工程流體力學思考題、練習題-副本

1、第五章不可壓縮流體一維層流流動思考題建立流體流動微分方程依據(jù)的是什么基本原理？有哪幾個基本步驟導致流體流動的常見因素有哪些 ？流體流動有哪幾種常見的邊界條件 ？如何確定這些邊界條件 ？對縫隙流動、管內流動或降膜流動，關于切應力和速度的微分方程對牛頓流體和非牛頓流體均適用嗎？為什么一、選擇題1、圓管層流過流斷面的流速分布為A均勻分布；B對數(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，不會出現(xiàn)情況。A水管內為層流狀態(tài)，氣管內為湍流狀態(tài)；B水管、氣管內都為層流狀態(tài)；C水管內為湍流狀態(tài)，氣管內為層流狀態(tài)；D水管、氣管內都為湍流狀態(tài)。3、變直徑管流，細

2、斷面直徑為di,粗斷面直徑為d2, d2 = 2dl粗斷面雷諾 數(shù)Re2與細斷面雷諾數(shù)Rei的關系是：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，實測管軸線上的流速為A 4m/s B 3.2m/s C 2m/s5圓管流動中過流斷面上的切應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 .下列壓強分布圖中哪個是錯誤的？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?。籆.減小，不變；D.減小，減小四、計算題（50分）30.（6分）飛機在10000m高空（T=223.15K,p=0.264bar）以速度800km/h飛行，燃燒室的進口擴壓通道朝向前方，設空氣在擴壓通道中可逆壓縮，試確定相對于擴壓通道的來流馬赫數(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）一截面為圓形風道，風量為10000m3/h,最大允許平均流速為20m/s,求：（1）此時風道內徑為多少？（2）若設計內徑應取50mm的整倍數(shù)，這時設計內徑為多少？（3）核算在設計內徑時平均風速為多少？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)設計內彳5應取 450mm 5

5、0mrnB勺9倍，且風速低于允許的20m/s 在設計內徑450mm時，風速為qv 4 10000v2 =v- =2- =17.46m/s3d23600 兀X0.45432.（7分）離心式風機可采用如圖所示的集流器來測量流量，已知風機入口側管道直徑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接風機得 v-E.由靜力學方程 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）要為某容器底部設計一個帶水封的疏水管，結構如圖示：容器內部的壓強值，最高時是表壓強Pe=1500Pa,最低時是真空值pv=1200Pa,要求疏水管最高水位應低于容器底部聯(lián)接法蘭下a=0.1m,最低水位應在疏水管口上b=0.2m（水密度p=1000kg/m3,重力加速度 g=9.8m/s2）求：（1）疏水管長度L。（2）水封水面到疏水管口的深度H。根據(jù)流體靜力學基本方程表壓強pe= p gh或h= pe :g在最高壓強時，管內水面應低于O-O面pe 1500ch產 e=0153m:g 1000 9.8在最低壓強

7、時，管內水面應高于0-0面pv 1200h2= - =0122 m:g 1000 9.8故疏水管長度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：疏水管長度應為 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，管內徑d1=15cm,d2=7.5cm,入口處平均流速v1=2.5m/s,表壓強p1=6.86X 104Pa,若不計阻力損失，求水流對彎管的作用力。水的密度 3p =1000kg/m 。(1)求虹吸管的流量：列進、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)求最低壓強點及其真空度: 最低壓強應是虹吸管內的v=1.59m/sC點(見圖)列進水池水面及 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 ,虹吸管內徑d=200mm,管長為LAB=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：管路進口濾網(帶底閥)一個，I濾網

9、=12,B、C兩處90°圓彎兩個，每個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)虹吸管中壓強最低點的位置及其真空值。(1)求虹吸管的流量：列進、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）求最低壓強點及其真空度：最低壓強應是虹吸管內的C點（見圖）列進水池水面及 C斷面的伯努利方程：得 pvc=28200Pa=28.2KPa題三T圖1.如圖所示，一灑水車等加速度 a=0.98m/s2向右行駛，求水車內自由表

10、面與 水平面間的夾角）；若B點在運動前位于水面下深為 h=1.0m,距z軸為xB=- 1.5m,求灑水車加速運動后該點的靜水壓強。（15分）解：考慮慣性力與重力在內的單位質量力為（取原液面中點為坐標原點）X=-a ; Y=0 ; Z= - g （2 分）代入式 歐拉平衡微分方程：布二時念十納+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點的壓強為: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）設噴嘴作用在控制體上的力為Px,利用動量定理，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，起作用的

13、是漸縮管段，氣體流動方向如圖，已3知氣體密度P=1.25<g/m , 1 1和2 2截面直徑分別為600mm和400mm, U型管內水柱高度為h=45mm,試計算體積流量（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U型管左側水面到底部（Z=0）的距離為L,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 傾斜平面向上運動，試求容器中水面的傾角，并分析 p與水深的關系。解：根據(jù)壓強平衡微分方程式：布=忒"十咕+2（1分）單位質量力：X - -a cos 300y = 0人-但+.in叫q分）在液面上為大氣壓強，叨二°代入（1分）由壓強平衡微分方程式，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：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 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，油的流動方向朝上。已知喉部與進口截面間的高度差為 30cm,圖中U形管讀書為25cm水銀柱，試求油的流量以及進口與喉部兩截面之間的壓力差解：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