工程流體力學(xué)全試題庫(kù)11

1、工程流體力學(xué)全試題庫(kù)11六、根據(jù)題目要求解答下列各題1、圖示圓弧形閘門(mén)AB（1/4圓），A點(diǎn)以上的水深H=1.2m,閘門(mén)寬B=4m,圓弧形閘門(mén)半徑R=1m,水面均為大氣壓強(qiáng)。確定圓弧形閘門(mén)AB上作用的靜水總壓力及作用方向。解：水平分力Px=pcXAx=74.48kN鉛垂分力Py=YXV=85.65kN,靜水總壓力P2=Px2+Py2,P=113.50kN,tan=Py/Px=1.15=49合力作用線通過(guò)圓弧形閘門(mén)的圓心l=50m,兩個(gè)30。折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為C=0.2,12=0.5,（3=1.0,沿程水頭損失系數(shù)人=0.024,上下游水位差H=3m。若上下游流速水頭忽略不

2、計(jì)，求通過(guò)倒虹吸管的流量Q。2、圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d=0.8m）長(zhǎng)解：按短管計(jì)算，取下游水面為基準(zhǔn)面，對(duì)上下游渠道內(nèi)的計(jì)算斷面建立能量方程lv2Hhw（旅五計(jì)算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)v2且9.9ARd/40.2m,0.220.51.01.9將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到3.v4.16m/s,QvA2.091m/s即倒虹吸管內(nèi)通過(guò)的流量為2.091m3/s。3、某水平管路直徑di=7.5cm,末端連接一漸縮噴嘴通大氣（如題圖）,噴嘴出口直徑d2=2.0cm。用壓力表測(cè)得管路與噴嘴接頭處的壓強(qiáng)p=49kNm2,管路內(nèi)流速vi=0.706m/s。求水流對(duì)噴嘴的水平作用力F（

3、可取動(dòng)量校正系數(shù)為1）解：列噴嘴進(jìn)口斷面11和噴嘴出口斷面22的連續(xù)方程：得噴嘴流量和出口流速3為：Qv1Al0.00314m力A2對(duì)于噴嘴建立x方向的動(dòng)量方程piAiRQ(V2xvix)Rp3A3Q(V2V3)187.8N水流對(duì)噴嘴沖擊力：F與R,等值反向。4、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率n=0.014,底寬b=1.5m,槽長(zhǎng)L=120m。 進(jìn)口處槽底高程Z1=52.16m,出 口 槽 底 高 程 乙 =52.04m,當(dāng) 槽 中 均 勻 流 水 深h0=1.7m時(shí)，試求渡槽底坡i和通過(guò)的流量Qo解：i=(Z1-Z2)/L=0.001Abh2.55m2xb2h4.9mAR0.52mxC1R16

4、64.06m%/snv=C(Ri)0.5=1.46m/sQ=vA=3.72m3/s。1.已知一流動(dòng)的速度場(chǎng)為：vx=2xy+x,vy=x2-y2-y,試證明該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)， 且存在流函數(shù)， 并求速度勢(shì)及流函數(shù)。vx2xy解：(1):vy2xx則3x=3y=3z=0）流動(dòng)為無(wú)旋流動(dòng),該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)。VxVy2y12y10 xy又即流動(dòng)為不可壓縮流體的平面流動(dòng),，該流動(dòng)存在流函數(shù)。22dxdyvxdxvydy(2xyx)dx(xyy)dyxyJ速度勢(shì)為：/c、I/22、1(2xyx)dx(xyy)dy2322xyyxy一一一c232ddxdyvydxvxdyxy/22(xyy)dx(2xyx)

5、dy.流函數(shù)為：/222(xyy)dx(2xyx)dyxy3xxy一c32.如圖所示，兩圓筒內(nèi)裝的是水，用管子連接。第一個(gè)圓筒的直徑di=45cm,其活塞上受力Fi=320N,密封氣體的計(jì)示壓強(qiáng)為981.0Pa;第二個(gè)圓筒的直徑d2=30cm,其活塞上受力F2=490N,開(kāi)孔通大氣。若不計(jì)活塞重量，求平衡狀態(tài)時(shí)兩活塞的高度差hoFiPePa 水ghAi解：P2AiA2d；4d14 PiP23 .已知：一閘門(mén)如圖,hi=2m)h2=3m)h3=5m）閘門(mén)寬B2m）丫1=9806N/m3,=12000N/m3,Y3=46000N/m3。求作用在AB板上的合力, 以及作用在B點(diǎn)的合力矩。Fiighc

6、iA980612239224(N)解:ghA2980622117672(N)2ghc2A2120001.532108000(N)F33gl%3A3460002.5(23)21150000(N)885104(N)h3MBF333511500003F21150000h1F1(h2-)339224108000h2339224(32)11767231080003-1488324.2(N.m)34 .圖示為水自壓力容器定常出流，壓力表讀數(shù)為10atm,H=3.5m,管嘴直徑0Di=0.06m,廠21_D2=0.12m,試求管嘴上螺釘群耳受多少拉力?計(jì)算時(shí)管嘴內(nèi)液體本身重量不計(jì);忽略一切損失。L耳二一解：

7、對(duì)容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程一H-29.83.5選管嘴表面和管嘴進(jìn)出口斷面所圍成的體積為控制體，列動(dòng)量方程：FpnxqvV1XV2XP2eA2Fx2DI0.06V2-VID20.1245.7711.44(m/s)g2g100052101.01310545.77(m/s)Fxqvv1v2P2eA2對(duì)管嘴的進(jìn)出口斷面列伯努利方程，得22V2P2eV12gg2gP2e981986.77(Pa)一 2_2Fx100045.770.0645.7711.44981986.770.1244.6663.6(N)FFx6663.6(N)5.如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知d1=100mm)d2=75mm

8、)v2=23m/s)不計(jì)水頭損失，求彎管上所受的力對(duì)彎管的進(jìn)、出口截面列伯努利方程:解:d；7523121002由連續(xù)方濯2：v2dPbVI2z11g2gP2bg2V22g其中)P2b=0)Z1=Z2)代入得：22v2V11000225P1b-2312.941.80810(Pa)22g2方程:10001000qvv2xqvv2yvyFpn1xFpn2xFpn1yFpn2y2230.075v2cos304_2,一230.075v2sin304FpnbxFpnbyPbAFpnbxFpnby_5VI1.808100Fpnby求得：Fpnbx=-710.6(N)Fpnbx=710.6(N)Fpnby=

9、1168.5(N)Fpnby=-1168.5(N)F.Fx2Fy21367.6(N)0.12pnbxFx=-Fy=-選彎管所圍成的體積為控制體,對(duì)控制體列動(dòng)量6.已知油的密度p=850kg/m34,粘度=0.06Pa.s,在圖示連接兩容器的光滑管中流動(dòng)，已知H=3mo當(dāng)計(jì)及沿程和局部損失時(shí)，求：（1）管內(nèi)的流量為多少？（2）在管路中安一閥門(mén)，當(dāng)調(diào)整閥門(mén)使得管內(nèi)流量減小到原來(lái)的一半時(shí)， 問(wèn)閥門(mén)的局部損失系數(shù)等于多少？（水力光滑流動(dòng)時(shí)，入=0.3164/Re0.25）。解：（1）對(duì)兩容器的液面列伯努利方程，得:Hhwhfhj21.52g3240vv1.5-0.32g2gLv1d2g設(shè)入=0.03,

10、代入上式，得v=3.27m/s,則szRevd8503.270.30.0613897.5l=4Cn0.31640.3164Re0.25138970.250.0291故，令人=入=0.0291,代入（1）得：v=3.306(m/s)0.030.02910.033%2%則Revd8503.3060.30.0614050.5qv0.3164C0.250.31647702514050.50.0291d2-v4一0.323.3060.234(m3/s)410.2343,、(2卜丫/v0.117(m/s)qvd20.1174_23.140.31.655(m/s)Revd8501.6550.3.7033.7

11、50.060.31640.3164Re0.257033.750.250.0345求得:7.為確定魚(yú)雷阻力，可在風(fēng)洞中進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模型與實(shí)物的比例尺為1/3,已知實(shí)際情況下魚(yú)雷速度vp=6km/h ）海 水 密 度pp=1200kg/m3,粘 度Yp=1.145X10-6m2/s,空氣的密度pm=1.29kg/m3,粘度Ym=1.45X1度m2/s）試求：（1）風(fēng)洞中的模擬速度應(yīng)為多大？ （2）若在風(fēng)洞中測(cè)得模型阻力為1000N,則實(shí)際阻力為多少？解：已知=3vm=kvvp=38X6=228(km/h)kFFmm13821.291382FpP312003Hhwhfhj1.5v)2g403(0.

12、03451.50.31.6552v)29.815.37(1)由Rep=Rem得,kvkkl1.451051.145106k38=kvkl)FP=Fm/kF=1000/0.1725=5798(N)7 .流體通過(guò)孔板流量計(jì)的流量qv與孔板前、后的壓差A(yù)P、 管道的內(nèi)徑d1、 管內(nèi)流速v、 孔板的孔徑d、流體密度p和動(dòng)力粘度it有關(guān)。試用兀定理導(dǎo)出流量qv的表達(dá)式。(dimP=ML-1T-2,dim以=ML-1T-1)。解：設(shè)qv=f(AP,d1,v,d,p,)選d,v,p為基本變量a1biCIqv1vdP2a2vb2d&d13a3vb3dc3(2)由kF=kpki2kv2得220.1725

13、a4b4C44vd上述方程的量綱方程為:3_13a1_1b1L3T1ML3LT1ML1T2ML3a2LT1b2LC2LML33LT1b3LC3ML1T1ML3%LT1b3LC3由量綱一致性原則,a1=0a4=1b1=1b4=1C1=2C4=1可求得:a2=1b2=2C2=0qvvd24vdqvvd2fa3=0b3=0C3=18 .如圖所示，由上下兩個(gè)半球合成的圓球，直時(shí)，不計(jì)球的自重，求下列兩種情況下螺栓群(2)下半球固定在支座上。解：(1)上半球固定在支座上時(shí),23d2rFgVpgHp4310009.83,141323.141/3112.89(kN)(2)下半球固定在支座上時(shí)10009.83

14、,141323.141/371.84(kN)9.新設(shè)計(jì)的汽車(chē)高1.5m)最大行駛速度為108km/h,徑d=2m)球中充滿水。當(dāng)測(cè)壓管讀數(shù)H=3mA-A所受的拉力。(1)上半球固定在支座芹FgVpd2g7H2r3擬在風(fēng)洞中進(jìn)行模型試驗(yàn)。已知風(fēng)洞試驗(yàn)段的最大風(fēng)速為45m/s,試求模型的高度。在該風(fēng)速下測(cè)得模型的風(fēng)阻力為型在最大行駛速度時(shí)的風(fēng)阻。1500N,試求原解:451083.1.5根據(jù)粘性力相似準(zhǔn)則,RemRepkvk1.11hmkikv1.5hphphm1(m)1.5kFkk：kFmFpFp1500kkv2kl21500(N)10.連續(xù)管系中的90o漸縮彎管放在水平面上） 管徑di=15c

15、m,d2=7.5cm,入口處水平均流速vi=2.5m/s）靜壓pie=6.86X104Pa（計(jì)示壓強(qiáng)）。如不計(jì)能量損失，試求支撐彎管在其位置所需的水平力。解：由連續(xù)方程:V1A1v2A2由能量方程:22P1eVIP2eV2g2gg2g/22、P2eP1e-(VIV2)6.86221725(Pa)X方向動(dòng)量方程：qv(V2xVIX)FxP2eA2Fxqv(V2xMx)P2eA2_2_210002.50.15(100)217250.07544d12VI浣)22.510(m/s)7.5104照(2.52102)V2d；537.76(N)Y方向動(dòng)量方程：qv(V2yVly)FyPleAlFyqv(v2

16、yVly)PieA_24210002.50.15(02.5)6,86100.15441322.71(N)合力為：FFx2Fy2537.7621322.7121427.85(N)11.小球在不可壓縮粘性流體中運(yùn)動(dòng)的阻力FD與小球的直徑D、等速運(yùn)動(dòng)的速度V、流體的密度P、動(dòng)力粘度從有關(guān)，試導(dǎo)出阻力的表達(dá)式。(dimF=MLT-2,dim=ML-1T-1)。(15分)解：設(shè)FD=f(D,v,p,ii)選D、v、p為基本變量aibiciFDivD32b2C24VD上述方程的量綱方程為：MLT2ML3a1LT1b1Lc1ML1T1ML3a2LT1b2Lc2由量綱一致性原則，可求得:31=132=1b1=

17、2b2=1C1=2C2=1FD1v2d22vdJFDv2d2fd12 .如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚hi=40cm,油的密度po=850kg/m3,盛有水銀的U形測(cè)壓管的液面距水面的深度h2=60cm,水銀柱的高度低于油面h=50cm,水銀的密度phg=13600kg/m3 試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)（15分）。P2ePeoghiwgh2hgg(hih2h)Pehgg(hih2h)oghiwgh2136009.8(0.40.60,5)8509.80.4解:10009.80.657428(Pa)13 .額定流量qm=35.69kg/s的過(guò)熱蒸汽，壓強(qiáng)pe=981N/cm2,蒸汽的比體積為v=0.03067m3/kg,經(jīng)內(nèi)徑為227mm的主蒸汽管道鉛垂向下，再經(jīng)90。彎管轉(zhuǎn)向水平方向流動(dòng)。如不計(jì)能量損失，試求蒸汽作用給彎管的水平力。解：由連續(xù)方程：得：qmVAqmqmV35.690.030674V22Ad0.227427,047(m/s)選彎管所圍成的體積為控制體，對(duì)控制體列x方向動(dòng)量方程:pnbx35.69(27.0470)9811043.98105(N)qvV2xV1xFpnix20.22724Fpn2xFpnbxFpnbxqmV2xVix14