全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試流體力學(xué)考試大綱

1、全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試流體力學(xué)考試大綱i考查目標(biāo)全國碩士研究生入學(xué)統(tǒng)一考試流體機(jī)械等專業(yè)流體力學(xué)考試是為我校流體機(jī)械等專業(yè) 招收碩士生設(shè)置的具有選拔性質(zhì)的考試科目。其目的是科學(xué)、公平、有效地測試考生是否具備 攻讀碩士所必須的基本素質(zhì)、一般能力和培養(yǎng)潛能，以利用選拔具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)秀人才入學(xué), 為國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)具有良好職業(yè)道德、法制觀念和國際視野、具有較強(qiáng)分析與解決實(shí)際問 題能力的高層次、應(yīng)用型、復(fù)合型的統(tǒng)計專業(yè)人才。流體力學(xué)是許多學(xué)科專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程，主要內(nèi)容包括流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動學(xué)、流體 動力學(xué)、量綱分析、流動量測與顯示技術(shù)、機(jī)翼與葉柵理論基礎(chǔ)以及流體力學(xué)工程應(yīng)用等方面。 要求考

2、生掌握的基礎(chǔ)概念、基本原理、基本計算方法和基本方程的推導(dǎo)，并具有綜合運(yùn)用所學(xué) 知識分析問題和解決問題的能力。ii考試形式和試卷結(jié)構(gòu)一、試卷滿分及考試時間試卷滿分為150分，考試時間180分鐘。二、答題方式答題方式為閉卷、筆試。允許使用計算器（僅僅具備四則運(yùn)算和開方運(yùn)算功能的計算器）, 但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。三、試卷內(nèi)容與題型結(jié)構(gòu)概念題7題，每小題5分，共35分基本理論題7題，每小題5分，共35分計算與實(shí)驗題 4題，每小題20分，共80分iii考查內(nèi)容一、流體的定義和特征1. 流體作為連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)2. 流體的定義和特征3. 作用在流體上的力4. 流體的物理性質(zhì)二、流體靜力學(xué)

3、1. 流體靜壓強(qiáng)及其特性2. 流體平衡微分方程式3. 流體靜力學(xué)基本方程4. 絕對壓強(qiáng)，相對壓強(qiáng)5. 液柱式測壓計6. 靜止液體作用在平面、曲面上的總壓力7. 液體的相對平衡三、流體運(yùn)動的基本概念和基本方程1. 研究流體流動的兩種方法、流動的分類2. 流動概念如跡線與流線、流速、流量、系統(tǒng)與控制體等3. 連續(xù)方程、動量方程、能量方程4. 伯努利方程及其意義和應(yīng)用，動量方程及其應(yīng)用四、相似原理和量綱分析1. 模型試驗、量綱分析法2. 相似原理、重要相似準(zhǔn)則五、管流損失和水力計算1 .2.3.4.5.6六、粘性流體的兩種流動狀態(tài)：層流、紊流，雷諾數(shù) 沿程損失、局部損失的實(shí)驗研究管內(nèi)流動的能量損失，

4、沿程損失、局部損失的計算 圓管中的層流、湍流流動理論分析管道水力計算水擊現(xiàn)象1=.流動量測與顯示技術(shù)1. 壓強(qiáng)、流速、流量的測量2. 流體力學(xué)實(shí)驗設(shè)備3. 流動顯示技術(shù)七、粘性流體繞物體的流動1. 不可壓縮粘性流體的運(yùn)動微分方程2. 邊界層基本概念及特征3. 曲面邊界層的分離現(xiàn)象4. 物體的阻力，阻力系數(shù)，邊界層的控制八、機(jī)翼與葉柵理論基礎(chǔ)1. 機(jī)翼升力原理2. 機(jī)翼與翼型的幾何參數(shù)3. 翼型的空氣動力特性4. 有限翼展機(jī)翼簡述5. 葉柵概述6. 葉柵的特征方程iv.題型示例及參考答案概念題（要求用文字、數(shù)學(xué)、圖示三種形式同時描述，5x7=35分）理想流體與實(shí)際流體、有旋流動與無旋流動、層流與

5、湍流、文丘里管與拉瓦爾管、流線與渦線、流量與渦通量、邊界層與層流底層。二、基本理論題（要求盡量用文字、數(shù)學(xué)、圖示三種形式同時描述5x7=35分）1. 實(shí)際流體總流的伯努利方程。2. 動量方程。3. 流體微團(tuán)的運(yùn)動分解。4. 連續(xù)性方程。5. 寫出平面翼型的兒何參數(shù)及定義并圖示。6. 翼型的氣動力特性及相應(yīng)的曲線并圖示。7. 簡述圓柱有環(huán)量繞流由哪些基本流動組成，寫出其復(fù)勢函數(shù)，并畫出其流動圖像。三、計算題及實(shí)驗題（5題中任選4題4x20=80分，本題需用計算器）1. 如圖所示，水流經(jīng)一水平彎管流動，己知：di = 600mm, d 2=300mm, q = 0. 425m3/s,水 的密度為p

6、=1000kg/m3,測得大口徑管段中的表壓強(qiáng)為小二14x10'pa, 9 =45%試求為了固 定彎管所需的力。d222. 三角形量水堰的流量q與堰上水頭h及重力加速度g有關(guān)，試用量綱分析法確定 q = f（h,g）的關(guān)系式。3. 用直徑d = 6cm的虹吸管從水箱中引水，虹吸管最高點(diǎn)距水面h = m,試求不產(chǎn)生空 化的最大流量為多少？（水的飽和蒸汽壓取為2340p&）。zd4. 流動參數(shù)中流速的測量方法、原理、計算公式并圖示（不少于5種）。5. 繪出一個雷諾實(shí)驗裝置示意圖，簡述實(shí)驗方法、實(shí)驗的觀察結(jié)果。以及實(shí)驗所得到的水 頭損失與速度的關(guān)系曲線并分析。參考答案一、概念題（5x

7、7 = 35）1. 理想流體、實(shí)際流體理想流體：u =0,或dv!dy « 0 o實(shí)際（粘性）流體：u云0。在自然界中，真實(shí)的流體都具有粘性，但對一個具體的流動問題，粘性所起的作用不一定 相同。例對求解繞流物體的升力、表面波的運(yùn)動等，粘性作用可以忽略，可按理想流體處理。 而對求解阻力、旋渦的擴(kuò)散、以及熱量的傳遞等，粘性則起主要作用，按粘性流體處理。兩者的主要區(qū)別是：粘性切應(yīng)力的存在和物體表面的粘附條件（無滑移條件）。理想流體（勢流區(qū)） 粘性流體（邊界層）2. 有旋流動、無旋流動流體微團(tuán)存在角速度，即為。0,稱為有旋流動，若污=0則稱為無旋流動。流體微團(tuán)的轉(zhuǎn)動角速度污=vxv,若流場中

8、某處為。0,就表明位于該點(diǎn)處的流體微團(tuán)會2繞著通過該點(diǎn)的瞬時軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動， 旋轉(zhuǎn)，而只作平移運(yùn)動和變形運(yùn)動， 等同于直線運(yùn)動。co = 一 （）2 dy dz3.層流、湍流 為了觀察管中水流的形態(tài)，將有色液體通過細(xì)管注入實(shí)驗管段中。稱為有旋運(yùn)動。若為=0,則位于該點(diǎn)處的流體微團(tuán)不會 稱為無旋運(yùn)動。有旋運(yùn)動不等同于圓周運(yùn)動，無旋運(yùn)動不dz匹一坐）。=!（當(dāng)如2 dz dx日當(dāng)流速較小時，可以清楚地觀察到管中的有色液體為一條直線，這說明水流以一種規(guī)律相 同、互不混雜的形式作分層流動，稱為層流。流速逐漸增大，這時可以觀察到有色液體線發(fā)生波動、彎曲，隨著流速的增加，波動愈來 愈烈，有色液體線斷裂，變成

9、許許多多大大小小的旋渦，此時有色液體和周圍水體摻混，這種 流態(tài)稱為湍流。層流湍流對圓管：re <2300re >23004. 文丘里管、拉瓦爾管文丘里管是用在工業(yè)管路、實(shí)驗管路上測量流量的裝置。它由收縮段、喉部和擴(kuò)散段三部 分組成。兩端通過法蘭和管路連接。收縮段從管徑d收縮至喉部直徑d ,收縮角19。23°,喉部長度約等于d ,擴(kuò)散段則將管徑由d擴(kuò)至。，擴(kuò)散角約為5°15。在文丘里管入口前直管段上截面1和喉管截面2兩處測量靜壓差，由此靜壓差和截面面積 可求出流量，計算公式如下：v = pg（p2-pl）質(zhì)2g（q，_q）療2v i-（5）2 -/ i-（a2/a

10、）2q = v22實(shí)際流量應(yīng)乘以一修正系數(shù)：q = cqv2a2c,由實(shí)驗標(biāo)定。文丘里管一般用于液體流量的測量。如果用于可壓縮氣流的測量，則文丘 里管就是拉伐爾管。5. 流線、渦線流線是流場中某一瞬時的一條光滑曲線，曲線上每一點(diǎn)的速度矢量總是在該點(diǎn)與曲線相切。 流線的微分方程：= =4 七，匕iv上式積分時，作為常數(shù)處理。渦線：在某一時刻j旋渦場中的一條曲線，在此曲線上任一點(diǎn)的切線方向與流體微團(tuán)在該 點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸線重合（即與萬的方向重合）。渦線的微分方程：dx _ dy _ dz0 % s一般來說，渦線不與流線重合，而與流線相交。渦線的形狀可能隨時間而變，在定常流動中， 渦線不隨時間而變。6,

11、流量、渦通量流量：將裝在水管上的閥門開啟，如果在1秒內(nèi)放滿了 qizi?桶的水，我們就稱這一水管 的（體積）流量為0.1m3 o定義:單位時間內(nèi)流過流斷面的流體量,渦通量（旋渦強(qiáng)度）：流體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)角速度的兩倍稱為渦量，記為e=2茄。在微元渦管 中，渦通量為角速度力與垂直于微元渦管橫截面積辦乘積的兩倍，即：dj = 2co da = q da 渦通量就是截面上的旋渦強(qiáng)度，對渦管的某個斷面，則稱為渦管強(qiáng)度。a 2cotlda = 21 d) dapda7. 邊界層、層流底層粘性流體在大re下繞某一物體時，在緊靠物體的薄層中，流速由物體表面的零迅速地增加 到與來流速度*同數(shù)量級的大小。這種在大雷諾數(shù)

12、下緊靠物體表面流速由零流速增加到與來流速度*同數(shù)量級的薄層稱為邊界層。邊界層基本特征為：1）與物體長度相比，邊界層的厚度很?。?）邊界層內(nèi)沿厚度的速度梯度很大，即使粘性 很小的流體，表現(xiàn)出的粘性力也較大，不能忽略。（而在邊界層外，速度梯度很小，即使粘性較 大的流體，粘性力也很小，可現(xiàn)作理想流體。）3）邊界層沿流動方向逐漸增厚。4）由于邊界層 很厚，可近似認(rèn)為：邊界層中各截面的壓強(qiáng)相等，且等于同一截面上邊界層外邊界上的壓強(qiáng)。5）邊界層內(nèi)粘性力和慣性力是同一數(shù)量級的。6）邊界層內(nèi)流體的流動也可以有層流和紊流兩 種流態(tài)。全部邊界層內(nèi)都是層流的，稱層流邊界層，僅在起始部分是層流，而在其它部分是紊 流的

13、，稱為混合邊界層。在層流和紊流之間有一個過渡區(qū)，在紊流邊界層內(nèi)，緊靠平板處，存 在粘性底層。二、基本理論題（5x7=35分）1. 實(shí)際流體總流的伯努利方程。4+紀(jì)也+色魚+pg 2gpg 2g這個方程便是實(shí)際流體總流的伯努利方程。方程表示了：斷面1單位重量流體的機(jī)械能=斷面2單位重量流體的機(jī)械能+斷面 12之間單位重量流體的機(jī)械能損失。nv2z:單位重量流體所具有的位置勢能，-單位重量流體所具有的壓強(qiáng)勢能，:單位pg2g重量流體所具有的動能。z :位置水頭，p/pg :壓強(qiáng)水頭，"/2g ：速度水頭。2.動量方程 對于一元流動，0=。2,則上式為：動量方程的投影形式:£己（

14、/卻 2乙=qq（”2 吃少 mz）總流動量方程的應(yīng)用條件，基本上與總流伯努利方程的應(yīng)用條件相同，即不可壓縮流體、 定常流動，兩段面選擇在緩變流斷面上，中間容許存在急變流。方程中z療是外界對流體的力，而不是流體對固體的作用力。分析作用力時注意不要遺 漏,同時考慮可以忽略的力。以-p代入方程3. 流體微團(tuán)運(yùn)動的分解：一般情況下，流體微團(tuán)的運(yùn)動總可以分解成整體的平移運(yùn)動、旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動、線變形及角變形運(yùn)動，與之相應(yīng)的是平移速度、旋轉(zhuǎn)角速度、線變形速率和剪切變形 速率。二元微團(tuán)的亥姆霍茲速度分解定理< =七 + £* + £0 -山* =七,+ 膈 dy + £yxd

15、x + cozdx運(yùn)動形式c'1ib（平動）dci"idjfabb'vfr = £rxdx;（直線變形）七=syydyc1v' = -co7dy（轉(zhuǎn)動）= a）zdx（角變形）4. 連續(xù)性方程 對于三元定常流動，方程：11= u dx dy dz 對于不可壓縮流體，p = c,方程：工當(dāng)+出dx dy dz=0對于二維流動，則方程就成為二元流動的連續(xù)性方程，如不可壓縮流體:+dx dy伽，呸=0對一維、定常、不可壓縮流體連續(xù)性方程mi = 5（5分）5. 寫出平面翼型的幾何參數(shù)及定義并圖示。簡稱翼弦。翼弦的長度稱為弦1）翼弦聯(lián)結(jié)翼型前后緣點(diǎn)間的直線段

16、，稱為幾何翼弦， 長，以。表示。稱為翼型厚度，通常以厚度中as2）翼型厚度，：垂直于翼弦，位于上下孤間的直線段長度， 的最大值作為厚度的代表，以，表示。常用相對值：- t_ £t = xt =bb3）翼型中線：翼型厚度中心的連線，嚴(yán)格地說是：翼型輪廓線的內(nèi)切圓圓心的連線，稱為 翼型中線。4）翼型彎度/：翼型中線到翼弦的拱高，稱為翼型彎度以最大值表示，符號/。常 用相對值：7 i- xfj =xf =bz b5）前后緣半徑和后緣角：翼型前、后緣的曲率半徑，分別以"，表示。常用相對值： -。ri= rt =bb如尾部非圓形而是尖的，以上下孤在尾緣的切線交角表示，叫后緣角。以上是

17、表示翼型兒何特性的兒個主要參數(shù)，它們決定了翼型剖面的幾何特性。6. 翼型的氣動力特性及相應(yīng)的曲線并圖示。在空氣動力學(xué)中，常引進(jìn)無量綱的空氣動力學(xué)系數(shù)：升力系數(shù)c/,阻力系數(shù)c，力矩系 數(shù)c,它們的定義分別為：c - l ccl 17 j _ 1 q 1?p<b-pvlb-pvlb1）升力系數(shù)g與攻角a關(guān)系曲線ga： ga曲線在實(shí)用范圍內(nèi)，近似成一直線, 在較大攻角時，略向下彎曲，當(dāng)達(dá)到最大值后，則突然下降。飛機(jī)如在飛行時遇到這種情況, 則有墜毀的危險，這一現(xiàn)象稱為“失速”。2）阻力系數(shù)與攻角。關(guān)系曲線cda： cd - a曲線與拋物線相近，在a = 0附近阻 力最小，隨著攻角的增加，阻力

18、增加很快，在達(dá)到臨界攻角以后增加更快。3）升力系數(shù)g與阻力系數(shù)q關(guān)系曲線ccd：這一曲線亦稱極曲線，以cd為橫坐標(biāo), g為縱坐標(biāo)，對應(yīng)每一個攻角a,有一對c；、c,在圖上可畫一點(diǎn)，同時標(biāo)上相應(yīng)角度a, 連接所有點(diǎn)，即成極曲線。4）力矩系數(shù)co與攻角。關(guān)系曲線。：由合力對前緣點(diǎn)。形成一氣動力矩m。，定義使翼型抬頭力矩為正。% a關(guān)系曲線稱 為力矩系數(shù)曲線。7. 簡述圓柱有環(huán)量繞流由哪些基本流動組成，試寫出其復(fù)勢函數(shù)，并畫出其流動圖像。 圓柱有環(huán)量繞流二均勻流+偶極子流+點(diǎn)渦偶 271 z%=咬+%=*z + a171 z均勻流+等角速 度旋轉(zhuǎn)的圓柱均勻流+偶極子= 圓柱尤還量統(tǒng)流三、計算題及實(shí)驗

19、題（5題中任選4題4x20=80分）1.如圖所示，水流經(jīng)一水平彎管流動，已知：6/1 = 600mm,= 300mm, q = 0. 425m'/s,水的密度為p=1000kg/m3,測得大口徑管段中的表壓強(qiáng)為乃二14x10'pa,。=45°。試求水流由伯努利方程：p2 = pi +-(v12-vf) = 140xl03 +-xl000x(1.52 -62) = 123.125xlo3p6za = 0.2827 m2 a2 = 0.0707 m2 q =0° % = 45°fx = aa -p2a2sin02+pqvl -2v2sin6>2)

20、f、= p2a2 cos2 + pq(32v2 cos0凡=1.81k7v,凡,=38.42 kn f = 38a6knxy2. 三角形量水堰的流量q與堰上水頭h及重力加速度g有關(guān)，試用量綱分析法確定 q = f(h,g)的關(guān)系式。用基本量綱表示q = khag£3 廠 1 = .(mlt-2y對 l：3 = a*0對t： 解得: 于是:5 j_q = khg = kh24hg3. 用直徑d = 6cm的虹吸管從水箱中引水，虹吸管最高點(diǎn)距水面h = m9試求不產(chǎn)生空 化的最大流量為多少？（水的飽和蒸汽壓取為2340pa）。解：不計水頭損失，列水面和虹吸管最高點(diǎn)的伯努利方程2£ =也-（tz + 馬取 p = 2340p。pg pg 2gm _ p_p° 1.013 x1（）5 234q _2g pg1000 x 9.8解得：e34m/s,流量q = y/=0.037"s 4.流動顯示的方法、原理并圖示1）風(fēng)向風(fēng)速表：測定風(fēng)向風(fēng)速；2）畢托管將靜壓管和總壓管組合管組合在一起,1 9同時測得流體總壓p。、靜壓p之差一q疽的復(fù)合測壓管稱為畢托管（動壓管、