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流體力學(xué)試卷2
一、名詞解釋
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(dòng) 8、流場(chǎng) 9、無旋流動(dòng) 10、穩(wěn)定流動(dòng) 11、不可壓縮流體 12、流場(chǎng) 13、無旋流動(dòng) 14、有旋流動(dòng) 15、駐點(diǎn) 16控制體 17理想流體
二、簡(jiǎn)答題
1、流體靜壓強(qiáng)的特性是什么？
2、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)分區(qū)級(jí)意義是什么？ 3、運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)r的物理意義是什么？
4、流體動(dòng)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(xiàng)的物理意義？
6、簡(jiǎn)要說明管道流動(dòng)局部阻力損失產(chǎn)生的機(jī)理。
7、下式不可壓縮流體N-S方程中，各項(xiàng)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(jì)算題
1、如圖所示，一油缸及其中滑動(dòng)栓塞，尺寸D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，間隙內(nèi)充滿μ=0.065Pa·S的潤(rùn)滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,試問活塞勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)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(gè)圓柱體，半徑R=1m，自由表面處壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓，高度H=3m，試分別計(jì)算作用在單位長(zhǎng)度上AB面、BC面和CD面所受到的靜水總壓力。
3、原型流動(dòng)中油的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)，不計(jì)損失的情況下，求水流對(duì)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(zhǎng)L1=3000m，直徑d1=600mm，C點(diǎn)后分為兩根長(zhǎng)L2=L3=3000m，直徑d2=d3=300mm的并聯(lián)管，各在D點(diǎn)及E點(diǎn)進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)是否為無旋流動(dòng)？
4、已知平面流動(dòng)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(zhǎng)度比例常數(shù)
為4，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)口風(fēng)速。若在模型內(nèi)測(cè)得某點(diǎn)氣流速度為3.0m/s，則車間相應(yīng)點(diǎn)的速度為多少？（已知空氣的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)為
0.0000157m
2
/s）
lmln
?116
6、對(duì)某一橋墩采用模型比例為
0.76m
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。已知模型中水流速度為
/s，實(shí)測(cè)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(qiáng)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(dòng)時(shí)；②當(dāng)通過的流量為876L/s時(shí)；
8、一弧形閘門AB，寬4m，圓心角為求
作
用
于
閘
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(zhǎng)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(zhǎng)均為L(zhǎng)=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(jì)算低于噴口h = 4 m處水管截面上的壓強(qiáng)p1。
p1
v1d1?v2d2
v1?0.1?20?0.05v1?10m/s
?
?z1??
v1
2
2g10
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2
p2
?
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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(dòng)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(shí)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(shí)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(diǎn)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�。唬�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大小；（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(zhǎng)2L(m)，高h(yuǎn)=2L (m)，靜止時(shí)水深h1=L (m)。重力加速度為g(m/s2)。求水剛好不溢出時(shí)，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(shí), 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(shí)，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(jì)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(cè)試新閥門壓強(qiáng)降的設(shè)備。水從一容器通過銳邊入口進(jìn)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(dòng)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(jì)的示數(shù)為H(mm)。
1.計(jì)算水通過閥門的局部損失系數(shù)；（4分） 2.計(jì)算閥門前水的計(jì)示壓強(qiáng)。（6分）
水銀
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