工程流體力學(xué)全試題庫(kù)

1、V六、根據(jù)題目要求解答下列各題1、圖示圓弧形閘門(mén) AB（1/4圓）,A點(diǎn)以上的水深 H=，閘門(mén)寬B =4m圓弧形閘門(mén)半徑 R=1m水面均為大氣壓強(qiáng)。確定圓弧形閘門(mén) AB上作用的靜水總壓力及作用方向。解：水平分力 P x=pcX Ax =鉛垂分力 P y = yX V=,靜水總壓力 P 2= Px2+ Py2,P=,tan = Py/Px=49合力作用線通過(guò)圓弧形閘門(mén)的圓心。2、圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d=，長(zhǎng)1=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Z 1=, Z 2=, Z 3=，沿程水頭損失系數(shù)入=，上下游水位差 H=3mb若上下游流速水頭忽略不計(jì)，求通過(guò)倒虹吸管的

2、流量Q。H ; : .:二解：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H hw( 4r2)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/40.2m,0.2 20.5 1.01.9將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到3v 4.16m/s , Q vA 2.091m /s即倒虹吸管內(nèi)通過(guò)的流量為s。3、某水平管路直徑 di=，末端連接一漸縮噴嘴通大氣（如題圖），噴嘴出口直徑 d2=。用壓力表測(cè)得管路與噴嘴接頭處的壓強(qiáng)p=49kN后，管路內(nèi)流速 vi=s。求水流對(duì)噴嘴的水平作用力F （可取動(dòng)量校正系數(shù)為1）0解：列噴嘴進(jìn)口斷面1 1和噴嘴出口斷面 22的連續(xù)方程:得

3、噴嘴流量和出口流速為:x3QVi A|V2A29.9嘆對(duì)于噴嘴建立x方向的動(dòng)量方程PlA| RQ(V2x Vix)R P3A3Q(v2 v3) 187.8 N水流對(duì)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=，底寬b=，槽長(zhǎng)L= 120m。進(jìn)口處槽底高程 乙=,h0=時(shí)，試求渡槽底坡i和通過(guò)的流量 Q解：i=(乙-Z2)/L =2A bh 2.55 m出口槽底高程Z2=，當(dāng)槽中均勻流水深x b 2h 4.9 mA 門(mén)LCR0.52 mxC 丄 R664.06 m/snv=C( Ri) = s Q= vA=s。1.已知一流動(dòng)的速度場(chǎng)為：Vx = 2xy+x , vy = x

4、2-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 廠且 2x 匕 2x ，yx貝U 3 x= W y= W z = 0 ,流動(dòng)為無(wú)旋流動(dòng), 該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)。又匕匕2y 1 2y 1 x y該流動(dòng)存在流函數(shù)。(2)0 ，即流動(dòng)為不可壓縮流體的平面流動(dòng),dx dy x y速度勢(shì)為：vxdx Vydy2(2xy x) dx (xy2 y)dy2(2xy x)dx (x2y y)dydx xVydx Vxdy(x2y)dx(2xy x)dy流函數(shù)為:(x2y2 y)dx(2xy x)dy2xyxy2 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= 4

5、5 cm,其活塞上受力Fi=320 N，密封氣體的計(jì)示壓強(qiáng)為Pa ;第二個(gè)圓筒的直徑 d2= 30 cm，其活塞上受力F2=490 N，開(kāi)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hoA1 Pe PaF2A2d12Pa4d；解： RP2AiA2水ghPiP2F2d20.402(m)A1488324.2(N.m) 3已知：一閘門(mén)如圖，hl = 2m h2 =3m h3 =5m 閘門(mén)寬 B = 2m y 1=9806 N/m , 丫 2=12000N/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:F11ghc1Ai1 1h1B 9806

6、 1 2 2 39224(N)2F21gh1A2 9806 2 3 2 117672(N)F22ghc2A2 12000 1.5 3 2 108000(N)F33ghc3A3 46000 2.5 (2 3) 21150000(N)F合F3F1F2115000039224108000885104(N) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark63 o Current Document h3h1h2h2 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document MbF33F1(h2 L)F22 F22 HYPERLINK l bookmark6

7、7 o Current Document 3323 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 5233115000039224 (3) 117672108000 - HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 33234 .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 D=0.06m ,D=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)，忽略一切 損失。解：對(duì)容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程：2V1H - 2g 2Pe 2gHPe2 10 1.013 10

8、5 1000 45.77( m/s)2D1V1D22 9.8 3.50.060.1245.7711.44(m/s)選管嘴表面和管嘴進(jìn)出口斷面所圍成的體積為控制體，列動(dòng)量方程:Fp nxqV V1x V2xP2eA2FxV2xFxqv V1V2P2eA2對(duì)管嘴的進(jìn)出口斷面列伯努利方程，得2V2P2eV122gg 2gP2e981986.77(Pa)2二 Fx 1000 45.770.064245.77 11.44981986.77 0.1246663.6(N)FFx 6663.6(N)5 如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知 彎管上所受的力。解：由連續(xù)方程：得：di=100mm d2=75mm V2

9、=23m/s，不計(jì)水頭損失，求V1對(duì)彎管的進(jìn)、Rb2 2vdV2d2d；752V2 r2 23d；1002出口截面列伯努利方程:2V1Z1g2g g其中，P2 b= 0 ,乙=z 2，代入得：2 2V2V11000 23222g2P1b12.94(m/s)2V22g12.9421.808 105(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 V2xWx Fpn1xFp n2xFpnbxRbA1Fpnbxqv V2yWy Fpn1yF pn2yFpnbyFpnby1000 23 -0.0752! v2 cos30v11.808 1050.1F pnbx441000 23 -40.0

10、752! v sin 300F pnby求得：Fpnbx= - (N)F x=-Fpnbx=(N)Fpnby= (N)Fy= - Fpnby= (N)FFx2 F： 1367.6(N)6.已知油的密度p =850 kg/m3,粘度卩=,在圖示連接兩容器的光滑管中流動(dòng)，已知H=3m。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）在管路中安一閥門(mén)，當(dāng)調(diào)整閥門(mén)使得管內(nèi)流量減小到原來(lái)的一半時(shí)，問(wèn)閥門(mén)的局部損失系數(shù)等于多少（水力光滑流 動(dòng)時(shí)，入=）。解：（1）對(duì)兩容器的液面列伯努利方程,得:即:設(shè)入=,w h fl v2d 2g40 v230.32ghj21.5 -2g22g代入上式，得 v

11、= 3.27 m/s，則Re 衛(wèi) 850 彳27 O30.0613897.50.3164Re0.25.31640.0291138970.250.03 0.02913%2%故，令入=入 則Re0.03=，代入(1)得：v= (m/s)vdD卜HrY7d=30cn1=斗站850 3306 .314050.50.3164R00.06031640.02910 2514050.5qvd2 一 v423-0.33.3060.234(m /s)4(2)qv12qv0.2340.117(m3/s)qv20.117 421.655(m/s)3.14 0.32Re4vd850 侮5 O37033.750.060.

12、3164Re02503164 250.03457033.75hwhf1.5hj2v)2-2g2(0.0345 竺 1.5 v)1.655求得:0.32 9.8v 15.377為確定魚(yú)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(yú)雷速度 vp=6 km/h，海水密度p p=1200 kg/m3，粘度v p=x 10-6吊/s ,空氣的密度p產(chǎn)1.29 kg/m3,粘度v n=x 10-5 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)得解:已知kilm1ip3(1）由Rep = Rem得，k v :=k v ki,kvkm1.45105kipki

13、1.145106模型阻力為1000N,則實(shí)際阻力為多少vn= k vvp= 38 X 6 =228 (km/h)3 3822(2 )由 kF= k p ki kvkFFmFp381.291200380.1725Fp = F n/k f = 1000/ = 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 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)力粘度卩有關(guān)。試用n定理導(dǎo)出流量qv的表達(dá)式。-1 -2-1 -1（dim P =ML T , dim 卩=MI_ T ）。解：設(shè) qv= f ( P, d 1, v, d, p ,卩)選 d, v.p為基本變量qv1

14、 8形擊pa2 b2C22 v dd183、，$C3v d84 bqC 4v d上述方程的量綱方程為：L3T 1 ML 3 a1 LT 1 b1 LC1ML 1T 2 ML 3 a2 LT 1 L2L ML 3 a3 LT FML 1T 1 ML 3 * LT 1 十&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)d=2mA-A所受的拉力。F gVpgH2 r331000 9.83.14 12 3.141/3112.89(kN)(2 )下半球固定在支座上時(shí)F gVp2 r33球中充滿水。當(dāng)測(cè)壓管

15、讀數(shù)H=3m(1)上半球固定在支座1000 9.83.14 1 32 3.141/3由量綱一致性原則，可求得:81=0a2=1a3=0a4 = 1b1=1b2=2b3=0b4 = 1C1=2c2=0c3=1c4 = 1qvPd11vd222 v3 d4vdqvvd2fPd12 v，d，vd71.84(kN)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)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:kv kVm45Vp1083.61.5根據(jù)粘性力相似準(zhǔn)則,Re m Re pk

16、vki1丄丄hmkv 1-5 hphm 至 1(m)1.5kpkk：K2FmFpFm1500Fp2 21500(N)kkv ki1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 cm，入口處水平均流速V1=2.5 m/s，靜壓p1e=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：v1A1v2A2V2V1A1石d12diV1(西)2 2.5 10(m/s)7.5P1e2V1P2e2V2g2gg2gP2eP1e(v1v；)6.86 102由能量方程:1000 2L5102)21725(Pa)X 方向動(dòng)量方程：qv

17、(V2xV1x)FxP2eA2Fxqv(V2xWx)P2eA221000 25 7 015 (10 0)221725 0.0754537.76( N)Y 方向動(dòng)量方程:qv(V2yVly)FyPleAlFyqv(V2yVly)pieA1000 2.50.152 (0 2.5) 6.86 1040.152441322.71(N)F , Fx2Fy2合力為：537.762 1322.712 1427.85(N)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)力粘度卩有關(guān)，試導(dǎo)出阻力的表達(dá)式。-2-1-1八(dimF =MLT , dim 卩=MLT)。(1

18、5 分)解：設(shè) Fd = f (D, v,p ,卩)選D、v、p為基本變量 bi &Fd1 V D4 a2Vb2D2上述方程的量綱方程為：MLT 2 ML 3 a1 LT 1 b1 L1ML 1T 1 ML3 a2 LT 1 L2由量綱一致性原則，可求得：V2d2Vda1=1a2=1b1=2b2=1C1=2c2=1Fd12 2v d2Vd.3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。=850 kg/m，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/m 3，試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)（15分）。解：P2ePeoghiwgh2hgg(hi h2 h)Pehgg(h1 h2h)ogh1wgh213600 9.8 (0.4 0.6 0.5) 850 9.8 0.4 1000 9.8 0.657428(Pa)13.額定流量qn=35.69 kg/s 的過(guò)熱蒸汽，壓強(qiáng) pe=981 N/cm , m/kg，經(jīng)內(nèi)徑為227m