工程流體力學全試題庫11

1、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H1.2m，閘門寬B=4m，圓弧形閘門半徑R=1m，水面均為大氣壓強。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=pc×Ax=74.48kN 鉛垂分力 Py=×V=85.65kN,靜水總壓力 P2= Px2+ Py2,P=113.50kN,tana= Py/Px=1.15 a=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d0.8m，長 l=50 m，兩個 30。折角、進口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為 1=0.2，2=0.

2、5，3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)=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 即倒虹吸管內通過的流量為2.091m3/s 。 3、d1v1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。用壓力表測得管路與噴嘴接頭處的壓強p=49kN/m2，管路內流速v1=0.706m/s。求水流對噴嘴的水平作用力F (可取動量校正系數(shù)為1) 解：列噴嘴進口斷面11

3、和噴嘴出口斷面22的連續(xù)方程：P1x2211得噴嘴流量和出口流速為： R 對于噴嘴建立x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b1.5m，槽長L120m。進口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z252.04m，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 =0.001 m2 m m v=C(Ri)0.51.46m/sQ= vA=3.72m3/s。1 已知一流動的速度場為：vx = 2xy+x，vy = x2-y2-y，試證明該流動為有勢流動，且存在流函數(shù)，并求速度

4、勢及流函數(shù)。解：（1） ， 則 x= y= z = 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：2 如圖所示，兩圓筒內裝的是水，用管子連接。第一個圓筒的直徑d1= 45 cm，其活塞上受力F1=320 N，密封氣體的計示壓強為981.0 Pa；第二個圓筒的直徑d2= 30 cm，其活塞上受力F2=490 N，開孔通大氣。若不計活塞重量，求平衡狀態(tài)時兩活塞的高度差h。解： 3 已知：一閘門如圖，h1 = 2m，h2 =3m，h3 =5m，閘門寬B = 2m，1 =9806 N/m3，2 =12000 N/m3，3

5、 =46000 N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B點的合力矩。解： 4 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 5 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，P2 b=

6、 0，z1 = z 2，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：Fpnbx= - 710.6 (N) Fx= - Fpnbx= 710.6 (N) Fpnby= 1168.5 (N) Fy= - Fpnby= -1168.5 (N)6 已知油的密度=850 kg/m3，粘度=0.06 Pa.s，在圖示連接兩容器的光滑管中流動，已知H=3 m。當計及沿程和局部損失時，求：（1）管內的流量為多少？（2）在管路中安一閥門，當調整閥門使得管內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，= 0.3164/Re0.25）。解：（1）對兩容器的液面列伯努利

7、方程，得： 即： (1)設= 0.03，代入上式，得 v = 3.27 m/s，則故，令=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=6 km/h，海水密度p=1200 kg/m3，粘度p=1.145×10-6 m2/s，空氣的密度m=1.29 kg/m3，粘度m=1.45×10-5 m2/s，試求：（1）風洞中的模擬速度應為多大？（2）若在風洞中測得模型阻力為1000N，則實際阻力為多少？解：已知（1） 由Rep = Rem 得， k = kv kl，

8、 vm= kvvp= 38×6 =228 (km/h)（2）由kF= kkl2 kv2 得 FP = Fm/kF = 1000/0.1725 = 5798 (N)7 流體通過孔板流量計的流量qv與孔板前、后的壓差P、管道的內徑d1、管內流速v、孔板的孔徑d、流體密度和動力粘度有關。試用定理導出流量qv的表達式。 （dimP =ML-1T-2， dim=ML-1T-1）。解：設qv= f (P, d1, v, d,)選d, v, 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=0 a2=1 a3=0 a4=1b1=1 b2=2 b3=0 b4=1c1=2 c2=0 c3

9、=1 c4=1 8 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=15 cm，d2=7.5

10、 cm，入口處水平均流速v1=2.5 m/s，靜壓p1e=6.86×104 Pa（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： X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、動力粘度有關，試導出阻力的表達式。 （dimF =MLT-2， dim=ML-1T-1）。（15分）解：設FD = f (D, v, ,)選D、v、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=1 a2=1 b1=2 b2=1 c1=2 c2=1 12. 如圖所示，一封閉容器內盛有油和水，油層厚h1=40 cm，油的密度o=850 kg/m3，盛有水銀的U形測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hg= 13600 kg/m3，試求油面上的計示壓強（15分）。解： 13. 額定流量qm=35.69 kg/s的過熱蒸汽，壓強pe=981 N/cm2，蒸汽的比體積為v=0.03067 m3/kg，經(jīng)內徑為227mm的主蒸汽管道鉛垂向下，再經(jīng)90º彎管轉向水平方向流動。如不計能量損失，試求蒸汽作用給彎管的水平力。解：由連續(xù)方程： 得： 選彎管所圍成的體積