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
?
?uz?z
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
作
用
于
闸
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
?
?z2?
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
dy?
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