《工程流體力學》考試試卷及答案解析-2(總19頁)
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1、《工程流體力學》復習題及參考答案 整理人:郭冠中 內(nèi)蒙古科技大學 能源與環(huán)境學院熱能與動力工程09級1班 使用專業(yè):熱能與動力工程 一、 名詞解釋。 1、雷諾數(shù) 2、流線 3、壓力體 4、牛頓流體 5、歐拉法 6、拉格朗日法 7、濕周 8、恒定流動 9、附面層 10、卡門渦街11、自由紊流射流 12、流場 13、無旋流動14、貼附現(xiàn)象15、有旋流動16、自由射流 17、濃差或溫差射流 18、音速19、穩(wěn)定流動20、不可壓縮流體21、駐點22、自動模型區(qū) 二、 是非題。 1. 流體靜止或相對靜止狀態(tài)的等壓面一定是水平面。 (
2、 ) 2. 平面無旋流動既存在流函數(shù)又存在勢函數(shù)。 ( ) 3. 附面層分離只能發(fā)生在增壓減速區(qū)。 ( ) 4. 等溫管流摩阻隨管長增加而增加,速度和壓力都減少。 ( ) 5. 相對靜止狀態(tài)的等壓面一定也是水平面。 ( ) 6. 平面流只存在流函數(shù),無旋流動存在勢函數(shù)。 ( ) 7. 流體的靜壓是指流體的點靜壓。 ( ) 8. 流線和等勢
3、線一定正交。 ( ) 9. 附面層內(nèi)的流體流動是粘性有旋流動。 ( ) 10. 亞音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加,速度增加,壓力減小。( ) 11. 相對靜止狀態(tài)的等壓面可以是斜面或曲面。 ( ) 12. 超音速絕熱管流摩阻隨管長增加而增加,速度減小,壓力增加。( ) 13. 壁面靜壓力的壓力中心總是低于受壓壁面的形心。 ( ) 14. 相鄰兩流線的函數(shù)值之差,是此兩流線間的單寬流量。
4、 ( ) 15. 附面層外的流體流動時理想無旋流動。 ( ) 16. 處于靜止或相對平衡液體的水平面是等壓面。 ( ) 17. 流體的粘滯性隨溫度變化而變化,溫度升高粘滯性減少;溫度降低粘滯性增大。 ( ) 18. 流體流動時切應力與流體的粘性有關,與其他無關。 ( ) 三、 填空題。 1、1mmH2O= Pa 2、描述流體運動的方法有
5、 和 。 3、流體的主要力學模型是指 、 和不可壓縮性。 4、雷諾數(shù)是反映流體流動狀態(tài)的準數(shù),它反映了流體流動時 與 的對比關系。 5、流量Q1和Q2,阻抗為S1和S2的兩管路并聯(lián),則并聯(lián)后總管路的流量Q為 ,總阻抗S為 。串聯(lián)后總管路的流量Q為 ,總阻抗S為 。 6、流體紊流運動的特征是 ,處理方法是 。 7、流體在管道中流動時,流動阻力包括
6、 和 。 8、流體微團的基本運動形式有: 、 和 。 9、馬赫數(shù)氣體動力學中一個重要的無因次數(shù),他反映了 與 的相對比值。 10、穩(wěn)定流動的流線與跡線 。 11、理想流體伯努力方程常數(shù)中,其中稱為 水頭。 12、一切平面流動的流場,無論是有旋流動或是無旋流動都存在 ,因而一切平面流動都存在 ,但是,只有無旋流動才存在 。 13、雷諾數(shù)之所以能
7、判別 ,是因為它反映了 和 的對比關系。 14、流體的主要力學性質有 、 、 、 和 。 15、畢托管是廣泛應用于測量 和 一種儀器。 16、流體的力學模型按粘性是否作用分為 和 。作用與液上的力包括 , 。 17、力學相似的三個方面包括 、 與 。 18、流體的力學模型是 模型。
8、 19、理想氣體伯努力方程中,稱 , 稱全壓, 稱總壓。 20、紊流射流的動力特征是 。 21、流體的牛頓內(nèi)摩擦定律的表達式 ,u的單位為 。 22、濃差或溫差射流的熱力特征是 。 23、流體微團的運動是由 運動, 運動, 運動和 運動四種基本運動形式符合而成。 24、幾何相似是力學相似的 ,運動相似是模型實驗的 ,動力相似是運動相似的
9、 。 25、歐拉準數(shù)是 和 的相對比值。 26、馬赫數(shù)M反映了慣性力和 相對比值。 27、流體流動的狀態(tài)分為 和 。 28、弗魯?shù)脺蕯?shù)反映了 和 相對比值。 四、選擇題。 1、按連續(xù)介質的概念,流體質點是指 。 A、流體的分子 B、流體內(nèi)的固體顆粒 C、無大小的幾何點 D、幾何尺寸同流動空間相比是極小量,又含有大量分子的微元體 2、一下哪種流體為非牛頓流體 。 A、空氣
10、B、清水 C、血液 D、酒精 3、絕對壓強P、相對壓強p、真空值p、當?shù)卮髿鈮簭娭g的關系是 。 A、P=p+ p B、p= P+ C、p=- P 4、圓管層流過流斷面的流速分布為 。 A、均勻分布 B、對數(shù)曲線分布 C、二次拋物線分布 5、一下那些概念屬于歐拉法 。 A、流線 B、跡線 C、液體質點 D、液體微團 6、圓管紊流粗糙區(qū)的沿程摩阻系數(shù) 。 A、與雷諾數(shù)Re有關 B、與管壁相對粗糙度有關 C、與Re和有關 D、與和管長l有關 7、速度
11、V、長度l、時間t的無量綱組合是 。 A、 B、 C、 D、 8、圓管斷面直徑由d1突然擴大到d2,若將一次擴大改為兩級擴大,則該擴大的局部水頭損失 。 A、減小 B、不變 C、增大 9、在圓管流動中,層流的斷面速度分布符合 。 A、均勻規(guī)律 B、直線變化規(guī)律 C、拋物線變化規(guī)律 D、對數(shù)曲線規(guī)律 10、流線與流線通常情況下 。 A、能相交也能相切 B、僅能相交不能相切 C、僅能相切不能相交 D、既不能相交也不能相切 11、速度v,密度,壓強p的無量綱集合是
12、 。 A、 B、 C、 D、 12、雷諾數(shù)代表的是 之比。 A、慣性力與壓力 B、慣性力與重力 C、慣性力與表面張力 D、慣性力與粘性力 13、壓力輸水管模型實驗,長度比尺為8,模型水管的流量應為原型輸水管流量的 。 A、 B、 C、 D、 14、一維流動中,“截面積大處速度小,截面積小處速度大”成立的條件是 。 A、理想流體 B、粘性流體 C、可壓縮流體 D、不可壓縮流體 15、彈簧管壓力表的讀數(shù)是 。 A、絕對壓強
13、 B、相對壓強 C、絕對壓強加當?shù)卮髿鈮? D、相對壓強加當?shù)卮髿鈮? 16、靜水中斜置平面壁的形心淹沒深hc與壓力中心淹沒深hD的關系是 。 A、大于 B、小于 C、等于 D、無規(guī)律 17、某風管的斷面尺寸為,則該風管的當量直徑是 。 A、 B、 C、 D、 18、有一變直徑管流,小管直徑d1,大管直徑d2=2d1,則兩斷面雷諾數(shù)的關系是 。 A、 B、 C、 D、 19、下列流體哪個屬于牛頓流體 。 A、汽油 B、紙漿
14、 C、血液 D、瀝青 五、簡答題。 1、流體靜壓強的特性是什么? 2、尼古拉茲實驗分區(qū)級意義是什么? 3、附面層提出的意義? 4、溫差或濃差射流彎曲產(chǎn)生的原因是什么? 5、附面層分離的原因是什么? 6、運動粘滯系數(shù)r的物理意義是什么? 7、流體動力粘滯系數(shù)u的物理意義是什么? 8、元流的特性是什么? 9、伯努利方程常數(shù)中各項的物理意義? 10、管網(wǎng)水力計算遵循的原則是什么? 11、水擊(水錘)現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因是什么? 12、管嘴出流產(chǎn)生真空的原因和條件是什么? 13、自由紊流射流的運動、
15、動力特征是什么? 14、射流彎曲產(chǎn)生的原因? 15、繞流升力產(chǎn)生的原因? 16、畢托管是廣泛應用于測量水流和氣流的一種儀器,試畫出其示意圖,并說明其工作原 。 17、簡要說明管道流動局部阻力損失產(chǎn)生的機理。 18、下式不可壓縮流體N-S方程中,各項的物理意義是什么? 六、計算題。 1、有一鋼板制風管,斷面尺寸為/s,氣體運動粘滯系數(shù)為15.0/s,判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)? 2、一高壓管末端接噴嘴,如下圖所示,已知噴嘴出口直徑為,管道直徑為40,水在管中流量Q為0.4/s,求管嘴對水流的作用力。 Q 解:如圖所示,由連續(xù)性方
16、程得: /s /s 以軸線為基準面,列1-2斷面的伯努利方程 則: / 設噴嘴對水流的作用力為F,沿水流方向列動量方程,并取得: 3、 已知不可壓縮流體的流速分量為:問該流動是否為無旋流動? ①檢查流動是否無旋: 兩者相等,故為無旋流動 ②求速度勢函數(shù): 4、 已知平面流動的速度分量為:求:當t=1是過M(1,1)的流線方程。 根據(jù)流線方程定義得流線方程: 當t=1時, 化簡得:xdy+ydx+dy-dx=0 積分:
17、xy+y-x+c=0 流線通過(1,1)點:即11+1-1+c=0 得:c=-1 將c=-1帶入上式,得xy+y-x-1=0 化簡得:(x+1)(y-1)=0 5、 一車間用直徑為的風口送風,風口風速為/s,如長度比例常數(shù)為4,確定實驗模型風口風速。若在模型內(nèi)測得某點氣流速度為/s,則車間相應點的速度為多少?(已知空氣的運動粘滯系數(shù)為/s) 根據(jù)相似原理可得,實驗模型風口直徑為: 原型雷諾數(shù)為:Ren=6.00.5/0.0000157=191082.8>50000 所以氣流處于阻力平方區(qū),(可采用粗糙度較大的管道),則
18、阻力平方區(qū)的最低雷諾數(shù)為50000 則:相應的模型氣流出口速度Vm為: Vm0.125/0.0000157=50000 Vm=6.28m/s 流速比尺為: 若在模型內(nèi)測得某點氣流速度為3.0m/s ,則車間相應點的速度為: Vn==3.00.955=2.87m/s 6、 對某一橋墩采用模型比例為進行實驗。已知模型中水流速度為/s,實測模型橋墩受水流作用力為4N。求原型中相應的流速與作用力。 7、在水平放置的管線中接彎管,直徑從600逐漸減小到300,水流方向偏轉如圖所示,在直徑較大一端壓強為172kN/,求作用于彎管上的力的大
19、小和方向,①當水不流動時;②當通過的流量為876L/s時; ① 當水流不動時: P1=P2=172kN/ 設Fx,Fy為水流作用于彎管的分力,如圖 X方向: Y方向: =0-1721/43.14(300/1000)20.86 =-10.5kN 對彎管的合力: 方向為:a=arctan(Fy/Fx) = ② 當有流動時: 由連續(xù)性方程得: 解得:/s /s 忽略阻力,應用伯努利方程,列1-1,2-2斷面的方程: 帶入數(shù)據(jù)解得:P2/r=10.2H2O=10.29.
20、8=100Kn/ 列動量方程: X方向: 帶入數(shù)據(jù)得:Fx=42.4kN 同理:y方向: 代入數(shù)據(jù)解得:Fy=15.2Kn 合力為:R==45.1Kn 方向為:a=arctan(Fy/Fx) = 8、 一弧形閘門AB,寬閘門轉軸恰好與水面平齊,求作用于閘門的水靜壓力。h A B C O 解: 9、如下圖所示,一水箱側面開孔并接有一直徑為的短管,形成管嘴出流,已知作用水頭H=,管嘴出流流量系數(shù)u=0.82,試問:①管嘴出流流量Q;②靠近水箱一側管嘴內(nèi)壁形成真空的原因是什么?③合適
21、的管嘴長度是多少? Q ①/s ②孔口與管嘴出流流動時,在出流管嘴內(nèi)形成以真空區(qū)域主要原因是:流體具有粘滯性,流體質點流動時存在慣性,流線不能發(fā)生直接拐彎,只能是光滑的曲線因此靠近水箱一側管嘴內(nèi)壁形成真空。 ③L=(3—4)D=(3—4)50=150—200 mm 10、 如圖所示,一水平射流沖擊光滑平板,流量為求:①平板所受的沖擊力。②流量Q1和Q2。 y R X 建立如圖所示的坐標: 設平板對水流的沖擊力為R(方向與x軸正方向相同),如圖中所示: 射流出口速度: 由于平板是光滑的,所以僅有法向力,由動量方程(
22、x軸方向)得: R=流出動量-流入動量 = = 所以平板所受沖擊力大小與R相等,方向相反。 由連續(xù)性方程可得:Q0=Q1+Q2-------① 由于射流是水平方向,且置于大氣中,所以壓力能不變,能量損失不計,由能量方程得: 平板切線方向(y軸方向)無摩擦力,滿足動量守恒; 即;0= 化簡得:------------② 聯(lián)立方程①②解得: 11、如下圖所示:水箱側壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管道,已知,兩管短長均為L=,沿程阻力系數(shù)求:管道中水的流量、流速. A
23、 B C 11、選取水平面為截面1-1,出口處為斷面2-2,由伯努利方程知: 連續(xù)性方程可知: 所以 所以 所以/s,所以/s 0.047/s 中國礦業(yè)大學2010~2011學年第 2 學期 《工程流體力學》試卷( )卷 課程編號:03034 考試時間:100 分鐘 考試方式:閉 卷 學院 化工 班級 姓名 學號 題 號 一 二 三 總分 得 分 閱卷人 一.名詞解釋(共10小
24、題,每題2分,共20分)
粘滯性;跡線與流線;層流;質量力;偶極流;排擠厚度;順壓力梯度;時均速度;輸運公式;連續(xù)介質假說
二.選擇題(共10小題,每題3分,共30分)
1.絕對壓強pabs與相對壓強p 、真空度pv 、當?shù)卮髿鈮簆a之間的關系是:
A. pabs =p+pv; B. p=pabs-pa C. pv= pa-pabs D. p=pabs+pa
2.如圖所示
A. p0=pa; B. p0>pa; C. p0 25、可壓縮流體與不可壓縮流體;
C. 均質流體與非均質流體; D. 理想流體與實際流體。
4.比較重力場(質量力只有重力)中,水和水銀所受的單位質量力f水和f水銀的大???
A. f水 26、部為空氣,液面下4.2m處測壓管高度為2.2m,設當?shù)卮髿鈮簽?個工程大氣壓,則容器內(nèi)氣體部分的相對壓強為___ 水柱( )。
A. 2m B. 1m C. 8m D. -2m
8.如圖所示,,下述靜力學方程哪個正確?
9.下列壓強分布圖中哪個是錯誤的?
10.粘性流體總水頭線沿程的變化是( ) 。
A. 沿程下降 B. 沿程上升 C. 保持水平 D. 前三種情況都有可能。
三.計算題(共3小題,共50分)
1. 如圖所示,有一盛水的開口容器以3.6m/s2的加速度沿與水平成30夾角的傾斜平面向上運動,
試求容器中水面的傾角, 27、并分析p與水深的關系。(15分)
2.有一的文德利管,接入鉛垂的輸油管上,油的流動方向朝上。已知喉部與進口截面間的高度差為30cm,圖中U形管讀數(shù)為25cm水銀柱,試求油的流量以及進口與喉部兩截面之間的壓力差。()(20分)
3. 不可壓縮平面流動的流函數(shù)為,試判斷是否存在勢函數(shù),如果存在,求其勢函數(shù)。(15分)
工程流體力學試題答案及評分標準
一.名詞解釋(共10小題,每題2分,共20分)
1.粘滯性——流體在受到外部剪切力作用時發(fā)生變形(流動),其內(nèi)部相應要產(chǎn)生對變形的抵抗,并以內(nèi)摩擦力的形式表現(xiàn)出來,這種流體的固有物理屬性稱為流體的粘滯性或粘性
2.跡線— 28、—流體質點的運動軌跡曲線
流線——同一瞬時,流場中的一條線,線上每一點切線方向與流體在該點的速度矢量方向一致
3.層流——流體運動規(guī)則、穩(wěn)定,流體層之間沒有宏觀的橫向摻混
4.量綱和諧——只有量綱相同的物理量才能相加減,所以正確的物理關系式中各加和項的量綱必須是相同的,等式兩邊的量綱也必然是相同的
5.偶極流——由相距2a的點源與點匯疊加后,令a趨近于零得到的流動
6.排擠厚度——粘性作用造成邊界層速度降低,相比理想流體有流量損失,相當于中心區(qū)理想流體的流通面積減少,計算時將平板表面上移一個厚度,此為排擠厚度
7.順壓力梯度——沿流動方向壓力逐漸降低,邊界層的流動受壓力推動不會產(chǎn)生 29、分離8.時均速度——湍流的瞬時速度隨時間變化,瞬時速度的時間平均值稱為時均速度
9.輸運公式——將系統(tǒng)尺度量轉換成與控制體相關的表達式
10.連續(xù)介質假說——將流體視為由連續(xù)分布的質點構成,流體質點的物理性質及其運動參量是空間坐標和時間的單值和連續(xù)可微函數(shù)。
二.選擇題(共10小題,每題3分,共30分)
1BC;2B;3D;4B;5A;6C;7D;8B;9B;10A
三.計算題(共3小題,共50分)
1. 如圖所示,有一盛水的開口容器以3.6m/s2的加速度沿與水平成30夾角的傾斜平面向上運動,
試求容器中水面的傾角,并分析p與水深的關系。
解:根據(jù)壓強平衡微分方程式:
30、
(1分)
單位質量力:
(2分)
在液面上為大氣壓強,代入(1分)
由壓強平衡微分方程式,得:
(2分)
(2分)
任意點:
(4分)
代入自由面方程得:
p與淹深成正比。 (3分)
2.有一的文德利管,接入鉛垂的輸油管上,油的流動方向朝上。已知喉部與進口截面間的高度差為30cm,圖中U形管讀書為25cm水銀柱,試求油的流量以及進口與喉部兩截面之間的壓力差。()
解:
故 (1分)
故 (1分)
(2分)
(1)(2分)
(5分)
(2)(1分)
(1分)
由伯努力方程,知
(4分)
(1分)
所以 (2分)
3. 不可壓縮平面流動的流函數(shù)為,試判斷是否存在勢函數(shù),如果存在,求其勢函數(shù)。
解:
(1)
此流動無旋,存在勢函數(shù)。2分
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