工程流體力學(xué)期末試卷及解析1

1、工程流體力學(xué)期末試卷及解析1（每小題2分，共24分）流體只能夠抵抗（壓力），而不能夠承受（拉力），也不能抵抗（拉伸） 變形。構(gòu)成氣體粘性的主要因素是氣體（分子）作（不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)）時(shí)，在不同 速度層間所進(jìn)行的（動(dòng)量交換）。P, gz,C3.從能量意義上來說，流體靜力學(xué)方程中各項(xiàng)的單位是（焦耳/千克）。,所謂正壓，就是流體的（絕對(duì)）壓力高于當(dāng)?shù)兀ù髿猓毫r(shí)，流體的（相對(duì)）壓力值。流體在彎曲的流道中流動(dòng)時(shí)，其（內(nèi)）側(cè)的流速高，而（夕卜）側(cè)的流速 低。運(yùn)動(dòng)流體的總壓頭為（靜壓頭）、（位壓頭）和（動(dòng)壓頭）三者之和，其 表達(dá)式為2pu, , , （ ）。Hzz, 2g線變形運(yùn)動(dòng)是指流體微團(tuán)的（形狀）隨時(shí)

2、間在變化，而微團(tuán)的（形心位置） 和（方位）并不改變的一種變形運(yùn)動(dòng)。在勢(shì)流流場(chǎng)中，速度勢(shì)函數(shù)的梯度就是流體的（速度）,而且（等勢(shì)線） 與（流線）處處正交。實(shí)際流體在流動(dòng)過程中，只要存在（速度梯度）,在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流層間就 必定會(huì)產(chǎn)生（切向應(yīng)力），從而形成流動(dòng)阻力。所謂水力光滑，是指(層流底層)的厚度大于壁面的(粗糙高度)，壁面 的(粗糙高度)全部被(層流底層)所覆蓋的情形。當(dāng)粘性流體繞物體流動(dòng)時(shí)，可將整個(gè)繞流流場(chǎng)劃分為(附面層)區(qū)、(尾 渦)區(qū)和(外部勢(shì)流)區(qū)。對(duì)于繞流平板而言，層流附面層轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞲矫鎸拥呐R界雷諾數(shù)的范圍是565 Re= ( 3X10 3X10 ),在工程上常取 Re 二(5X1

3、0 )。XCXC(每小題5分，共30分)問：溫度為30?的完全氣體在等壓過程中的體積膨脹系數(shù)是多少？Pd, P由氣體狀態(tài)方程有,，在等壓條件下可得，則體積膨脹系數(shù)為 2RTdTRT,dpllll, , (,),0. 0033 1/K。P2, ,dTT273, 30RT,3F,150i, 200j,490kN2.質(zhì)量為 50kg、密度為 800kgm 的液體,在有勢(shì) 質(zhì)量力的作用下處于平衡狀態(tài)，問該液體內(nèi)部的壓力分布規(guī)律如何？A卷第1頁共9頁,Flf, (,150i, 200j,490k),3i, 4 j, 9. 8k 液體所受的單位質(zhì)量力為 m50dp, (fdx, fdy, fdz), 80

4、0 (, 3dx, 4dy, 9. 8dz)則 XyZ積分上式，得壓力分布為P, 800(, 3x, 4y,9.8z), C,u, (2y, 3x), i, (3y, 2x),j,3.已知二維流場(chǎng)速度分布為，問二1秒時(shí)，(1,1)點(diǎn)的加速度為多少？,=1秒時(shí)，(1, 1)點(diǎn)的加速度為,u, u, u222xxxa, , u, u, (2y, 3x), (2y, 3x) (, 3), (3y, 2x) (2,), 4 m/s xxy, x, y,u, u, Uyyy222 m/s a, , u, U (, 3y, 2) x, (2y, 3x) (, 2,), (3y, 2x) (3,), 6yx

5、y, x, y2 22a, a, a, 7. 21 則 m/SXy4.已知某流場(chǎng)的流函數(shù)為,，k,(為常數(shù))，流體的密度為，問流場(chǎng)的速度分 布如何？ ,k,通過A (1,)和B (2,)兩點(diǎn)間流體的質(zhì)量流量為多少？ 42,ku, 0, (1)流場(chǎng)的速度分布為u, r, rr, rk,k,k, ()()M, (2)根據(jù)流函數(shù)的性質(zhì)，可得流體的質(zhì)量流量為21244dd,125.某流體流經(jīng)一擴(kuò)張形管道，已知進(jìn)出口管徑之比為，問哪個(gè)截面的雷 諾數(shù)12大？它們的比值為多少？ud4Q由可知，在流量Q 定的惜況下，管道直徑d與雷諾數(shù)Re成反比關(guān)Re, d,系，管道直徑d越大，則雷諾數(shù)Re值越小，即擴(kuò)張形管道

6、的出口雷諾數(shù)Re小 于進(jìn)口雷諾數(shù)2ReRe, 12Re,它們的比值為。121-626.流速為20m/s、粘度為1510ms的流體縱向流過一長度為15m的平板，問板末端處附面層的厚度為多少？A卷第2頁共9頁uL20, 1557,因?yàn)?X10,所以板末端處的附面層為紊流附面層，Re, 2,10L, 6, 15, 10則板末端處附面層的用度為755, 0L. 382Re, 0. 382, 15, (2, 10),0. 199m, 199mm L(第1、2小題每題11分，第3、4小題每題12分，共46分)1.在傾角二45?的堤坡上有一圓形泄水口，孔口上裝有直徑d=1.2m的平板閘 門，閘門中心位于水深

7、h二3處，閘門上端d有一狡鏈，下端b有一鋼索可將閘門打開，不計(jì)閘門及鋼索重量，求開啟閘門所需要的力F。12(1)閘門所受的總壓力為 N P,hA,9810, 3, , , 1. 2, 33267. 67C4(2)壓力中心到閘門中心的距離為,4d22, Id,Sin1. 2, sin4564xc , 0. 0212meyyDChlyAhl616,32CCCd, sin, 4d(3)對(duì)閘門上端d點(diǎn)取矩，得FdCOS,P (, e),則開啟閘門所需要的力為2dl.2Pe(, )33267. 67, (, 0. 0212) 22F, 24355N , dcos, 1. 2, cos45直徑為d=700

8、mm的管道在支承水平面上分支為d=500mm的兩支管，A-A截面壓力1223為70kNm,管道流量Q二0.6ms,兩支管流量相等，不計(jì)壓頭損失，求支墩所受水流的水平推力。44, 0. 6Q1, 1.56ms(l)由連續(xù)性方程得 ul22, 0. 7, d, 144, 0. 6/2Q2, 1. 529ms u222, 0. 5, d, 2A卷第3頁共9頁1122(2)由伯努利方程,可得p, ,u,p, ,ul 1222211223222 p,p, , (u,u),70, 10, , 1000(1. 56, 1. 529), 70048Nm211222(3)由動(dòng)量方程pA, 2pAcos, R,

9、Q(UCOs, U),得支墩所受水流的水平推力為 112221R, pA, 2pAcos, Q(UCOs, U) 112221,70, 10, , , 0.7,2, 70048, , , 0.5cos30, 1000, 0.6(1.529,cos30, 1. 56) 44,3256.64N通風(fēng)機(jī)向水平風(fēng)道系統(tǒng)送風(fēng)，已知干管直徑d=300mm,長度=200m,末端接兩支管，1111支管一直徑d=150mm,長度=300m:支管二是截面為0. 15m0. 2m的矩形管，長度=250m, 23233通風(fēng)機(jī)送風(fēng)量Q二0.5ms,各管段沿程阻力系數(shù)均為入二0.03,空氣密度P=1.20kgm ,忽略局部

10、阻力，試求通風(fēng)機(jī)所提供的風(fēng)壓。-4A4, 0. 15, 0. 2d,0. 17In(I)支管二的當(dāng)量直徑為 eU2, (0.15, 0.2)各管段的阻抗分別為,888, 1.20, 0.03, 2008, 1.20, 0.03, 3001112,2404, 115398 ,SSPPI225252525, 0.3, 0. 15, d, d, 12,88, 1.20, 0. 03, 25013,51431 SP32525, 0. 17, d, 322SQ,SQQ,Q, QQ, (2)根據(jù)兩支管的壓頭損失相等，即，以及，可得流量0.22233PP123233Q, ms, 0. 3 m/s； 3A卷第

11、4頁共9頁(3)通風(fēng)機(jī)所提供的風(fēng)壓為22222p, SQ, SQ, 2404, 0. 5, 115398, 0. 2, 5217Nm PPOlI22-624. 一長為4m、寬為2m的平板，以U=Oin/s的速度在20?的水(V =IOln/s)中 運(yùn)動(dòng)，若邊？314uy, x2055界層內(nèi)的速度分布為，邊界層厚度與沿板長方向坐標(biāo)X的關(guān)系 為，()，0. 36() xu, u,試求平板上的總阻力。,uudd, 22xx2U(I) dyu, (1)根據(jù)馮?卡門動(dòng)量積分方程,對(duì)于平板有,w, Odxuudx,1,UyyylXX20202020 令，則，dy, dy, d, (1) () 1 () (

12、1) 2, 000, uu, 10,5555 將 代入上式，得,0. 036()x, ,0. 36()x2uu,ll,d,255所以，代入上述動(dòng)量積分方程，得到,0. 0288 Oxdxu,11, d, 22255 , u, 0. 0288u () xw, dxu,(2)將沿整個(gè)板面積分，得WLL, 2225555F, B, dx, 0. 0288, U () Bxdx, 0. 036, UBL (), 0. 036, UBLRefw, OOuuL,uL5, 47, Re, 2, 10(3)將已知參數(shù)代入上式，且，得平板上的總阻力為L, 6, 1022755 F, 0. 036, uBLRe,

13、 0. 036, 1000, 5, 2, 4, (2, 10),249. 5N, fA卷第5頁共9頁(對(duì)者打“？”，錯(cuò)者打“X”，每小題2. 5分，計(jì)25分)1.為了保證流體的 流動(dòng)相似，必須具備兒何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似三個(gè)條件。2.城市污水在下 水道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的決定性準(zhǔn)數(shù)為付魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)和歐拉準(zhǔn)數(shù)。3.聲音在高溫環(huán)境中的傳 播速度小于在低溫環(huán)境中的傳播速度。4.超音速氣流在等截面有摩擦的絕熱管道 中流動(dòng)時(shí)，其體積是逐漸減小的。5.單位時(shí)間內(nèi)通過射流各截面的流體動(dòng)量保持 不變的特征，稱為射流的運(yùn)動(dòng)特征。6.適當(dāng)提高流體的壓力和速度，可以增大旋 流器的旋流強(qiáng)度。7.在煙囪抽力不變的情況下，煙道阻力

14、增大時(shí)，爐膛內(nèi)的零壓 面將上升。8.流體在泵或風(fēng)機(jī)中所獲得的理論壓頭與流體的種類和性質(zhì)無關(guān)。9.風(fēng)機(jī)的靜壓就是風(fēng)機(jī)葉輪出口靜壓與進(jìn)口靜壓之差。10.兩臺(tái)相同規(guī)格的離心泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，所提供的總流量等于它們單獨(dú)運(yùn)行時(shí) 的流量之和。(每小題6分，共30分)1某水庫模型的兒何相似倍數(shù)為1/256,開閘后5分鐘可放空庫水，問原型水 庫放空庫水需要多少時(shí)間？根據(jù)題意，將斯特羅哈準(zhǔn)數(shù)St與付魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)Fr進(jìn)行組合，即ugu2121, , ()(), StFrIglI1根據(jù)準(zhǔn)數(shù)相等，得 分鐘，5, 256, SOmlmi2已知30?的空氣在滯止?fàn)顟B(tài)下的比焙為303. 2kJkg,絕熱流動(dòng)狀態(tài)下的比焰 為 283

15、. 2i 0kjkg,問其流速為多少？2ui,i,根據(jù)題意，由絕熱流的能量方程式，得023u, 2(i, i),2, (303. 2, 283. 2), 10, 200ms 03已知旋流器葉片的內(nèi)外徑之比為O. 8,葉片安裝角為45?,問該旋流器所產(chǎn)生 的旋流是弱旋流還是強(qiáng)旋流？根據(jù)題意，山旋流數(shù)計(jì)算式得331, (rr) 221, 0. 8, 12 S, tg, , , tg45, 0. 9, O. 6n22331, (rr) 1, 0. 812該旋流器所產(chǎn)生的旋流是強(qiáng)旋流。A卷第6頁共9頁4已知某煙囪的高度為80m,煙囪內(nèi)煙氣平均溫度為650?,煙囪外的環(huán)境溫度 為 20?,33在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

16、下，煙氣的密度為1. 30kgm,空氣的密度為1. 293kgm,問煙囪 的理論抽力有多大？煙囪的理論抽力訃算式得,J OgOa, p, (,)H, (,)gH2mga, 1, tl, tga1.301.293, (,), 9.81, 80,643. 7Pal, 650/2731, 20/273則煙囪的理論抽力為643. 7Pao35已知某風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的流量為Q=9360mh,全風(fēng)壓為p=1060Pa,若該風(fēng) 機(jī)的效率為=7概，問軸功率是多少？，NN, PQ, 1060, 9360/3600, 2756W, 2. 76kW 風(fēng)機(jī)的有效功率為 eN2756e, 3674. 7W, 3. 67

17、kWN 則該風(fēng)機(jī)的軸功率為，0. 75(每小題15分，共45分)-362120?的空氣(P =1. 2kgm, V =15. 0 10ms)在直徑為 60Omm 的光滑風(fēng)管 中以8m Saa的速度運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)用直徑為60mm的光滑水管進(jìn)行模擬試驗(yàn)，為了保證動(dòng)力相似，水管中的流速應(yīng)為多大？若在水管中測(cè)得壓力降為45OmmH0,那么在原型風(fēng)管中將產(chǎn)生多大 的壓力降？設(shè)2-362 水溫為 20? (P 二998. 2kgm, V =1. OXlOins)。WW 3623 已知：d二60Omm, u=8ms, P =1. 2kgm, V =15. 0 10ms, d二60mm,P =998. 2kgm,

18、aaaaw62 V =1. 0 10ms； Ap二45OmmH0。ww2UdUdaaww,根據(jù)粘性力相似，Re = Re,得wa, aw則水管中的流速應(yīng)為,6d, 6001. 0, IOaW , () (), 8, () (), 5. 33mSUUWa, 660d, 15. 0, IOWa,ppaw, (2)根據(jù)壓力相似，Eu-Eu,得 aw22, u, UadWW則在原型風(fēng)管中將產(chǎn)生的壓力降為,ul. 2822aa, p, () (), p, () (), 450, 9. 81, 11. 9Pa awu998. 25. 33, WWA卷第7頁共9頁22空氣經(jīng)一收縮形噴管作等爛流動(dòng)，已知進(jìn)口截

19、面流動(dòng)參量為p=400kNm,T=36K, 1 1u=125ms,出口截面溫度T=336K,噴管進(jìn)、出口直徑分別為d二20Omn1,d=150,求通 1 212過噴管的質(zhì)量流量G和出口流速U及壓力p。222 已知：p=400kNm, T二365K, U二 125ms, T=336K, d二20Omm, d=150mm, k二 1. 4,111212R=287Jkg?KO3p400, 10121(1)由流量方程式得 kg/s G,uA,uA, , 125,0.2,14. 98711111RT287, 36541(2)由能量方程式可得2kR2, 1.4, 287222u, 2CT(, T), u,T(, T), u, (365, 336), 125, 271. 8ms 2121121pk, 11.4, 1kl. 4kTpT3362222k, Ik, 11.4, 1(3) 等爛過程方程式,得 kN/m , (), (),400, (),299. 4pp21365pTTlll-333 一圓形射流以6. 5ms的速度向含有粉塵濃度為0. 0610kgm的室內(nèi)噴 射潔凈空氣，-33工作地點(diǎn)允許的質(zhì)量平均濃度為0. 0410kgm,要求該處射流直徑不小 于2.2m。試求：(1)噴口的直徑；(2)