加速为 9+8i 。
6. 平面流动速度分布为：，，如果流体不可压缩，试求a= 0.5 ；b= 0 。
7. 子弹在15摄氏度的大气中飞行，如果子弹头部的马赫角为45度，已知音波速度为340m/s子弹的飞行速度为 480.8m/s 。
三、简答题(20分，每小题5分):
1. 试说明伯努利方程成立的条件。
理想流体（1）；流动定常（1）；重力场（1）；不可压缩（1）；方程仅沿流线成立（1）。
2. 研究流体受力和运动过程中，在哪些情况下要考虑流体压缩性？
液体的密度变化较大如研究水击现象（2），气体的速度较大，如超过音速的三分之一，其密度变化是明显的，这时就必须考虑压缩性的影响（3）。
3. 试解释理想流体,牛顿流体和非牛顿流体.
忽略了粘性的流体为称为理想流体（2）；切应力与流速梯度成正比的流体称为牛顿流体，反之为非牛顿流体（3）。

4. 试说明斯托克斯定理的含义和意义。
斯托克斯定理反映了速度环量和旋涡强度的关系，经过某封闭曲线的曲面上的旋涡通量与该封闭曲上的速度环量相等（3）。意义:将计算旋涡通量的面积分简化为计算速度环量的线积分（2）。

三、计算题(40分，每小题10分):
1. 粘度仪是测量液体粘性系数的仪器，它是由如下图所示的两个同心薄壁圆筒组成，外筒半径为R＝100mm，内筒半径为r＝99mm，筒高1m，两筒之间的间隙为mm，外筒转速为＝20rad/s,当间隙内充满某种润滑油时，内筒所受扭矩M＝100Nm。假定润滑油为牛顿流体，试求润滑油的动力粘性系数。
解：（1）
（2）
（4）

解得：=0.78Ns/m2 （3）

2. 水泵装置如图。水泵安装高度h＝2.5m，高低水池液面（面积足够大）高差Z＝20m，吸水管管径D1＝0.2m，长度l1＝5m，沿程阻力系数为0.02，总局部水头损失系数为5；压水管的直径D2＝0.15m，l2＝50m，沿程阻力系数为0.03，压管总的局部水头损失系数为6，测得水泵出口处的表压P－Pa＝2×105Pa.试求：①水泵输水量Q和②水泵的功率（水泵的功率系数为0.85）。（第一问6分，第二问4分）

解：
对2-2，3-3断面应用伯努利方程求解流量Q
（3）
解得1.95m/s(2)
0.034m3/s(1)
P=/0.85(3)
解得：P=9.5kW(1)

3． 若作用在圆球上的阻力F与球在流体中的运动速度V、球的直径D及流体的密度和动力粘度有关，试利用布金汉定理求无量纲数。
解：本问题的物理量共有5个，n=5,基本量纲为M、L、T，即m=3(2)
写出5个物理量的量纲（2分）
正确选取循环量（2分）
组合并求出无量纲数1（2分）
组合并求出无量纲数2（2分）

4．试分析复位势由哪些基本势流叠加而成?
解：（2）
平行流：V=1，沿x轴正方向；（2）
在点（0，2）的点源（强度Q=4）和点涡（强度，顺时针）（3）
在点（0，-2）的点源（强度Q=4）和点涡（强度，顺时针）（3）