2014年北京科技大学考研试题工程流体力学

北京科技大学
2014年硕士学位研究生入学考试试题=============================================================================================================试题编号：842试题名称：工程流体力学（共4页）
适用专业：流体力学说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。

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一、问答题（45分）
1、说明液体和气体的粘度随温度的变化规律，并解释其原因。

（4分）
2、简述研究流体运动的两种方法及其关系。

（6分）
3、简述什么是物质导数。

物质导数表达式如下:
DN N N N N u w Dt t x y z
υ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂，对其两部分进行解释。

（4分）4、写出相似准则中弗劳德（Froude）数、欧拉（Euler）数和雷诺（Reynold）数的计算公式，并分别说明这三个相似准则数的物理意义。

（6分）
5、管道中的流体流动根据雷诺数的不同可分为哪五个区域？其沿程阻力系数λ与雷诺数Re 和管壁的相对粗糙度d /∆是否有关系？（10分）
6、写出粘性流体伯努利方程式的数学表达式，并简述其物理意义。

（10分）
7、层流底层与边界层的定义及关系。

（5分）
二、推导题（25分）
1、根据实验观测，管中流动由于沿程摩擦而造成的压强差p ∆与下列因素有关：管路直径d 、管中平均速度v 、流体密度ρ、流体动力黏度μ、管路长度l 、管壁的粗糙度∆，试用π定理分析水管中流动的沿程水头损失。

（10分）
2、圆管中流体发生层流，取圆管中任意一个圆柱体进行受力分析，所有参数如图1所示。

在定常流动中这个圆柱体处于平衡状态，即在y 方向上圆柱体两端面上压力和圆柱面上摩擦力的投影和为0。

根据受力平衡分析法，推导出圆管层流速度分布公式和管中流量公式即哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）公式。

（已知流体层流符合牛顿内摩擦定律）（15分）
图1
三、计算题（80分）
1、水池中盛水如图2所示。

已知液面压强2098.07kN/m p =，求水中C 点，以及池壁A ，B 点和池底D 点所受的静水压强。

（10分）
图2
2、如图3所示，A 、B 为两容器，容器A 装的是水，容器B 装的是酒精，重度为8kN/m 3，用U 形水银压差计测量A 、B 中心点的压差，已知3.01=h m ，3.0=h m ，2.02=h m ，求其压差。

（15分）
图3
3、如图4所示，倾斜闸门AB ，宽度B 为1m （垂直于图面），A 处为铰链轴，整个闸门可绕此轴转动。

已知水深H=3m ，h=1m ，闸门自重及铰链中的摩擦力可略去不计。

求升起此闸门时所需垂直向上的力。

（20分）
图4
4、两水箱之间的水管内恒定水流如图5所示。

水位15m H =，23m H =；管径1150mm d =，2250mm d =；两段管长130m l =，250m l =；沿程阻力系数10.03λ=，20.025λ=。

求管中流量。

（取管进口局部阻力系数为0.5，管出口局部阻力系数为1）（20分）
图5
5、恒定水位的大水池中的水经过250mm
d=的孔口流入直径5m
D=
H=，求圆形水池中水位上升2的圆形水池中（图6所示）。

初始时刻水位差3m
μ=。

（15分）
m需多长时间？设孔口流量系数0.83
图6。