流体力学试题及答案

考试试卷（A B卷） …总分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 学 院 … … 学年第 学期

… … 课程名称：流体力学

班 级 ○ … ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄

…学 号 …… …密姓 名 …… …… …○……………封……………○…………线…………… …… ……17. 不可压缩流体的有旋流动由于存在速度势和流函数，故又称为位势流动。……… 一、判断题（20分）

1. 流体质点只有质量没有大小。（F）

2. 温度升高液体的表面张力系数增大。（F）

3. 液滴内的压强比大气压小。（ F）

4. 声音传播过程是一个等熵过程。（T ）

5. 马赫线是超音速流动中被扰动和未扰动区域的分界线。（T）

6. 一般情况下当马赫数小于2/3时可以忽略气体的压缩性（F） 7. 超音速气流在收缩管道中作加速运动。（F） 8. 定常流动中，流体运动的加速度为零。（F） 9. 气体的粘性随温度的升高而增大。（T） 10. 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） 11. 理想流体定常流动，流线与等势线重合。

（F） 12. 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） 13. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。

（F） 14. 静止的流体中任意一点的各个方向的压强值均相等。

（T） 15. 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） 16. 压力体的体积表示一个数学积分，压力体内一定有流体。

（F） （F）

18. 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）

19. 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）

20. 不可压缩流体在位势流场中，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（10分）

1. 在欧拉坐标系中，流体的加速度包括时变加速度和 位变加速度 两部分，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 。 2. 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，管道流动的临界雷诺数为 2320 。

3. 已知三维流场的速度分布为：u?2y?t,v?4x,w?0，试求t=0时刻,经过点（1,1）的流线方程2x2?y2?1；点（1,1）处的加速度为9?8i。 4. 平面流动速度分布为：u?ax2?y2，v??xy?by，如果流体不可压缩，试求a= 0.5 ；b= 0 。 5. 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，子弹的飞行速度为 481m/s 。

?三、简答题(15分，每小题5分):

1. 试说明伯努利方程成立的条件。

理想流体；不可压缩；质量力只有重力；定常流动；方程沿流线成立。 2. 简述势函数和流函数的性质。

势函数：调和函数，任一曲线的速度环量为两端点势函数之差；

流函数：满足连续性方程；调和函数；任两条曲线间的流量等于流函数之差；

3. 简述水力光滑管与水力粗糙管的含义。

粘性底层的厚度?，管壁的绝对粗糙度?，如果?>?，说明管壁的粗糙度对水流的阻力影响很小为水力光滑管，反之为水力粗糙管。 4．说明哪些情况可以近似为平面流动。

当物体一个方向的尺度比别两个方面尺度大的多时， 可以近似地看作是截面形状不变的柱 体，对于垂直这个柱体母线的流动，除柱体边缘的区域外可以看作是平面流动。

三、计算题(40分，每小题10分):

1. 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。（10分）

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?F1??V2D2（2分） 组合并求出无量纲数2??2??VD（2分）

2. 不可压缩流体平面势流，??ax2?by2，已知在点（2，1.5）处的流速u?4m/s,v??3m/s,求流函数和在点（1，1）处的流速。（10分）

解： u????x?2ax，v????x?2by，解得a?1,b??1（4分） 代入在点（1，1）处的流速为u?2m/s,v??2m/s（2分）

??xy?C（C为常数）（4分）

3. 弧形闸门，中心角??45o，宽度B=1m，如下图所示，水深H=4m，确定水作用于此闸门上的总压力P的大小和方向。（10分） 解：R?Hsin??42m;（1分） Fx??ghcAx?78.4KN（4分）； Fy??gV?20.3KN（4分）； 总压力大小为80.99KN，

α方向与竖直方向夹角75.5度。

4. 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，两筒之间的间隙为筒转速为?＝20rad/s,当间隙内充满某种润滑油时，若已知润滑油的粘性系数??0.78Ns/m2，求内筒所受扭矩M。

解：???r?/?（1）

M1??2?R2（2） MR1?2??0?2?r2dr?2???R4（4） M?M1?M2

解得：M?100.4Nm （3）

??1mm，外

5. 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0.80）。（15分） 解：2-2和3-3应用总流的伯努力方程：

22pal2v2pv2（6分） h???z??(?2??2)?g2g?gd22g解得，v2?1.95m/s（2分）

Q?v2?d224?0.034m3/s(2分)

P??gQ(z?hw)/??9.88KW（5分）