華中科技大學(xué)流體力學(xué)試卷2006A卷

華中科技大學(xué)流體力學(xué)（I）試卷（A卷）（閉卷考試）2006年11月3日姓名:學(xué)院：班級(jí):學(xué)號(hào)：題號(hào)（滿分）一(20)(10)(8)四(10)五(10)六(10)七(12)八(10)總分（100）評分一、基礎(chǔ)選答題（20分） （只有一個(gè)最佳答案）1、 溫度降低時(shí)，汽油的粘性系數(shù)（）a.下降 b.升高 c.不確定2、 粘性流體沿平面板壁切向流動(dòng)，|i=1.5X10一3Ns/m2，離壁面y（m）處的速度為：u（y）=4y3+2y2+y（m/s）， 壁面處的切應(yīng)力為（ ）N/m2。a.-13.6b.7.5x102c.1.5x10-33、流體連續(xù)方程表示流體運(yùn)動(dòng)的a. 動(dòng)量 b.（ ）守恒能量 c.質(zhì)量4、水在圓管中流動(dòng)，層流或湍流取決于（）a. 雷諾數(shù) b. 馬赫數(shù)c.付魯?shù)聰?shù)5、文丘里管和皮托管分別用于測量流體的 （)a. 速度和流量 b. 流量和速度c.壓強(qiáng)和流量

6、小擾動(dòng)在氣流中傳播，氣體的熵（ ）a. 減少b. 不變c.增加7、超音速氣流通過收縮管道時(shí)，氣體的密度（）a. 增加b. 減少 c.不變8、管道水擊現(xiàn)象必須考慮水的（）a.傳熱性b. 壓縮性c.粘性9、水泵葉輪水流的機(jī)械能在外邊緣比內(nèi)邊緣 （)a. 大b. 小c可大可小10、管道水流在小雷諾數(shù)時(shí)，管壁粗糙度對能量損失()a. 很重要b. 不重要c.不確定標(biāo)準(zhǔn)答案：1. (B) 2. (C) 3.(A)8. (B) 9.(A)10.(C) 4. (A) 5.(B)(B) 6.(B) 7.二、一質(zhì)量M=30kg，底面積A=10cmx10cm的滑塊在重力的作用下沿一傾斜平面以u=1m/s的速度下滑，滑塊與傾斜平面之間有一層厚度5=0.1mm的油膜，傾斜平面與水平面之間的夾角0=30。。試確定油膜中油的動(dòng)力粘度。解：設(shè)油的動(dòng)力粘度為r。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，滑塊底面與油膜之間的切應(yīng)力為uT=U—由于滑塊作等速直線運(yùn)動(dòng)，作用在滑塊上的合外力為零，于是有Mgsin0=tA=rUA5代入數(shù)據(jù)30x9.806xsin30=rx一1一x10x10x10一40.1x10-3解出r=1.4709(N-s/m2或Pa-s)三、如圖所示一水箱，左端為一半球形端蓋，右端為一平板端蓋。水箱上部有一注水管，已知龍=600mm，R=150mm。試求兩端蓋所受的總壓力及其方向。(g=9.81m/s2，水的密度/=1000kg/m3)解：右端蓋是一個(gè)鉛垂的圓平面，只有x方向作用力，其面積為A=nR2其上作用的總壓力為F=Pg(h+R)Ar~520N方向垂直于端蓋，水平向右。左端蓋為一半球面。由曲面上的總壓力的求法，將Fp分解成三個(gè)方向分量F，F(xiàn)，F(xiàn)°F=pg(h+R)A=pg(h+R)KR2~520N方向水平向左。nr r)v nr 1o\ /y io\ /px py pz px x由于半球面對于y軸對稱，故有Fpy=0z方向總壓力由壓力體來求。將半球面分成AB.BE兩部分，AB部分的壓力體為ABCDEA，即圖中左斜線部分，記為^DEA，它為實(shí)壓力體，方向向下；ABCDEABE部分壓力體為BCDEB，即圖中右斜線部分，記為Vbcdeb，為虛壓力體，方向向上。因此總壓力體為它們的代數(shù)和TOC\o"1-5"\h\zv=v —v=vABCDEABCDEBABEA這正好為半球的體積。所以4V=——兀R33因此F=pgV=2pg兀R3/3Q69N3方向垂直向下。所以，'總作用力為F=.v'F2px+F2力+F2pz=524.6N合力方向與水平方向夾角a=arctan—p^=7°35'28”Fpx四、（10分）矩形斷面渠道上有一圓柱形擋水結(jié)構(gòu)。圓柱上、下游水流平緩處的水深分別為h】=1.5m和h2=0.9m。不計(jì)損失，求水流對單位長度圓柱產(chǎn)生的水平?jīng)_擊力和水流流量。解：取圖示圓柱上、下游水流平緩處兩個(gè)斷面之間的流動(dòng)區(qū)域?yàn)榭刂企w。流動(dòng)方向的動(dòng)量方程為：PQ（V-匕）=P[-P-FFx是圓柱承受的水平?jīng)_擊力。在緩變流截面上壓強(qiáng)合力為

八 h2八 h2P=Pg才，P2=Pg寸在兩個(gè)緩變流截面上建立伯努利方程，p、Z在水面取值。,V2 ,V2h+-^=h+t-12g22g連續(xù)性條件Q=Vh=Vh22 11得F=竺(h1—h2)3=441.27N；

x2h+h-2g(h-h) “。/哉u:2g(h-h)=2.57m/s，V=' 1 —=4.29m/s或V= 1 2―=2.57m/s，2 \：1-(h/h)2 1t((h/h)2-1)' 2 1 ‘12Q=3.87m3/s。五、如圖所示，一股水射流射向靜止葉片后轉(zhuǎn)角 0=60。，射流的來流速度V=15m/s，流量Q=0.1m3/s。求支持葉片所需力的大小及方向。（10分）解：取圖示射流1、2兩個(gè)斷面之間部分所占空間區(qū)域?yàn)榭刂企w。射流問題不考慮重力影響，因此在射流截面上壓強(qiáng)是常數(shù)。由于射流與大氣接觸，此常數(shù)為大氣壓。根據(jù)伯努利方程可知，控制面進(jìn)、出口處的流速大小相同，記為V。設(shè)葉片對控制體內(nèi)流體的作用力的兩個(gè)分量為Fx和％,方向如圖示，由動(dòng)量方程得:pQ(Vcos6-V)二—FxpQ(Vsin6-0)=FyF=750N,F=1299N六、油管d=100mm,L=16km,油在油管中流動(dòng),p油=915kg/m3,v=1.86x10-4m2/s,求每小時(shí)通過50t油所需要的功率。七、用一個(gè)U形壓差計(jì)測量一個(gè)垂直放置的彎管的局部損失系數(shù)G已知彎管的管徑為d=0.25m,水流量Q=0.04m3/s,U形壓差計(jì)的工作液體是四氯化碳，其密度為P1=1600kg/m3,測得U形管左右兩側(cè)管內(nèi)的液面高度差為△龍=70mm,求匚（沿程損失不計(jì)）。八、氣體在收縮管中作等熵流動(dòng)，氣體常數(shù)和絕熱指數(shù)分別為R=287J/（kg-K）和Y=1.4。測得管道某截面壓強(qiáng)p=5x105Pa，溫度T=300K，馬赫數(shù)Ma=0.6，收縮管外的環(huán)境壓強(qiáng)為pb=2.8x105Pa。求收縮管出口截面上的馬TOC\o"1-5"\h\z赫數(shù)Ma、氣體密度p和氣流速度"。（對于空氣，臨界壓強(qiáng)與滯止壓強(qiáng)之比e e e乙=0.5283，臨界溫度與滯止溫度之比乙=0.8333。）p0 T解：首先求出滯止壓強(qiáng)，Ty-1 1.4-1缶=1+L_Ma2=1+——x0.62=1.072\o"CurrentDocument"T2 2(TV：_一 一_P0=pI手廠=5x105x1.0723.5=6.378x105(Pa)判斷出口截面是否達(dá)到臨界狀態(tài)。\o"CurrentDocument"p=^^=0.4390p0 6.378由于Pb<p=0.5283，出口截面已達(dá)到臨界狀態(tài)。出口截面馬赫數(shù)p0p。Ma=1=0.8333,L=0.5283，出口截面溫度和壓強(qiáng)為p0=T=0.8333T。=0.8333x1.072T=0.8333x1.072x300=268(K)p