贵州大学学年第二学期考试试卷 A一、 名词解释(共20分，每小题4分)1．理想流体 2．水锤现象 3．定常流动4．水力光滑与水力粗糙管5．气体一维定常等熵流动的极限状态二、 简答题(共30分，每小题6分)1． 简述液体和气体随温度增加，粘性变化趋势及原因。
2． 对于静止液体，当作用在液体上的质量力仅有重力时，则液体中的哪些面是等压面？ 3．Ⅰ．请写出以下两个方程的名称方程一：Const =+Z gpρ 方程二：Const 22=++gv Z g p ρ Ⅱ．从单位重量流体能量观点简要说明两方程中各项的物理意义，以及两方程的物理意义；Ⅲ．这两个方程在应用条件上有何相同和差异之处。
4．什么是紊流的时均速度？写出紊流时均速度轴向分量u 的定义式，指出式中各符号的含义。
5．什么是有旋流动？什么是无旋流动？分别给出其数学条件。
四．分析证明题 (共20分，每小题10分)1．已知不可压粘性流体绕圆球流动，阻力F D 与球的直径d 、来流速度U 0、流体的密度ρ、 动力粘度μ有关，试用π定理推求阻力F D 的表达式。
2．冯卡门假定，在不可压层流流动中,v x 可用一个多项式表示，假设这个多项式最高项是3次项，试确定之。
四．计算题(共30分，每小题10分)1．离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量，已知风机入口侧管道直径d=400mm ，U 形管读数h ＝100mmH 2O,水与空气的密度分别为ρ水＝1000kg/3m ,ρ空＝1.2 kg/3m ,忽略流动的能量损失，求空气的体积流量q v 。
得 分 评分人得 分评分人得 分评分人 得 分 评分人2．已 知 长1.22 米，宽1.22米 的 平 板 沿 长 度 方 向 顺 流 放 置， 空 气 流 动 速 度 为3.05m/s ， 密 度ρ＝1.2kg/m3，运 动 粘 滞 系 数ν=0.149cm2/s 。
试 求 平 板 受 力。
对层流边界层有： 而对紊流边界层有：3．已知大气层中温度随高程H 的变化为：T=288-aH ， 式 中a=0.0065K/m ， 现有一飞机在10000m 高空飞行，飞行马赫数为1.5。
求飞机的飞行速度。
参考答案及评分标准一、1．实际的流体都是有粘性的，没有粘性的假想流体称为理想流体。
2．当管道中的阀门突然关闭，以一定压强流动着的水由于受阻流速突然降低，压强突然升高。
突然升高的压强迅速地向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动的现象。
3．流场中各空间点上所有物理参数均与时间变量t 无关，称作定常流动。
4．流体在管内作紊流流动时，用符号△表示管壁绝对粗糙度，δ0表示粘性底层的厚度，则当δ0＞△时，叫此时的管路为水力光滑管；（2分）当δ0＜△时，叫此时的管路为水力粗糙管。
（2分）5．在绝热流动的过程中，气流的绝对压强与热力学温度为零，气流的总能量全部转化为宏观运动的动能的状态。
二、1．一般认为：液体粘性主要取决于分子间的引力，气体的黏性主要取决于分子的热运动。
温度升高时，气体分子的热运动加剧，气体的粘性增大，（2分）而分子间引力变化的黏度影响可忽略不计；（1分）对于液体由于温度升高体积膨胀、分子距增大，分子间的引力减小，故液体粘性随温度升高减小，（2分）而分子的热运动变化的黏度影响可忽略不计。
（1分）2．属于等压面的是以下水平面 （3分）5.0328.1Re C f =2.0074.0Re C f =（1） 自由表面（或气液分界面）（1分） （2） 两种不互溶液体的交界面（1分）（3） 液体内能互相连通（或不被隔断）的同一种液体内的各水平面。
（1分）3．（1）方程一是流体静力学基本方程，方程二是伯努力方程。
（3分） （2）方程中p/ρg 是压强势能项，z 是位置势能项，v 2 /2g 是动能项；（1分）方程一的物理意义当连续不可压流体处于平衡状态时，在流体的任意点上，单位重量流体的总势能为常数。
（2分）（3）方程一的物理意义当连续不可压重力流体做一维定常流动时，在同一流线的不同点上，或者同一微元流束的不同截面上，单位重量流体的动能，压强势能，位置势能之和等于常数，实质是能量守恒定律在流体中的具体表现。
方程一是方程二在流体静止时的特例。
4．紊流真实速度在一定时间间隔内的统计平均值叫紊流的时均速度。
（4分）⎰+=Tt to udt T 1u式中：t △－初始时刻 T －时间间隔 u －瞬时速度 u －时均速度5．流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动，流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。
数学条件：021=⨯∇=Vω 无旋流动021≠⨯∇=V ω 有旋流动三、1．0),,,,(0=μρU d D f选d,U 0, r 为 独 立 基 本 量 纲， 可 以 组 成5-3=2 个π 项μρπρπ2221110201c b a c b a U d DU d == （3分）写成量纲式]LT M []L M [][LT [L]]0[231111---=c b a 按量纲和谐原理求指数，对联立求解得：122111-=-=-=c b a所以，2021U d D ρπ=，RedU U d 1002===νρμπ （4分） 0)1,(0221=ReU d D f ρ，阻力)(202Re U d F D φρ= 或248)(202U d Re F D ρππφ⨯⨯=， 130:L 111+-+=c b a 20:T 1--=b 10:M 1+=c令24,8)(d A Re C D ππφ==，则：220U AC FD D ρ= （4分）2．假定这个三次多项式为，332210y a y a y a a v x +++=根据下列边界条件来确定待定系数a 0、a 1、a 2和a 3（以下每个条件1分）(1)在平板壁面上的速度为零，即在y=0处, v x =0(2)在边界层外边界上的速度等于来流速度V ∞ ,即在 y=δ处 v x = V ∞ ， (3)在边界层外边界上，摩擦切应力 y v x∂∂=μτ 为零，即在 y=δ处，0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=δy x y v (4)由于在平板壁面上的速度为零，即v x =v y =0 ，由简化后的纳斯方程有01==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=dx dp y v y xμδ这样（3分）所以：])(21)(23[)(3δδyy V y v x -=∞ （3分）四、1．由伯努利方程分）（分）（得 代入分）（由静力学方程 分） （－得＝＋＋水水水3 /s m 08.5(0.4)443.40d 4v q 2 m/s 43.402.110001.0807.922gh v 2gh -p 0gh p 3pp2 v 2g v 0g p 000322v 2=⨯⨯=⋅==⨯⨯⨯===⇒=+=++ππρρρρρ2．554103105.210149.022.105.3⨯<⨯=⨯⨯=-Re （3分） 形 成 层 流 边 界 层 （1分）3510656.2105.2328.1-⨯=⨯=f C （3分）20212U blC F f ρ= 2305.32.1210656.222.122.12⨯⨯⨯⨯⨯⨯=- N 1013.443-⨯= （3分）00=a δ∞=V a 23102=a 332δ∞-=V a3．K 223100000065.0288=⨯-=T （2分）s m 33.2992232874.1=⨯⨯==kRT a （4分） s m 44933.2995.1=⨯==a M u a （4分）贵州大学第二学期考试试卷 A流体力学参考答案及评分标准三、 名词解释(共20分，每小题5分)1．计示压强：以当地大气压强为基准计量的压强a e p p p -=2．等压面：在液体中压强相等的点组成的面称为等压面。
3．流线：速度场的矢量线，任一时刻t ，曲线上每一点处的切向量都与该点的速度向量 相切。
流线微分方程：0=⨯v r d4．当量直径：非圆形截面管道截面积的4倍与湿周之比，或等于4倍水力半径，R xAD 44==。
四、 简答题(共24分，每小题6分)1．如果流体的密度表示为),,,(t z y x ρρ=，分别写出它的当地导数和迁移导数的表达式。
当地导数:t∂∂ρ（2分） 迁移导数:ρ)(∇∙V （3分）其中:k zj y i x ∂∂+∂∂+∂∂=∇ （1分） 2．简述粘性流体绕流物体时产生阻力的原因。
如何减少阻力？（1）阻力有两部分，一部分是由于粘性产生切向应力形成的摩擦阻力；另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力。
（3分）（2）把物体作成流线型，使分离点后移，甚至不发生分离，可减少绕流阻力。
（3分） 3．流体力学中的系统是什么意思？它有哪些特点？由确定的流体质点组成的流体团或流体体积V(t) （3分）。
系统边界面S(t)在流体的运动过程中不断发生变化（3分）。
4．发生边界层分离的必要条件是什么？为什么边界层分离要产生压差阻力？ 粘性流体绕流曲面物体，在压强升高的区域（减速流动），有可能出现边界层的分离，形成尾涡区（3分）。
从分离点开始的物体后部所受到的流体压强，大致接近分离点的压强，而不能恢复到理想流体绕流时的压强，使绕流物体后部的压强比无摩擦时低，所以在物体前后产生一个净压差，产生与来流方向的一致的净力从而形成压差阻力（3分）。
得 分 评分人得 分 评分人三．分析证明题 (共24分，每小题12分)1. 不可压缩流体无旋流动的速度分布为By Ax u +=，Dy Cx v +=，0=w ，若此流场满足连续性方程，试导出A 、B 、C 、D 所需满足的条件。
（不计重力影响）根据连续性方程0=+=∂∂+∂∂+∂∂D A zw y v x u （4分） 根据无旋流动条件：0=-=∂∂-∂∂=B C yu x v z ω （4分） A 、B 、C 、D 所满足得条件为：D A -=；B C = （4分）2. 无限空间的液体中压力波的传播速度C 取决于液体的弹性模量E 、 密 度ρ， 试用量纲分析法求波速C 的表达式。
),(ρE f C =，b a kE C ρ= （4分）K 为常数，写出量纲式（4分）ba ][ML ]T [ML ][LT 3211----=由量纲和谐原理，求指数得 （4分）2121-==b a ρEkC =∴四．计算题(共32分，第1、2小题10分，第3小题12分)1．如图所示为一贮水设备，在C 点测得绝对压强p=196120Pa ，h =2m ，R=1m ，求作用于半球AB 的总压力。
得 分 评分人得 分评分人C点的测压管到水面的距离m （5分）=246.37kN（5分）2．有一超声速飞机在距离地面18km的空中以马赫数Ma=2.2的速度水平飞行，设空气为标准状态，问飞机越过地面观察者多长时间，才能听到声音？设飞机飞过地面观察着的水平距离为x时，才能听到声音m/s （2分）(4分)则km （2分）故时间为：s （2分）3．有一变直径弯管，轴线位于同一水平面，转角α=60°，直径d A=200mm,d B=150mm，当流量qv=0.１m3/s时，表压强p A=28kPa，若弯管AB段的水头损失h w=1m,水的密度ρ=1000kg/m3，求水流对弯管的作用力。