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流體力學(xué)試卷2

時間:2023-05-01 01:58:06 資料 我要投稿
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流體力學(xué)試卷2

一、名詞解釋

流體力學(xué)試卷2

1雷諾數(shù) 2、流線 3、壓力體 4、牛頓流體 5、歐拉法 6、拉格朗日法 7、恒定流動 8、流場 9、無旋流動 10、穩(wěn)定流動 11、不可壓縮流體 12、流場 13、無旋流動 14、有旋流動 15、駐點 16控制體 17理想流體

二、簡答題

1、流體靜壓強的特性是什么?

2、尼古拉茲實驗分區(qū)級意義是什么? 3、運動粘滯系數(shù)r的物理意義是什么?

4、流體動力粘滯系數(shù)u的物理意義是什么? 5、伯努利方程z?

pr?u

2

2g

?

常數(shù)中各項的物理意義?

6、簡要說明管道流動局部阻力損失產(chǎn)生的機理。

7、下式不可壓縮流體N-S方程中,各項的物理意義是什么? X

8、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型?它在流體力學(xué)中有何作用?

?1?p

??(

?ux?x

22

??x

?

?uy?y

2

2

?

?uz?z

2

2

)?

dudt

x

三、計算題

1、如圖所示,一油缸及其中滑動栓塞,尺寸D=120.2mm,d=119.8mm,L=160mm,間隙內(nèi)充滿μ=0.065Pa·S的潤滑油,若施加活塞以F=10N的拉力,試問活塞勻速運動時的速度是多少?(10分)

2、如圖所示一盛水容器,已知平壁AB=CD=2.5m,BC及AD為半個圓柱體,半徑R=1m,自由表面處壓強為一個大氣壓,高度H=3m,試分別計算作用在單位長度上AB面、BC面和CD面所受到的靜水總壓力。

3、原型流動中油的運動粘性系數(shù)υp=15×10-5m2/s,其幾何尺度為模型的5倍,如確定佛汝德數(shù)和雷諾數(shù)作為決定性相似準(zhǔn)數(shù),試問模型中流體運動粘性系數(shù)υm=?

4、如圖所示,變直徑圓管在水平面內(nèi)以α=30。彎曲,直徑分別為d1=0.2m,d2=0.15m,過水流量若為Q=0.1m3/s,P1=1000N/m2時,不計損失的情況下,求水流對圓管的作用

力及作用力的位置。(20分)

5、兩水池的水位差H=6m,用一組管道連接,管道的第一段BC長L1=3000m,直徑d1=600mm,C點后分為兩根長L2=L3=3000m,直徑d2=d3=300mm的并聯(lián)管,各在D點及E點進入下水池。設(shè)管道的沿程阻力系數(shù)λ=0.04,求總流量Q=?(20分)

1、有一鋼板制風(fēng)管,斷面尺寸為

400mm?200mm,管內(nèi)氣流平均速度為1.5m

/s,氣體運動粘滯系數(shù)為

15.0×10?8m2/s,判斷管內(nèi)氣體的流態(tài)?

2、一高壓管末端接噴嘴,如下圖所示,已知噴嘴出口直徑為10cm,管道直徑為

40cm,水在管中流量Q為0.4m3/s,求管嘴對水流的作用力。

3、已知不可壓縮流體的流速分量為:ux?x2-y2,uy??2xy,uz?0,問該流

動是否為無旋流動?

4、已知平面流動的速度分量為:ux?x?t2,uy??y?t2;求:當(dāng)t=1是過M(1,1)的流線方程。

5、一車間用直徑為0.5m的風(fēng)口送風(fēng),風(fēng)口風(fēng)速為6.0m/s,如長度比例常數(shù)

為4,確定實驗?zāi)P惋L(fēng)口風(fēng)速。若在模型內(nèi)測得某點氣流速度為3.0m/s,則車間相應(yīng)點的速度為多少?(已知空氣的運動粘滯系數(shù)為

0.0000157m

2

/s)

lmln

?116

6、對某一橋墩采用模型比例為

0.76m

進行實驗。已知模型中水流速度為

/s,實測模型橋墩受水流作用力為4N。求原型中相應(yīng)的流速與作用

力。

7、在水平放置的管線中接彎管,直徑從600mm逐漸減小到300mm,水流方

向偏轉(zhuǎn)600如圖所示,在直徑較大一端壓強為172kN/m2,求作用于彎管上的力的大小和方向,①當(dāng)水不流動時;②當(dāng)通過的流量為876L/s時;

8、一弧形閘門AB,寬4m,圓心角為求

45,半徑為

2m,閘門轉(zhuǎn)軸恰好與水面平齊,

門的水靜壓力。

9、如下圖所示,一水箱側(cè)面開孔并接有一直徑為50mm的短管,形成管嘴出流,已知作用水頭H=5m,管嘴出流流量系數(shù)u=0.82,試問:①管嘴出流流量Q;②靠近水箱一側(cè)管嘴內(nèi)壁形成真空的原因是什么?③合適的管嘴長度是多少?

0、如圖所示,一水平射流沖擊光滑平板,流量為Q0,密度?,直徑為d0,求:①平

板所受的沖擊力。②流量Q1和Q2

11、如下圖所示:水箱側(cè)壁接出一根由兩段不同管徑所組成的管道,已知

d1?200mm,d2?100mm,兩管短長均為L=50m,

H?10m,沿程阻力系數(shù)

??0.01,?A?0.3,?B?0.2,求:管道中水的流量、流速.

1、一根直徑為d

1 = 0.1m的水管垂直放置,在上方轉(zhuǎn)90°彎后立即收縮成直徑

為d 2 = 0.05m噴口,水從此噴入大氣中。設(shè)噴口水流速度為v2 =20m/s,忽略一切損失,試計算低于噴口h = 4 m處水管截面上的壓強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、圖示為一連接于壓力容器的帶法蘭的收縮出流管嘴。設(shè)容器內(nèi)壓力表讀數(shù)為 p = 106Pa,H = 3m,管嘴大小口直徑 D = 5cm,d = 1cm。試求管嘴上螺釘群所受到的總拉力 F。

v1D?v2d

連續(xù)性方程v1?5?v2?1

v2?5v1

p1?p??H

靜力學(xué)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

動量方程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、一貯水箱通過一直徑為d的底部小孔排水,設(shè)排放時間t與液面高度h,重

力加速度g,流體密度ρ,粘度μ等參數(shù)有關(guān),試用量綱分析法 (1)取h, g,ρ為基本量,求包含時間的無量綱量Π1 ; (2) 取d, g,ρ為基本量,求包含粘度的無量綱量Π2 。 解:f(d,t,h,g,?,?)?0

n=6

(1)取h, g,ρ為基本量

?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為基本量

?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、如圖所示的拋物線閘門,寬度為b,鉸接在B點上,建立如下坐標(biāo)系后,拋物線閘門斷面的方程為y=H-4x2。

1.求流體作用在閘門上總壓力的水平分力Fx大;(4分) 2.求流體作用在閘門上總壓力水平分力Fx的作用中心hD;(4分)

3.求流體作用在閘門上總壓力的豎直分力Fz大;(4分) 4.求流體作用在閘門上總壓力豎直分力Fz作用中心xD;(4分) 5.維持閘門平衡所需的F。(4分)

解:拋物線方程

y?H?4x

2

(1)水平分力的大小Fx??hcAx??

H2

Hb?

?Hb2

2

3

1

(2)水平分力壓力中心hD?hc?

JchcAx

?

H

?12

H2

2

?b?H

?

?H?b

2H3

(3)垂直分力的大小Fy??Vp??Ab?(4)拋物面面積 A?

H/2

?bH

3

H?4x

2

H

??dxdy

D

?

?

dx?

dy?H

H/3

拋物面形心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

豎直分力必然經(jīng)過形心((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

維持閘門平衡的力

F?

?bH(24?H)

144

22

合力與y軸夾角tg??

FxFy

?

32

H

sin??

Fx

?F

?

如圖所示矩形敞口盛水車,長2L(m),高h=2L (m),靜止時水深h1=L (m)。重力加速度為g(m/s2)。求水剛好不溢出時,盛水車的加速度a的大小。(5分)

解:自由面方程為:ax+gzs=0, 水剛好不溢出時, zs(x=-L)=h-h1,因此,-a(-L)/g=2L-L,即a=g。

五、如下左圖所示,水由水箱1經(jīng)圓滑無阻力的孔口水平射出沖擊到以平板上,平板封蓋著另一水箱2的孔口,水箱1中水位高為h1,水箱2中水位高為h2,兩孔口中心重合,且d1=d2/2,當(dāng)h1已知時,求h2高度。(10分)

六、如上右圖所示斷面突然縮小管道,已知兩段面的直徑分別為d1(mm),d2(mm),且d1=2d2=2d,流量為Q(l/s),水銀比壓計讀數(shù)h(mmHg),水與水銀的密度分別為ρ1、ρ2,求從1-1斷面流經(jīng)2-2斷面的能量損失hw。(10分)

如圖所示為用于測試新閥門壓強降的設(shè)備。水從一容器通過銳邊入口進入管系,局部損失系數(shù)為0.5,鋼管的內(nèi)徑均為d(m),水在鋼管內(nèi)流動的沿程損失系數(shù)為λ,用水泵保持穩(wěn)定的流量Q(m3/s),水與水銀的密度分別為ρ1、ρ2,若在給定流量下水銀差壓計的示數(shù)為H(mm)。

1.計算水通過閥門的局部損失系數(shù);(4分) 2.計算閥門前水的計示壓強。(6分)

水銀

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