工程流體力學(xué)第五章 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思考題v 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v 導(dǎo)致流體流動的常見因素有哪些?v 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?v 對縫隙流動、管內(nèi)流動或降膜流動，關(guān)于切應(yīng)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(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

2、態(tài)。3、變直徑管流，細斷面直徑為d1，粗?jǐn)嗝嬷睆綖閐2，粗?jǐn)嗝胬字Z數(shù)Re2與細斷面雷諾數(shù)Re1的關(guān)系是：A Re1=0.5Re2 B Re1=Re2 C Re1=1.5Re2 D Re1=2Re2 4、圓管層流，實測管軸線上的流速為4m/s,則斷面平均流速為：A 4m/s B 3.2m/s C 2m/s D 2.5m/s5 圓管流動中過流斷面上的切應(yīng)力分布如圖 中的哪一種？A 在過流斷面上是常數(shù) B 管軸處是零，且與半徑成正比 C 管壁處為零 ，向管軸線性增大 D 拋物線分布9下列壓強分布圖中哪個是錯誤的？B10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

3、持水平 D. 前三種情況都有可能。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(shè)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/(kgK)，等熵指數(shù)為k=1.4，空氣的氣體常數(shù)R為287J/(kgK)T0=T+ =247.69K M= P0=p =0.26431.(6分)一截面為圓形風(fēng)道，風(fēng)量為10

4、000m3/h，最大允許平均流速為20m/s，求：(1)此時風(fēng)道內(nèi)徑為多少?(2)若設(shè)計內(nèi)徑應(yīng)取50mm的整倍數(shù)，這時設(shè)計內(nèi)徑為多少?(3)核算在設(shè)計內(nèi)徑時平均風(fēng)速為多少?依連續(xù)方程（=C）v1A1=v2A2=qv(1) v1 d1=0.42m=420mm(2) 設(shè)計內(nèi)徑應(yīng)取450mm為50mm的9倍，且風(fēng)速低于允許的20m/s(3) 在設(shè)計內(nèi)徑450mm時，風(fēng)速為 32.(7分)離心式風(fēng)機可采用如圖所示的集流器來測量流量，已知風(fēng)機入口側(cè)管道直徑d=400mm,U形管讀數(shù)h=100mmH2O，水與空氣的密度分別為水=1000kg/m3，空=1.2kg/m3，忽略流動的能量損失，求空氣的體積流量

5、qv。 由伯努利方程 0+0+0=+0+ 得v= 由靜力學(xué)方程p+水gh=0p=-水gh代入 得 v=40.43m/s qv=v33.(7分)要為某容器底部設(shè)計一個帶水封的疏水管，結(jié)構(gòu)如圖示：容器內(nèi)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(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=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(xué)基本方程 表壓強pe=gh或h= 在最高壓強時，管內(nèi)水面應(yīng)低于O-O面 h1= 在最低壓強時，管內(nèi)

6、水面應(yīng)高于0-0面 h2= 故疏水管長度 L=a+h2+h1+b=0.1+0.122+0.152+0.2=0.574m 水封水面到疏水管口深度 H=h1+b=0.153+0.2=0.353m 答：疏水管長度應(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p1=6.86104Pa，若不計阻力損失，求水流對彎管的作用力。水的密度=1000kg/m3。（1）求虹吸管的流量：列進、出口水池水面的伯努利方程： H= 把已知參數(shù)代入：求得v=1.59m/s 所以qv=vA=0

7、.05m3/s (2)求最低壓強點及其真空度： 最低壓強應(yīng)是虹吸管內(nèi)的C點（見圖） 列進水池水面及C斷面的伯努利方程： 0=h- 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，管長為LAB=3m,LBC=5m,LCD=4m,管路沿程損失系數(shù)=0.026，局部損失系數(shù)有：管路進口濾網(wǎng)(帶底閥)一個，濾網(wǎng)=12,B、C兩處90圓彎兩個，每個彎頭=0.5，管路出口出口=1.0，水的密度=1000kg/m3。試求：(1)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

8、流量：列進、出口水池水面的伯努利方程： H= 把已知參數(shù)代入：求得v=1.59m/s 所以qv=vA=0.05m3/s (2)求最低壓強點及其真空度： 最低壓強應(yīng)是虹吸管內(nèi)的C點（見圖） 列進水池水面及C斷面的伯努利方程： 0=h- 得pvc=28200Pa=28.2KPa1如圖所示，一灑水車等加速度a=0.98m/s2向右行駛，求水車內(nèi)自由表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=-.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(nèi)的單位質(zhì)量力為（取原液面中點為坐標(biāo)原點）X=a ； Y=0 ；Z= g（2分）代入式歐拉平衡微分方程

9、：（2分）得： 積分得：（3分）在自由液面上，有： x=z=0 ；p= p0（1分） 得： C=p0=0（1分）代入上式得：點的壓強為：（2分）自由液面方程為（液面上p0=0）ax+gz=0（2分）即：2水自壓力容器穩(wěn)定地流出。表壓，。噴嘴直徑，。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：斷面的伯努力方程為 （3分）（1分） （1分）斷面的伯努力方程為 （3分） （2分） （1分）設(shè)噴嘴作用在控制體上的力為，利用動量定理，有 （3分） （3分）（2分）即管嘴上螺栓群所受的拉力為（1分）3如圖所示為一文丘里流量計，起作用的是漸縮管段，氣體流動方向如圖，已知

10、氣體密度，11和22截面直徑分別為600mm和400mm，U型管內(nèi)水柱高度為h=45mm，試計算體積流量（忽略損失）。 (15分)解：11和22截面處于緩變流中（2分），列總流的伯努力方程有： （3分），其中= （1分） (1)根據(jù)連續(xù)性方程有： （2分） (2)設(shè)U型管左側(cè)水面到底部（Z=0）的距離為L，有： （3分） （3）根據(jù)上述三式帶入已知條件，求得： 29.67m/s，（2分）=3.73m3/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30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(guān)系。解：根據(jù)壓強平衡微分方程式：（1分）單位質(zhì)量力：（2分）在液面上為大氣壓強，代入（1分）由壓強平衡微分方程式，得： （2分）（2分）任意點：（4分）代入自由面方程得：p與淹深成正比。 （3分）2有一的文德利管，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