2000-2001年--中国石油大学(北京)--工程流体力学--期末试卷含详

中国石油大学（北京）2001—2002学年第一学期

《工程流体力学》期末考试试卷A（闭卷考试）

班级： 姓名： 学号： 分数：

(试题和试卷一同交回)

一、简答题(20分，每题4分) ① 流体力学中连续性假说 ② 流体静压力的两个重要特性 ③ 研究流体运动的两种方法及其区别

④ 系统、控制体及其区别

⑤ 流线、迹线

二、计算题

1、 如图所示，一铅直矩形闸门两测均受到静水压力的作用，已知h1＝4.5m，h2＝2.5m，闸门宽度1m，求作用在闸门上的静水总压力大小及作用点。(10分)

2、 已知：x ae 2t，y b(1 t)2

，z ce2t(1 t) 2。

求：1）流体的速度场；

2）t=0，通过(1，1，1)的流线； 3）t=0，通过(1，1，1)的迹线。（15分）

3、 密度为 的三股不同速度的不可压缩流体通过一段水平圆管混合后，速度、压力都均匀，如图所示。若三股速度流面积均为A/3，速度分别为u、2u、3u，不计摩擦，求单位时间内动能损失。（15分）

4、 充分发展的粘性流体层流，沿平板下流时，厚度b为常数，且度为g，求其流速分布关系式。（15分）

p

＝0，重力加速 x

5、 等强度的源汇与均流叠加，求叠加后的势函数、流函数，画出流线谱及驻点位置。 （15分）

6、 如图所示管路系统，管道均为铸铁管，沿程摩阻系数λ＝0.024，各管段长度、管径如图所示。（a）若管道总流量为0.56m3/s，求A到D点总能量损失；（b）如果用一根管道代替并联的三根管道，若保证流量及总能量损失不变，求管道3的管径。（10分）

A卷答案

一、 简答题

1、 在流体力学上假定流体质点在微观上充分大，宏观上又充分小，它完全充满所占空间，

没有空隙存在。这种假定摆脱了复杂的分子运动，着眼宏观运动。 2、 一、静压力方向永远沿着作用面内法线方向。

二、静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等，与作用面方位无关。 3、 研究流体运动的方法主要有两种：

一、拉格郎日法：把流体质点作为研究对象，跟踪一个质点，描述它 运动的历史过程，并把足够多的质点运动情况综合起来，可以了 解整个流体的运动。

二、欧拉法主要研究流场中的空间点，观察质点流经每个空间上运动 要素随时间变化的规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流 体运动的规律。

4、 系统是一团流体质点的集合，它始终包含着相同的流体质点，而且具有确定的质量。控

制体是指流场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面。控制体的形状和位置相对于所选定的坐标系统是固定不变的，它所包含的流体的量可能时刻改变。 5、 把某一质点在连续时间过程内所占据的空间位置量成线，就是迹线，迹线就是流体质点

在一段时间内运动的轨迹线。一般用拉格郎日发法研究。流线是某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切，一般用欧拉法研究。

二、计算题

1、解：分左右两部分计算

左部分：水平分力：Px1 hc1Ax1＝9800×3×（6×1）=176400牛顿 垂直分力：Pz1 V=9800×1×（0.5×3.14×36÷4）=138474牛顿 合力 P1=224259牛顿

右部分：水平分力：Px2＝9800×1.5×3×1=44100牛顿 垂直分力：Pz2=69237牛顿 合力： P2=82089牛顿

总水平分力：Px=176400－44100=132300牛顿 总垂直分力：Pz=138474+69237=207711牛顿 合力： P=246266牛顿 2、解：（1）ax

xx1

0 0 0 2

(1 t)(1 t)(1 t)2y22y

v 1 t(1 t)(1 t)

ay

az

3z36z

w

1 t1 t(1 t)2

（2） r r(a,b,c,t)

dxx x (1 t)c1 dt1 tdy2y y c2(1 t)2 v

dt1 tdz3z z c3(1 t)3 w

dt1 t

u

当 t=0时，a c1 b c2 c c3

所以：x a(1 t)，y b(1 t)2，c c(1 t)3 ax 0 ay 2b az 6c(1 t) （3） 流线：

dxdydz x2 c1y， x3 c1z x2y3z

迹线：x a(1 t)，y b(1 t)2，c c(1 t)3

2A5 v u 335222A2A P)A (u)A u (3u) 动量守恒：(P 12

333

3、解：质量守恒：vA 3u A/3 u ＝ u2A

2

PP2(u22A(3u)2A5u)1

E (gz ) u (gz ) 3u (gz ) uA

23 23 23

8

9

P1

＝(P1 P2)uA＋

5

313635

uA= u2A 546

4、解：根据N-S方程

d2u g

2

dr

积分： u 根据边界条件：

y 0，u 0，c2 0 y ，

g2

y c1y c2 2

du g 0， dr 代入，得 u

g2 y1y2 b() () b2b

Qr2

ln() 2 r1Q

( ) 2 21

5、解：势函数： u0x

流函数： u0y r2 (x a)2 y2 r1 (x a)2 y2 r x2 y2 驻点坐标：XA,B a2

，YA,B 0 U0

6、解：根据并联、串联管路的特点，得： Q1 Q2 Q hf1 hf2 hf3 把数据代入，得： Q2 46.8升/秒 Q1 53.2升/秒 hf1＝6.0米