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华中科技大学流体力学（I）试卷（B卷）

（闭卷考试）

2017年11月12日

姓名: 学院： 班级: 学号： 题号 满分 评分 一 20 二 10 3三 12 四 12 五 12 六 12 七 12 八 10 总分 100 注：水密度??1000kg/m，空气绝热指数??1.4，空气气体常数R?287 J/(kg?K)，重力加速度

g?9.8m/s2。

一、选择最佳答案填空（每空只选择一个答案，每空2分，共20分） 1. 以下哪种流体最不应该忽略粘性力（ C ）

A. 理想 B. 静止 C. 运动中的实际流体 2. 以下说法错误的是（ A ）

A. 理想流体没有粘性，故没有剪切力而只受拉力或压力作用 B. 流体的动力粘度越大，粘性切应力越大 C. 流体层间速度梯度越大，粘性切应力越大 D. 在理想流体中压强大小与作用面的方向无关 3. 流体连续方程表示流体运动的（ C ）守恒

A. 动量 B. 能量 C. 质量

4. 水平管道的截面逐渐缩小，管内水流的压强沿流动方向（ B ）

A. 逐渐増大 B. 逐渐减小 C. 不变化 5. 水在圆管中流动，层流或湍流取决于（ A ）

A. 雷诺数 B. 马赫数 C. 付鲁德数

6. 管道水流状态在湍流粗糙区域，沿程损失系数与（ C ）有关

A. 雷诺数 B. 雷诺数和管壁相对粗糙度 C. 管壁相对粗糙度 7. 气体的（ B ）是等熵流动

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A. 无摩擦流动 B. 无摩擦绝热流动 C. 绝热流动

8. 运动粘度??10?6m2/s的水在直径d?0.05 m的圆管内流动，为了保证水流为层流，水流量

Q的最大值为（ A ）m3/s

A. 9?10?5 B. 9?10?4 C. 9?10?3

9. 如果流动不受温度的影响，一般最多会涉及到几个基本量纲？（ C ）

A. 2个 C. 3个 D. 4个 10.沿程损失系数的量纲是（ C ）

A. [L T-1] B. [L] C. 无量纲

二、（10分）有两个圆盘在静止的水平平板上以等角速度?旋转。如下图所示，圆盘的半径分别为R和2R，平板与圆盘间充满动力粘度为?的薄层液体。已知液层厚度为?，试估计两个圆盘上受到的阻力矩M的比值。

解：

对于半径为R的圆盘，旋转角速度为

????r?,且dA?2?rdr ?2???r2?dF???dA??dr ?dM?r?dF?2???r3?dr

同理，对于半径为2R的圆盘，旋转角速度为的阻力矩

所以两者力矩的比值为1：16

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三、（12分）如图所示闸门，截面形状为四分之一圆弧，可绕铰O转动，闸门半径r=3m，宽b=4m，且h=6 m，如要使闸门关闭，则需要至少多大的力F？不计闸门自身重量及摩擦力。四分之一圆的形心位置如图所示：xc?yc?4r。 3?

解：

水对闸门的作用力：

水平方向： Fh?1000?9.8?(6?1.5)?3?4?882000 N（右）

3.14?32?4)?705600?276948?982548 N（上） 竖直方向： Fv?1000?9.8?(6?3?4?4水平分力作用点距离液面的距离：

1?4?33yD?7.5?12?7.6 m

3?4?7.5则对铰的力臂为：7.6-6=1.6m

竖直方向的力分为两部分，上部分作用力对铰的力臂为1.5m；下半部分力臂为：

3?4?3?1.726 m

3?3.14则有

3F?705600?1.5?276948?1.726?882000?1.6?0 解得，F=982537.42 N=982.54 KN

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四、（12分）如图所示为阀门结构与内部流体流动示意图，灰色区域为阀杆。流体介质为水（不可压缩），从1-1截面流入阀腔，沿着x轴向运动，从2-2截面流出阀腔，角度θ=60°，A1、A2分别为1-1圆形截面、2-2圆形截面通流面积，且A1=A2。此外，1-1圆形截面直径D=40 mm，流量Q1=1000 L/min。不计重力和水头损失；阀杆除x轴向以外其它方向受力平衡，忽略其它方向受力。试求水流对阀杆产生的x轴向作用力大小及其方向。

解：

连续性方程Q1=Q2=1000L/min=1/60m/s

因A1=A2，

3Q21/60?4故v1=v2=?m/s?13.26m/s 2A2??0.04利用动量方程可得1-1截面至2-2截面控制体内流体所受作用力为：

Fx=?Q(?v2cos??v1cos90?)=?1000?1/60?(13.26?cos60??0)N??111N由此可得，Fx方向为沿x轴负方向，即向左。

因此，由作用力与反作用力关系得，水流对阀杆轴向产生的作用力大小为111N，方向向右。

五、（12分）如图所示为文丘里管和U形管差压计。管内介质为水，已知水银差压计液面高度差管的流量。 解：

取如图1-1和2-2截面，由伯努利方程，

，水银密度

，

，不计能量损失，求文丘里

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- 由连续性方程

六、（12分）求如图所示管路系统中的输水流量qV，已知H?24，l1?l2?l3?l4?100m，

d1?d2?d4?100m，d3?200m，?1??2??4?0.025，?3?0.02，?阀?30。

解：

断面能量方程：

l1V12l2V22l4V42...............................................（1） H??1??2??4d12gd22gd42g由并联管流特点：

?2???2d2V2?d32V3?d12V1?d4V4.................................................（2） 4444l3V32V32l2V22............................................................（3） ?2??3??阀d22gd32g2g联立（1）（2）（3）并代入已知条件解得：

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