流体力学试卷2

本文核心词:流体力学试题。

流体力学试卷2

一、名词解释

1雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、恒定流动 8、流场 9、无旋流动 10、稳定流动 11、不可压缩流体 12、流场 13、无旋流动 14、有旋流动 15、驻点 16控制体 17理想流体

二、简答题

1、流体静压强的特性是什么?

2、尼古拉兹实验分区级意义是什么? 3、运动粘滞系数r的物理意义是什么?

4、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么? 5、伯努利方程z?

pr?u

2

2g

?

常数中各项的物理意义?

6、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。

7、下式不可压缩流体N-S方程中,各项的物理意义是什么? X

8、什么是流体的连续介质模型?它在流体力学中有何作用?

?1?p

??(

?ux?x

22

??x

?

?uy?y

2

2

?

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2

2

)?

dudt

x

三、计算题

1、如图所示,一油缸及其中滑动栓塞,尺寸D=120.2mm,d=119.8mm,L=160mm,间隙内充满μ=0.065Pa・S的润滑油,若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速度是多少?(10分)

2、如图所示一盛水容器,已知平壁AB=CD=2.5m,BC及AD为半个圆柱体,半径R=1m,自由表面处压强为一个大气压,高度H=3m,试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。

3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s,其几何尺度为模型的5倍,如确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数,试问模型中流体运动粘性系数υm=?

4、如图所示,变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲,直径分别为d1=0.2m,d2=0.15m,过水流量若为Q=0.1m3/s,P1=1000N/m2时,不计损失的情况下,求水流对圆管的作用

力及作用力的位置。(20分)

5、两水池的水位差H=6m,用一组管道连接,管道的第一段BC长L1=3000m,直径d1=600mm,C点后分为两根长L2=L3=3000m,直径d2=d3=300mm的并联管,各在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=0.04,求总流量Q=?(20分)

1、有一钢板制风管,断面尺寸为

400mm?200mm,管内气流平均速度为1.5m

/s,气体运动粘滞系数为

15.0×10?8m2/s,判断管内气体的流态?

2、一高压管末端接喷嘴,如下图所示,已知喷嘴出口直径为10cm,管道直径为

40cm,水在管中流量Q为0.4m3/s,求管嘴对水流的`作用力。

3、已知不可压缩流体的流速分量为:ux?x2-y2,uy??2xy,uz?0,问该流

动是否为无旋流动?

4、已知平面流动的速度分量为:ux?x?t2,uy??y?t2;求:当t=1是过M(1,1)的流线方程。

5、一车间用直径为0.5m的风口送风,风口风速为6.0m/s,如长度比例常数

为4,确定实验模型风口风速。若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s,则车间相应点的速度为多少?(已知空气的运动粘滞系数为

0.0000157m

2

/s)

lmln

?116

6、对某一桥墩采用模型比例为

0.76m

进行实验。已知模型中水流速度为

/s,实测模型桥墩受水流作用力为4N。求原型中相应的流速与作用

力。

7、在水平放置的管线中接弯管,直径从600mm逐渐减小到300mm,水流方

向偏转600如图所示,在直径较大一端压强为172kN/m2,求作用于弯管上的力的大小和方向,①当水不流动时;②当通过的流量为876L/s时;

8、一弧形闸门AB,宽4m,圆心角为求

45,半径为

2m,闸门转轴恰好与水面平齐,

门的水静压力。

9、如下图所示,一水箱侧面开孔并接有一直径为50mm的短管,形成管嘴出流,已知作用水头H=5m,管嘴出流流量系数u=0.82,试问:①管嘴出流流量Q;②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么?③合适的管嘴长度是多少?

0、如图所示,一水平射流冲击光滑平板,流量为Q0,密度?,直径为d0,求:①平

板所受的冲击力。②流量Q1和Q2

11、如下图所示:水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道,已知

d1?200mm,d2?100mm,两管短长均为L=50m,

H?10m,沿程阻力系数

??0.01,?A?0.3,?B?0.2,求:管道中水的流量、流速.

1、一根直径为d

1 = 0.1m的水管垂直放置,在上方转90°弯后立即收缩成直径

为d 2 = 0.05m喷口,水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s,忽略一切损失,试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。

p1

v1d1?v2d2

v1?0.1?20?0.05v1?10m/s

?

?z1??

v1

2

2g10

?

2

p2

?

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v2

2

2g20

2

p19807

2?9.807

5

?4?

2?9.087

p1?3.78?10Pa

22、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa,H = 3m,管嘴大小口直径 D = 5cm,d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。

v1D?v2d

连续性方程v1?5?v2?1

v2?5v1

p1?p??H

静力学基本方程p1?106?9807?3

?10.3?10

p1

?v1

2

5

?

伯努利方程

2g

?

5

v2

2

2g?

v1

2

10.3?109807

2?9.807

?

25v1

2

2?9.807

v1?9.26m/s

动量方程qV?

14

?Dv1?

2

14

??(5?10

?2

)?9.26?1.82?10

2?2

m/s

3

?qV(v2?v1)?

5

?F

14

?p1A1?F

?4

F?10.3?10?F?1346.9N

??25?10?1000?1.82?10

?2

?4?9.26

3、一贮水箱通过一直径为d的底部小孔排水,设排放时间t与液面高度h,重

力加速度g,流体密度ρ,粘度μ等参数有关,试用量纲分析法 (1)取h, g,ρ为基本量,求包含时间的无量纲量Π1 ; (2) 取d, g,ρ为基本量,求包含粘度的无量纲量Π2 。 解:f(d,t,h,g,?,?)?0

n=6

(1)取h, g,ρ为基本量

?1?hg?t

MTL?L(LT

a1

?2

a1b1c1

)(ML

b1

?3

)T

c1

0?c1

0??2b1?1b1?

12

0?a1?b1?3c1a1??1/2

gh

?1?

t

(2)取d, g,ρ为基本量

?2?d

0a20

g

b2

??

a2

?2

c2

MTL?L(LT)(ML

b2

?3

)MLT

c2

?1?1

0?c2?1c2??1 0??2b2?1b2??1/2 0?a2?b2?3c2?1a2??3/2

?2?d?2?

?3/2

g

?1/2

?

?1

?

??d

3/2

g

5、如图所示的抛物线闸门,宽度为b,铰接在B点上,建立如下坐标系后,抛物线闸门断面的方程为y=H-4×2。

1.求流体作用在闸门上总压力的水平分力Fx大小;(4分) 2.求流体作用在闸门上总压力水平分力Fx的作用中心hD;(4分)

3.求流体作用在闸门上总压力的竖直分力Fz大小;(4分) 4.求流体作用在闸门上总压力竖直分力Fz作用中心xD;(4分) 5.维持闸门平衡所需的F。(4分)

解:抛物线方程

y?H?4x

2

(1)水平分力的大小Fx??hcAx??

H2

Hb?

?Hb2

2

3

1

(2)水平分力压力中心hD?hc?

JchcAx

?

H

?12

H2

2

?b?H

?

?H?b

2H3

(3)垂直分力的大小Fy??Vp??Ab?(4)抛物面面积 A?

H/2

?bH

3

H?4x

2

H

??dxdy

D

?

?

dx?

dy?H

H/3

抛物面形心x?

1

??A

D

xd??

H3H3

H

3

H

?

H/2

xdx

?

H?4x

2

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H

3

H

48H

4

y?

1A

??

D

yd??

H

?

H/2

dx?

4

H?4x

2

ydy?

45

H

竖直分力必然经过形心((5)合力?F?

2

H

48

2

H

45

9H

2

),xD?

?4H

H

3

48

Fx?Fy?

?Hb

6

FH?Fx(H?hD)?FyxD

维持闸门平衡的力

F?

?bH(24?H)

144

22

合力与y轴夹角tg??

FxFy

?

32

H

sin??

Fx

?F

?

如图所示矩形敞口盛水车,长2L(m),高h=2L (m),静止时水深h1=L (m)。重力加速度为g(m/s2)。求水刚好不溢出时,盛水车的加速度a的大小。(5分)

解:自由面方程为:ax+gzs=0, 水刚好不溢出时, zs(x=-L)=h-h1,因此,-a(-L)/g=2L-L,即a=g。

五、如下左图所示,水由水箱1经圆滑无阻力的孔口水平射出冲击到以平板上,平板封盖着另一水箱2的孔口,水箱1中水位高为h1,水箱2中水位高为h2,两孔口中心重合,且d1=d2/2,当h1已知时,求h2高度。(10分)

六、如上右图所示断面突然缩小管道,已知两段面的直径分别为d1(mm),d2(mm),且d1=2d2=2d,流量为Q(l/s),水银比压计读数h(mmHg),水与水银的密度分别为ρ1、ρ2,求从1-1断面流经2-2断面的能量损失hw。(10分)

如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。水从一容器通过锐边入口进入管系,局部损失系数为0.5,钢管的内径均为d(m),水在钢管内流动的沿程损失系数为λ,用水泵保持稳定的流量Q(m3/s),水与水银的密度分别为ρ1、ρ2,若在给定流量下水银差压计的示数为H(mm)。

1.计算水通过阀门的局部损失系数;(4分) 2.计算阀门前水的计示压强。(6分)

水银

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