《工程流体力学》试卷(含答案)

题号 得分 评阅人 一 二 三 四 总分 《工程流体力学》试卷

试卷说明：重力加速度取10m/s2,水的密度取1000kg/m3，水银密度取13.6×103kg/m3，标准大气压取0.1Mpa，动能修正系数和动量修正系数均取1，π取3.14，所有计算结果均保留两位不为零小数（即小于0.1的保留两位有效数字）。

一、填空题（共5空，每空2分，共10分）

1. 压力输水管模型实验，长度比尺,4，模型流量与原型流量之比应为（ ）；如果是明渠流实验，模型流量与原型流量之比应为（ ）。 2. 长管各并联管段的（ ）相等；各串联管段的（ ）相等。 3. 水泵汽蚀现象发生的原因是（ ）。 二、判断题（每题2分，共10分）

1. 应用动量方程时，流体所受合力不应考虑质量力。（ ） 2. 流线是欧拉法的描述，迹线属于拉格朗日法的描述，二者 是没有关系的。（ ）

3. 流线是一组同心圆的流体一定属于有旋流动。（ ）

4. 雷诺实验中，层流过渡到紊流有一个过程，紊流过渡到层流则是突然变化。（ ）

5. 大部分局部阻力系数需要通过实验得到，小部分可以计算得到。（ ）

三、单项选择题（每题2分，共10分） 1. 运动粘度ν的国际单位是（ ） A．kg/m B．m/s2 C．m2/s D．N/m2

2.均匀流（ ）

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A．迁移加速度为0 B．当地加速度为0 C．流速不随时间变化 D．各点流速均相同

3. 雷诺数的物理意义表示（ ） A．黏滞力与重力之比 B．重力与惯性力之比 C．惯性力与黏滞力之比 D．压力与黏滞力之比

4. 比较在正常工作条件下，作用水头H，直径d相等时，小孔口的流量Q和圆柱形外管嘴的流量Qn（ ） A．Q>Qn B．Q5. 下图中曲面ABCD的压力体绘制，正确的是（ ）

A．

D．以上均不正确

B．C．

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四、计算题（共7题，每题10分，共70分）

1. 如图所示的皮托管，测量风管中空气的点流速，若图中U形水柱计液柱高差为1cm，空气密度为1.2kg/m3，求测点空气流速。

2. 如图所示的矩形闸门，高h=3m，宽b=2m，上游水深h1=6m，下游水深h2=5m，求闸门上的静水压力和作用点。

3.如图所示，由高位水箱向低位水箱输水，已知两水箱水面的高差H=3m，输水管的直径和长度分别为d1=50mm，l1=25m，d2=100mm，l2=25m，沿程摩阻系数λ1=0.025，λ2=0.015，阀门的局部水头损失系数ξv=3.0，管道入口的局部阻力系数取0.5。试绘制总水头线和测压管水头线。

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1

2

4.如图所示的自然排烟锅炉，烟囱直径d=1m，高度30m，烟气密度ρ=0.7kg/m3，空气密度ρa=1.2kg/m3，烟囱的沿程阻力系数λ=0.035，不计局部阻力，假设1-1断面速度可以认为是0，求烟气流量。

5. 如图所示，矩形断面的平底渠道，其宽度B为3m，渠底在某断面处有抬高0.5m的底坎，该断面上游水深2m，下游水面降低0.15m，如忽略边壁和渠底阻力，试求：（1）渠道的流量；（2）水流对底坎的冲力。

6. 一个潮汐模型，按弗劳德准则设计，长度比尺λl=500，问原型中的一天，相当于模型时间是多少？

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7. 如图所示，水泵向水塔抽水，管路长度2000m，管径300mm，沿程阻力系数0.02，水面和水塔水面高差20m，流量是0.1m3/s，求水泵扬程。

一、填空题

2.答案：1/4，1/32 4.答案：阻力；流量

6.答案：水泵吸水高度过高，造成水泵入口负压较大，使部分水气化形成气泡，气泡在叶片区域突然受压溃灭，水填充气泡区域，对水泵叶片造成损害。

二、判断题 错错错错对

三、单项选择 CACBC

四、计算题（结果正确则可给代入公式计算过程的得分，结果错误则需要分析代入过程是否正确确定得分）

1.答案：测点动压为：Pv=ρav2/2=ρ水gh……（6分，两个公式各3分）

∴测点速度v=2水gh/a=210100.01/1.2=12.91（m/s）……（4分，公式2

3分，代入1分，结果1分）

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2.答案：在闸门两侧做压强分布图：

……（6分，两侧压强分布各1.5分，和压强分布3分）

由图算法可知，闸门上的压强分布式均匀的，闸门受到的静水压力为ρg（h1-h2）S=1×10×（6-5）×3×2=60（kN）……（2分）

作用点在闸门的形心，距水面4.5m。……（2分，写距闸门上沿距离1.5m等也给分） （本题用解算法也给分） 3.答案：

由左侧水箱进入管段1的局部阻力系数ξ1=0.5，……（1分）

管段1、2连接处的局部阻力系数ξ2=（A2/A1-1）2=（d22/d12-1）2=（0.12/0.052-1）2=9，……（1分）

由管段2进入右侧水箱的局部阻力系数ξ3=1，……（1分） 根据连续性方程：v1×d12= v2×d22 v1×0.052= v2×0.12 ∴v1=4v2（1）……（1分）

p1v12p2v22+=z2+++hw 选两水箱水面为1-1，2-2断面列伯努利方程，z1+g2gg2g式中，p1=p2=0，流速近似为0，z1-z2=H……（1分）

l1v12l2v22+1)+(2+2+v+3)∴H=hw=(1 d12gd22gv12v222525+0.5)+(0.015+9+3+1)=(0.025=3（2）……（1分） 0.052100.1210联立方程（1）（2）：

V2=0.52（m/s），V1=2.08（m/s）……（1分） 因此各点总水头损失分别为：

左侧水箱进入管段1局部损失0.11m， 管段1沿程损失2.75m，

管段1,2连接处局部损失0.144m， 管段2沿程损失：0.06m 阀门处局部损失：0.048m

管段2进入右端水箱局部损失：0.016m……（1分） 总水头线和测压管水头线图为：

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……（2分）

4. 答案：对1-1和2-2断面列气体伯努利方程：

gz1+p1+v122=gz2+p2+v222+pw……（2分）

g(z1-z2)+(p1-p2)+v12v122=v222+pw……（2分）

Hv22=+-gH+agH+……（2分） 22d20.7v22300.7v22-0.71030+1.21030+0=+0.035……（1分）

212解得：v2=14.46（m/s）……（1分）

所以烟气流量为：v2×d22π/4=11.35(m3/s) ……（2分）

5. 答案：对渠道上下列连续性方程： Q1=Q2

V1A1=V2A2

2 V1=1.35V2（1）……（1分）

对上下水渠表面流线列伯努利方程：

v22v12v220.15+=（2）……（1分）

2g2g联立（1）（2）可以求出v1=1.59m/s，v2=2.35m/s……（2分） 所以Q=9.54 （m3/s）……（1分） 对渠道上下列动量方程：

=1×9.54×（2.35-1.59）=7.25（kN）……（3分） P−F=Q（v2−v1）渠道上下的压力差：ΔP= p1S1-p2S2=32.66（kN）……（1分）

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所以水流对底坎的冲力F=32.66-7.25=25.41（kN）……（1分）

6.答案：

弗劳德数为Fr=v2/gl，Frp=Frm……（2分） vp2/glp= vm2/glm……（2分） vp2/ vm2=lp/lm=500……（2分） 时间相似比tp/tm=

lp/vplm/vm=lpvm0.5

=500=22.36……（3分） lmvp即模型中1天相当于原型0.04天。……（1分）

7. 答案：

水泵扬程H=Hg+hw……（2分）

lv2lQ220000.12=13.36(m) ……（6分，公式hw==1625=160.023.1420.35210d2gd2g2分，代入2分，结果2分）

所以水泵的扬程为20+13.36=33.36（m）……（2分）

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