1、1哈尔滨工业大学二六年秋季学期工程流体力学 试题一解答下列概念或问题 （15 分）1 恒定流动2 水力粗糙管3 压强的表示方法4 两流动力学相似条件5 减弱水击强度的措施二填空 （10 分）1流体粘度的表示方法有（ ）粘度、 （ ）粘度和（ ）粘度。2断面平均流速表达式 =（ ） ；时均流速表达式 =（ ） 。V3一两维流动 方向的速度为 ，在欧拉法中 方向的加速度为 =（ ） 。y),(yxtfyyya4动量修正因数（系数）的定义式 =（ ） 。05雷诺数 =（ ） ，其物理意义为（ ） 。eR三试推求直角坐标系下流体的连续性微分方程。 （15 分）四已知平面不可压缩流体流动的流速为 ， （
2、20 分）yxx42yx21 检查流动是否连续；2 检查流动是否有旋；3 求流场驻点位置；4 求流函数。五水射流以 20 的速度从直径 的喷口射出，冲击一对称叶片，叶片角度 ，sm/ md10 45求： （20 分）1 当叶片不动时射流对叶片的冲击力；2 当叶片以 12 的速度后退而喷口固定不动时，射流对叶片的冲击力。s/题号 总 分分数2第（五）题图六求如图所示管路系统中的输水流量 ，已知 =24， ，VqHmll104321， ， ， ， 。 （2md10421d2035.4212.30阀0 分）第（六）题图第 2 页共 2 页7工程流体力学试题参考答案一1流动参数不随时间变化的流动；2粘
3、性底层小于壁面的绝对粗糙度（ ） ；3绝对压强、计示压强（相对压强、表压强） 、真空度；4几何相似、运动相似、动力相似；5a) 在水击发生处安放蓄能器；b) 原管中速度 设计的尽量小些；c) 缓慢关闭；d)采用弹性管。0V二1动力粘度，运动粘度，相对粘度；2 ， ；AdqV/Tdt013 ；yxtyay4 ；AVd205 （ ） 。Re粘 性 力运 动 惯 性 力三如图，在流场中取一固定的平行六面体空间，边长分别为 、 、 ，中心 A 点之速度分dxyz量分别为 、 、 ，密度为 。计算经 时间内流出、流入右、左侧面流体质量差值为：xVyzdtdxztyVyxztyVdmyy )2)(2()2
4、)(2( dtVyy)(dzty)同理可得： xztmx(8dxyztVmzz)(经 时间六面体内质量的变化量为dt tmdxyztdxyztt )(yz由质量守恒原理，应有 tzyxmm即 dxyzttdxyzzVyVx )()()(化简整理得：0)()()(zyxt四解（1） ；2xV2y0xyx满足连续性方程。（2） ；yxV24x02)(1yxy流动有旋。（3）驻点条件：04)2(42yxyxV90)1(2xyxyVy由 代入解得： ；02由 代入解得：1x4y解得驻点： 三点。)1,();0,2,(（4） yxVyx)(22fyxyxy 2 ； ；令其为 0，则：0)(fCf)(22
5、yx五解：（1）列 方向动量方程：)cos(VqFvx42dx)12(01.02KN36.5射流对叶片冲击力为 ，向右。.（2）选动坐标系，列 方向动量方程，采用相对速度，相对流量x)cos( VqFvx)(s42 uudx 10)12()0(1.402KN86.射流对叶片冲击力为 ，向右。86.六解：列 1-1，2-2 断面能量方程（a）gVdllgVdlH22421由并联管流特点：（b）421232244（c）gVdlgVl 332阀联立（a） 、 （b） 、 （c ）式并代入已知条件可解得2379.0124Vsm/.1sdqV/0243111一选择题部分 （1）在水力学中，单位质量力是指
6、（答案：c ）a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力；c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。（2）在平衡液体中，质量力与等压面（答案：d ）a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。（3）液体中某点的绝对压强为 100kN/m2，则该点的相对压强为a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m 2答案：b（4）水力学中的一维流动是指（答案：d ）a、恒定流动； b、均匀流动；c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。（5）有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d /R=（答案：b ）a、8； b、4； c
7、、2； d、1。（6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与 边壁相对粗糙度和雷诺数 Re都有关，即可以判断该液体流动属于答案： ca、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区；d、紊流粗糙区（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速 c=1000m/s，水击压强水头 H = 250m，则管道中原来的流速v0 为答案：ca、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m（8）在明渠中不可以发生的流动是（ 答案：c ）a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流；c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。（9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ 答案：b ） 。12a、均匀缓
8、流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。（10）底宽 b=1.5m 的矩形明渠，通过的流量 Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深 h = 0.4m，则该处水流的流态为答案：ba、 缓流； b、急流； c、临界流；（11）闸孔出流的流量 Q 与闸前水头的 H（ 答案： d ）成正比。a、1 次方 b、2 次方 c、3/2 次方 d、1/2 次方（12）渗流研究的对象是（ 答案：a ）的运动规律。a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。（13）测量水槽中某点水流流速的仪器有答案：ba、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰（14）按重力相似准则设计的水力学模型
9、，长度比尺 L=100，模型中水深为 0.1 米，则原型中对应点水深为和流量比尺为答案：da、 1 米， Q =1000； b、10 米， Q =100； c、1 米， Q =100000； d、10 米， Q =100000。2、判断题：（每小题 2 分）（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（错误 ）答案：（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （ ）答案：错误（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 （ ）答案：错误（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。 （ ）答案：正确13（5）同样条件下直接水击比间接水击更不安全。 （ ）答案：正确（6）在正坡非棱柱渠道
10、内可以形成均匀流。 （ ）答案：错误（7）矩形断面水力最佳断面的宽深比 =2。 （ ）答案：正确（8）断面比能沿流程总是减小的。 （ ）答案：错误（9）在流量和渠道断面形式一定的条件下，跃前水深越大，跃后水深也越大。（）答案：错误（10）渗流达西定律适用的条件是恒定均匀层流渗流，并且无渗透变形。 ( )答案：正确 3、填空题：（每小题 2 4 分）（1） 牛顿内摩擦定律适用的条件是 层流运动 和 牛顿液体 。（2） 液体中某点的绝对压强为 100kN/m2，则该点的相对压强为 2kN/m2，真空度为 不存在 。（3） 只受重力作用，静止液体中的等压面是水平面14。（4） 实际液体在流动时产生水
11、头损失的两个主要原因是答案：液体存在粘滞性和边界的影响。（5） 水流在明渠中的流态为缓流时，其水深 h hk，弗汝德数 Fr 1。（6） 在流量不变的条件下，水跃的跃前水深越小，则水跃的跃后水深越大。（7） 根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为短管和长管。（8） 在水击计算中阀门关闭的时间 Ts 水击相长 Tr 的水击，称为直接 水击，把 Ts Tr 的水击称为间接水击。(9) a2 型水面曲线是发生在陡坡 坡上的 缓流流（指急流或缓流）的水面线，这时弗汝德数 Fr 沿程 减小（指增大、减小或不变）(10) 溢流堰的过堰流量与堰顶水头的3/2 次方成正比。（11） 泄水建筑物下游发生远
12、驱水跃时，下游收缩断面水深 hc的共轭水深hc ht(ht 为下游河道的水深，填写 、 、符号)答案：填写 、 、 符号(12) 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型，长度比尺 L=25，当模型中某点的流速为 v m= o.8m/s，则原型中对应点的流速为 vp=4m/s m/s 。4、问答题：（每小题 3 4 分）（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动时会引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，我们引入了理想液体的概念，忽略液体的粘滞性，分析其运动规律，然后再考虑粘滞性影响进行修正，可以得
13、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。（2） “均匀流一定是恒定流” ，这种说法是否正确？为什么？15答案：这种说法错误的。均匀是相对于空间分布而言，恒定是相对于时间而言。当流量不变通过一变直径管道时，虽然是恒定流，但它不是均匀流。（3）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数 的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中 仅是雷诺数 Re 的函数并与 Re 成反比；在层流到紊流过渡区， 仅是 Re的函数；在紊流光滑区 =f 1（Re ） ； 过渡区 =f 2（Re， ） ；粗糙区 =f 3（ ） ，紊流粗糙区又称为阻力平方区。（4）为什么舍齐公式 只适用于阻
14、力平方区？答案：舍齐公式是根据明渠均匀流的大量观察资料总结的公式，自然界中明渠水流几乎都处于紊流阻力平方区，因此该公式只适用于紊流阻力平方区。（5）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。（6）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能来克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（7）分析水面曲线时，如何寻找急流和缓流的控制断面？答案：急流的控制断面在上游，因为外界对急流的干扰不能向上游传
15、播；缓流的控制断面在下游，其原因与急流正好相反。（8）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速 u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于 v= kJ。5、作图题：（1） 定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 (5 分)RRiCvv0=016解：（2）定性绘出图示棱柱形明渠内的水面曲线，并注明曲线名称及流态。( 各渠段均充分长，各段糙率相同) (5 分)6、计算题：（1） 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积为 A=0.64 m2，长 l =50 m，两个 30。 折角、
16、进口和出口的局部水头损失系数分别为 1=0.2， 2=0.5， 3=1.0，沿程水力摩擦系数 =0.024 ，上下游水位差 H=3m。求通过的流量 Q ? （ 10 分） 测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=0KKi 3i 1KKi 3i 2NN3ab1缓 流 缓 流 急 流17解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 gvRlhHw2)4(5 分) 计算方形管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9.105.2.02.0 ,mAR将参数代入上式计算，可以求解得到(5/sm ,/s362.16.4vAQv分) 即倒虹吸管内通过的流量为 2.662m3/s
17、。 （2） 从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径 d=2.0cm。水头 H =5.5 m。由水箱至喷嘴的水头损失 hw = 0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强 p = 4.9Ncm2。如用手握住喷嘴，需要多大的水平力 R，行近流速 v0=0，取动能校正系数和动量校正系数均为 1。 （15 分） 18解：以过喷嘴中心的水平面为基准面，列水箱渐变流断面 11 和喷嘴出口断面 22 的能量方程(5Hvg0052.分)求得喷嘴出口流速和流量为 29.mss3014.2AvQ(1.5 分 ) 橡胶管道内的流速为 sm706.3v(1 分)对于喷嘴建立 x
18、方向的动量方程)(323xvQRApN 79.18(6.5 分 ) 水流对喷嘴冲击力为 即为手握喷嘴所需之力。 R(1 分) 19（3） 有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡 i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求通过的流量 Q。 (9 分)解：计算渠道断面水力要素，过流断面面积 m2 Abh239(1.5 分 ) 湿周 m 4.182x(1.5 分 ) 水力半径 m RAx.(1 分) 舍齐系数 s/90.81216nC(2 分) 通过的流量 Q = AC (R i)0.5 = 144.93 m3/s (3 分)（4）某矩
19、形断面渠道中筑有一溢流坝。已知渠宽 B18m，流量 Q265m 3/s，坝下收缩断面处水深 hc=1.1m，当坝下游水深 ht=4.7m 时，问： ( 12 分)1）坝下游是否发生水跃？ （4 分）2）如发生水跃，属于何种形式的水跃？ （4 分）3) 是否需要修建消能工？若需要修建消能工，估算消力池深。 （4 分）解：1) 计算临界水深 hk，判断收缩断面和下游水流流态，q = Q/B =265/18 =14.72 m3/smm81.2.974332gk20因为收缩断面水深 hc =1.1 m hk 为急流，下游水深 ht=4.7m hk 为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。2）计算收缩断面处
20、水深 hc 的共軛水深 hc“hc“ )18(232cgq 5.81m).974(1. 32因为 hc“ ht ，该水跃为远驱水跃。3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。估算消力池深 d，取水跃淹没系数 j 1.05则池深约为 d = j hc“- ht =1.055.81 4.7 = 1.40 m中国矿业大学 20072008 学年第 2 学期工程流体力学试卷（ ）卷课程编号：03034 考试时间：100 分钟 考试方式：闭 卷学院 化工 班级 姓名 学号 题 号 一 二 三 总分得 分阅卷人一名词解释（共 10 小题，每题 3 分，共 30 分）粘滞性；量纲和谐；质量力；微元控制体；
21、 稳态流动；动量损失厚度；水力当量直径；逆压力梯度；连续介质假说；淹深二选择题（共 10 小题，每题 2 分，共 20 分）1液体粘度随温度的升高而_，气体粘度随温度的升高而_( )。21A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小2等角速度 旋转容器，半径为 R，内盛有密度为 的液体，则旋转前后容器底压强分布( )； A.相同； B.不相同；底部所受总压力( ) 。 A.相等； B.不相等。3某点的真空度为 65000 Pa，当地大气压为 0.1MPa，该点的绝对压强为：A. 65000Pa； B. 55000Pa； C. 35000Pa； D. 165000Pa。4
22、静止流体中任意形状平面壁上压力值等于_ 处静水压强与受压面积的乘积（ ） 。A.受压面的中心; B.受压面的重心; C.受压面的形心; D.受压面的垂心;5粘性流体静压水头线的沿流程变化的规律是( )。A沿程下降 B沿程上升 C保持水平 D前三种情况都有可能。6流动有势的充分必要条件是( )。A流动是无旋的； B必须是平面流动；C必须是无旋的平面流动； D流线是直线的流动。7动力粘滞系数的单位是( )。A Ns/m B. Ns/m2 C. m2/s D. m/s8雷诺实验中，由层流向紊流过渡的临界流速 和由紊流向vcr层流过渡的临界流速 之间的关系是( )。vcrA. ； B. ； C. ；
23、D. 不 确 定vcr vcr9在如图所示的密闭容器上装有 U 形水银测压计 ,其中1、2、3 点位于同一水平面上，其压强关系为：A. p1=p2=p3； B. p1p2p3； C. p1 B、= C、 D、不确定四、名词解释（每题 2 分，共 10 分）1、表压强与真空值2、粘性3、定常流动4、层流5、卡门涡街得分 评卷人得分 评卷人1五、简答及简单计算（每题 5 分，共 20 分）2、1、设一个绕中心轴 Z 旋转的圆桶（如图） ，直径为D=0.5m，高 H=1m，盛水深 h=0.6m. 将此桶从静止开始旋转，如图，则桶中心无水见底时圆桶旋转角速度？ 3、2、既然圆管内层流运动时沿程水头损失与流速的一次方成正比，即 chf，为什么又称 gcdlhf2为计算圆管内沿程水头损失的通用公式？这里沿程水头损失不是与流速的平方成正比吗？4、3、简述边界层分离现象及影响的因素.5、4、已知平面流动的速度分别为： 1xu， yv；试求：过 M(1,1)点的流线方程.得分 评卷人
