工程流體力學(xué)思考題、練習(xí)題-副本

1、第五章不可壓縮流體一維層流流動(dòng)思考題建立流體流動(dòng)微分方程依據(jù)的是什么基本原理？有哪幾個(gè)基本步驟導(dǎo)致流體流動(dòng)的常見(jiàn)因素有哪些 ？流體流動(dòng)有哪幾種常見(jiàn)的邊界條件 ？如何確定這些邊界條件 ？對(duì)縫隙流動(dòng)、管內(nèi)流動(dòng)或降膜流動(dòng)，關(guān)于切應(yīng)力和速度的微分方程對(duì)牛頓流體和非牛頓流體均適用嗎？為什么一、選擇題1、圓管層流過(guò)流斷面的流速分布為A均勻分布；B對(duì)數(shù)曲線分布；C二次拋物線分布；D三次拋物線分布。2、兩根相同直徑的圓管，以同樣的速度輸送水和空氣，不會(huì)出現(xiàn)情況。A水管內(nèi)為層流狀態(tài)，氣管內(nèi)為湍流狀態(tài)；B水管、氣管內(nèi)都為層流狀態(tài)；C水管內(nèi)為湍流狀態(tài)，氣管內(nèi)為層流狀態(tài)；D水管、氣管內(nèi)都為湍流狀態(tài)。3、變直徑管流，細(xì)

2、斷面直徑為di,粗?jǐn)嗝嬷睆綖閐2, d2 = 2dl粗?jǐn)嗝胬字Z 數(shù)Re2與細(xì)斷面雷諾數(shù)Rei的關(guān)系是：A Rei=0.5ReB Rei=Re2C Rei=1.5Re2D Rei=2Re24m/s,則斷面平均流速為:D 2.5m/s4、圓管層流，實(shí)測(cè)管軸線上的流速為A 4m/s B 3.2m/s C 2m/s5圓管流動(dòng)中過(guò)流斷面上的切應(yīng)力分布如圖中的哪一種?B管軸處是零，且與半徑成正比D拋物線分布A在過(guò)流斷面上是常數(shù)C管壁處為零，向管軸線性增大9 .下列壓強(qiáng)分布圖中哪個(gè)是錯(cuò)誤的？B題二-9圖10 .粘性流體總水頭線沿程的變化是（A ）。A.沿程下降B.沿程上升C.保持水平D.前三種情況都有可能。

3、1.液體粘度隨溫度的升高而,氣體粘度隨溫度的升高而(A )。A.減小，增大；B.增大，減??；C.減小，不變；D.減小，減小四、計(jì)算題（50分）30.（6分）飛機(jī)在10000m高空（T=223.15K,p=0.264bar）以速度800km/h飛行，燃燒室的進(jìn)口擴(kuò)壓通道朝向前方，設(shè)空氣在擴(kuò)壓通道中可逆壓縮，試確定相對(duì)于擴(kuò)壓通道的來(lái)流馬赫數(shù)和出口壓力。（空氣的比熱容為 Cp=1006J/（kg - K）,等嫡指數(shù)為 k=1.4,空氣的氣體常數(shù) R 為 287J/(kg -K)2 .T0=Too+v / 2Cd p3= 22315 (800)2 /(2 1006)3600=247.69K_3.M ,

4、v:：(800 103/3600)Ivl 8 一= =U./4a 二 ,1.4 287 22315P o=p” 1kk -12 n- M221.414 -12 14=0.26410.7422= 0.38bar31.（6分）一截面為圓形風(fēng)道，風(fēng)量為10000m3/h,最大允許平均流速為20m/s,求：（1）此時(shí)風(fēng)道內(nèi)徑為多少？（2）若設(shè)計(jì)內(nèi)徑應(yīng)取50mm的整倍數(shù)，這時(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)徑為多少？（3）核算在設(shè)計(jì)內(nèi)徑時(shí)平均風(fēng)速為多少？依連續(xù)方程（p =C） vA=v2A2=qv(1)v 1 d2 =q v d 1= 410000 4 =0.42m=420mm3600 20二(2)設(shè)計(jì)內(nèi)彳5應(yīng)取 450mm 5

5、0mrnB勺9倍，且風(fēng)速低于允許的20m/s 在設(shè)計(jì)內(nèi)徑450mm時(shí)，風(fēng)速為qv 4 10000v2 =v- =2- =17.46m/s3d23600 兀X0.45432.（7分）離心式風(fēng)機(jī)可采用如圖所示的集流器來(lái)測(cè)量流量，已知風(fēng)機(jī)入口側(cè)管道直徑d=400mm,U形管讀數(shù)h=100mmH 2。，水與空氣的密度分別為p水=1000kg/m3, p空=1.2kg/m3,忽略流動(dòng)的能量損失, 由伯努利方程求空氣的體積流量qv。0+0+0=衛(wèi)2 v +0+ 2g接風(fēng)機(jī)得 v-E.由靜力學(xué)方程 p+ p水gh=0= p=- p水gh代入得 v=、2gh _10002 9807 01 =40.43m/s1

6、2-2-23qv=v *d =40.43(0.4) =508m /s4433.（7分）要為某容器底部設(shè)計(jì)一個(gè)帶水封的疏水管，結(jié)構(gòu)如圖示：容器內(nèi)部的壓強(qiáng)值，最高時(shí)是表壓強(qiáng)Pe=1500Pa,最低時(shí)是真空值pv=1200Pa,要求疏水管最高水位應(yīng)低于容器底部聯(lián)接法蘭下a=0.1m,最低水位應(yīng)在疏水管口上b=0.2m（水密度p=1000kg/m3,重力加速度 g=9.8m/s2）求：（1）疏水管長(zhǎng)度L。（2）水封水面到疏水管口的深度H。根據(jù)流體靜力學(xué)基本方程表壓強(qiáng)pe= p gh或h= pe :g在最高壓強(qiáng)時(shí)，管內(nèi)水面應(yīng)低于O-O面pe 1500ch產(chǎn) e=0153m:g 1000 9.8在最低壓強(qiáng)

7、時(shí)，管內(nèi)水面應(yīng)高于0-0面pv 1200h2= - =0122 m:g 1000 9.8故疏水管長(zhǎng)度L=a+h2+hi+b=0.1+0.122+0.152+0.2=0.574m水封水面到疏水管口深度H=h 1+b=0.153+0.2=0.353m答：疏水管長(zhǎng)度應(yīng)為 0.574m,水封水面到疏水管口深度為0.353m。34.(12分)有一水平放置的90°漸縮彎管，管內(nèi)徑d1=15cm,d2=7.5cm,入口處平均流速v1=2.5m/s,表壓強(qiáng)p1=6.86X 104Pa,若不計(jì)阻力損失，求水流對(duì)彎管的作用力。水的密度 3p =1000kg/m 。(1)求虹吸管的流量：列進(jìn)、出口水池水面

8、的伯努利方程：2LAB ' L BC . LCD、vH= hw =(-) d2g把已知參數(shù)代入：求得所以 qv=vA=0.05m 31s(2)求最低壓強(qiáng)點(diǎn)及其真空度: 最低壓強(qiáng)應(yīng)是虹吸管內(nèi)的v=1.59m/sC點(diǎn)(見(jiàn)圖)列進(jìn)水池水面及 C斷面的伯努利方程:20=h- . v hwAC：g 2g得 pvc=28200Pa=28.2KPa35.(12分)用虹吸管輸水，如圖所示，已知：水位差H=2m,管頂高出上游水位 h=1m ,虹吸管內(nèi)徑d=200mm,管長(zhǎng)為L(zhǎng)AB=3m,L BC=5m,L CD=4m,管路沿程損失系數(shù) 入=0.026,局部損失 系數(shù)有：管路進(jìn)口濾網(wǎng)(帶底閥)一個(gè)，I濾網(wǎng)

9、=12,B、C兩處90°圓彎兩個(gè)，每個(gè)I彎頭=0.5, 管路出口 I出口 =1.0,水的密度p=1000kg/m3。試求：虹吸管的流量qv。(2)虹吸管中壓強(qiáng)最低點(diǎn)的位置及其真空值。(1)求虹吸管的流量：列進(jìn)、出口水池水面的伯努利方程:，2H=- hw. Lab Lbc Lcd)Jd2g把已知參數(shù)代入：求得 v=1.59m/s所以 qv=vA=0.05m 3/s（2）求最低壓強(qiáng)點(diǎn)及其真空度：最低壓強(qiáng)應(yīng)是虹吸管內(nèi)的C點(diǎn)（見(jiàn)圖）列進(jìn)水池水面及 C斷面的伯努利方程：得 pvc=28200Pa=28.2KPa題三T圖1.如圖所示，一灑水車(chē)等加速度 a=0.98m/s2向右行駛，求水車(chē)內(nèi)自由表

10、面與 水平面間的夾角）；若B點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)前位于水面下深為 h=1.0m,距z軸為xB=- 1.5m,求灑水車(chē)加速運(yùn)動(dòng)后該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)。（15分）解：考慮慣性力與重力在內(nèi)的單位質(zhì)量力為（取原液面中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)）X=-a ; Y=0 ; Z= - g （2 分）代入式 歐拉平衡微分方程：布二時(shí)念十納+現(xiàn)（2分）得：r1積分得：工-1 -(3分)在自由液面上，有：x=z=0得：C=p0 =0 （1 分）代入上式得：;p= Po (1 分)x+z)B點(diǎn)的壓強(qiáng)為:s=-pg(-+ = '9800(xl.5) + (-l,0)= 11270N/mJ = lL27la衛(wèi) g9 g(2分）自由液面方程為（

11、二,液面上 p0=0）ax+gz=0 (2 分) 即:. z atana =X £翁。a= 5° 45,2,水自壓力容器穩(wěn)定地流出。表壓pM =10.13x105N/m , h=3m。噴嘴直徑d2 =50mm di =100mm , 0若不記管嘴內(nèi)的液體和管嘴本身的重力，試求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？ （ 20分）解：o-2斷面的伯努力方程為pM- 0 h =0 j：g2g（3分）題V2 = 2g（ pMh） = 2 9.81（10.33 10 3） = 45.66m/sgPg（1 分）V1 =噂=迄=11.42m/sd14（1 分）1-2斷面的伯努力方程為P1 V12

12、V22 -f-Pg2g 2g（3 分）：2210002Pi 二 一 （V22 -V12）（1954.4） =977.2kN /m2（2分）227T 9 7T 9oQ =Md12 =V2-df =0.09m3/s44（1 分）設(shè)噴嘴作用在控制體上的力為Px,利用動(dòng)量定理，有Fx （V2 -V1）（3分）P1 -d1 - Px = ; Q（V2 -V1）4（3 分）：2 f3：,2-Px=Pi d1： Q（V1 -V2） =977.2 100.1 1000 0.09（-34.24） = 4.6kN1 44（ 2分）即管嘴上螺栓群所受的拉力為4.6kN （1分）3.如圖所示為一文丘里流量計(jì)，起作用的

13、是漸縮管段，氣體流動(dòng)方向如圖，已3知?dú)怏w密度P=1.25<g/m , 1 1和2 2截面直徑分別為600mm和400mm, U型管內(nèi)水柱高度為h=45mm,試計(jì)算體積流量（忽略損失）。（15分）解：1 1和22截面處于緩變流中（2分），列總流的伯努力方程有： 22r P1Mr P2 v2八八乙 +=Z2+（3 分），其中 Z = Z2 （1 分） （1）Pg 2 g ：g 2 g根據(jù)連續(xù)性方程有：v1A1 =v2 A2（2 分）（2）設(shè)U型管左側(cè)水面到底部（Z=0）的距離為L(zhǎng),有：P1 + Pg（ZI L） = P2 + Pg（Z2 - L h） + p水gh（3分） 根據(jù)上述三式帶入已

14、知條件，求得：3_v2 =29.67m/s, （2 分）Q =v2 A2 =3.73m/s （2 分）1.如圖所示，有一盛水的開(kāi)口容器以 3.6m/s2的加速度沿與水平成30o夾角的 傾斜平面向上運(yùn)動(dòng)，試求容器中水面的傾角，并分析 p與水深的關(guān)系。解：根據(jù)壓強(qiáng)平衡微分方程式：布=忒"十咕+2（1分）單位質(zhì)量力：X - -a cos 300y = 0人-但+.in叫q分）在液面上為大氣壓強(qiáng)，叨二°代入（1分）由壓強(qiáng)平衡微分方程式，得:-a cos 300dx- (g + d sin 3(J0)dz = 0一匕cos 300 x - (g+ df sin 300) z = c代

15、入：K=0#£二。3 得二 C二0自由面Z二Eg自由面方程；(2分)日二 15°(2分)-a cos 300 jr = (g + a sin 30")工5-生二 tan *口 二 0269drg+dtsin 300任意點(diǎn)：dp = /?(« cos 300dx - g赤口 sin 30°dz)= p = -pticos30o-pgz- /xizsin 30° 4-Cx = 0, j = 0, p = 0.C = 0 P S 血 30'-。亞-.皿 30°( 4 分) 代入自由面方程得：p=-a cos 300dx-(

16、£ + (3 sin 300)dz + C代入x二口，z=0;時(shí) p=0 得 C=0 = -d( cos 30° x - (g4- d( sin 300) 2P = p (g+曰重口 30°) hp與淹深成正比。(3分)2(Pg=8825N/m)題三-2圖2,有一 30cmM15 cm的文德利管，接入鉛垂的輸油管上，油的流動(dòng)方向朝上。已知喉部與進(jìn)口截面間的高度差為 30cm,圖中U形管讀書(shū)為25cm水銀柱，試求油的流量以及進(jìn)口與喉部?jī)山孛嬷g的壓力差解：di =30cm22a1 二 302 =706.86cm2故 4(1分)d2 =15cm,二 22a2 =- 152 =176.71cm2故 4(1分)7g =8 82 N miz = 30cm （2 分）（1）Q=（2）133370 8825、h = 25cm水車(chē)艮枉=25父（）8825=352.8cm 油柱（2分）a1a22一 a2706.86 176.713 .2gh - 2 981 352.8 = 151832cm/s06.862-176.712（5 分）ViQ ;的:214.8cm/s a1 706.86（1 分）a2151832 =859.2cm/s176.71（1分）由