西南交通大学工程流体力学期末试题.pdf

1 www.zhinanche.cc 2 流体力学试卷（一） 流体力学试卷（一） 流体力学试卷（一） 流体力学试卷（一） 一、图示装置中玻璃管内水面高度 2m ，求A容器中绝对压强 和真空度，分别用应力单位和水柱高表示。（8分） h A www.zhinanche.cc 3 二、绘出下列各图侧壁面上的静水压强分布图。（6分） www.zhinanche.cc 4 三、蓄水池底部闸门为圆形，可绕过形心 c 的水平轴旋转。证 明作用于闸门上的转矩与其在液面下的深度无关。已知 闸门完全被淹没。（10分） 4 4 RJc C oo R c www.zhinanche.cc 5 四、有一高 0.6 m ，直径0.45 m 的圆柱形容器装满水，求： 1、证明等角速度旋转时自由表面是抛物面； 2、抛物面顶点为筒底，且与容器上缘相接时的角速度； 3、容器停止后，液面高度及溢出水量。（15分） www.zhinanche.cc 6 五、有一水平放置渐缩水管，管径分别 300mm 和 150mm ， 进口端压强为275 KN/m2 ,V=3m/s , 若忽略管中水流损失，求 水流通过此管时作用于管上的轴向推力大小和方向。（12分） www.zhinanche.cc 7 六、如图射流泵进口处和喉部直径分别为 d1 ,d2 , 已知流量Q和 压强 p1 ，不计损失时竖管中的液面应升高多少？（10分） h 1 d 2 d www.zhinanche.cc 8 七、在Q 0.1 l/s 的输水管接入渐缩圆锥管，其长度为40 cm ， d1 = 8cm , d2 = 2cm ,水的动力粘性系数为1.308103Pas ,（1） 判别该锥管段中能否发生流态的转变；（2）发生临界雷诺数断 面的位置。（9分） 1 d 2 d x www.zhinanche.cc 9 八、计算油管中通过Q50 t/h 油所需的功率。（10分） 已知 d=100mm ,l=16km , =915kg/m3 , v=1.86 10 m2/s ,管子水 平布置，NGhf ,G为重量流量。 www.zhinanche.cc 10 九、图示为离心水泵抽水装置，已知水泵流量 Q20 l/s ,吸水管 直径 d=10 cm ,长度 L8 m ，若泵吸水管中允许真空度 pv0.7 大气压，试求泵轴在吸水池水面上的最大安装高度 hmax 。已知滤 网=5 ,弯头=0.9 , = 0.036 。 （10分） s h www.zhinanche.cc 11 十、图示排水系统，d1= 50mm , d2 = 75 mm , l1 =15 m , l2 =24 m , =0.019 , = 0.023 ,Q = 2.8 l/s ,求所需作用水头H，示意绘出 总水头线和测压管水头线。进口局部损失系数 0.5 ，突然 扩大局部损失按 计算。（10分） g VV 2 )( 2 21 11d l 22d l www.zhinanche.cc 12 流体力学试卷（一）答案 流体力学试卷（一）答案 流体力学试卷（一）答案 流体力学试卷（一）答案 一、解： 水柱真空度 水柱高 m 2N/m 196201000281. 9 m 8 100081. 9 78480 N/m 784802100081. 998100 , 2 2 hppp h hpphpp AaV w A w aAAa 三、解： sin 164 sin) sin sin ( sin , , ) sin ( 4 2 2 D J h Ah J h AhM Ah J hhAhP hh PM c c c c c c c c cDc CD 转矩 www.zhinanche.cc 13 m 3 . 0 2 6 . 0 ,m 0477 . 0 2 , 2 , 3 r/min 145.5r/s 24.15 2252 . 0 6 . 081 . 9 22 , 2 2 2 , 0, 0, 0 , 2 , tan 1 32 2 22 2222 0 2 0 h VV VhrV x gy g x y g x ycyxc g x dx g x dx g a y g a mg ma G F dx dy xx l 高度 流出水量现水量、原水量 得、由 抛物线 、液面方程 四、解： www.zhinanche.cc 14 N 13862)( KN/m 5 .207)123( 2 1000 1000275)( 2 , m/s 12 , m/s 3 121111 2222 2 2 112 2 11 21 VVVAApApp VVpp A AV VV ccx 列能量方程 列能量方程 五、解：由连续方程 六、解： 1 4 2 4 1 2 22 2 2 112 2 22 2 11 ) 11 ( 2 16 22 22 p ddg Q g V g Vpp h g Vp g Vp 能量方程 www.zhinanche.cc 15 七、解： cm 1 .25, 14 2300 20 3160 )( 2 4869Re 4 .1217 14 Re 1 211 2 1 11 1 x d Q x dd L x ddx d QdV 解出即 处，其直径为、临界值在 流态转变紊流右管 层流、左管 八、解： kW 25.7 3600 m 32.188 81. 92 94. 1 1 . 0 106 . 1 Re 64 2 1043Re , m/s 94. 1 4 s/m 0152. 0 3600915 100050 3600 232 2 3 f f Mgh N g V d l h v Vd d Q V M Q 油柱， www.zhinanche.cc 16 九、解 列能量方程 m 77. 3 2 )036. 09 . 051 ( m/s 55. 2 4 2 )( 2 , 0 22 2 max 2 2 21 2 max 0 max 32 0 g V d lp h d Q V g V d l h h g Vp h ppp V h p h g Vp g V V x x w w xV Vxa w xxa www.zhinanche.cc 17 十、解： m 8534. 0 075. 0 24023. 0 81. 92 )634. 0426. 1 ( 81. 92 )426. 1 ( 05. 0 150192. 0 81. 9 )426. 1 ( 2 1 81. 92 )634. 0( 2 m/s 634. 0 4 m/s 426. 1 4 2 2222 2 2 2 2 2 1 1 w h g V H d Q V d Q V www.zhinanche.cc 18 流体力学试卷（二） 流体力学试卷（二） 流体力学试卷（二） 流体力学试卷（二） 一、填空：每空一分，共16分。 1、流体动力粘度的单位是（）。 2、作用在流体上的力分为（）和（）。 3、度量压强的基准有（）和（）。 4、若压强 p 0 ; D 不定 。 15、列能量方程时，两个断面应选在（）断面上。 A 急变流 ； B 恒定流 ；C 渐变流 ；D 任意 。 16、流体在取暖管道中的流动又称为（）。 A 重力流 ； B 有压流 ； C 均匀流 ； D 无压流 。 17、 是（）的微分方程。 A 流线 ； B 等压面 ； C 迹线 ； D 等势面 。 18、静止流体中任意点质量力必（）于过该点的等压面。 A 平行 ； 垂直 ；C 任意角度相交 。 A udAuVu则 , 0dzfdyfdxf zyx www.zhinanche.cc 23 19、1个标准大气压相当于（）米水柱。 A 9.8 ； B 10 ； C 10.13 ； D 10.33 。 20、 是（）流体所具有的动能。 A 单位体积 ； B 单位质量 ； C 单位重量 ； D 全部。 21、VA V 是根据（）守恒定律推导出来的。 A 质量 ； B 能量 ； C 动量 ； D 动量矩 。 22、雷诺实验中流量的测定采用的是（）。 A 体积法； B 流量计 ； C流速仪 ； D重量法。 23、在实验室模拟建筑物给水系统应采用（）相似准则。 A Fr ； B Eu ； C Re ； D Ma 。 2 2 1 V www.zhinanche.cc 24 24、圆管均匀流断面上切应力在轴心处的值（）。 A 最大 ； B平均 ； C 最小 ； D不定 。 25、雷诺数的表达式为（）。 A ；B ；C ； D 。 26、圆管紊流时速度在截面上按（）曲线分布。 A 二次 ；B 对数 ； C 指数 ； D 双曲 。 27、在相同条件下，小孔口流量（）短管嘴流量。 A 小于 ； 等于 ； C 大于 ； D 不定 。 28、（）的管道称为常管。 A 不计速度水头 ；B 不计局部损失 ； C 只计局部损失 ；D 只计沿程损失 。 Vd Vd gVd Vd www.zhinanche.cc 25 29、相同流量时，完全均匀泄流的流动损失为无途泄时的（）。 A 1/2 ; B 1/3 ; C 2/3 ; D 3/4 。 三、判断：在括号内划或，每题1分，共九分。 1、绝对压强的最小值是零。（） 2、过流断面上处处与流线垂直。（） 3、迹线是流体质点的运动轨迹。（） 4、流线是由无数流体质点组成的。（） 5、渐变流过流断面压强基本符合静压强分布规律。（） 6、均匀流过流断面上各点流速相等。（） 7、均匀流只有沿程水头损失。（） 8、同一时刻两系统中对应点速度大小成比例，称运动相似。（） 9、并联管路总损失大于任一支管的阻力损失。（） www.zhinanche.cc 26 四、连线：把人名与相关内容联在一起共8分。 工业管道阻力实验亥姆霍兹 舍维列夫 莫迪 雷诺 牛顿 速度分解定理欧拉 伯努利 达西 0 1 2 2 2300 023. 0 2 2 3 . 0 l p f g V d l h Const g V z p d dy du f www.zhinanche.cc 27 五 、推导选择：每题4分，共8分。 1、压差计如图所示，两容器内压强差 pA pB =（） A ；B ； C ；D 。 A A h B B h m h www.zhinanche.cc 28 2、右图为一流速仪，测得流速表达式 V（）。 A ； B ； C ； C 。 hg)(2hg2 hg) 1(2 )(2 g h V h www.zhinanche.cc 29 六、图示为一长 1m 的圆柱，直径 D 2.4 m ，（10分） 求作用在圆柱体上总的水压力大小和方向，并标于图中。 www.zhinanche.cc 30 七、右图所示对斜平板射流，Q0 ，V0 ，为已知，求 Q1 ，Q 2 及 射流对平板的作用力，并在图中标出。（10分） 00 V Q 1 Q 2 Q www.zhinanche.cc 31 八、泵吸水如图所示，若泵入口以允许最大真空度为 6 m ，吸 水管长 10 m ，直径 100 mm ，流量 10 l/s , ，=10 , 求水泵的最大安装高度为多少？（10分） H www.zhinanche.cc 32 流体力学试卷（三） 流体力学试卷（三） 流体力学试卷（三） 流体力学试卷（三） 一、选择：每题一分，共29分。 1、气体的粘度随温度的升高而（）。 A 降低 ； B 升高 ； C 不变 ； D 不一定 。 2、实际流速 （）。 A 0 ; D 不定 。 3、同流量时，无途泄沿程损失是均匀途泄的（）倍。 A 1.5 ; B 2 ; C 2.5 ; D 3 。 4、（）的管道称为常管。 A 只计局部损失 ； B 计算全部损失； C 只计沿程损失 ； D 长度较短。 5、列能量方程时， 参数应在（）断面上选取。 A 任意；B 急变流 ； C 恒定流 ；D 渐变流 。 A udAuVu则 , www.zhinanche.cc 33 6、流体在非满排水管道中的流动称（）。 A 有压流； B均匀流 ； C无压流 ； D稳定流 。 7、 是（）的微分方程。 A等势面； B 等压面 ； C流线； D迹线 。 8、相同流下，短管嘴流量（）小孔口流量。 A 小于 ； 等于 ； C 大于 ； D 不定 。 9、圆管紊流时速度在截面上按（）曲线规律分布。 A双曲 ；B二次 ； C 指数 ； D对数。 10、单位质量力的单位是（）。 A kg ; B N ; C N/m2 ; D m/s2 。 11、动能修正系数在层流时的值是（）。 A 4/3 ; B 3/4 ; C 2/3 ; D 3/2 。 12、流体静压强总是指向作用面的（）。 A内法线； B平行； C外法线 ； D任意。 0dzfdyfdxf zyx www.zhinanche.cc 34 13、静止流体中任意点质量力（）于过该点的等压面。 A 任意角度相交 ； 平行 ；C垂直。 14、雷诺数的表达式为（）。 A ；B ；C ； D 。 15、圆管均匀流断面上切应力在管壁处的值（）。 A 最大 ； B平均 ； C 最小 ； D不定 。 16、1个标准大气压相当于（）mmHg。 A 735mm ； B 746mm ； C 750mm ； D 760mm 。 17、在实验室模拟水库建筑受力应采用（）相似准则。 A Fr ； B Eu ； C Re ； D Ma 。 18、液体粘性是由于分子的（）而产生的。 A 吸引力 ； B 摩擦力 ； C 质量力 ； D 热运动 。 19、流体运动力学中常用（）进行研究。 A雷利法 ； B雷诺法 ； C欧拉法； D拉格朗日法。 Vd Vd gVd Vd www.zhinanche.cc 35 20、圆管直径在数值上等于（）倍的水力半径。 A 2 ; B3 ; C 4 ; D5 。 21、圆管层流时速度在截面上的分布与半径（）方成正比。 A 2 ; B 1.75 ; C 1.5 ; D1 。 22、动能修正系数在层流时的值是（）。 A 2; B 1.5; C 1.1 ; D 1.2 。 23、表示压强的国际单位是（）。 A N ; B Pa ; C Pa/m2; D N/m2 。 24、考虑流体粘性的流体称（）流体。 A 理想 ；B 牛顿 ；C实际； D非牛顿 。 25、 是（）流体所具有的动能。 A 全部； B单位体积； C单位重量 ； D单位质量。 26、VA 1 V 是根据（）守恒定律推导出来的。 A能量 ； B质量 ； C 动量矩； D 动量 。 2 2 1 V www.zhinanche.cc 36 27、雷诺实验中采用了（）测定流体流量。 A重量法体积法； B 仪表法 ； C 流量计； D流速仪 。 28、由（）公式可计算断面平均流速。 A B C D 29、矩形直立平面受到液体压力，则平面的几何中心（）总压 力的作用点。 A 低于 ； B 等于 ； C 高于 ； D 不定 。 二、判断：在括号内划或，每题1分，共九分。 1、绝对压强不可能为负值。（） 2、并联管路总阻力系数大于任一支管的阻力系数。（） 3、流线不能相交。（） 4、断面上各点流速相等的流动叫均匀流。（） 5、只要两系统中对应点的同应力大小成比例，就称动力相似。（） ; A udA; 2 A dAu ; 1 2 A dAu A ; 1 A udA A www.zhinanche.cc 37 6、相对平衡流体中任意点压强等于重度乘液面下深度。（） 7、流体质点的运动轨迹称迹线。（） 8、均匀流动只有沿程阻力损失。（） 9、过流断面有时是曲面。（） 三、连线：连接相关内容。（8分） www.zhinanche.cc 38 g V d l h l p f C g V z p d dy du f 2 0 1 2 Re 023. 0 2 2 3 . 0 达西 重力相似佛汝德 人工粗糙管牛顿 舍维列夫 尼古拉兹 雷诺 欧拉 伯努利 www.zhinanche.cc 39 四、填空：每空一分，共16分。 1、流体运动粘度的单位是（）。 2、雷诺实验结果采用方程 表示，层流段的 m 值为（）。 3、流体质点的加速度是由（）加速度和（）加速度组成。作 用在流体上的力分为（）和（）。 4、雷诺实验揭示了流体有（）和（）两种流动状态。 5、流动阻力损失分（）阻力损失和（）阻力损失两大类。 6、 阻力实验时，测量流量的装置称作（）。 7、薄壁小孔出流时，出口截面有（）现象。 8、有旋流动的条件是（）。 9、连续性微分方程 用于不可压缩流体时的形 式是（）。 Vmkhflglglg 0)( V t www.zhinanche.cc 40 11按度量基准不同，压强分（）和（），二着的关系是（）。 12、流体力学中常用的基本量纲是（）。 五 、推导选择：每题4分，共8分。 1、压差计如图所示，两容器内压强差 pA pB =（） A ；B ； C ；D 。 A A h B B h m h h www.zhinanche.cc 41 2、流速仪测得流速V（） 。 A ； B ； C ； C 。 hg)(2hg2 hg) 1(2 )( 2 h g h V h www.zhinanche.cc 42 六、图示为一长 1m 的半圆柱，半径 R 2 m ，（10分） 求作用在该物体曲面上的总的水压力大小和方向，并标于 图中。 R www.zhinanche.cc 43 七、右图所示对斜平板射流，Q0 ，V0 ，为已知，求 Q1 和Q 2 及 射流对平板的作用力，并在图中标出。（10分） 2 Q 1 Q QV , www.zhinanche.cc 44 九、泵吸水装置如图示，若泵入口处的压强为3.3m( 绝对压强)吸 水管长 8 m，管直径150 mm ，流量 600 l/min , = 0.04 =8, 求 泵可以安装的高度为多少？ （10分） H 2 2 www.zhinanche.cc 45 流体力学试卷（二）答案 流体力学试卷（二）答案 流体力学试卷（二）答案 流体力学试卷（二）答案 一、 1 Pas；2 质量力、表面力；3 绝对强度、相对强度；4 真空 度； 5 当地、迁移；6 ；7 ；8 层流、紊流、Re2300； 9 堰；10 MLT；11 1。 二、 1 A；2 D；3 B；4 D；5 B，C；6 A；7 D；8 D；9 D；10 C；11 A； 12 B；13 D；14 B；15 C；16 B；17 B；18 B；19 D；20 A；21 A； 22 D；23 C；24 C；25 A；26 B；27 A；28 D；29 B。 三、 1；2；3；4；5；6；7；8；9 www.zhinanche.cc 46工业管道阻力实验亥姆霍兹 舍维列夫 莫迪 雷诺 牛顿 速度分解定理欧拉 伯努利 达西 0 1 2 2 2300 023. 0 2 2 3 . 0 l p f g V d l h Const g V z p d dy du f 四、 www.zhinanche.cc 47 五、 1 D； 解：对等压面 2 C。 解： mmABBA mmBBAA hhhpp hhphp )( ghV hh g V 2) 1( , 2 0 2 www.zhinanche.cc 48 六、 P 011 2222 22 22 38 224.28 156.22 tantan KN6 .35156.22224.28 KN156.22N22156 8 4 . 2 8 . 91000 8 KN224.28N28224 2 4 . 2 8 . 91000 2 x z zx z cxcx p p ppp D gVp D gDhApp ）（ ）（）（ ）（）（ 压 www.zhinanche.cc 49 七、 解：取坐标系如图所示 由连续性方程 列 x 轴方向动量方程 解出 故 则 列 y 轴方向动量方程 射流作用力 )180cos(0 0 012 210 QQQV QQQ 2 )cos1 ( 2 )cos1 ( coscos 0 1 0 2 020012 Q Q Q Q QQQQQQ )90sin( )90sin( 0 00 0 00 VQR VQR RR 00 V Q 1 Q 2 Q x R R y www.zhinanche.cc 50 八、解：流量 流速 列液面和泵入口能量方程，选液面为基准，用相对压强 m/s 4 1 . 0 101044 s/m 1010l/s 10 2 3 2 3-3 d Q V Q (m) 675. 4 )10 1 . 0 10 05. 01 ( 2 4 6 )1 ( 2 6 2 )( 2 60 2 2 2 22 g d l g V H g V d l g V H H 2 2 11 www.zhinanche.cc 51 流体力学试卷（三）答案 流体力学试卷（三）答案 流体力学试卷（三）答案 流体力学试卷（三）答案 一、 1 B ；2 A ；3 D ；4 B ；5 D ；6 C ；7 B ；8 C ；9 D ；10 D； 11A；12A；13C；14C；15A；16D；17A；18A；19C；20C； 21D；22A；23 D