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流体力学试卷5及参考答案 一、简答题。简要解释下列各名词或概念(共32分,每小题4分) 真空度：当相对压力为负值时，称其绝对值为真空度。 2. 理想流体:不考虑流体的粘性，并忽略其可压缩性的流体。 3. 紊流：流体质点不仅在轴（横）向而且在纵向均有不规则脉动速度，流体质点杂乱交错的混沌流动现象，称为紊流。 4. 迹线：就是流体质点的运动轨迹。 5. 粘性：物体运动时，其内部质点沿接触面相对运动，产生内摩擦力以抗阻流体变形的性质，就是流体的粘性。 6. 水力长管：流动中局部损失与沿程损失相比较而可以忽略不计时，称为水力长管。 或：流动中，局部损失与出口速度水头之和小于沿程损失的5%时，可以忽略不计，称为水力长管。 7. 水力粗糙管：层流边层的厚度小于管壁的绝对粗糙度的流管称为水力粗糙管。 8. 量纲：也称因次，它是表征各类物理量类别的标志，如密度、速度、时间和力等。 二．雷诺数Re有什么物理意义？它为什么能起到判别流态的作用？（7分）反映了惯性力（分子）与粘性力（分母）作用的对比关系。 （2）Re较小，反映出粘滞作用力大，对流体的质点运动起子着约束作用，因此当Re小到一定程度时，质点呈现有次序的线状运动，互不混掺，也即层流形态。当流动的Re数逐渐加大时，说明惯性力增大，粘滞力的控制作用则随之减少，当这种作用减弱到一定程度时，层流失去了稳定，流体质点离开了线状运动，从而形成了紊流流态。所以雷诺数Re能起到判别流态的作用。 三、实际流体与理想流体在能量方程上有什么区别？实际流体中总流和元流的能量方程有什么区别？(8分) 答：（1）实际流体能量方程上多了一项能量损失项。 （2）元流的能量方程 实际流体中总流的能量方程 总流的能量方程中的V为过流断面的平均流速，α为过流断面的动能修正系数。而元流的能量方程中的V为流体的流线速度。 四．计算题(共53分) 1．一铅直矩形平板AB如图4所示，板宽为1.5米，板高h=2.0米，板顶水深h1=1米，求板所受的总压力的大小及力的作用点。； (10分) 解：板形心点距液面的高度为： hc= h1+h/2=1+2/2=2(米) (2分) 板所受的总压力为： P=γhcA=9800(N/m3)*2(m)*(1.5*2.0)(m2)=58800N (4分) 总压力的作用点:==2+=2.17m (4分) 2．流量的水流过的收缩弯管（在水平面内），弯管进口直径 ，压力，弯管出口直径。设流动定常，不计阻力损失，求水流对弯管壁的作用力？(15分) 以水平方向为X轴，以右向为正方向。以垂直方向为Y轴，以上方为正方向。 （1分） （1分） 判别流态： 雷诺数：，紊流 （1分） 在断面1—1和2—2建立伯努里方程： （3分） 由题意： ，，取 整理得： （2分） 取1－1，2－2两断面及其间的管内壁为控制面，对控制体建立动量方程： 在x轴方向： （2分） 得： （1分） 在y轴方向： （2分） 得： （1分） 则 则水流对弯管壁的作用力为，其方向与弯管壁对水流的作用力相反。（1分） 4．有压管路中压力损失Δp与管长l，管径d，管壁粗糙度Δ，流体运动粘度ν，密度ρ和平均速度u有关。试求Δp的表达式。（13分） 解：将压力损失Δp表示为其余6个变量的函数 在7个变量中，基本量纲数位3（L,T,M）因而选择3个基本变量，不妨取 管径d 平均流速u 密度ρ （2分） 用未知指数写出无量纲数 （3分） 用各量纲代入，导出量纲公式 （3分） 对每一个写出量纲和谐方程组 （1分） （1分） （1分） （1分） 根据定理得，即， 式中函数的具体形式由试验确定。 （1分） 1