工程流體力學全試題庫

-PAGE.z.六、根據(jù)題目要求解答下列各題HROABR1、圖示圓弧形閘門AB(1/4圓),A點以上的水深HHROABR解：水平分力P*=pc×A*=74.48kN鉛垂分力Py=γ×V=85.65kN,靜水總壓力P2=P*2+Py2,P=113.50kN,tan=Py/P*=1.15∴=49°合力作用線通過圓弧形閘門的圓心。2、圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長l=50m，兩個30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。若上下游流速水頭忽略不計，求通過倒虹吸管的流量Q。解：按短管計算，取下游水面為基準面，對上下游渠道內(nèi)的計算斷面建立能量方程計算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)將參數(shù)代入上式計算，可以求解得到即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.091m3/s。3、d1v1*水平管路直徑d1=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。用壓力表測得管路與噴嘴接頭處的壓強p=49kNm2，管路內(nèi)流速v1=0.706m/s。求水流對噴嘴的水平作用力Fd1v1解：列噴嘴進口斷面1—1和噴嘴出口斷面2—2的連續(xù)方程：P1*2P1*2211RR對于噴嘴建立*方向的動量方程N水流對噴嘴沖擊力: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L＝120m。進口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，當槽中均勻流水深h0=1.7m時，試求渡槽底坡i和通過的流量Q。解：i=（Z1-Z2）/L=0.001m2mmv=C(Ri)0.5＝1.46m/sQ=vA=3.72m3/s。已知一流動的速度場為：v*=2*y+*，vy=*2-y2-y，試證明該流動為有勢流動，且存在流函數(shù)，并求速度勢及流函數(shù)。解：（1）∵，則ω*=ωy=ωz=0，流動為無旋流動，∴該流動為有勢流動。又∵，即流動為不可壓縮流體的平面流動，∴該流動存在流函數(shù)。（2）∵∴速度勢為：∵∴流函數(shù)為：如圖所示，兩圓筒內(nèi)裝的是水，用管子連接。第一個圓筒的直徑d1=45cm，其活塞上受力F1=320N，密封氣體的計示壓強為981.0Pa；第二個圓筒的直徑d2=30cm，其活塞上受力F2=490N，開孔通大氣。若不計活塞重量，求平衡狀態(tài)時兩活塞的高度差h。解：∵∴已知：一閘門如圖，h1=2m，h2=3m，h3=5m，閘門寬B=2m，γ1=9806N/m3，γ2=12000N/m3，γ3=46000N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B點的合力矩。解：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D1=0.06m，D2=0.12m，試求管嘴上螺釘群共受多少拉力？計算時管嘴內(nèi)液體本身重量不計，忽略一切損失。解：對容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程：選管嘴表面和管嘴進出口斷面所圍成的體積為控制體，列動量方程：對管嘴的進出口斷面列伯努利方程，得∴如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，不計水頭損失，求彎管上所受的力。解：由連續(xù)方程：得：對彎管的進、出口截面列伯努利方程：其中，P2b=0，z1=z2，代入得：選彎管所圍成的體積為控制體，對控制體列動量方程：求得：Fpnb*=-710.6(N)∴F*=-Fpnb*=710.6(N)Fpnby=1168.5(N)Fy=-Fpnby=-1168.5(N)已知油的密度ρ=850kg/m3，粘度μ=0.06Pa.s，在圖示連接兩容器的光滑管中流動，已知H=3m。當計及沿程和局部損失時，求：（1）管內(nèi)的流量為多少？（2）在管路中安一閥門，當調(diào)整閥門使得管內(nèi)流量減小到原來的一半時，問閥門的局部損失系數(shù)等于多少？（水力光滑流動時，λ=0.3164/Re0.25）。解：（1）對兩容器的液面列伯努利方程，得：即：(1)設λ=0.03，代入上式，得v=3.27m/s，則故，令λ=λ’=0.0291，代入（1）得：v=3.306（m/s）則∴（2）則求得：7．為確定魚雷阻力，可在風洞中進行模擬試驗。模型與實物的比例尺為1/3，已知實際情況下魚雷速度vp=6km/h，海水密度ρp=1200kg/m3，粘度νp=1.145×10-6m2/s，空氣的密度ρm=1.29kg/m3，粘度νm=1.45×10解：已知由Rep=Rem得，kν=kvkl，∴vm=kvvp=38×6=228(km/h)（2）由kF=kρkl2kv2得∴FP=Fm/kF=1000/0.1725=5798(N)流體通過孔板流量計的流量qv與孔板前、后的壓差ΔP、管道的內(nèi)徑d1、管內(nèi)流速v、孔板的孔徑d、流體密度ρ和動力粘度μ有關。試用π定理導出流量qv的表達式。（dimΔP=ML-1T-2，dimμ=ML-1T-1）。解：設qv=f(ΔP,d1,v,d,ρ,μ)選d,v,ρ為基本變量上述方程的量綱方程為：由量綱一致性原則，可求得：a1=0a2=1a3=0a4=1b1=1b2=2b3=0b4=1c1=2c2=0c3=1c4=1∴如圖所示，由上下兩個半球合成的圓球，直徑d=2m，球中充滿水。當測壓管讀數(shù)H=3m時，不計球的自重，求下列兩種情況下螺栓群A-A所受的拉力。（1）上半球固定在支座上；（2）下半球固定在支座上。解：（1）上半球固定在支座上時（2）下半球固定在支座上時9.新設計的汽車高1.5m，最大行駛速度為108km/h，擬在風洞中進行模型試驗。已知風洞試驗段的最大風速為45m/s，試求模型的高度。在該風速下測得模型的風阻力為1500N，試求原型在最大行駛速度時的風阻。解：根據(jù)粘性力相似準則，又10.連續(xù)管系中的90o漸縮彎管放在水平面上，管徑d1=15cm，d2=7.5cm，入口處水平均流速v1=2.5m/s，靜壓p1e=6.86×104Pa（計示壓強）。如不計能量損失，試求支撐彎管在其位置所需的水平力。解：由連續(xù)方程：由能量方程：*方向動量方程：Y方向動量方程：合力為:11.小球在不可壓縮粘性流體中運動的阻力FD與小球的直徑D、等速運動的速度v、流體的密度ρ、動力粘度μ有關，試導出阻力的表達式。（dimF=MLT-2，dimμ=ML-1T-1）。（15分）解：設FD=f(D,v,ρ,μ)選D、v、ρ為基本變量上述方程的量綱方程為：由量綱一致性原則，可求得：a1=1a2=1b1=2b2=1c1=2c2=1∴12.如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚h1=40cm，油的密度ρo=850kg/m3，盛有水銀的U形測壓管的液面距水面的深度h2=60cm，水銀柱的高度低于油面