哈工大2009秋季流體力學(xué)試卷及答案.doc

哈工大2009秋季一簡(jiǎn)答題（30分）1粘性及粘性的表示方法產(chǎn)生阻抗流體層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力的這種流體的性質(zhì)。三種表示方法：絕對(duì)粘度、相對(duì)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度2流線與跡線流線：某瞬時(shí)流場(chǎng)中的一條空間曲線，該瞬時(shí)曲線上的點(diǎn)的速度與該曲線相切。跡線：流體微元的運(yùn)動(dòng)軌跡。3斷面平均流速與時(shí)間平均流速斷面平均流速：時(shí)間平均流速：4層流與紊流層流：定向有規(guī)律的流動(dòng)紊流：非定向混雜的流動(dòng)5流體連續(xù)介質(zhì)模型以流體微元這一模型來(lái)代替實(shí)際由分子組成的結(jié)構(gòu)，流體微元具有足夠數(shù)量的分子，連續(xù)充滿(mǎn)它所占據(jù)的空間，彼此間無(wú)間隙，這就是連續(xù)介質(zhì)模型。6恒定與非恒定流動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)在每一時(shí)刻都不隨時(shí)間發(fā)生變化，則這種流動(dòng)為恒定流動(dòng)；流體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)在每一時(shí)刻都隨時(shí)間發(fā)生變化，則這種流動(dòng)為非恒定流動(dòng)。二推導(dǎo)直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性微分方程。（10分）在空間流場(chǎng)中取一固定的平行六面體微小空間，邊長(zhǎng)為，所取坐標(biāo)如圖所示。中心為點(diǎn)，該點(diǎn)速度為，密度為，計(jì)算在時(shí)間內(nèi)流入、流出該六面體的流體質(zhì)量。首先討論沿方向的質(zhì)量變化。由于速度和密度是坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，因此由而流入的質(zhì)量為：由面流出的質(zhì)量為因此，在時(shí)間內(nèi)，自垂直于軸的兩個(gè)面流出、流入的流體質(zhì)量差為：同樣道理可得時(shí)間內(nèi)，分別垂直于軸的平面流出、流入的流體質(zhì)量差為：因此，在時(shí)間內(nèi)流出、流入整個(gè)六面體的流體質(zhì)量差為對(duì)于可壓縮流體，在時(shí)間內(nèi)，密度也將發(fā)生變化，流體密度的變化同樣引起六面體內(nèi)流體質(zhì)量的改變。以表示質(zhì)量隨時(shí)間的增量，設(shè)時(shí)刻流體密度為，時(shí)刻流體密度為，則 由質(zhì)量守恒條件知 （注意正負(fù)號(hào)）故有整理得即為直角坐標(biāo)系下的連續(xù)性微分方程三由粘性流體微小流束的伯努利方程推導(dǎo)出總流的伯努利方程。（15分）如圖：1-1和2-2斷面為兩個(gè)緩變的過(guò)流斷面，任取一個(gè)微小流束，當(dāng)粘性流體恒定流動(dòng)且質(zhì)量力只有重力作用時(shí)，對(duì)微小流束的1-1和2-2斷面伯努利方程，得單位重力流體的總能量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)微小流束過(guò)流斷面1-1和2-2流體的總能量為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)總流流經(jīng)過(guò)流斷面1-1和2-2流體的總能量為前面講過(guò)在緩變過(guò)流斷面上，所有各點(diǎn)壓強(qiáng)分布遵循靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律：，因此在所取的過(guò)流斷面為緩變流動(dòng)的條件下，積分 （1）若以平均流速計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)過(guò)流斷面的流體動(dòng)能： （2）單位時(shí)間內(nèi)流體克服摩擦阻力消耗的能量中，為一無(wú)規(guī)律變化的值，但可令 （3）將（1）（2）（3）代入上式，并且已知不可壓流體，流量連續(xù)，得：等式兩邊同除，得到重力作用下不可壓縮粘性流體恒定總流的伯努利方程：四推導(dǎo)靜止流體對(duì)平面壁的作用力計(jì)算公式。（15分）為一塊面積為的任意形狀的平板，與液體表面呈角放置，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)取相對(duì)壓強(qiáng)。作用在微分面積上的壓力：作用在平面ab上的總壓力：由工程力學(xué)知：為受壓面面積A對(duì)OX軸的靜矩再由，故 即靜止液體作用在平面上的總壓力等于受壓面面積與其形心處的相對(duì)壓強(qiáng)的乘積。五如圖，盛水容器以轉(zhuǎn)速繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。容器尺寸，水面高，活塞質(zhì)量，不計(jì)活塞與側(cè)壁的摩擦，求螺栓組、所受的力。（15分）將坐標(biāo)原點(diǎn)C取在液面處，則液面方程設(shè)液面上點(diǎn)處壓強(qiáng)為，則則求螺栓組A受力：在上蓋半徑為處取寬度為的環(huán)形面積，該處壓強(qiáng)為上蓋所受總壓力為方向垂直向上。螺栓組B受力：下底處壓強(qiáng)為下底受總作用力： 方向垂直向下。六將一平板深入水的自由射流內(nèi)，垂直于射流的軸線。該平板截去射流流量的一部分，引起射流剩余部分偏轉(zhuǎn)角度。已知射流流速，全部流