北 京 交 通 大 学（答案）
所在学院 班级 姓名 学号 2007—2008学年 第一学期
课程名称：流体力学 土木工程2005级 出题教师：毛军 齐梅兰 张群峰 题号 得分 阅卷人 一 二 三 四 五 六 七 我用人格担保：在本次考试中，诚实守信，严格遵守考场纪律。（）
（注：大气压Pa=100kPa，水密度? =1000kg/m3，重力加速度g =10m/s2，A4纸半开卷）
一、 填空题（10分）
1、 描述流体易流动性的是_牛顿内摩擦_定律；描述流场中物理量对时间的变化率的物
理量是_质点导数_，包括__当地或时变导数 和_迁移或位变导数_两部分。 2、 三元不可压缩流场ux?x2?z2?5，uy?y2?z2?3，z?0处uz?0，则uz
的表达式为uz?_?2(x?y)z_
3、 孔口外接短管成为管嘴，增加了阻力，但流量不减，反而增加，主要原因是_管嘴内
出现了真空_，但是应保证_管嘴内不出现空化现象_的条件。
4、 图1中给出各段管路的流量和损失水头，流体密度为?，则（a）中A、B点间的流动
功耗是_?gQ(H1?H2?H3)_，（b）中A、B间流动功耗是_?gH(Q1?Q2?Q3)_。 5、 流动相似的充要条件是_几何相似、独立相似准则成立_；管道流动相似的准则数是_
雷诺数Re_，明渠流动相似的准则数是_佛汝德数Fr_。
二、判断题（10分）
1、流体粘性与流体的种类和温度有关，液体的动力粘性系数一般随着温度的升高而 减小，气体的则相反 （? ）
2、静止流体中的压应力具有各向同性，运动的粘性流体中的压应力则不然 （? ） 3、均匀流过流断面上的动压强分布规律与静压强分布规律相同，同一过流断面上各 点的测压管水头相等 （?）
4、为了保证模型与原型的流动相似，模型和原型流动中的流体介质必须相同（? ） 5、根据达西公式，层流、紊流的沿程损失都与过流断面平均流速的平方成正比，因 此，沿程损失主要取决于流速 （ ? ）
三、试证明：圆管均匀流过流断面的切应力在径向呈线性分布。并指出层流与紊流在
过流断面切应力分布上的不同之处。 （15分）
参见教材：（10分）+（5分）
四、如图，圆柱体与油（比重为0.8）、水和容器接触，半径R=0.2m，长度L=2m，与容器顶边
成直线接触，求：（1）绘制作用在圆柱体上的压强分布图和压力体；（2）圆柱体作用在容器顶边上的力；（3）圆柱体的重量和比重。 （15分） 解：（1）略（4分）
（2）根据题意和图，圆柱体作用在容器顶边上的力沿水平方向；水对圆柱下半部分两侧的水平分力正好抵消，油对圆柱上半部分的水平作用力即为所求。
F?Fx??oilhcAx??oilRRL?0.8?1000?10?0.1?0.2?2?320N（4分） 2（3）油对圆柱上半部分的垂直作用力F1y方向向下；水对圆柱下半部分的垂直作用力F2y向上。 水的重度?W，油的比重?oil
121?RL??oilR2RL)??oil(RLR??R2L)2411??WR2L(??2?oil??oil??) 圆柱体的重量，（5分） 24G?F2y?F1y?(?W?10000?0.22?2(?2400N 圆柱体的比重???2?0.8??4)G2400??0.9548（2分）
?W?R2L10000???0.22?2d=25mm，流量
五、如图，水自喷嘴水平射向光滑倾斜平板，不计摩擦阻力。若喷嘴出口直径
失可忽略不计。 (15分)
解：设作用在平板的的作用力为F，沿平板的法线方向，建立图示坐标系
Q=33.4L/s，试求射流沿平板向两侧的分流流量Q1、Q2，以及射流对平板的作用力F。假定水头损
（1）求流量。因p1?p2?p?pa，由伯诺里方程知v1?v2?v，在X方向上列动量方程：
?FX??Q1v1??Q2v2??Qvcos60??0（4分）
Q1?Q2?Qcos60?
又由连续性方程 Q1?Q2?Q
?3Q33.4?10 解得：Q1?(1?cos60?)?(1?cos60?)?0.025m3/s（2分） 22?3Q33.4?10 Q2?(1?cos60?)?(1?cos60?)?0.008m3/s（2分） 22?3 （2）求作用力F。速度v?Q?33.4?10?68m/s（2分），在Y方向上列动量方程：
A??0.02524?FY??F??Q(?vsin60?)
F??Qvsin60??1000?33.4?10?3?68?0.866?1966.86N（5分）
答：略
六、如图，梯形土渠中发生均匀流动，已知：底宽b=2m，长度L=5000m，左右边坡系数分别为
m1=1，m2=1.5，水深h=1.5m，底坡i=0.0004，土壤的粗糙系数n=0.0225。试求：（1）渠中流速；（2）渠中流量；（3）渠底的切应力；（4）摩擦功耗。 （15分）
解：（1）过水断面面积（3分）
A?bh?湿周
m1?m221?1.5h?(2?1.5??1.52?5.8125m2 22
?1?b?h1?m12?h1?m12?2?1.51?12?1.51?1.52?6.824m水力半径R?A??5.8125?0.85m；
6.824（2）求流速和流量（4分）
谢才系数C?11/61R??0.851/6?43.26m1/2/s n0.0225 流速v?CRJ?CRi?43.26?0.85?0.0004?0.797m/s； 流量Q?vA?0.797?5.8125?4.636m/s； （3）渠底切应力（4分）
3???gRJ??gRi?1000?10?0.85?0.0004?3.4Pa
（4）沿程损失hf?JL?iL?0.0004?5000?2mH2O（2分）
摩擦功耗N??gQhf?1000?10?4.636?2?92720。 W?92.72kW（2分） 答：略
七、如图，抽水机功率N=18kW，效率?=80%。将比重0.9，粘度?=0.048Pa?s的油从油库送入密
闭油箱。已知管径d=150mm，管长LAB=4.5m，LBC=3m，提油高度z=6m，油的流量Q=5400kg/min，抽水机进口B处的真空度为4.5m水柱。沿程损失系数?=0.02，弯头阻力系数?w=0.25，管径远小于油箱尺寸。求：（1）管内流动状态；（2）油箱内的液面压强；（3）安装高度hs（20分）
解：（1）体积流量Q?管内流速v?Qm??5400?0.1m3/s
60?9004Q4?0.1??5.66m/s 22?d3.142?0.15?油运动粘度v??5.33?10?5m2/s
?vd5.66?0.15??15916?2000,紊流（5分）管内雷诺数Re?； ?5.33?10?5（2）水泵扬程?H?P??18000?0.8； ??16m油柱（3分）
?gQ900?10?0.1（3）求油箱液面的相对压强（7分）。列油箱液面、油库液面间的能量方程：
0?pap?0??H?hw?z?abs?0 ?g?g其中，hw是油箱液面与油库液面间的总水头损失
2lAB?lBCvBhw?(??2?w??o??i)d2g4.5?3v2?(0.02??2?0.25?1?0.5)?
0.102gv25.662?3.5?3.5??4.80mOil2g2?10pabs?pa??H?hw?z?16?4.80?6?5.20mOil ?g油箱液面相对压强（表压强）为5.20m油柱或46.8kPa； （4）求安装高度hs（5分）。列油库液面与B断面间的能量方程：
22palBCvBpBvB 0??0?(???w??i)?hs???gd2g?g2g22pa?pBvBlBCvB hs???(???w??i)?g2gd2g4.535.662hs??[1?0.02??0.25?0.5]?1.56m
0.90.152?10 答：略
题一?4图
题六图
题四图 Q1
F
60?
题五图 Q2
y
x
题七图
相关推荐：
loading