1、流体力学（边界层基础及绕流运动）历年真题试卷汇编 1 及答案解析(总分：52.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：4，分数：8.00)1.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_2.(武汉大学 2007 年考研试题)粘性底层厚度 1 随 Re 的增大而( )。（分数：2.00）A.增大B.减小C.不变D.不定3.(清华大学 2005 年考研试题)宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，和渠道底部为动平整时相比，该渠道的水流阻力( )。（分数：2.00）A.增加B.不变C.减少4.(清
2、华大学 2005 年考研试题)悬沙相对浓度的分布方程是： （分数：2.00）A.越大B.不变C.越小二、名词解释题(总题数：1，分数：2.00)5.(西安建筑科技大学 2009 年考研试题)黏性底层。（分数：2.00）_三、填空题(总题数：4，分数：8.00)6.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_7.(西安建筑科技大学 2001)年考研试题)边界层分离只可能发生在_的区域。（分数：2.00）_8.(西北工业大学 20062007 学年第 1 学期期末考试试题)已知一层流边界层内的速度分布为 u=usin(（分数：2.00）_9.(西北工业大学 2005200
3、6 学年第 1 学期期末考试试题)已知一层流边界层内的速度分布为u= （分数：2.00）_四、简答题(总题数：3，分数：6.00)10.(西安建筑科技大学 2010 年考研试题)紊流过渡区向阻力平方区过渡时，黏性底层厚度将发生什么变化?两种切应力发生什么变化?（分数：2.00）_11.(南京大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)叙述流体运动的边界条件中“静止固壁边界条件”是如何表示的?（分数：2.00）_12.(东北电力大学 2004 一 2005 学年第 2 学期期末考试试题)简述黏性流体绕流物体时产生阻力的原因。如何减少阻力?（分数：2.00）_五、解答题(总题数：14，分
4、数：28.00)13.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)考虑两个平行平板之间的黏性不可压缩流体的运动。设两板为无限平面，间距为 h，上板不动，下板以常速 U 沿板向运动，如图 81 所示。设流向压力梯度为常数，运动定常，流体所受外力不计。求：(1)最大速度。(2)运动板上的摩擦应力。 （分数：2.00）_14.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)假定半无穷平板边界层速度分布为 ，其中 、 * 、 * 分别为边界层名义厚度、排挤厚度和动量损失厚度，Re x =U xv，x 从平板前缘算起。 （分数：2.00）_15.(北京航空航天大学 2006 年考研试题)如图 82 所示，相距
5、2h 的两竖直平板间黏性流体()受重力作用向下做层流运动，流场中只有一个速度分量 w=w(x)。求流场的速度分布及壁面摩擦应力。 （分数：2.00）_16.(北京航空航天大学 2006 年考研试题)如图 8-3 所示，平板长度为 L，宽度为 b，水以速度 U 平行流过平板，已知水的运动黏性系数为 ，密度为 ，若边界层速度分布函数 =f(y)为已知，求：(1) 。(2)维持平板不动所需的外力。 （分数：2.00）_17.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 84 所示，考虑两个平行平板之间的黏性不可压缩流体的运动。设两板为无限平面，间距为 h，上板不动，下板以常速 U 沿板向运动。设流
6、向压力梯度为常数，运动定常，流体所受外力不计。求： (1)最大速度。 (2)运动板上的摩擦应力。 （分数：2.00）_18.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 85 所示，假定半无穷长平板边界层速度分布为 。其中，、 * 、 * 分别为边界层名义厚度、排挤厚度和动量损失厚度，Re x = ，x 从平板前缘算起。 （分数：2.00）_19.(中国科学院一中国科技大学 2007 年考研试题)如图 8-6 所示，两无穷大平行平板的间距为 h，中间充满着不可压缩黏性液体，上板(z=h)相对于下板(z=0)在自身平面内以不变的速度 u=U 沿 x 轴运动，同时流场受到沿 x 轴的常压力梯度
7、=一 G 的作用。若流体的黏性系数为 ，求流动达到定常时的速度场和体积流量。 （分数：2.00）_20.(中国石油大学 2005 年考研试题)如图 8-7 所示，有一粘度为 、密度为 的流体在两块平行平板内作充分发展的层流流动，平板宽度为 h，两块平板之间的距离为 ，在 L 长度上的压降为p，上下两块平板均静止。求： (1)流体的速度分布。 (2)流速等于平均流速的位置。 （分数：2.00）_21.(中国海洋大学 2005 年考研试题)两无限大平行平板间有两层不同密度、不同黏性的流体。已知下层流体厚度、密度和黏性系数分别为 h 1 、 1 和 1 ，上层流体厚度、密度和黏性系数分别为 h 2
8、、 2 和 2 。设水平方向无压力差，上平板以速度 V 0 匀速运动。 (1)写出平板上和两介质界面处的边界条件。 (2)求两板间定常层流流动速度分布。（分数：2.00）_22.(中国海洋大学 2005 年考研试题)为什么在雷诺数很大时，在 NS 方程组中不能完全忽略黏性项，而要引入边界层近似?边界层理论的基本假设是什么?（分数：2.00）_23.(武汉科技大学 2007 年考研试题)如图 88 所示，一直径为 50mm 的柱塞在力 F 的作用下维持不动，已知腔内绝对压力 p=251325Pa，液体动力粘度 =01 Pa.s，柱塞与孔的配合间隙 a=005mm，配合长度l=150mm。已知配合
9、间隙不存在偏心，间隙内的液流速度分布表达式为 u=一 (ayy 2 )，当地大气压 p a =101325Pa。试求： (1)力 F 的大小。 (2)泄漏流量。 （分数：2.00）_24.(西安建筑科技大学 2009 年考研试题)高压电缆线直径为 12cm，两相邻电缆塔的距离为 60m，风速为25ms，空气密度为 13kgm 3 ，长圆柱体的阻力系数 c D =12。试求风作用在电缆线上的力。（分数：2.00）_25.(西北工业大学 2006-2007 学年第 1 学期期末考试试题)不可压缩流体沿铅垂壁面呈液膜状向下流动，如图 89 所示，液膜厚度 不变，流动是定常层 流流动，求液膜内的速度分
10、布。 （分数：2.00）_26.(西安理工大学 2005 年秋季学期期末考试试题)某水电站的引水钢管末端设有自动调节阀门，已知管长L=300m，直径 d=800mm，阀门全开时，通过管道的流量 q v =1m 3 s。管壁厚度 =10mm，水的弹性系数K=210 9 Nm 3 ，钢管的弹性系数 E=210 11 Nm 2 。 (1)阀门完全关闭的时间分别为 T S =05s和 T S =3s 时，各发生何种水击? (2)求 T S =05s 时管中的最大水击压强水头H。 (3)当阀门突然关闭，若不计水头损失，绘出阀门处的水击压强过程示意图。（分数：2.00）_流体力学（边界层基础及绕流运动）历
11、年真题试卷汇编 1 答案解析(总分：52.00，做题时间：90 分钟)一、单项选择题(总题数：4，分数：8.00)1.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_解析：2.(武汉大学 2007 年考研试题)粘性底层厚度 1 随 Re 的增大而( )。（分数：2.00）A.增大B.减小 C.不变D.不定解析：3.(清华大学 2005 年考研试题)宽浅输水渠道底部为泥沙淤积形成的动床。不计边壁阻力，在其他条件都相同的情况下，当渠道底部有沙垄运动时，和渠道底部为动平整时相比，该渠道的水流阻力( )。（分数：2.00）A.增加 B.不变C.减少解析：4.(清华大学 200
12、5 年考研试题)悬沙相对浓度的分布方程是： （分数：2.00）A.越大 B.不变C.越小解析：二、名词解释题(总题数：1，分数：2.00)5.(西安建筑科技大学 2009 年考研试题)黏性底层。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：紊流中，管道靠近壁面的薄层粘性切应力起主导作用，这薄层称为粘性底层。)解析：三、填空题(总题数：4，分数：8.00)6.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：7.(西安建筑科技大学 2001)年考研试题)边界层分离只可能发生在_的区域。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：黏性作用与逆压梯度同时存在)解析：8.(西北工业
13、大学 20062007 学年第 1 学期期末考试试题)已知一层流边界层内的速度分布为 u=usin(（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：9.(西北工业大学 20052006 学年第 1 学期期末考试试题)已知一层流边界层内的速度分布为u= （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：四、简答题(总题数：3，分数：6.00)10.(西安建筑科技大学 2010 年考研试题)紊流过渡区向阻力平方区过渡时，黏性底层厚度将发生什么变化?两种切应力发生什么变化?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：紊流过渡区向阻力平方区过渡时，黏性底层厚度变小。时均流速引起黏性切应力减小，脉劫
14、流动引起的质点相互掺混切应力增大。)解析：11.(南京大学 20052006 学年第 2 学期期末考试试题)叙述流体运动的边界条件中“静止固壁边界条件”是如何表示的?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：流体流经固体壁时必须满足不可穿透的条件，即流体不能穿入固壁，也不能离开固壁而形成空隙。 对理想流体：法向速度 v n =0(因为不可穿透)，流体是连续地流过表面(滑过去)。 对粘性流体：因为不可穿透，则 v n =0；同时需满足无滑脱条件，则 v =0。两个条件合起来就是 )解析：12.(东北电力大学 2004 一 2005 学年第 2 学期期末考试试题)简述黏性流体绕流物体时产生阻力的原
15、因。如何减少阻力?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：原因主要有在于，阻力有两部分，一部分是由于黏性产生切向应力形成的摩擦阻力，另一部分是由于边界层分离产生压强差形成的压差阻力。 减少阻力是把物体作成流线型，使分离点后移，甚至不发生分离，可减少绕流阻力。)解析：五、解答题(总题数：14，分数：28.00)13.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)考虑两个平行平板之间的黏性不可压缩流体的运动。设两板为无限平面，间距为 h，上板不动，下板以常速 U 沿板向运动，如图 81 所示。设流向压力梯度为常数，运动定常，流体所受外力不计。求：(1)最大速度。(2)运动板上的摩擦应力。 （分数：2
16、.00）_正确答案：(正确答案： )解析：14.(北京航空航天大学 2007 年考研试题)假定半无穷平板边界层速度分布为 ，其中 、 * 、 * 分别为边界层名义厚度、排挤厚度和动量损失厚度，Re x =U xv，x 从平板前缘算起。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：15.(北京航空航天大学 2006 年考研试题)如图 82 所示，相距 2h 的两竖直平板间黏性流体()受重力作用向下做层流运动，流场中只有一个速度分量 w=w(x)。求流场的速度分布及壁面摩擦应力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由已知，流场中只有一个速度分量 w且 w=w(x)仅是 x 的函数。
17、对于 x 方向列动量方程： )解析：16.(北京航空航天大学 2006 年考研试题)如图 8-3 所示，平板长度为 L，宽度为 b，水以速度 U 平行流过平板，已知水的运动黏性系数为 ，密度为 ，若边界层速度分布函数 =f(y)为已知，求：(1) 。(2)维持平板不动所需的外力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)由题意可得： )解析：17.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 84 所示，考虑两个平行平板之间的黏性不可压缩流体的运动。设两板为无限平面，间距为 h，上板不动，下板以常速 U 沿板向运动。设流向压力梯度为常数，运动定常，流体所受外力不计。求： (1)最大速
18、度。 (2)运动板上的摩擦应力。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：18.(北京航空航天大学 2005 年考研试题)如图 85 所示，假定半无穷长平板边界层速度分布为 。其中，、 * 、 * 分别为边界层名义厚度、排挤厚度和动量损失厚度，Re x = ，x 从平板前缘算起。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：19.(中国科学院一中国科技大学 2007 年考研试题)如图 8-6 所示，两无穷大平行平板的间距为 h，中间充满着不可压缩黏性液体，上板(z=h)相对于下板(z=0)在自身平面内以不变的速度 u=U 沿 x 轴运动，同时流场受到沿 x 轴的常压力梯度
19、=一 G 的作用。若流体的黏性系数为 ，求流动达到定常时的速度场和体积流量。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题意，满足该流动的动量方程为： )解析：20.(中国石油大学 2005 年考研试题)如图 8-7 所示，有一粘度为 、密度为 的流体在两块平行平板内作充分发展的层流流动，平板宽度为 h，两块平板之间的距离为 ，在 L 长度上的压降为p，上下两块平板均静止。求： (1)流体的速度分布。 (2)流速等于平均流速的位置。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据受力分析，简化 NS 方程得： )解析：21.(中国海洋大学 2005 年考研试题)两无限大平行平板间有两层不同密
20、度、不同黏性的流体。已知下层流体厚度、密度和黏性系数分别为 h 1 、 1 和 1 ，上层流体厚度、密度和黏性系数分别为 h 2 、 2 和 2 。设水平方向无压力差，上平板以速度 V 0 匀速运动。 (1)写出平板上和两介质界面处的边界条件。 (2)求两板间定常层流流动速度分布。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)边界条件。 平板上边界条件为： z=0，u 1 =0 z=h 1 +h 2 ，u 2 =u 0 )解析：22.(中国海洋大学 2005 年考研试题)为什么在雷诺数很大时，在 NS 方程组中不能完全忽略黏性项，而要引入边界层近似?边界层理论的基本假设是什么?（分数：2.0
21、0）_正确答案：(正确答案：因为在物面附近总存在一个薄层，其内流体速度沿物面切向的分量从外部理想流体流动速度迅速减小，到物面处满足切向流速为 0。在该层内不满足雷诺数远大于 1 的条件。而是黏性力与惯性力同等重要。引入边界层假设可以解释在离开物面的广大区域，大雷诺数流动与理想流体流动接近一致，同时物体还会受到阻力这些事实。边界层假设内容：大雷诺数下物体表面存在很薄的一层流动，在该层中黏性力与惯性力同量级。)解析：23.(武汉科技大学 2007 年考研试题)如图 88 所示，一直径为 50mm 的柱塞在力 F 的作用下维持不动，已知腔内绝对压力 p=251325Pa，液体动力粘度 =01 Pa.
22、s，柱塞与孔的配合间隙 a=005mm，配合长度l=150mm。已知配合间隙不存在偏心，间隙内的液流速度分布表达式为 u=一 (ayy 2 )，当地大气压 p a =101325Pa。试求： (1)力 F 的大小。 (2)泄漏流量。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：容腔的相对压力 p=251325101325=150000(Pa)。 )解析：24.(西安建筑科技大学 2009 年考研试题)高压电缆线直径为 12cm，两相邻电缆塔的距离为 60m，风速为25ms，空气密度为 13kgm 3 ，长圆柱体的阻力系数 c D =12。试求风作用在电缆线上的力。（分数：2.00）_正确答案：(
23、正确答案：沿来流方向阻力公式： D= )解析：25.(西北工业大学 2006-2007 学年第 1 学期期末考试试题)不可压缩流体沿铅垂壁面呈液膜状向下流动，如图 89 所示，液膜厚度 不变，流动是定常层 流流动，求液膜内的速度分布。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：取 x 轴方向垂直向下，则据题意 v=w=0，由连续方程知： 由、式知，液膜在水平平面上压强无变化。而液膜自由面上的压强为大气压强，因此在整个液膜内压强都等于大气压强，于是 =0。那么式可整理为： )解析：26.(西安理工大学 2005 年秋季学期期末考试试题)某水电站的引水钢管末端设有自动调节阀门，已知管长L=300m，直径 d=800mm，阀门全开时，通过管道的流量 q v =1m 3 s。管壁厚度 =10mm，水的弹性系数K=210 9 Nm 3 ，钢管的弹性系数 E=210 11 Nm 2 。 (1)阀门完全关闭的时间分别为 T S =05s和 T S =3s 时，各发生何种水击? (2)求 T S =05s 时管中的最大水击压强水头H。 (3)当阀门突然关闭，若不计水头损失，绘出阀门处的水击压强过程示意图。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：
