|
|
|
|
友情提示：本站提供全國400多所高等院校招收碩士、博士研究生入學考試歷年考研真題、考博真題、答案，部分學校更新至2012年，2013年；均提供收費下載。 下載流程： 考研真題 點擊“考研試卷””下載; 考博真題 點擊“考博試卷庫” 下載
全國碩士研究生入學統一考試
流體力學考試大綱
I 考查目標
流體力學是工科類眾多專業的重要的專業基礎課程。目的是科學、公平、有效地測試考
生是否具備攻讀相關專業碩士所必須的基本素質、一般能力和培養潛能，以利用選拔具有發
展潛力的優秀人才入學，為國家的經濟建設培養具有較強分析與解決實際問題能力的高層
次、應用型、復合型的動力工程及工程熱物理等各專業的高技術水平人才?？荚嚋y試考生掌
握流體力學的基本概念、基本理論的扎實程度，考查考生能熟練運用這些概念與理論分析解
決現實生產中流體力學相關問題的能力。
具體來說，要求考生掌握以下內容：
考察范圍包括了流體靜力學、流體運動學、流體動力學、量綱分析、流動量測與顯示技
術、理想流體運動以及邊界層理論、機翼與葉柵理論基礎以及流體力學工程應用等方面。要
求考生掌握的基礎概念、基本原理、基本計算方法和基本方程的推導，并具有綜合運用所學
知識分析問題和解決問題的能力。
II 考試形式和試卷結構
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
閉卷、筆試。允許使用計算器，但不得使用帶有公式和文本存儲功能的計算器。
三、試卷內容與題型結構
名詞解釋（8-10 個 ，約 35 分）
簡答題(5-6 小題，約 35 分)
計算大題、實驗或應用等綜合題(5-6 小題，約 80 分)
假如每題分數有變化，變化范圍亦不大，難度與歷年試題相當，全部均在考試大綱以內。
III 考查內容
一、流體的定義和特征
1．流體作為連續介質的假設；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
二、流體靜力學
1．流體靜壓強及其特性；2．流體平衡微分方程式；3．流體靜力學基本方程；4．絕對
壓強，相對壓強；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、
系統與控制體等；3．連續方程、動量方程、能量方程；4．伯努利方程及其意義和應用，動
量方程及其應用；5. 動量矩方程、葉輪機械歐拉方程、速度三角形及其應用等；
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、重要相似準則
五、管流損失和水力計算
1．粘性流體的兩種流動狀態：層流、紊流，雷諾數；2．沿程損失、局部損失的實驗研
究；3．管內流動的能量損失，沿程損失、局部損失的計算；4．圓管中的層流、湍流流動理
論分析；5．管道水力計算；6．水擊現象；7. 管嘴與孔口的出流
六、流動量測與顯示技術
1．壓強、流速、流量的測量；2．流體力學實驗設備；3．流動顯示技術
七、理想流體動力學
1. 速度勢函數與流函數；2. 復勢與復速度；3. 平面勢流、勢流的疊加；4. 圓柱繞流；
5. 理想流體的旋渦運動；6. 卡門渦街
八、粘性流體繞物體的流動
1．不可壓縮粘性流體的運動微分方程；2．邊界層基本概念及特征；3. 邊界層方程、
動量積分關系式；4. 邊界層計算；5. 曲面邊界層的分離現象；6. 雷諾方程及雷諾應力；7．物
體的阻力，阻力系數，邊界層的控制
九、機翼與葉柵理論基礎
1．機翼升力原理；2．機翼與翼型的幾何參數；3．翼型的空氣動力特性；4．有限翼展
機翼簡述；5．葉柵概述；6．葉柵的特征方程
十、流體力學相關實驗
1. 平面靜水總壓力實驗；2. 能量方程（伯努利方程）實驗；3. 動量方程驗證實驗；4. 雷
諾實驗；5. 管道沿程與局部阻力系數測定實驗；6. 孔口與管嘴出流實驗；7. 翼型空氣動力
特性測定實驗
IV. 題型示例及參考答案
一、 名稱解釋（要求用文字、數學、圖示三種形式同時描述，5×7＝35 分）
理想流體與實際流體、有旋流動與無旋流動、層流與湍流、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、簡答題（要求盡量用文字、數學、圖示三種形式同時描述 5×7＝35 分）
1．實際流體總流的伯努利方程。
2．動量方程。
3．流體微團的運動分解。
4．連續性方程。
5．寫出平面翼型的幾何參數及定義并圖示。
6．翼型的氣動力特性及相應的曲線并圖示。
7．簡述圓柱有環量繞流由哪些基本流動組成，寫出其復勢函數，并畫出其流動圖像。
三、計算題、實驗題（5 題中任選 4 題 4×20＝80 分，本題需用計算器）
1．如圖所示，水流經一水平彎管流動，已知：d1＝600mm，d2＝300mm，Q＝0.425m
3
/s，
水的密度為 ρ＝1000kg/m
3
, 測得大口徑管段中的表壓強為 1
p =14×10
4
Pa,θ=45
0
。試求為了
固定彎管所需的力。
2．三角形量水堰的流量 Q 與堰上水頭 H 及重力加速度 g 有關，試用量綱分析法確定
),( gHfQ ? 的關系式。
3．用直徑 cmd 6? 的虹吸管從水箱中引水，虹吸管最高點距水面 mh 1? ，試求不產
生空化的最大流量為多少？（水的飽和蒸汽壓取為 2340Pa）。
4. 流動參數中流速的測量方法、原理、計算公式并圖示（不少于 5 種）。
5．繪出一個雷諾實驗裝置示意圖，簡述實驗方法、實驗的觀察結果。以及實驗所得到
的水頭損失與速度的關系曲線并分析。
參考答案
一、概念題（5×7＝35）
1．理想流體、實際流體
理想流體：μ=0，或 0/ ?dydv 。實際（粘性）流體：μ≠0。
在自然界中，真實的流體都具有粘性，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。
兩者的主要區別是：粘性切應力的存在和物體表面的粘附條件（無滑移條件）。
2．有旋流動、無旋流動
流體微團存在角速度，即 0??
?
，稱為有旋流動，若 0??
?
則稱為無旋流動。
流體微團的轉動角速度 v
??
???
2
1
? ，若流場中某處 0??
?
，就表明位于該點處的流體微
團會繞著通過該點的瞬時軸作旋轉運動，稱為有旋運動。若 0??
?
，則位于該點處的流體微
團不會旋轉，而只作平移運動和變形運動，稱為無旋運動。有旋運動不等同于圓周運動，無
旋運動不等同于直線運動。
)(
2
1
z
v
y
v yz
x
?
?
?
?
?
?? )(
2
1
x
v
z
v zx
y
?
?
?
?
?
?? )(
2
1
y
v
x
v xy
z
?
?
?
?
?
??
3．層流、湍流
為了觀察管中水流的形態，將有色液體通過細管注入實驗管段中。
當流速較小時，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，
這種流態稱為湍流。
對圓管：
?
?
?
?
?
湍流
層流
2300Re
2300Re
4．文丘里管、拉瓦爾管
文丘里管是用在工業管路、實驗管路上測量流量的裝置。它由收縮段、喉部和擴散段三
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
??
23~19 ，喉部長度約等于 d ，擴散段則
將管徑由 d 擴至 D ，擴散角約為
??
15~5 。
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：
2
12
2
12
12
2
)(1
)(2
)(1
)(2
AA
hg
AA
gppg
v
?
??
?
?
?
?
????
22
AvQ ?
實際流量應乘以一修正系數： 22
AvCQ q
?
q
C 由實驗標定。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，曲線上每一點的速度矢量總是在該點與曲線相
切。
流線的微分方程：
zyx
v
dz
v
dy
v
dx
??
上式積分時，t 作為常數處理。
渦線：在某一時刻t ，旋渦場中的一條曲線，在此曲線上任一點的切線方向與流體微團
在該點的旋轉軸線重合（即與?
?
的方向重合）。渦線的微分方程：
zyx
dzdydx
???
??
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．流量、渦通量
流量：將裝在水管上的閥門開啟，如果在 1 秒內放滿了 3
1.0 m 桶的水，我們就稱這一水
管的（體積）流量為
3
1.0 m 。
定義：單位時間內流過流斷面的流體量，稱為流量。
渦通量（旋渦強度）：流體微團旋轉角速度的兩倍稱為渦量，記為 ??
??
2? 。在微元渦
管中，渦通量為角速度? 與垂直于微元渦管橫截面積 dA 乘積的兩倍，即：
dAdAdJ 2 ?? ??
??? ?????
AAA
n
AdAddAJ
????
??? 22
渦通量就是截面上的旋渦強度，對渦管的某個斷面，則稱為渦管強度。
7．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 ?
v 同數量級的大小。這種在大雷諾數下緊靠物體表面流速由零流速增加
到與來流速度 ?
v 同數量級的薄層稱為邊界層。
基本特征為：
1）與物體長度相比，邊界層的厚度很?。?）邊界層內沿厚度的速度梯度很大，即使粘
性很小的流體，表現出的粘性力也較大，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，可近似認為：邊界層中各截面的壓強相等，且等于同一截面上邊界層外邊
界上的壓強。 5）邊界層內粘性力和慣性力是同一數量級的。 6）邊界層內流體的流動
也可以有層流和紊流兩種流態。全部邊界層內都是層流的，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，稱為混合邊界層。在層流和紊流之間有一個過渡區，在紊流
邊界層內，緊靠平板處，存在粘性底層。
二、基本理論題（5×7＝35 分）
1．實際流體總流的伯努利方程。
w
h
g
v
g
p
z
g
v
g
p
z ??????
22
2
222
2
2
111
1
?
?
?
?
這個方程便是實際流體總流的伯努利方程。
方程表示了：斷面 1 單位重量流體的機械能 ? 斷面 2 單位重量流體的機械能 ? 斷面
2~1 之間單位重量流體的機械能損失。
z ：單位重量流體所具有的位置勢能，
g
p
?
：單位重量流體所具有的壓強勢能，
g
v
2
2
：
單位重量流體所具有的動能。 z :位置水頭， gp ? :壓強水頭， gv 2
2
:速度水頭。
2．動量方程
對于一元流動， 21
QQ ? ，則上式為：
? ?? ?? 1122
vvQF ???
??
動量方程的投影形式：
? ?
? ?
? ??
?
?
??
?
?
??
??
??
?
?
?
zzz
yyy
xxx
vvQF
vvQF
vvQF
1122
1122
1122
???
???
???
總流動量方程的應用條件，基本上與總流伯努利方程的應用條件相同，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 ? F
?
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。
3．流體微團運動的分解：一般情況下，流體微團的運動總可以分解成整體的平移運動、
旋轉運動、線變形及角變形運動，與之相應的是平移速度、旋轉角速度、線變形速率和剪切
變形速率。
二元微團的亥姆霍茲速度分解定理
??
?
?
?
?????
?????
dxdxdyvv
dydydxvv
zyxyyyy
zxyxxxx
???
???
運動形式
?
?
?
??
??
yy
xx
vv
vv
（平動）
?
?
?
??
??
dyv
dxv
yyy
xxx
?
?
（直線變形）
?
?
?
??
???
dxv
dyv
zy
zx
?
?
（轉動）
??
?
?
?
??
??
dxv
dyv
yxy
xyx
?
?
（角變形）
4．連續性方程
對于三元定常流動，方程：
0
)()()(
?
?
?
?
?
?
?
?
?
z
v
y
v
x
v zyx ???
對于不可壓縮流體， c?? ，方程：
0?
?
?
?
?
?
?
?
?
z
v
y
v
x
v zyx
對于二維流動，則方程就成為二元流動的連續性方程，如不可壓縮流體：
0?
?
?
?
?
?
y
v
x
v yx
對一維、定常、不可壓縮流體連續性方程
2211
AvAv ? 21
QQ ?
5． 寫出平面翼型的幾何參數及定義并圖示。（5 分）
1) 翼弦b ：聯結翼型前后緣點間的直線段，稱為幾何翼弦，簡稱翼弦。翼弦的長度稱
為弦長，以b 表示。
2) 翼型厚度t ：垂直于翼弦，位于上下弧間的直線段長度，稱為翼型厚度，通常以厚度
中的最大值作為厚度的代表，以t 表示。常用相對值：
b
t
t ?
b
x
x
t
t
?
3) 翼型中線：翼型厚度中心的連線，嚴格地說是：翼型輪廓線的內切圓圓心的連線，
稱為翼型中線。
4) 翼型彎度 f ：翼型中線到翼弦的拱高，稱為翼型彎度 f ，以最大值表示，符號 f 。
常用相對值：
b
f
f ?
b
x
x
f
f
?
5) 前后緣半徑和后緣角：翼型前、后緣的曲率半徑，分別以 l
r ， t
r 表示。常用相對值：
b
r
r
l
l
?
b
r
r
t
t
?
如尾部非圓形而是尖的，以上下弧在尾緣的切線交角表示，叫后緣角。
以上是表示翼型幾何特性的幾個主要參數，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的曲線并圖示。
在空氣動力學中，常引進無量綱的空氣動力學系數：升力系數 l
C ，阻力系數 d
C ，力
矩系數 m
C ，它們的定義分別為：
bv
L
C l
2
2
1
?
?
? bv
D
C d
2
2
1
?
?
? bv
M
C m
2
2
1
?
?
?
1）升力系數 l
C 與攻角? 關系曲線 ?~l
C ： ?~l
C 曲線在實用范圍內，近似成一直線，
在較大攻角時，略向下彎曲，當達到最大值后，則突然下降。飛機如在飛行時遇到這種情況，
則有墜毀的危險，這一現象稱為“失速”。
2）阻力系數 d
C 與攻角? 關系曲線 ?~d
C ： ?~d
C 曲線與拋物線相近，在 0?? 附
近阻力最小，隨著攻角的增加，阻力增加很快，在達到臨界攻角以后增加更快。
3）升力系數 l
C 與阻力系數 d
C 關系曲線 dl
CC ~ ：這一曲線亦稱極曲線，以 d
C 為橫
坐標， l
C 為縱坐標，對應每一個攻角? ，有一對 l
C 、 d
C ，在圖上可畫一點，同時標上相
應角度? ，連接所有點，即成極曲線。
4）力矩系數 0m
C 與攻角? 關系曲線 ?~0m
C ：
由合力對前緣點 O 形成一氣動力矩 0
M ，定義使翼型抬頭力矩為正。 ?~0m
C 關系曲
線稱為力矩系數曲線。
7．簡述圓柱有環量繞流由哪些基本流動組成，試寫出其復勢函數，并畫出其流動圖像。
圓柱有環量繞流 = 均勻流 + 偶極子流 + 點渦
zvW ?
?均
z
M
W
2?
?偶
2
02 rvM ?? ?
z
M
zvWWW
2?
???? ?偶均圓
三、計算題及實驗題（5 題中任選 4 題 4×20＝80 分 ）
1．如圖所示，水流經一水平彎管流動，已知：d1＝600mm，d2＝300mm，Q＝0.425m
3
/s，
水的密度為 ρ＝1000kg/m
3
,測得大口徑管段中的表壓強為 1
p =14×10
4
Pa,θ=45
0
。試求水
流對彎管的作用力。
解： smv /5.11
? ， smv /0.62
?
由伯努利方程：
Pavvpp
32232
2
2
112
10125.123)65.1(1000
2
1
10140)(
2
???????????
?
2
1
2827.0 mA ?
2
2
0707.0 mA ?
0
1
0??
0
2
45??
)sin(sin 2221122211
????? vvQApApFx
????
222222
coscos ???? vQApFy
??
KNFx
81.1? ， KNFy
42.38? KNF 46.38?
2．三角形量水堰的流量 Q 與堰上水頭 H 及重力加速度 g 有關，試用量綱分析法確定
),( gHfQ ? 的關系式。
用基本量綱表示 ??
gkHQ ?
??
)(
213 ??
? MLTLTL
對 L： ?? ??3
對 T： ?21 ???
解得：
2
5
?? ，
2
1
?? 。
于是：
2
1
2
5
gkHQ ? = HgkH
2
3．用直徑 cmd 6? 的虹吸管從水箱中引水，虹吸管最高點距水面 mh 1? ，試求不產
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的伯努利方程
)
2
(
2
0
g
v
h
g
p
g
p
???
??
取 Pap 2340?
1
8.91000
234010013.1
2
5
0
2
?
?
??
??
?
? h
g
pp
g
v
?
解得： smv /4.13? ，流量 smdvQ /0378.0
4
1 32
??? ?
4．流動顯示的方法、原理并圖示
1） 風 向 風 速 表 ： 測 定 風 向 風 速 ； 2） 畢托管將靜壓管和總壓管組合管組合在
一起，同時測得流體總壓 0
p 、靜壓 p 之差 2
2
1
v? 的復合測壓管稱為畢托管（動壓管、速度
探針）。 3）熱線風速儀；4）激光測速（LDA）；5）粒子圖像測速儀 PIV；6）三維粒
子動態分析儀
5．繪出一個雷諾實驗裝置示意圖，簡述實驗方法、實驗的觀察結果。以及實驗所得到
的水頭損失與速度的關系曲線并分析。
解：
雷諾實驗裝置，由穩壓水箱、實驗管段、測壓管以及有色液體注入管組成。水箱內裝有
溢流擋板，使水位保持恒定，實驗管段后端裝有調節流量的閥門。顯然，兩測壓管的高差 ?
此管段的沿程損失。為了觀察管中水流的形態，將有色液體通過細管注入實驗管段中。
當水箱中水穩定后，即在定常流條件下，打開閥門，使流速由小變大，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律相同、互不混雜的形式
作分層流動，稱為層流。
繼續開大閥門，流速逐漸增大，這時可以觀察到有色液體線發生波動、彎曲，此時有色
液體和周圍水體摻混，這種流態稱為湍流。對圓管：
?
?
?
?
?
湍流
層流
2300Re
2300Re
圓管中沿程水頭損失和流速的關系，在玻璃管的 1、2 兩個截面處裝測壓管。
對 1、2 兩個截面列伯努利方程可得：
g
p
h f
?
?
? 。對于管道中的某一平均流速，測出管
段的沿程損失，并將測量數據標示在對數坐標紙上，得到 vh f
~ 的對數曲線。
vmKh f
lglglg ??
m
f
Kvh ?
層流 AB 段：
?
45?? ， )145(1 ??
?
tgm ， vKh f 1
?
紊流 ED 段：
?
45?? ， 0.2~75.1?m ，
m
f
vKh 2
? 。
免責聲明：本文系轉載自網絡，如有侵犯，請聯系我們立即刪除，另：本文僅代表作者個人觀點，與本網站無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本站證實，對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內容。
|
|
|
上一篇文章： 2017年江蘇大學824小學課程與教學考研大綱
下一篇文章： 2017年江蘇大學826工程熱力學考研大綱
|
|
|
|
|
|
文章搜索
您現在的位置： 
