贵州大学能源与动力工程第二学期流力a.docx
贵州大学2019-2020学年第二学期考试试卷A工程流体力学注意事项：1 .请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2 .请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3 .不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4 .满分100分，考试时间为120分钟。题号二四总分统分人得分一、名词解释（共20分，每小题5分）评分人1 .理想流体2 .水力光滑与水力粗糙管3 .边界层厚度4 .卡门涡街二、简答题（共24分，每小题6分）评分人1 .流线的微分方程为=生=-是怎么得来的？匕（x,y,ZJ）vy（x,y,z,r）匕（x,y,ZJ）2 .当理想正压性流体在有势的质量力作用下做无旋流动和有旋流动时，分别对应的欧拉积分和伯努力积分的结果都是V+7+Pf=C是不是说两种流动情况下的结论完全一样？3 .公式二=1户说明了什么问题？AvfV4 .公式；=(),适用于什么场合，有何含义？四.分析证明题(共24分，每小题12分)评分人1.已知不可压粘性流体绕圆球流动，阻力FD与球的直径d、来流速度Uo、流体的密度P、动力粘度口有关，试用/定理推求阻力FD的表达式。2.试证明流体通过两流线间单位高度的体积流量等于两条流线的流函数之差。得分评分人四.计算题(共32分，1小题8分)1 .空气从炉膛入口进入，在炉膛内与燃料燃烧后变成烟气，烟气通过烟道经烟囱排放道大气中，如果烟气密度为0.6kgm3,烟道内压力损失为8/2,烟囱内压力损失为262,求烟囱出口处的烟气速度U和烟道与烟囱底部接头处的烟气静压p,其中，炉膛入口标高为Om,烟道与烟囱接头处标高为5m,烟囱出口标高为40m,空气密度为1.2kgn°2 .对于X=2xy9uy=a2+x2-y2的平面流动，问:(1)是否有势流动？若有势，确定其势函数(2)是否是不可压缩流体的流动？(3)求流函数*3 .己知大气层中温度随高程H的变化为：T=288-aH,式中a=0.0065Km,现有一飞机在100OOm高空飞行，飞行马赫数为1.5o求飞机的飞行速度。4 .一底面积为45x50cn,高为ICm的木块，质量为5kg,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度U=Ims,油层厚度0.05cm,斜坡角22.62°（见图示），求油的粘度。贵州大学2019-2020学年第二学期考试试卷A工程流体力学参考答案及评分标准注意事项：1 .请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2 .请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3 .不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4 .满分100分，考试时间为120分钟。题号二四总分统分人得分得分评分人1 .理想流体：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 .水力光滑与水力粗糙管：流体在管内作紊流流动时（1分），用符号表示管壁绝对粗糙度，3。表示粘性底层的厚度，则当3o>时，叫此时的管路为水力光滑管；（2分）当3oV时，叫此时的管路为水力粗糙管。（2分）3 .边界层厚度：物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层称为边界层；（2分）通常，取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的99%处的距离作为边界层的厚度，以6表示。（3分）4 .卡门涡街：流体绕流圆柱时，随着雷诺数的增大边界层首先出现分离，分离点不断的前移；（2分）当雷诺数大到一定程度时，会形成两列几乎稳定的、非对称性的、交替脱落的、旋转方向相反的旋涡，并随主流向下游运动，这就是卡门涡街。（3分）得分评分人四、简答题（共24分，每小题6分）1 .流线的微分方程为=生一=-是怎么得来的？vx（x,%z"）vy（X,y9ZMV2（X,y,ZJ）答：流线是速度场的矢量线。（1分）任一时刻t,曲线上每一点处的切向量A=.+狈+&k（分）都与该点的速度向量y（x，N，z，/）相切。即疝J=°（2分）ijk则公dydz=O（1分）叭v>匕根据行列式运算规则，流线微分方程为=由一=-。（1分）Vx（x,y,Zj）Vy（X,y,Z,0V.（X,y,ZJ）2 .当理想正压性流体在有势的质量力作用下做无旋流动和有旋流动时，分别对应的欧拉积分和伯努力积分的结果都是V2+万+Pp=C是不是说两种流动情况下的结论完全一样？答：不一样。（1分）欧拉积分的结果表明理想正压性流体在有势的质量力作用下作定常无旋流动时，单位质量流体的总机械能在流场中保持不变。（2分）而伯努里积分表明理想正压性流体在有势的质量力作用下作定常有旋流动时，单位质量流体的总机械能沿流线保持不变，（2分）通常沿不同流线积分常数值有所不同。（1分）3 .公式S=（M/1）.说明了什么问题？答：说明了变截面管流中，气体速度与通道截面积的关系。（1分）如要满足包>0即气体流经通道，速度增加，则当MaVl时，<0,应采用渐缩喷VAVid/Vid管；（2分）而当Mo>l时，丝>0应采用渐扩喷管；（2分）Ma=I时，=0,喉AA部。（1分）4 .公式；=（）,适用于什么场合，有何含义？答：适用于定常流动，（1分）不可压流体。（1分）它表明流场中三个方向的分速度沿各自坐标轴的变化率相互约束，不能随意变化。亦可说，流体在x,y,z三方向上的变形速率之和等于零。即在流动过程中不可压流体的形状虽有变化，但流体体积保持不变。（4分）四.分析证明题（共24分，每小题12分）评分人1.己知不可压粘性流体绕圆球流动，阻力FD与球的直径d、来流速度Uo、流体的密度P、动力粘度口有关，试用方定理推求阻力FD的表达式。解：/（Fad,Ug。,JU）=O选d,Uo,P为独立基本量纲，可以组成53=2个/项da'U0bipe'da2U0b2pc2（2分）写成量纲式M1.T-2=1.'1.T1.Tc按量纲和谐原理求指数，对1.:1=%+431联立求解得：q=24=2c1=1(1分)所以，/=FD(2分)d2pU1同理：M1./T=1.-21.T-T2M1.TC21.:-1=6z2+br3qT:-l=-b2联立求解得：a2=b2=。2=1（1分）（2分），1)=。阻力七=HoUg(Rc)或FD=O(Re)EXfd2'晔，令CD=（KR尚）,A=%，,贝U：FD=CDA（4分）11422.试证明流体通过两流线间单位高度的体积流量等于两条流线的流函数之差。证：在x-y平面上任取A和B点，AB连线如图所示，则cB-T/=VM/回一T一一Iaxi+J-dxj=vxdy-vyd,dyHdxyx（A-B为使d巾与弱V同号）得分评分人五.计算题（共32分，1小题8分）1 .空气从炉膛入口进入，在炉膛内与燃料燃烧后变成烟气，烟气通过烟道经烟囱排放到大气中，如果烟气密度为0.6kgm3,烟道内压力损失为82/2,烟囱内压力损失为26q22,求烟囱出口处的烟气速度V和烟道与烟囱底部接头处的烟气静压p。其中，炉膛入口标高为Om,烟道与烟囱接头处标高为5m,烟囱出口标高为40m,空气密度为1.2kg11.解：（1）列炉膛入口截面1和烟囱出口截面2的伯努利方程:(2分)V2V2P+Py+PW=p2+-+z2+Pw其中：v1=O；v2=V：z1=0;Z2=40Pl=Pa；Pl=PaPag（Zzj,（Pa为大气压力，该式是两截面处的静压关系，由烟囱外处于静止状态与烟囱等面差的空气建立静平衡方程求得）（1分）222(2分)整理得：（金一。）gZ2=勺+8勺+26勺=6.725(Nm2)2烟囱出口烟气速度:V=2×6.725/0.6=4.735(ms)(1分)（2）同理，列烟道出口和烟囱出口的能量方程，此时=52=40,得(2分)p+(1.2-0.6)X9.806X(40-5)+勺=§-+26勺解得：=-31.1（Pa）（表压）2 .对于X=2肛,4,=/+/一,2的平面流动，问：（1）是否有势流动？若有势，确定其势函数（2）是否是不可压缩流体的流动？（3）求流函数力解：（1）由=!（-吃一半）=!（2x-2x）=0知为有势流动，存在势函数，（1分）2oxy2d=udx-udy,=Ix2y+a2y+c（3分）（2）由+=2y-2y=0知为不可压缩流体的流动，存在流函数，（1分）（3）d"=uxdy-uvdX,=xy2-（a2x+x3-xy2）+c=Ixy2-2x-x3+c（3分）3 .己知大气层中温度随高程H的变化为：T=288-aH,式中a=00065Km,现有一飞机在100OOm高空飞行，飞行马赫数为1.5。求飞机的飞行速度。解：T=288-0.0065l0000=223K,（2分）a=4kK=1.4×287×223=299.33m/s（4分）=Km=1.5x299.33=449m/s（2分）4 .一底面积为45x50cn,高为ICm的木块，质量为5kg,沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度U=Ims,油层厚度0.05cm,斜坡角22.62。（见图示），求油的粘度。解：木块重量沿斜坡分力F与切向力T平衡时，等速下滑mgsin6=T=A-dymgsin_5×9.8×sin22.620.0419PasA-0.5×0.45×0.0005
