工程流体力学试卷07081C

工程流体力学试卷07081C

一、简答题（每题5分，共10分）

1.理想流体和实际流体各自的特性是什么，处理工程实际问题时是如何考虑的？

2.按流体质点通过空间固定点时运动参数是否随时间变化把它分为哪两类，各自有什么特点，工程实际中是如何考虑的？

二、计算分析题（每题10分，共50分）

3.如图07081C1所示，直径R=0.1 m的圆盘，由轴带动在一平台上旋转，圆盘与平台间充有厚度=

δ 1.5 mm的油膜，当圆盘以n＝50 r/min旋转时，测得扭矩M＝2. 94 ×10-4N·m。设油膜内速度沿垂直圆盘方向为线性分布，试确定油的粘度及圆盘边缘的切应力

τ

图07081C1

4.如图07081C2所示，一球形压力容器系由两个半球用n个铆钉连接而成，内盛密度为ρ的液体，则每个铆钉所受的拉力为。

图07081C2

5.如图07081C3所示，一水平放置的喷嘴将一水流射至正前方一光滑壁面后，将水流分为两股，已知d=40mm，Q=0.0252m3/s，水头损失不计，求水流对光滑壁面的作用力R。

图07081C3

6.如图07081C4所示，一洒水车等加速度a =0.98m/s 2向右行驶，求水车内自由表面与水平面间的夹角；若B 点在运动前位于水面下深为h =1.0m ，距z 轴为x B =-１.5m ，求洒水车加速运动后该点的静水压强。

图07081C4

7. 管中紊流，单位管长沿程水头损失h f /L ，取决于下列因素：流速υ，管径D ，重力g ，粘度μ，管壁粗糙度△和密度ρ，试用π定理分析确定方程的一般形式。

三、 综合应用题（每题20分，共40分）

8. 高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰，当时人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此用皮革制球。后来发现表面有很多划痕（皮革已龟裂）的旧球反而飞得更远，这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。现在的高尔夫球表面有很多窝坑，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。为什么表面凹窝状的高尔夫球飞得更远。

请结合图07081C5应用工程流体力学的相关知识回答下列问题：

（1）简要分析曲面绕流边界层分离现象的机理及其产生的后果？

（2）分析粘性流体绕流物体的阻力类型及其产生的原因？

（3）说出减小粘性流体绕流物体阻力的一些基本措施（边界层控制技术）？

（4）说明表面凹窝状的高尔夫球飞得更远的原因。

9. 西气东输工程的启动为我国天然气输送技术带来了质的变化，标志着我国将大规模发展天然气，改善能源结构。如何确保在西气东输工程中建成高水平、高技术、高质量和高效益的输气管道，成为国内外各界关注的焦点。西气东输管道横贯我国东西，起点是新疆塔里木的轮南，终点是上海青浦区的白鹤镇，管道自西向东途经新疆、甘肃、上海和浙江等10个省市自治区。途经沙漠、高山峻岭、湿陷性黄土、大江大河和江南水网等复杂的地貌。管线之长、管径之大、压力之高、地形之复杂均堪称全国之最，施工之难度可想而知。所以，在气体输送过程中的安全问题也就显得非常重要。

在众多措施中减阻内涂技术受到极大的关

图07081C5

注。1953年，北美天然气管线首次采用减阻内涂技术，管径500mm ，使用了美国COPON 研究联合体开发出一种具有特殊表面粗糙度，能有助于介质流动，提高输量的涂料，这在实际应用中已得到证实，许多文献作了具体的阐述。由于内覆盖层表面的粗糙度减少了摩擦阻力，使天然气或液体更容易在管内流动，从而提高了输送效率，增加了输量。H. G . Fasold 博士及 H. N. Wahle 于1993年发表的文章中提出了输送量提高14%-21%的数据。并指出：“这种内覆盖层自20世纪60年代末以来一直被北欧和北美的许多天然气公司所采用，大部分用于较大管径的管线，获得了上述比例的增量，而投资量增加相对较小（少于2％）”。输气管道内流体的雷诺数Re 高达106~107

，是输油管道的10~100倍。输气干线管道的流态一般都为阻力平方区，不满流时为混合摩擦区，城市配气管道则为水力光滑区。因此，对于输气干线管道水力计算只需要适用于紊流混合摩擦区与阻力平方区λ值的计算公式。其计算公式多是通过理论推导及试验研究相结合所得。经前人的工作，得出许多针对不同情况的摩阻系数计算公式。针对输气干线管道水力计算，Colebrook 公式是最为适用的计算公式：)lg(27.3Re 51.21d ∆+-=λλ。该式随着流体雷诺数Re （即流态）的变化，适用于紊流混合摩擦

区或阻力平方区的λ值的计算。

请参考所提供的材料回答下列问题：

（1）简述输气管道减阻内涂技术的减阻机理。

（2）减小阻力损失的基本措施有哪些？