工程流體力學(xué)全試題庫(kù)11精選

1、六、根據(jù)題目要求解答下列各題1、圖示圓弧形閘門 AB（1/4圓），A點(diǎn)以上的水深 H= 1.2m,閘門 寬B=4m ,圓弧形閘門半徑 R=1m ,水面均為大氣壓強(qiáng)。確定圓弧 形閘門AB上作用的靜水總壓力及作用方向。解：水平分力Px=pcX Ax=74.48kN鉛垂分力Py= 丫 X V=85.65kN,靜水總壓力P2= Px2+ Py2,P=113.50kN,tan = Py/Px=1.15.1=49合力作用線通過(guò)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(zhǎng)l=50 m ,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1=0.2,2=0.5,3=1.0,沿程水頭損失系數(shù)

2、入=0.024,上下游水位差 H=3m。若上下游流速水頭忽略不計(jì)，求通過(guò)倒虹吸管的流量Q 。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2g計(jì)算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)AR d/4 0.2m,0.2 2 0.5 1.0 1.9將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到3 .v 4.16m/s , Q vA 2.091m /s即倒虹吸管內(nèi)通過(guò)的流量為2.091m3/s o3、某水平管路直徑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(cè)得管路與噴嘴接頭處的壓強(qiáng)p=49kN m2,管路內(nèi)流速v1=0.706m/s。求水

3、流對(duì)噴嘴的水平作用力F （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為:Q v1A 0.00314v2A對(duì)于噴口f建立x方向的動(dòng)量方程P1A1RQ(V2x V1x)R P3A3Q(v2v3) 187.8N水流對(duì)噴嘴沖擊力：F與R, 4、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率A bh22.55 m2等值反向。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 Z2= 52.04 m,當(dāng)槽中均勻流水深 =1.7m時(shí)，試求渡槽底坡 i和通過(guò)的流量Q。解： i= (Z1-Z2) /L = 0.0012h 4.

4、9 m0.52 m x-R1664.06 m12/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)。解：(1)vxx 2xyvy 2x ，xCO x= CO y= CO=0,流動(dòng)為無(wú)旋流動(dòng),，該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)。又 上 * 2y 1 2y 1 x y0 ,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)。(2)dx dy x yvxdx vydy2(2xy x) dx (xy2 y)dy速度勢(shì)為: d2(2xy x)dx (x2、1y

5、y)dydx x一dy yvydx vxdy(x2y)dx(2xy x)dy流函數(shù)為:(x22y y)dx(2xy x)dy2xyxy3x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= 45 cm,其活塞上受力Fi=320 N ,密封氣體的計(jì)示壓強(qiáng)為981.0 Pa；第二個(gè)圓筒的直徑 d2= 30 cm,其活塞上受力F2=490 N,開孔通大氣。若不計(jì)活塞重量，求平衡狀態(tài)時(shí)兩活塞的高度差ho解:FiR 丁 Pe Pa水 ghAiP2A1A2F2A2di24d14PaPiP20.402(m)3.已知：一閘門如圖，hi = 2m,h2=3m,h3 =5m,閘門寬 B =

6、 2m , 丫1 =9806 N/m3, 丫 2 =i2000 N/m3, 丫 3 =46000 N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B點(diǎn)的合力矩。hi解:Fi1ghe1Ai ihiB 9806 i 2 2 39224(N)2F2'ighiA2 9806 2 3 2 117672(N)F2''2ghe2A2 12000 1.5 3 2 108000(N)F33 ghe3 A3 46000 2.5 (2 3) 21150000(N)F合F3FiF2115000039224 108000885104(N)_ h3 _ h1_ h2 _ h2M bF33Fi(h2 b

7、F2'2 F2''2332351150000 -339224 (3 2) 11767233108000 - 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 D1=0.06m ,D2=0.12m,試求管嘴上螺釘群共受多少拉力？計(jì)算時(shí)管嘴內(nèi)液體本身重量不計(jì)，忽略切損失。解：對(duì)容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程:Pe2V1H -2g況2gH52 10 1.013 105100045.77( m/s)2Di一 ViD20.060.122 9.8 3.545.77 11.44(m/s)選管嘴表面和管嘴進(jìn)出口斷面所圍成

8、的體積為控制體，列動(dòng)量方程:Fpnxqv V1xV2xP2eA2FxFxqv V1V2P2eA2對(duì)管嘴的進(jìn)出口斷面列伯努利方程，得P2eV122gg 2gP2e981986.77(Pa)一 ， Fx1000 45.77 - 0.064 _ _ _ 245.77 11.44981986.77 一 0.1246663.6(N)FFx 6663.6(N)5.如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知 求彎管上所受的力。解：由連續(xù)方程：得：V1,2, 2V& V2d2d；752 2"d；1002對(duì)彎管的進(jìn)、出口截面列伯努利方程:PbV1P2bZ1 丁 Z2 g2gg其中，P2 b= 0 , Z

9、1 = Z 2,代入得：d1=100mm , d2=75mm , V2=23m/s,不計(jì)水頭損失,P1b2 2g1000 ”22312.9421.808 105(Pa)選彎管所圍成的體積為控制體，對(duì)控制體列動(dòng)量方程:qv V2xVixqv V2y VlyF pnlxFpn2xF pnlyF pn 2yFpnbxRbAFpnbxFpnbyFpnby21000 23 0.0752 V2 cos304v11.808 105 0.12 Fpnbx4p1000 23 0.0752 V2 sin 3040 Fpnby求得：Fpnbx= - 710.6 (N)Fpnby= 1168.5 (N)F x= -

10、Fpnbx= 710.6 (N)Fy= - Fpnby = -1168.5 (N)FFx2 F： 1367.6(N)6,已知油的密度p =850 kg/m3,粘度科=0.06 Pa.s,在圖示連接兩容器的光滑管中流動(dòng)，已 知H=3 m o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 閥門，當(dāng)調(diào)整閥門使得管內(nèi)流量減小到原來(lái)的一半時(shí)，問閥門的局部損失系數(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:hf即:d 2g40 v21.5hj2V設(shè)入0.32g2g21.5 2g=0.03,代入上式，得v = 3.27

11、m/s ,則c vd 850Re 3.27 0.3匚13897.50.060.3164C 0.25Re0.3164138970.250.0291J-30cn0.03 0.02910.033% 2%l = 4Cn故，令入=入=0.0291 ,代入(1)得：v=3.306 (m/s)Revd850 3.306 0.3 14050.50.3164c 0.25Re0.060.3164_ _0 2514050.50.0291qvd2一 v423- 0.33.306 0.234(m /s)4(2)qv12qv0.23420.117(m3/s)Reqv0.117 43.14 0.321.655(m/s)4v

12、d850 1.655 0.30.067033.750.3164n 0.25Re0.3164_ 0 257033.750.0345H hw hf hj1.5v)2g403 (0.03451.50.3v)1.65522 9.8求得：v 15.377.為確定魚雷阻力，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)際情況下魚雷速度 vp=6 km/h ,海水密度p p=1200 kg/m3,粘度丫 p=1.145X 10-6m2/s,空氣的密度p m=1.29 kg/m 3,粘度Y m=1.45X10-5 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*II型阻力為

13、1000N,則實(shí)際阻力為多少？解：已知1m 1kl lp 3(1)由 Rep = Rem 得，k=kv kl,kvkklpkl1.45 103 381.145 10vm= kvvp= 38 x 6 =228 (km/h)(2)由 kF= k P kl2 kv2 得F1 2kF -38F p p 31.291200380.1725Fp = 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)力粘度科有關(guān)。試用兀定理導(dǎo)出流量qv的表達(dá)式。（dimAP =ML-1t-2, dim

14、科=ML-1t-1）。解：設(shè) qv= f ( A P, d1, v, d, p 邛)選d, v, p為基本變量 ai a ci qv i 1vd 1P 2 a2Vb2d, d13 a3vb3dc3ad bd c 44 v d上述方程的量綱方程為:l3t 1ML 1T 2L MLML 1T 1由量綱一致性原則,a1=0b1=1c1=2qv1. 2vdqv vd2f3 a1_ 1 ML 3 LT 13 a2ML 3 LT3 a3 LT 1 b3 Lc33 a3_ML 3 LT可求得：a2=1b2=2C2=0P22vP d! v2 ， d ， vd1 b3 LC3a3=0b3=0C3=1d1a4=1

15、b4=1C4=1vd8.如圖所示，由上下兩個(gè)半球合成的圓球，直徑 時(shí)，不計(jì)球的自重，求下列兩種情況下螺栓群 上；（2）下半球固定在支座上。解：（1）上半球固定在支座上時(shí),23F gVp g -H 431000 9.8 3,14 1 3 2 3.14112.89（kN）（2）下半球固定在支座上時(shí),23F gVp g -H 431000 9.8 3,14 1 3 2 3.141/3d=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71.84(kN)1/39.新設(shè)計(jì)的汽車高 1.5m,最大行駛速度為 108km/h,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)

16、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1500N,試求原型在最大行駛速度時(shí)的風(fēng)阻。解:kvkVmvp451083.61.5根據(jù)粘性力相似準(zhǔn)則，Rem Repkvki1,11hmkikv1.5 hphphm1(m)1.5FpFm1500k kv2ki21500(N)10 .連續(xù)管系中的90o漸縮彎管放在水平面上，管徑d1=15cm, d2=7.5 cm ,入口處水平均流速Vi=2.5 m/s ,靜壓p1e=6.86 X 104 Pa （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：d；2 V1 d215 2()2 2.5 10(m/s)

17、7.5v1A1v2A2viai v2A2由能量方程:22P1eViP2e 丫2g2gg2g22P2eP1e -(Vi v2)221725(Pa)X方向動(dòng)量方程：6.86104100022(2.52 102)qv(V2xV1x)FxP2eA2一 一221725 0.0754Fxqv(V2xVix)P2eA2_21000 2.5 0.15(10 0)4537.76(N)Y方向動(dòng)量方程：qv(v2yViy)FyPieAlFyqv(V2yViy)pieA1000 2.5 0,152 (0 2.5) 6,86 104 0.152 441322.71(N)F ,Fx2Fy2合力為：537.762 1322

18、.712 1427.85(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)力粘度科有關(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 ,)選D、v、p為基本變量 向 bi C1 Fd 1 v D4 a2Vb2DC2上述方程的量綱方程為：MLT 2 ML 3 a1 LT 1 b1 Lc1ML 1T 1 ML 3 a2 LT 1 b2 Lc2 由量綱一致性原則，可求得： a1=1a2=1b1=2b2=1C1=2C2=1 -12.22v dvdFdv2d2f vd12.如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚 hi=40 cm ,油的密度p o=850 kg/m 3,盛有 水銀的U形測(cè)壓管的液面距水面的深度 h2=60 cm,水銀柱的高度低于油面 h=50 cm,水銀 的密度P hg= 13600 kg/m3,試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)（15分）。解:P2ePeoghi亞9卜2hgg(hih2 h)Pehgg(h1 h2 h)°ghw