工程流体力学全试题库

-PAGE.z.六、根据题目要求解答下列各题HROABR1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆),A点以上的水深HHROABR解：水平分力P*=pc×A*=74.48kN铅垂分力Py=γ×V=85.65kN,静水总压力P2=P*2+Py2,P=113.50kN,tan=Py/P*=1.15∴=49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d＝0.8m，长l=50m，两个30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差H=3m。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q。解：按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数将参数代入上式计算，可以求解得到即倒虹吸管内通过的流量为2.091m3/s。3、d1v1*水平管路直径d1=7.5cm，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d2=2.0cm。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kNm2，管路内流速v1=0.706m/s。求水流对喷嘴的水平作用力Fd1v1解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程：P1*2P1*2211RR对于喷嘴建立*方向的动量方程N水流对喷嘴冲击力:F与R,等值反向。4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b＝1.5m，槽长L＝120m。进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。解：i=（Z1-Z2）/L=0.001m2mmv=C(Ri)0.5＝1.46m/sQ=vA=3.72m3/s。已知一流动的速度场为：v*=2*y+*，vy=*2-y2-y，试证明该流动为有势流动，且存在流函数，并求速度势及流函数。解：（1）∵，则ω*=ωy=ωz=0，流动为无旋流动，∴该流动为有势流动。又∵，即流动为不可压缩流体的平面流动，∴该流动存在流函数。（2）∵∴速度势为：∵∴流函数为：如图所示，两圆筒内装的是水，用管子连接。第一个圆筒的直径d1=45cm，其活塞上受力F1=320N，密封气体的计示压强为981.0Pa；第二个圆筒的直径d2=30cm，其活塞上受力F2=490N，开孔通大气。若不计活塞重量，求平衡状态时两活塞的高度差h。解：∵∴已知：一闸门如图，h1=2m，h2=3m，h3=5m，闸门宽B=2m，γ1=9806N/m3，γ2=12000N/m3，γ3=46000N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B点的合力矩。解：图示为水自压力容器定常出流，压力表读数为10atm，H=3.5m，管嘴直径D1=0.06m，D2=0.12m，试求管嘴上螺钉群共受多少拉力？计算时管嘴内液体本身重量不计，忽略一切损失。解：对容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程：选管嘴表面和管嘴进出口断面所围成的体积为控制体，列动量方程：对管嘴的进出口断面列伯努利方程，得∴如图示，水流经弯管流入大气，已知d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，不计水头损失，求弯管上所受的力。解：由连续方程：得：对弯管的进、出口截面列伯努利方程：其中，P2b=0，z1=z2，代入得：选弯管所围成的体积为控制体，对控制体列动量方程：求得：Fpnb*=-710.6(N)∴F*=-Fpnb*=710.6(N)Fpnby=1168.5(N)Fy=-Fpnby=-1168.5(N)已知油的密度ρ=850kg/m3，粘度μ=0.06Pa.s，在图示连接两容器的光滑管中流动，已知H=3m。当计及沿程和局部损失时，求：（1）管内的流量为多少？（2）在管路中安一阀门，当调整阀门使得管内流量减小到原来的一半时，问阀门的局部损失系数等于多少？（水力光滑流动时，λ=0.3164/Re0.25）。解：（1）对两容器的液面列伯努利方程，得：即：(1)设λ=0.03，代入上式，得v=3.27m/s，则故，令λ=λ’=0.0291，代入（1）得：v=3.306（m/s）则∴（2）则求得：7．为确定鱼雷阻力，可在风洞中进行模拟试验。模型与实物的比例尺为1/3，已知实际情况下鱼雷速度vp=6km/h，海水密度ρp=1200kg/m3，粘度νp=1.145×10-6m2/s，空气的密度ρm=1.29kg/m3，粘度νm=1.45×10解：已知由Rep=Rem得，kν=kvkl，∴vm=kvvp=38×6=228(km/h)（2）由kF=kρkl2kv2得∴FP=Fm/kF=1000/0.1725=5798(N)流体通过孔板流量计的流量qv与孔板前、后的压差ΔP、管道的内径d1、管内流速v、孔板的孔径d、流体密度ρ和动力粘度μ有关。试用π定理导出流量qv的表达式。（dimΔP=ML-1T-2，dimμ=ML-1T-1）。解：设qv=f(ΔP,d1,v,d,ρ,μ)选d,v,ρ为基本变量上述方程的量纲方程为：由量纲一致性原则，可求得：a1=0a2=1a3=0a4=1b1=1b2=2b3=0b4=1c1=2c2=0c3=1c4=1∴如图所示，由上下两个半球合成的圆球，直径d=2m，球中充满水。当测压管读数H=3m时，不计球的自重，求下列两种情况下螺栓群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时（2）下半球固定在支座上时9.新设计的汽车高1.5m，最大行驶速度为108km/h，拟在风洞中进行模型试验。已知风洞试验段的最大风速为45m/s，试求模型的高度。在该风速下测得模型的风阻力为1500N，试求原型在最大行驶速度时的风阻。解：根据粘性力相似准则，又10.连续管系中的90º渐缩弯管放在水平面上，管径d1=15cm，d2=7.5cm，入口处水平均流速v1=2.5m/s，静压p1e=6.86×104Pa（计示压强）。如不计能量损失，试求支撑弯管在其位置所需的水平力。解：由连续方程：由能量方程：*方向动量方程：Y方向动量方程：合力为:11.小球在不可压缩粘性流体中运动的阻力FD与小球的直径D、等速运动的速度v、流体的密度ρ、动力粘度μ有关，试导出阻力的表达式。（dimF=MLT-2，dimμ=ML-1T-1）。（15分）解：设FD=f(D,v,ρ,μ)选D、v、ρ为基本变量上述方程的量纲方程为：由量纲一致性原则，可求得：a1=1a2=1b1=2b2=1c1=2c2=1∴12.如图所示，一封闭容器内盛有油和水，油层厚h1=40cm，油的密度ρo=850kg/m3，盛有水银的U形测压管的液面距水面的深度h2=60cm，水银柱的高度低于油面