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河南理工《流体力学与流体机械》

河南理工大学2005－2006学年第2学期

《流体力学与流体机械》试卷（A卷）考试方式：闭卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70 %

复查总分总复查人

一、填空（每空1分共12分）

1. 压强以完全真空为基准计量时称为：绝对压强，以当地大气压为基准

时称为：相对压强。

2.紊流流动的流动阻力和层流时不同，它包括：牛顿内摩擦力和：附加

切应力两部分。

3. 沿程阻力与流速、密度、管长、管径、粗糙度、动力粘度有关。当取L,M,T

为基本量纲时，可组成的π参数有____3___个。

4.流体力学的相似主要包括__几何相似_,_运动相似_,动力相似_。

5.泵与风机中能量转换时的损失可分为_水力损失_，容积损失__,__机械

损失_。6. 在我国泵行业中习惯用的比转速的表达式n s=3.65q1/2/h3/4_。

二、选择题（每题2分共20分，答案填在题后的括号内）

1. 单位体积液体的重量称为液体的______, 其单位______。( B )

A 容重N/m^2

B 容重N/M^3

C 密度kg/m^3

D 密度N/m^3

2.仅在重力作用下,静止液体中任意一点对同一基准面的单位势能为_______.( B )

A.随深度增加而增加；

B. 常数

C. 随深度增加而减少；

D. 不确定。

3. 某点压强为1.0kgf/cm^2,用国际单位表示该处的压强为______kPa。( B )

A.100;

B.98;

C.1000;

D.980

4. 均匀流是: ( B )

A:当地加速度为零B:迁移加速度为零C:向心加速度为零D:合成加速度为零

5.粘性流体总水头线沿程的变化是: ( A )

A:沿程下降B:沿程上升C:保持水平D:前三种情况都有可能.

6. 在紊流粗糙管区中：( C )

A：层流底层覆盖粗糙高度 B：沿程阻力系数只取决于雷诺数

C：沿程水头损失与流速的平方成正比D：沿程阻力系数与相对粗糙无关

7. 设模型比尺为1:100 ,符合重力相似准则，如果模型流速6m/s,则原型流速_______m/s. ( C )

A 600

B 0.06

C 60

D 600000

8.泵原动机的输入功率为( B )

ρgq v H

1000

ρη

gq v H

1000 C. ρηη

gq v H

1000 D. ρηηηgq v H tm g 1000 9.当流体以α1=90°的方向进入叶轮时，离心式泵的无限多叶片的理论扬程

为( A )

A. g

u H u T ∞

∞=

,22,υ B. H u g

T u

,∞=

22υ C. H w g

T u ,,∞∞=

22υ D. H w g T u ,∞=22υ

10.对β2e >90°的前弯式叶片，q vT －H T ∞的关系曲线为( B )

A.水平直线

B.自左向右上升的直线

C.自左向右下降的直线

D.自左向右下降的曲线

三、简答题（每题4分共12分

1. 流体静压强有那些重要特性？

1.I ：流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。2分

II ：静止流体中任一点流体静压强的大小与其作用面在空间的方位无关只是

该点坐标的函数。-------------------------------------------------2分

2. 什么是水力光滑管?

管壁粗糙度用ε表示,粘性底层的厚度用δ表示,当δ>ε时,性底层完全淹没了

管壁的粗糙部分,这时粘性底层以外的紊流区域完全感受不到管壁粗糙度的影响,流体好像在光滑的管子中流动一样，这种情况的管内流动称作“水力光滑”。

3.什么是汽蚀现象？它对泵的工作性能有何危害？

液体在叶轮中流动时由于流体压力降低产生的气体或液体中溶解的气体析出，对叶轮起腐蚀作用，我们把汽泡的形成，发展，和破裂以致材料受到破坏的全部过程称为汽蚀现象。————————（2分）材料造成破坏产生噪声或震动

流道堵塞扬程下降效率降低 ———————（2分）

三、计算题（共56分）

1．如图，在两块相距20mm 的平板间充满动力粘度为0.065（N ·s ）/m2的油，如果以1m/s 速度拉动距上平板5mm ，面积为0.5m2的薄板（不计厚度），求需要的拉力（10分）。

解 δ

μμ

τu

dy du ≈= (3分) 平板上侧摩擦切应力：13005.01

065.01=?

=τ（N /m 2） (3分) 平板下侧摩擦切应力：33.4015

.01

065.01=?

=τ（N /m 2） (3分) 拉力：665.85.0)33.413()(21=?+=+=A F ττ（N ）

(1分)

2.如图所示，有一直径=d 12cm 的圆柱体，其质量=m 5kg ，在力=F 100N 的作用下，当淹深=h 0.5m 时，处于静止状态，求测压管中水柱的高度H 。（10分）

[解] 圆柱体底面上各点所受的表压力为：

3.131844

/12.014.3806

.951004/22=??+=+=

d mg F p g π（Pa ）

由测压管可得：

)(h H g p g +=ρ

则：84.05.0806

.910003

.13184=-?=

h g

p H g

ρ（m ）

3．水银差压计连接在水平放置的文丘里流量计上，今测得水银面高度差h ?＝

80mm,已知D=10cm ，d=5cm 。（不考虑损失），求水通过流量计的流量是多少？(14分)

解: 对1-1,2-2列伯努力方程:

2211

22w

p p v

+----------------------5分

其中

d v v D =??

???

即: v 2=4v 1-------------------- 7分

且

()

1.006m w

h m p p

γγγ

?--=

代入方程:

v 1=1.147m/s

则Q=v 1A 1=9l/s ------------------------------------------10分

4.已知某离心风机转速为1000r/min ，叶轮外径为600mm ，出口叶片安装角45度，出口轴面速度20m/s ，法向入口，空气密度为1.2kg/m 3。欲满足600Pa 的全压要求按无穷叶片数考虑该风机能否满足。（12分）

解：速度三角形如图，有题可得（2分） u 2=2πnr/60

=2π*1000*0.3/60 =31.4m/s （2分） c u2=c r2*ctg 45o

=20 m/s （2分）由欧拉方程得 )(1122u u c u c u p -=ρ =1.2(31.4*20-0) =753.6Pa （3分）

风机所产生的全压大于所需的全压，故能满足要求。（3分）

5.某水泵允许吸上真空度为

6.5米，吸水管流速为3.15米/秒，吸水管水头损失0.5米。现将水泵安装于距水面5.8米处，问水泵能否正常工作。（10分

解：根据水泵安装高度计算公式有

Hz=[Hs]-v 2/2g-hl5 =6.5-3.152/2g-0.5 =5.5m （7分）

为保证水泵正常工作，不发生气蚀，安装高度不应超过5.5米，现将其安装于距水面5.8米处，不能保证水泵正常工作。（10 河南理工大学2005－2006学年第2学期

《流体力学与流体机械》试卷（B卷）考试方式：闭卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70 % 复查总分总复查人

一、填空（每空1分共12分）

1. 温度对流体粘性的影响很大，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的

粘性则增大。

2. 根据牛顿内摩擦定律，作用在流层的切向应力应与_速度梯度_成正比，其比例系数称为_动力粘度。

3. 某点的真空度为65000 Pa，当地大气压为100kpa，则该点的绝对压强为35000。

4.研究流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法两种。

5．设管道的直径为d，半满管流的水力半径R= R/4。

6.叶轮是离心泵的能量转换元件，它的形式有前弯、径向、后弯三种。

二、选择题（每题2分共20分，答案填在题后的括号内）

1. 单位体积液体的重量称为液体的______, 其单位______。( B )

A 容重N/m^2

B 容重N/M^3

C 密度kg/m^3

D 密度N/m^3

2.弗劳德数的物理意义为( A )A. 惯性力与重力之比 B. 惯性力与黏滞力之比

C. 压力与惯性力之比

D. 黏滞力与重力之比

3. 静止的水仅受重力作用时，其测压管水头线必为_______。( A )

A.水平线；

B.直线；

C.斜线

D.曲线

4.等压面与质量力关系是：( C )

A 平行

B 斜交

C 正交

D 无关

5. 在紊流粗糙管区中：( C )

A：层流底层覆盖粗糙高度 B：沿程阻力系数只取决于雷诺数

C：沿程水头损失与流速的平方成正比D：沿程阻力系数与相对粗糙无关

6. 垂直放置的矩形平板挡水,水深3m,静水总压力P的作用点,到水面的距离y为: ( C )

A:1.25m B:1.5m C:2m D:2.5m

7. 圆管流动过流断面上的切应力分布为: ( B )

A:过流断面上是常数.

B:管轴处是零,且与半径成正比.

C:管壁处是零,向管轴线性增大.

D:按抛物线分布.

8.离心式泵的叶轮流道内流体的绝对速度可分解为( B )

A.圆周速度和牵连速度

B.圆周速度和相对速度

C.径向速度和牵连速度

D.径向速度和相对速度

…

9.某台水泵在转速不变时，当输送的水温度增加时，其轴功率( B )

A.增加

B.降低

C.不变

D.先降低，后增加

10.当流体以α1=90°的方向进入叶轮时，离心式泵的无限多叶片的理论扬程为( A )

A. H

∞

=22

B. H

,∞

=22

C. H

∞

=22

D. H

,∞

=22

三、简答题（每题4分共12分）

1．如图所示，p表示绝对压强，a p表示大气压强，试在图中括号内填写所表示的压强。（4分）

相对压强

绝对压强、真空度

绝对压强

2. 什么是水力粗糙管?

管壁粗糙度用ε表示,粘性底层的厚度用δ表示,当δ<ε时,管壁的粗糙部分有

一大部分暴露在紊流区中,(2分)管壁粗糙度对流体的流动发生影响,这种情况的管内流动称作“水力粗糙”，这种管道简称水力粗糙管。(4分)

3.什么是汽蚀现象？它对泵的工作性能有何危害？液体在叶轮中流动时由于流体压力降低产生的气体或液体中溶解的气体析出，对叶轮起腐蚀作用，我们把汽泡的形成，发展，和破裂以致材料受到破坏的全部过程称为汽蚀现象。————————（2分）

材料造成破坏

产生噪声或震动

流道堵塞扬程下降效率降低———————（2分）

三、计算题（共56分）

1．如图，在两块相距20mm的平板间充满动力粘度为0.065（N·s）/m2的油，如果以1m/s速度拉动距上平板5mm，面积为0.5m2的薄板（不计厚度），求需要的拉力（12分）。

解

≈

= (3分)

平板上侧摩擦切应力：13

005

065

τ（N/m2） (3分) 平板下侧摩擦切应力：33

015

065

τ（N/m2） (3分) 拉力：665

5.0

)

(

)

(

Fτ

τ（N） (1分)

2. (10分)盛水容器中A点的绝对压力为1.8个工程大气压。若在该点左侧器壁上安装测压管，问环境大气压力1工程大气压下，至少需要多长玻璃管？若在该点右侧安装水银测压计，问水银柱高差为多少？已知，水银重度γ=13

3.28kN/m3,hˊ=0.2m。

解：由静力学基本方程知：

p A=p a+γH （2分）

故 H=p A/γ-p a/γ=10×1.8-10=8米

（5分）

同理

h=γ( p A /γ-p a /γ+ h ˊ)/ γm

=9800（18-10+0.2）/133280=0.603米（10分）

3.（10分）今有一台单级单吸离心泵，其设计参数为：转速n=1800r/min 、流量qv=570m3/h 、扬程H=60m ，现欲设计一台与该泵相似，但流量为1680m3/h ，扬程为30m 的泵，求该泵的转速应为多少?

n s =3.65

n q H v 34

36518005703600

601213//.().=??=

新设计泵的转速 n=n s H 3/4／(3.65q v ) =

12133036516803600

34.()./??

=624r/min5．（14分）有一水泵吸水管内径d=50mm ，总长L=6m ，吸水高度H=3m,泵的流量Q=15m 3

/h ，管路中有弯头一个局部损失系数为ξ＝0.5，底阀一个ξ＝5.0，且沿程阻力系数λ＝0.03。试求泵入口处的表压力。解：取自由液面和泵的入口处分别为1-1，2-2截面，对二截面列伯努利方程：

H H v

Z v

p Z j f g

+++

2222

1ρρ________________4分

其中，v 1=0，v 2=

s m Q

d /12.222

≈??

? ??π，--------------------------------2分

p 1=p a, Z 1=0 Z 2=3m

d l

v H

2λ=

g v v H j 222

+=———4分（结果正确）代入方程得：p 2=49160pa ——————————————— 2分

4.（10分）20Sh －13型离心泵，吸水管直径d1=500mm ，样本上给出的允许吸上真空高度Hs ＝4m ，吸水管的长度L 1=6m ，局部阻力的当量长度Le=4m ，沿程阻力系数λ＝0.02

5.试问泵的流量qv=2000m3/h ，泵的安装高度H=3m 时是否能正常工作.（在当地工作条件下水的汽化压力为0.43米水柱，大气压力为9.4米水柱）

4.解：

因为2.6〈3，所以水泵不能正常工作。