合肥工业大学流体力学考试
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流体力学试题及答案
全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分，共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示)，原设计操纵方法是：从B管进高压油，A管排油时平台上升(图一的左图)；从A管进高压油，B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图，将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油，能操纵油压机升降吗?你的判断：( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二)，当箱顶部压强p0=1个大气压时，两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg)，如果顶部再压入一部分空气，使p0=2个大气压时。则△h应为( )
C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
工程流体力学A卷及答案
工程流体力学 A 卷 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μτ=中的y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 研究生创新综合实验建设项目申报书 建设单位：土木与水利工程学院 实验名称：土木与水利综合实验 适用学院：土木与水利工程学院、资源与环境工程学院等适用专业： 电测综合实验：结构工程、固体力学、工程力学、岩土工程、 水工结构、桥梁与隧道、防灾 水力学实验：市政工程、水文学、水力学、水利水电工程 测量实验：大地测量、地理信息系统、地质工程 选课人数: 212人／2009级 项目负责人：巫绪涛 二○○九年十月 项目摘要 (简要说明项目建设的必要性、可行性及预期成效) 根据土木与水利工程学院所有研究生主要研究方向结合考虑学校其它专业的需要，本项目包括三项独立的实验项目：工程电测综合实验、水工模型测量综合实验及GPS原理与数据处理综合实验，下面分别简要介绍各项目建设的必要性、可行性及预期成果。 一、工程电测综合实验 电阻应变测量方法(电测法)是目前应用最广泛的实验应力分析方法，其适用范围非常广泛，包括静态、准动态、高速变形相关力学量测量都可以采用，且测量原理和操作过程基本相同，仅在数据采集和处理方面有区别。电测法可以较方便准确获得结构在复杂载荷作用下的实际响应，对于监测结构安全性、判定设计参数与实际情况的符合程度、验证数值模拟结果判定其准确性具有重要的作用。 对于工科学生，电测法的基本原理本科二年级就已初步掌握，涉及到后续课程内容较少，具有适用专业宽的优点。但由于一般本科学生进行电测实验主要关注的是应变测量结果与理论值的符合程度，而对于电测的实际操作过程，诸如各种应变计结构性能特点、应变计的粘贴位置选择、应变计粘贴及焊接技术、复杂测试条件的布片与接桥方案等不完全了解。因此势必影响其在工程或课题研究中正确有效地使用该技术。 土木与水利工程学院力学实验室拥有电测实验的所有设备，拥有丰富工程电测经验的师资力量，完全满足开设该实验的必要条件。工科相关专业研究生经过该实验的学习，基本能独立运用该技术进行工程结构受力分析及论文研究课题的相关工作。 初步计划实验学生数：180人/年。 二、水工模型测量综合实验 水流运动是一种非常复杂的自然现象，设计水利工程时，常常有很多问题是不能用数学分析的方法来解决的，对许多水力学现象同样不能依靠数学分析的方法来解释。通常需要通过水工模型试验进行研究。特别是在近50年来，我国先后对长江、黄河等七大水系和洞庭湖、巢湖、太湖、洪泽湖等天然水域进行了大规模的河道整治和建设工程，这些工程的规划、设计和实施均离不开水工模型试验。通过水工模型实验，不但可以解决水利工程建设中的重大工程技术难题，可 《流体力学》合肥工业大学答案 流体力学 第1章 绪论 1.1 若某种牌号的汽油的重度γ 为 7000N/m 3，求它的密度ρ。 解：由g γρ=得， 332 7000N/m 714.29kg/m 9.8m /m γ ρ===g 1.2 已知水的密度ρ=997.0kg/m 3，运动黏度 ν =0.893×10-6m 2/s ，求它的动力黏度μ。 解：ρ μ=v 得，3 6 24997.0kg/m 0.89310 m /s 8.910Pa s μρν--==??=?? 1.3 一块可动平板与另一块不动平板同时浸在某种液体中，它们之间的距离为0.5mm ，可动板若以 0.25m/s 的速度移动，为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N/m 2，求这两块平板间流体的动力黏度μ。 解：假设板间流体中的速度分布是线性的，则板间流体的速度梯度可计算为 1 3 du u 0.25 500s dy y 0.510 --===? 由牛顿切应力定律d d u y τμ=，可得两块平板间流体的动力黏度为 3d 410Pa s d y u τμ-= =?? 1.4上下两个平行的圆盘，直径均为d ，间隙厚度为δ，间隙中的液体动力黏度系数为μ，若下盘固定不动，上盘以角速度ω旋转，求所需力矩T 的表达式。 题1.4图 解：圆盘不同半径处线速度 不同，速度梯度不同，摩擦力也不同，但在微小面积上可视为常量。在半径r 处，取增量dr ，微面积 ，则微面积dA 上的摩擦力dF 为 du r dF dA 2r dr dz ωμπμδ == 由dF 可求dA 上的摩擦矩dT 3 2dT rdF r dr πμω δ == 积分上式则有 d 43 20 2d T dT r dr 32πμω πμωδ δ ===?? 1．绝对压强p abs与相对压强p 、真空度p v、当地大气压p a之间的关系是： A. p abs =p+p v； B. p=p abs－p a C. p v= p a－p abs D. p=p abs+p a 2．如图所示 A. p0=p a； B. p0>p a； C. p0 f水银；D、不一定。 5．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。 6．雷诺数Re 反映了( )的对比关系 A.粘滞力与重力 B.重力与惯性力 C. 惯性力与粘滞力 D. 粘滞力与动水压力7．一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为2.2m，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内气体部分的相对压强为___ 水柱（）。 A. 2m B. 1m C. 8m D. －2m 8．如图所示，下述静力学方程哪个正确？B 9．下列压强分布图中哪个是错误的？B 10．粘性流体总水头线沿程的变化是( ) 。 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 一．名词解释（共10小题，每题2分，共20分） 1．粘滞性——流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流 动)，其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形 式表现出来，这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性 或粘性 2．迹线——流体质点的运动轨迹曲线 流线——同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线 方向与流体在该点的速度矢量方向一致 3．层流——流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混 4．量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和 工程流体力学考试试卷 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V =（ ）；时均流速表达式υ=（ ）。 3．一两维流动y 方向的速度为),,(y x t f y =υ，在欧拉法中y 方向的加速度为y a =（ ）。 4．动量修正因数（系数）的定义式0α=（ ）。 5．雷诺数e R =（ ），其物理意义为（ ）。 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y x x x 422-+=υ， y xy y 22--=υ （20分） 1． 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20s m/的速度从直径mm d100 =的喷口射出，冲击一对称叶片，叶片角度 θ，求：（20分） 45 = 1．当叶片不动时射流对叶片的冲击力； 2．当叶片以12s m/的速度后退而喷口固定不动时，射流对叶片的冲击力。 第（五）题图 六． 求如图所示管路系统中的输水流量V q ，已知H =24， m l l l l 1004321====， mm d d d 100421===， mm d 2003=， 025.0421===λλλ，02.03=λ，30=阀ξ。（20分） 第（六）题图 参考答案 一．1．流动参数不随时间变化的流动； 2．粘性底层小于壁面的绝对粗糙度（?<δ）； 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； 5．a)在水击发生处安放蓄能器；b)原管中速度0V 设计的尽量小些；c)缓慢关闭；d)采用弹性管。 二．1．动力粘度，运动粘度，相对粘度； 第2 页 共2 页 《流体力学》自测题 第1章绪论 一．思考题 1.为什么说流体运动的摩擦阻力是摩擦阻力？它与固体运动的摩擦和有何不同？ 2.液体和气体的粘度随温度变化的趋向是否相同？为什么？ 3.不可压缩流体定义是什么？在实际工程应用中，通常可把什么流体作为不可压缩流体处 理？ 二．选择题（单选） 1.作用于流体的质量力包括（）。 （a）压力；（b）摩擦阻力；（c）重力；(d)表面力。 2.比较重力场（质量力只有重力）中，水和水银所受单位质量力Ｚ水和Ｚ汞的大小（）。 （a）Ｚ水﹤Ｚ汞; （b）Ｚ水=Ｚ汞; （c）Ｚ水﹥Ｚ汞; (d)不定。 3.单位质量力的国际单位是（）。 （a）Ｎ；（b）Ｐa （c）N/m (d) m/s2 4.与牛顿摩擦定律直接有关的因素是（）。 （a）切应力和压强；(b) 切应力和剪切变形速度； (c) 切应力和剪切变形；(d) 切应力和流速。 5.水的动力粘度随温度的升高（）。 （a）增大；(b) 减小；(c)不变；(d)不定。 6.流体运动粘度 的国际单位是（）。 （a）m2/s; (b) N/m2; (c)kg/m; (d)N．s/m2 7.以下作用在流体上的力中不是表面力的为（）。 (A) 压力(B) 剪切力(C) 摩擦力(D) 惯性力 8. 液体在两块平板间流动，流速分布如图所示，从中取出A、B、C三块流体微元，试分析：（1）各微元上下两平面上所受切应力的方向；（2）定性指出哪个面上的切应力最大？哪个最小？为什么？ 第2章流体静力学一. 复习思考题 1．试述静止流体中的应力特性。 2．怎么认识流体静力学基本方程 p z C g ρ +=的几何意义和物理意义？ 3．绝对压强、相对压强、真空度是怎样定义的？相互之间如何换算？4．何谓压力体？怎样确定压力体？ 5．液体的表面压强（以相对压强计） 00 p≠时，怎样计算作用在平面或曲面上的静水总压力？ 二. 选择题(单选) 2-1 静止液体中存在（）。 (a) 压应力(b) 压应力和拉应力(c ) 压应力、切应力(d) 压应力、拉应力和切应力2-2 相对压强的起点是（）。 (a) 绝对压强(b) 1个标准大气压(c) 当地大气压(d) 液面大气压 2-3金属压力表的读值是（）。 (a) 绝对压强(b) 相对压强(c) 绝对压强加当地大气压(d) 相对压强加当地大气压2-4某点的真空度为65000Pa，当地大气压为0.1MPa，该点的绝对压强为（）。 (a) 65000Pa (b) 55000Pa (c) 35000 Pa (d) 165000 Pa 2-5绝对压强p abs与相对压强p、真空度p v、当地大气压p a之间的关系是（）。 (a) p abs=p+p v(b) p=p abs+p a(c) p v=p a-p abs(d) p=p v+p a 2-6在密闭容器上装有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) p1＞p2＞p3(c) p1＜p2＜p3(d) p2＜p1＜p3 三、判断题 1．液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。（○） 2．液体流动时，其流量连续性方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。（×）3．理想流体伯努力方程的物理意义是：在管内作稳定流动的理想流体，在任一截面上的压力能、势能和动能可以互相转换，但其总和不变。（○） 4．雷诺数是判断层流和紊流的判据。（×） 5．薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。（○） 6．流经缝隙的流量随缝隙值的增加而成倍增加。（×） 7．流量可改变的液压泵称为变量泵。（×） 8．定量泵是指输出流量不随泵的输出压力改变的泵。（×） 9．当液压泵的进、出口压力差为零时，泵输出的流量即为理论流量。（○） 10．配流轴式径向柱塞泵的排量q 与定子相对转子的偏心成正比，改变偏心即可改变排量。（○） 11．双作用叶片泵因两个吸油窗口、两个压油窗口是对称布置，因此作用在转子和定子上的液压径向力平衡，轴承承受径向力小、寿命长。（○） 12．双作用叶片泵的转子叶片槽根部全部通压力油是为了保证叶片紧贴定子内环。（×）13．液压泵产生困油现象的充分且必要的条件是：存在闭死容积且容积大小发生变化。（○）14．齿轮泵多采用变位齿轮是为了减小齿轮重合度，消除困油现象。（×） 15．液压马达与液压泵从能量转换观点上看是互逆的，因此所有的液压泵均可以用来做马达使用。（×） 16．因存在泄漏，因此输入液压马达的实际流量大于其理论流量，而液压泵的实际输出流量小于其理论流量。（○） 17．双活塞杆液压缸又称为双作用液压缸，单活塞杆液压缸又称为单作用液压缸。（×）18．滑阀为间隙密封，锥阀为线密封，后者不仅密封性能好而且开启时无死区。（○）19．当液压泵的进、出口压力差为零时，泵输出的流量即为理论流量（○） 20．单向阀可以用来作背压阀。（○） 21．同一规格的电磁换向阀机能不同，可靠换向的最大压力和最大流量不同。（○）22．因电磁吸力有限，对液动力较大的大流量换向阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。（○） 23．串联了定值减压阀的支路，始终能获得低于系统压力调定值的稳定的工作压力。（×）24．增速缸和增压缸都是柱塞缸与活塞缸组成的复合形式的执行元件。（×） 25．变量泵容积调速回路的速度刚性受负载变化影响的原因与定量泵节流调速回路有根本的不同，负载转矩增大泵和马达的泄漏增加，致使马达转速下降。（○） 26．采用调速阀的定量泵节流调速回路，无论负载如何变化始终能保证执行元件运动速度稳定。（×） 27．旁通型调速阀（溢流节流阀）只能安装在执行元件的进油路上，而调速阀还可安装在执行元件的回油路和旁油路上。（○） 29．在变量泵—变量马达闭式回路中，辅助泵的功用在于补充泵和马达的泄漏。（×）30．因液控单向阀关闭时密封性能好，故常用在保压回路和锁紧回路中。（○）31．同步运动分速度同步和位置同步，位置同步必定速度同步；而速度同步未必位置同步。 （○） 32．压力控制的顺序动作回路中，顺序阀和压力继电器的调定压力应为执行元件前一动作的最高压力。（×） 合肥工业大学流体力学专业研究生培养方案 1.所属学院：土木与水利工程学院学科、专业代码: 080103 获得授权时间:2011年 2．学科、专业简介 流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态，其在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。毕业生可以在政府、建筑开发、施工、设计、科研单位、管理等部门得到相应的工作机会，也可以从事设计、施工、管理、研究等工作。 3. 培养目标 1. 热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，掌握马列主义、毛泽东思想和邓小平理论的基本原理；具有为社会主义现代化建设服务、为人民服务的思想觉悟，有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感；具有敬业爱岗、艰苦求实、热爱劳动、遵纪守法、团结合作的品质；具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2. 了解流体力学领域发展前沿和动态，在流体力学领域内具有坚实的理论基础、系统的专业知识和较熟练的实验技能。 3. 懂得社会主义民主和法制，遵纪守法，举止文明，有“勤奋、严谨、求实、创新”的良好作风，具有较好的文化素养和心理素质以及一定的美学修养。 4. 比较系统地掌握本专业所必需的自然科学基础和技术科学基础的理论知识，具有一定的专业知识，对本专业学科范围内的科学技术新发展及其新动向有一定的了解。 5. 受到工程设计方法和科学研究方法的训练，具备本专业所必需的运算、实验、测试、计算机应用等技能以及一定的基本工艺操作技能。 6. 有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的基本能力以及具有较强开拓创新的精神，具备一定的社会活动能力、从事本专业业务工作的能力和适应相邻专业业务工作的基本素质。 7. 较为熟练的掌握一门外国语，能够地阅读本专业的外文资料。 8. 具有较强的使用信息技术的能力，能够将现代信息技术熟练运用于学习、工作和社会实践活动。 一．填空题（共30分，每小题2分） 1.均质不可压缩流体的定义为 。 2.在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 。 3.在渐变流过流断面上，动压强分布规律的表达式为 。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的 大小，就能判别出流动方向。 6.产生紊流附加切应力的原因是 。 7.在静止流体中，表面力的方向是沿作用面的 方向。 8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数λ与 有关。 9.渐变流流线的特征是 。 10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为 。 $ 11.局部水头损失产生的主要原因是 。 12.直径为d 的半满管流的水力半径R = 。 13.平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速x u 和y u 满足 方程 。 14.弗劳德数Fr 表征惯性力与 之比。 15.在相同的作用水头下,同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量 。 二．（14分）如图所示，一箱形容器，高 1.5h m =，宽（垂直于纸面）2b m =，箱内充满水，压力表的读数为220/kN m ，用一半径1r m =的园柱封住箱的一角，求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。 / ！ 题二图 题三图 三．（14分）如图所示，一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。已知主管直径3D m =，主管流量335/Q m s =，分叉管直径2d m =，两分叉管流量均为2Q ，分叉管转角 060θ=，1-1断面中点的压强2294/p kN m =，不计水头损失，求水流对支座的作用力。 四.（14分）如图所示，长50L m =、直径0.21D m =的自流管，将水自水池引至 吸水井中，然后用水泵送至水塔。已知泵的吸 水管直径0.2d mm =，管长6l m =， 泵的抽水 量30.064/Q m s =，滤水网的局部阻力系数 12 6.0ξξ==，弯头的局部阻力系数30.3ξ=， 自流管和吸水管的沿程阻力系数0.02λ=。假 定自流管中通过的流量等于泵的抽水量。试 求：（1）水池水面与吸水井的水面高差h ；（2） 水泵的安装高度2s H m =时，水泵进口断面的 真空度。 五．（14分）油在管中以1/v m s =的速度向下流动，油的密度 3920/kg m ρ=，管长3l m =，管径25d mm =，水银压差计测得9h cm =. 试求：(1)油在管中的流态；（2）油的运动粘度ν；（3）若保持相同的平均速度反方向运动时，压差计的读数有何变化（水银密度313600/kg m ρ'=） 六．（14分）用文丘里流量计量测空气（绝热指数 1.4k =，气体常数287/R J kg K =?）的质量流量。已知进口断面的直径为1400d mm =，绝对压强为21140/p kN m =，温度为0118T C =，喉部断面2150d mm =，22116/p kN m =，假定流动为一元恒定等熵气流，求通过流量计的质量流量。 题四图 】 成功是必须的 一、填空题（每空2分，共10分） 1. 圆管层流的沿程阻力系数仅与 有关， 而和 无关。 2. 不可压缩流体的空间三维的连续性微分方程是 3. 1=M 即气流速度与 相等，此时称气体处于 临界状态。 4 并联管路总的综合阻力系数S 与各分支管综合阻力系数的关系为 。 二、选择题（每题2分，共20分） 1．下列力中 不是质量力。 （A ）表面力 （B ）流体做等加速直线运动时的惯性力 （C ）重力 （D ）流体做等角速旋转运动时的惯性力 2．静止流体中任意一点的压强的大小与 无关。 （A ）点的位置 （B ）作用面的方向 （C ）流体的种类 （D ）重力加速度 3．流体静止时不能承受拉力和切力，所以流体静压强的方向必须是沿着作用面的 方向。 （A ）内法线 （B ）切线 （C ）外法线 （D ）任意 4．相对压强是指该点的绝对气压与_______ 的差值。 （A ）标准大气压 （B ）当地大气压 （C ）真空压强 （D ）工程大气压 5．水平管道的截面逐渐缩小，管内水流的压强 。 (A) 逐渐变大 (B) 逐渐变小 (C) 不改变 (D) 没有变化规律 6．粘性流体总水头线沿程的变化是 。 （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 7．如果_______，则沿程损失系数λ不受壁面粗糙度的影响。 (A) 雷诺数足够大 (B) 在紊流光滑区 (C) 在紊流过渡区 (D) 速度足够大 8. 紊流惯性切应力2τ等于（ ） (A)y x u u ρ (B)－y x u u ρ (C)''y x u u (D)''-y x u u 9. 在( )中，流线与迹线线重合。 (A)层流 (B)非均匀流 (C)恒定流 (D)缓流 流体力学与叶栅理论课程考试试题 一、选择题（每小题1分，共10分） 1、在括号内填上“表面力”或“质量力”： 摩擦力（）；重力（）； 离心力（）；浮力（）； 压力（）。 2、判断下列叙述是否正确（对者画√，错者画╳）： (a) 基准面可以任意选取。（） (b) 流体在水平圆管内流动，如果流量增大一倍而其它条件不变的话，沿程 阻力也将增大一倍。（） (c) 因为并联管路中各并联支路的水力损失相等，所以其能量损失也一定相 等。（） (d) 定常流动时，流线与迹线重合。（） (e) 沿程阻力系数λ的大小只取决于流体的流动状态。（） 二、回答下列各题（1—2题每题5分，3题10分，共20分） 1、什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？ 2、用工程单位制表示流体的速度、管径、运动粘性系数时，管流的雷诺数4 Re ， 10 问采用国际单位制时，该条件下的雷诺数是多少？为什么？ 3、常见的流量的测量方法有哪些？各有何特点？ 三、计算题（70分） 间隙内充满μ=·S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速度是多少？（10分） 题1图 2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆柱体，半径R=1m，自由表面处压强为一个大气压，高度H=3m，试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。（10分） 题2图 3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数，试问模型中流体运动粘性系数υ =？（10分） m 4、如图所示，变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d =0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水2 流对圆管的作用 力及作用力的位置。（20分） 题4图 5、两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直径d =600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各在D 1 点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=，求总流量Q=？（20分） 题5图 流体力学表面张力： 1.连续性原理只适用于理想流体的定常流动。（错）连续性方程即是质量守恒定律,适用于一切流体.可压和不可压的稳定流管,定常非定常等流动都适用. 2.“巷小风大”生动地体现了流体的可压缩性。（质量守恒）（错） 3．流体做定常流动时，各点流速可以不同；…………………………..（对）同一地点的速度不随时间变化。 4.黏滞力总是阻碍流体质量元的运动。………………………………..（对） 运动快的流层给运动慢的流层以加速力,运动慢的物体给运动快物体以黏滞力。 5．黏滞性流体不可做定常流动；…………………………………….….（错）点的确定 6.液体表面张力的方向垂直于张力线并且和液面垂直（相切）。（错） 7.多个小水滴汇合成一个大水滴时要释放能量。（对）8．表面张力存在，使得液体表面积和表面能都不断减小，直至最小；（对） 9.肥皂泡的半径增加时，其内外压强差也随之增加。………………..（错） 10. 毛细现象是由于液体润湿（不润湿）固体引起的。（对） 11.同一流线上各点流速大小相同。（错） 液体表面积越大，其表面张力系数越小。（错）13.大水滴变成小水滴，水的总能量增大。（对） 14.降低水温和加入洗涤剂都可以减小水的表面张力系数。 （ 错 ） 15.理想流体作定常流动时，通过同一横截面的流量不随时间发生变化。（ 对 ） 1.黏滞性流体在圆水平管中做层流时，下列说法中正确的是（ D ） A.管道中各处的流速相等； B.流层之间的摩擦力与速度梯度dy dv 成反（正）比； C.流量与管道直径的立方（四次方）成正比；D.管道轴心的流速大于管壁处的流速； 2. 内直径为3cm 的水管里的水在压强4?105Pa 作用下以1m/s 的流速流入10m 高的楼房室内的内直径为1cm 的水管. 取重力加速度为10m/s 2, 水的密度为 103kg/m 3. 设水为理想流体, 则室内水管内水的流速和压强分别为 ( C ) A. 3m/s, 2.96?105Pa B. 3m/s, 3.04?105Pa C. 9m/s, 2.6?105Pa D. 9m/s, 3.4?105Pa 3.下列说法正确的是………………………………………………………（ A ） A.生活中倒水时，水流越来越细是伯努利方程的体现 B.定常流动是理想流体所特有的，黏性流体不能做定常流动 C.管径越小，毛细管内液面上升的高度越高（可能下降）变化高度 D.钢针能够浮在水面上是由于钢针质量小，受到的浮力小于（等于）重力。表面张力 4.关于液体表面张力，下列说法正确的是…………………………（ ） A.温度越高，液体的表面张力系数越大（小） B.水中加入活性剂的目的是为了增大水的表面张力系数（减小，易于流动） 2.9 如图示一铅直矩形平板AB 如图2所示，板宽为1.5米，板高h =2.0米，板顶水深h 1=1米，求板所受的总压力的大小及力的作用点。 解法一： 将坐标原点放在水面与直板延长线的交点，水平向右为O-x 轴，竖直向下为O-y 轴，建立直角坐标系O-xy ，在y 方向上h 处取宽度为d h 的矩形，作用力d F 为 h h A h F d 5.1d d γγ== 在y 方向上积分得总压力F 为 N 1088.5])[(2 5.1d 5.1d 42 12111?=-+===??++h h h h h F F h h h h h h γγ 总压力的作用点为 1 21.5d d 2.167m h h h D h h h F y F F γ+= = =? ? 解法二（直接运用公式）： （1） 总压力F 为： 3412()9.810(1) 1.52 5.881022 c c h F p A h A h bh N N γγ===+=??+??=? （2）总压力的作用点为 3 11112() 2.167m 2()2 c D c c bh J h y y h h y A h bh =+=++=+ 2.10 如图示为一侧有水的倾斜安装的均质矩形闸门，其宽度b =2m ，倾斜角 α=60 ，铰链中心O 位于水面以上C =1m ，水深h =3m ，求闸门开启时所需铅直向 上的提升力T ，设闸门重力G =0.196×105N 。（要注意理解力矩平衡原理和合力矩 定理） 力矩平衡原理：如果把把物体向逆时针方向转动的力矩规定为正力矩，使物体向顺时针方向转动的力矩规定为负力矩，则有固定转动轴的物体的平衡条件是力矩的代数和为零。 合力矩定理：平面力系的合力对平面上任一点之矩，等于各分力对同一点之矩的代数和。 解法一：建立坐标系O-xy ，原点在O 点，Ox 垂直于闸门斜向下，Oy 沿闸门斜向下，如下图（1），浸在水中的闸门上的作用力 （不计大气压力）为 C 2sin 60h bh F h A γγ== ? 设压力中心为D 到ox 轴的距离为D y ，则有 一、判断题（每题1分，共10分） 1、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。 （ ） 2、均匀流中只考虑沿程水头损失，渐变流中只考虑局部水头损失。 （ ） 3、公式g v d l h f 22 λ=既适用于层流，也适用于紊流。 （ ） 4、不可压缩液体连续方程既适用于恒定流，也适用于非恒定流。 （ ） 5、理想流体是指不考虑粘性作用的流体。 （ ） 6、不管是层流还是紊流，其运动要素在时间和空间上都具有脉动性。 （ ） 7、恒定流时，流线的形状不随时间变化，流线不一定与迹线相重合。 （ ） 8、圆形管的直径就是其水力半径。 （ ） 9、几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据。 （ ） 10、仅由液体产生作用在水平平面上的总压力与容器的形状无关。 （ ） 二、填空题（每空2分，共20分） 1、流体是在任何微小的 的作用下都能够发生 的物质。 2、当压力体与液体在 时为实压力体，否则为虚压力体。 3、在工程流体力学中，描述流体运动的常用方法有__ 和__ __。 4、简单管路是指 和 沿程不发生变化的管路系统。 5、局部阻力系数与 、 、 有关。 三、单项选择题（每题2分，共30分） 1、不可压缩流体指忽略 的流体。 A ．密度 B ．密度变化 C ．粘度 D ．粘度变化 2、连续介质模型意味着 。 A ．流体分子之间没有间隙 B ．流体中的物理参数是连续函数 C ．流体分子之间有间隙 D ．流体不可压缩 3、已知不可压缩流体的流速场为u x =f （y ，z ），u y =f （x ），u z =0，则该流动为 。 A ．恒定一元流 B ．恒定二元流 C ．恒定三元流 D ．非恒定均匀流 4、静水压力的方向 。 A ．与受力面平行 B ．与受力面斜交 合肥工业大学全日制硕士水利工程专业学位研究生培养方案 一、授权领域名称、代码及授权时间 授权领域名称：水利工程代码：085214 授权时间：1998年。 二、领域简介 合肥工业大学水利工程专业办学历史悠久，前身为1952年水利部治淮委员会在安徽怀远成立的“淮河水利学校”水电工程建筑专业，1958年该校更名为“安徽水利电力学院”并开始四年制本科水电工程建筑专业招生，1969年因院校调整随该院并入我校，由合肥工业大学水利连队负责教学管理。1978年合肥工业大学成立水利系，设水利水电工程建筑和农田水利工程两个专业，1984年成立了水利科学研究所。1997年水利水电工程建筑更名为水利水电工程。1999年学校院系调整，成立土木建筑工程学院，下设水利水电工程系，承担水利水电工程本科专业教学。为了促进水利学科发展，2007年学院更名为土木与水利工程学院，下设水利水电工程系，承担水利水电工程专业教学和水利学科建设工作。 2008年，水利水电工程专业被评为校特色专业，2010年该专业获准参加校级本科专业评估并于2011年顺利通过。目前，该专业拥有水利科学研究所、水工结构研究所、水资源工程技术中心、水资源与环境系统工程研究所共4个学科发展平台；具有水利工程一级学科硕士学位授权点和工程硕士学位授权点，下设水工结构工程、水利水电工程、水文学及水资源、水力学及河流动力学4个硕士点。在我校获批土木工程一级博士点基础上，结合水利学科自主设立二级学科博士点“水资源工程与结构”，包括水利岩土工程、水利建筑结构、水资源与水环境工程3个学科方向。 该专业教师一直继承并发扬老一辈刻苦钻研、勇于创新的优良传统，形成了一批批高水平的教师队伍，如老一辈的孙肇初、蔡四维、陈瑞等教授，以及现任专业教师朱大勇、黄铭、陶月赞、金菊良、王军、徐得潜、谭炳卿等在国内外有一定声誉的知名教授。 本专业教师教研并重，近5年，水利工程专业在水旱灾害与水土保持、地下水资源评价与保护、水资源系统工程、冰水力学、水工结构稳定与渗流分析等专业方向形成了自己的特色，累计纵向经费超过1000万元、横向经费2000多万元，发表学术论文170多篇（其中SCI、EI 50多篇），为我院乃至我校跨越式发展做出了较大贡献。 50多年来该专业教学成果丰厚，立足安徽，面向全国，为国家培养了大批水利工程建设管理人才，受到了用人单位的一致好评，涌现出了水利部副部长蔡其华，安徽省政府副秘书长方志宏，安徽省水利厅厅长纪冰，安徽省水利厅副厅长蔡建平、张效武，安徽省水利厅总工金问荣、徐业平，安徽省水文局局长徐建平，淮河水利委员会沂沭泗管理局党书记郑大鹏等优秀毕业生，为中国水利事业做出了积极贡献。 三、培养目标 流体力学基础期末考试试卷 姓名＿＿___＿＿___ 学号___＿__＿__＿ 班级________＿＿ 得分__＿__＿____ 一、简答题(30分） 1. 什么是粘性?气体与液体的粘性随温度变化趋势有什么不同？为什么？ 答:相邻两层流体做相对运动时存在内摩擦作用,称为粘性力。粘性是流体抵抗剪切变形能力的一种量度。 液体间粘性力主要由分子内聚力形成,气体间粘性力主要由分子动量交换形成的,所以导致气体与液体粘性随温度变化趋势不同，具体表现为：液体粘性随温度升高而降低(温度升高,分子间距增大,内聚力降低),气体粘性随温度升高而升高（温度升高,分子运动加剧,动量交换加剧）。 2. 简述单位与量纲的联系与区别，简述Re, Ｆｒ的物理意义 答:单位是某一物理参数的量度，包含了物理量的物理特性与尺度。量纲表示物理量的物理特性。 R ｅ是惯性力与粘性力的比较，Fr 是惯性力与重力的比较。 3. 什么是边界层厚度，位移厚度及动量厚度? 答:边界层厚度是速度等于外流速度的99%时的厚度；位移厚度--将由于不滑移条件造成的质量亏损折算成无粘性流体的流量相应的厚度，又称为质量亏损厚度;动量厚度-－将由于不滑移条件造成的动量流量亏损折算成无粘性流体的动量流量相应的厚度。 4. 什么是流线,迹线及烟线? 答:流线:流场中的一条曲线,曲线上各点的速度矢量方向和曲线在该点的切线方向相同。 迹线：流体质点在空间运动时描绘出来的曲线。 烟线:从流场中的一个固定点向流场中连续地注入与流体密度相同的染色液,该染色液形成一条纤细色线,称为脉线。或另定义如下,把相继经过流场同一空间点的流体质点在某瞬时连接起来得到的一条线。 5. 简述层流与湍流的区别 答:层流：是流体的一种流动状态。当流速很小时,流体分层流动，互不混合，其流动行为可以预测。 湍流：是流体的一种流动状态。流体运动具有随机性,强混合性与有旋性,其流动行为不可预测,本质上是三维，非定常的。 二、运算题 1. (1５分）拉格朗日变数 (ａ, b, c ） 给出的流体运动规律为： 2222)1(,)1(,--+=+==t ce z t b y ae x t t 1）求以欧拉方法描述的速度 ２）流动是否定常？ 3）求加速度 答：1）设速度场三个分量为 ｕ，v,w 消去拉氏变数: 222, , 11y zt u x v w t t =-= = ++22t x u ae t -?==-?2 2(1)2(1)1y b t v b t t t ?+= =+=?+22223 2(1)2[(1)(1)]1t t z ce t t w ce t t t t ---?+==+-+=?+ 流体力学复习题 -—－—－ 2013制 一、填空题 1、1mｍH2Ｏ= 9。80７Pa 2、描述流体运动得方法有欧拉法?与拉格朗日法、 3、流体得主要力学模型就是指连续介质、无粘性与不可压缩性。 4、雷诺数就是反映流体流动状态得准数,它反映了流体流动时粘性力与惯性力得对比关系。 5、流量Q1与Ｑ2,阻抗为S１与S2得两管路并联,则并联后总管路得流量Q为Ｑ= Q1 ＋ Q２,总阻抗S为。串联后总管路得流量Ｑ为Q= Q１＝Q2,总阻抗Ｓ为S1+S2 。 ６、流体紊流运动得特征就是脉动现行 ,处理方法就是时均法。 ７、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力与局部阻力。 ８、流体微团得基本运动形式有: 平移运动、旋转流动与变形运动。 9、马赫数气体动力学中一个重要得无因次数,她反映了惯性力与弹性力得相对比值。 １０、稳定流动得流线与迹线重合。 11、理想流体伯努力方程常数中,其中称为测压管水头。 12、一切平面流动得流场,无论就是有旋流动或就是无旋流动都存在流线,因而一切平面流动都存在流函数 ,但就是,只有无旋流动才存在势函数。 13、雷诺数之所以能判别流态,就是因为它反映了惯性力与粘性力得对比关系、 14、流体得主要力学性质有粘滞性、惯性、重力性、表面张力性与压缩膨胀性、 15、毕托管就是广泛应用于测量气体与水流一种仪器、 16、流体得力学模型按粘性就是否作用分为理想气体与粘性气体。作用与液上得力包括质量力, 表面力。1７、力学相似得三个方面包括几何相似、运动相似与动力相似。 １8、流体得力学模型就是连续介质模型。 19、理想气体伯努力方程中,称势压,全压,称总压 2０、紊流射流得动力特征就是各横截面上得动量相等。 2１、流体得牛顿内摩擦定律得表达式 ,ｕ得单位为p ａ、s 。 环境流体力学 环境流体力学是环境类各专业的一门主要基础课,同时又是一门实用性强的技术基础科学。实践证明理论联系实际是学习环境流体力学行之有效的学习方法,在这方面水力学实验(实训)起着不可替代的重要作用。如水力计算中应用较广泛的谢才公式、水跃长度计算公式等等,完全是建立在大量实验研究基础上而产生的经验公式。在现代水力学的研究和发展中,水力学理论分析,数值计算和实验研究二者互为补充、相互促进,形成研究水力学的二个重要方面。 在众多解决环境问题的工作中都会涉及到流体流动的问题。广义来说，环境流体力学包括研究所有和环境有关的流体运动的知识；但从狭义来说，则其中重要而普遍的部分，即污染物质宰各种水域和大气中扩散与输移的规律为主要内容。 由于流体运动所导致的对含有物质的扩散，输移作用总占重要地位而需要先行分析清楚，这在排放口近区主要是射流运动性质，在远区则属随流扩散性质。一般研究常从简单情况出发，先不考虑污染物质的存在对流动的影响，即把它作为一种标志物质即示踪物质来分析，而将污染物质的特性部分另行专门处理。 由于紊流和扩散的密切关系，以及对环境流动已有不少引用较精确的紊流模型进行分析，故首先介绍基础流体力学和水力学课程很少涉及的紊流基础知识，然后介绍扩散理论，剪切流中的离散，紊动射流（包括浮力羽流和浮射流）分层流以及地下水中弥散等方面较专门的基础理论和分析方法，以为分析各种环境流体域中物质的扩散，混合与输移问题的基础。 一、紊流脉动的能量方程： 从紊流的总能量方程： _____2' '111()()()()()222j j i i i i i j i i i j j j j i j i j j u u u u u q p p u u u u u u u t t x x x x x x x x γγρρ- ------- ??????????+=-+++-+-??????????'''''2'()()(3.21)j j i i i j j i i i j j j j i j i j u u u u u u u u u q u x x x x x x x x γγ-----????????-++-+???????? 式中2'''2'2'2123i i q u u u u u ==++ 中减去时均流动部分的能量方程（3.22）合肥工业大学土木学院研究生公共实验
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