工程流体力学试卷07081C.doc

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1、工程流体力学试卷07081C参考答案及评分标准一、简答题（每题5分，共10分）1.理想流体和实际流体各自的特性是什么，处理工程实际问题时是如何考虑的？答：根据流体是否具有粘性，可分为实际流体和理想流体（1分）。实际流体：指具有粘度的流体，在运动时具有抵抗剪切变形的能力，即存在摩擦力（2分）。理想流体：是指忽略粘性的流体，在运动时也不能抵抗剪切变形（2分）。2.按流体质点通过空间固定点时运动参数是否随时间变化把它分为哪两类，各自有什么特点，工程实际中是如何考虑的？答：通常情况下，流场中流体的运动参数随空间点的位置和时间变化，而在工程实际和

2、自然现象中也存在着不同的情况，为研究方便起见，按流体质点通过空间固定点时运动参数是否随时间变化把流体分为恒定流动和非恒定流动（1分）。恒定流动（又称定常流动）。如果流场中每一空间点上的运动参数不随时间变化，这样的流动称为恒定流动。当然不同空间点的运动参数一般情况下是不同的（2分）；非恒定流动（又称非定常流动）。若流场中运动参数不但随位置改变而改变，而且也随时间而变化，这种流动称为非恒定流动（2分）。二、计算分析题（每题10分，共50分）3.解：在dr微元上：流速（2分）切力（3分）而圆盘dr微元上所受粘性摩擦阻力矩为（2分）则克服总摩擦

3、力矩为（1分）=85.8×10-4Pa·s（1分）又按线性分布，如图一所示，当m时1.50Pa.（1分）4.解：取球形容器的上半球为受压曲面，则其所受到的压力体如图所示：（2分）则有：（4分）=（4分）5.答：（1）取控制面：在楔体前后取缓变流断面1与断面2、3之间的水体为脱离体，作用于脱离体上的力有：①断面1、2、3及脱离体表面上的动水压力P1、P2、P3及P均等于零（作用在大气中）；②重力G，铅垂向下；③楔体对水流的反力R，待求。（3分）（2）取坐标，列动量方程：（1）（3分）（3）令β1=β2=β3=1.0，α1=α2=α3=1。

4、列能量方程：（2分）代入（1）式可得：水流对壁面的作用力R=-R´，大小相等，方向相反。（2分）当θ=60°时R=252Nθ=90°时R=504Nθ=180°时R=1008N6.解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为（取原液面中点为坐标原点）X=-a；Y=0；Z=-g（2分）代入式（2-7）得：积分得：（3分）在自由液面上，有：x=z=0；p=p0得：C=p0 =0代入上式得：（2分）Ｂ点的压强为：自由液面方程为（∵液面上p0=0）ax+gz=0（2分）即：（1分）7.解：取v，D，ρ为基本变量，则π的个数N(π)=n-m=7-3=4，

5、显然hf/L是一个π，因hf和L量纲都是长度。（3分）π1=υx1Dy1ρz1μ=[LT-1]x1[L]y1[ML-3]z1[ML-1T-1]（1分）则L:x1+y1-3z1-1=0；T:-x1-1=0；M:z1+1=0由此x1=-1，y1=-1，z1=-1。类似有：π2=υx2Dy2ρz2△π3=υx3Dy3ρz3g可得：x2=0，y2=-1，z2=0；x3=-2，y3=1，z3=0写成π数为：（4分）即解得：（1分）常用沿程损失公式形式为：——称沿程阻力系数，具体由实验决定。（1分）一、综合应用题（每题20分，共40分）8.答：（1

6、）机理：粘性的存在、速度场的变化、压强梯度的变化、能量的损失，导致分离；后果：物体振动导致的安全问题、振动引起额外压力损失、产生噪声、磨损、弯曲变形。（6分）（2）粘性流体绕流物体的阻力（粘性阻力）包括：摩擦阻力和压差阻力。粘性直接作用摩擦阻力；间接作用压差阻力（形状阻力）Cf仅与雷诺数有关。（4分）（3）分摩擦阻力和压差阻力分别说明：对于摩擦阻力，①使表面的层流边界层尽可能长，即让转捩点尽可能后移（层流翼型）；对于压差阻力-尽量减小分离区①采用流线型物体、不分离或后移；②形状确定的非流线型体，增加表面粗糙度，使层边尽快转为湍边，分离后

7、移，减小压差阻力（对压差主导的非流线型体有效）（6分）（4）由于表面更加粗糙，使层边尽快转为湍边，分离后移，减小压差阻力（对压差主导的非流线型体有效）（4分）9.答：根据确定的尼古拉兹实验得到的关系曲线（尼古拉兹曲线）（2分）。对于实际的工业用管，为应用方便，关系绘制成穆迪曲线（2分）。根据曲线和题给材料，输气干线管道的流态一般都为阻力平方区，不满流时为混合摩擦区，城市配气管道则为水力光滑区。因此，对于输气干线管道水力计算只需要适用于紊流混合摩擦区与阻力平方区值的计算公式（6分）。粗糙度对阻力系数的影响较大，所以减小粗糙度即可减小流动阻

8、力（4分）。由于内覆盖层表面的粗糙度减少了摩擦阻力，使天然气或液体更容易在管内流动，从而提高了输送效率，增加了输量。（6分）