华中科技大学流体力学试卷2006A卷

华中科技大学流体力学（I）试卷（A卷）（闭卷考试）2006年11月3日姓名:学院：班级:学号：题号（满分）一(20)(10)(8)四(10)五(10)六(10)七(12)八(10)总分（100）评分一、基础选答题（20分） （只有一个最佳答案）1、 温度降低时，汽油的粘性系数（）a.下降 b.升高 c.不确定2、 粘性流体沿平面板壁切向流动，|i=1.5X10一3Ns/m2，离壁面y（m）处的速度为：u（y）=4y3+2y2+y（m/s）， 壁面处的切应力为（ ）N/m2。a.-13.6b.7.5x102c.1.5x10-33、流体连续方程表示流体运动的a. 动量 b.（ ）守恒能量 c.质量4、水在圆管中流动，层流或湍流取决于（）a. 雷诺数 b. 马赫数c.付鲁德数5、文丘里管和皮托管分别用于测量流体的 （)a. 速度和流量 b. 流量和速度c.压强和流量

6、小扰动在气流中传播，气体的熵（ ）a. 减少b. 不变c.增加7、超音速气流通过收缩管道时，气体的密度（）a. 增加b. 减少 c.不变8、管道水击现象必须考虑水的（）a.传热性b. 压缩性c.粘性9、水泵叶轮水流的机械能在外边缘比内边缘 （)a. 大b. 小c可大可小10、管道水流在小雷诺数时，管壁粗糙度对能量损失()a. 很重要b. 不重要c.不确定标准答案：1. (B) 2. (C) 3.(A)8. (B) 9.(A)10.(C) 4. (A) 5.(B)(B) 6.(B) 7.二、一质量M=30kg，底面积A=10cmx10cm的滑块在重力的作用下沿一倾斜平面以u=1m/s的速度下滑，滑块与倾斜平面之间有一层厚度5=0.1mm的油膜，倾斜平面与水平面之间的夹角0=30。。试确定油膜中油的动力粘度。解：设油的动力粘度为r。根据牛顿内摩擦定律，滑块底面与油膜之间的切应力为uT=U—由于滑块作等速直线运动，作用在滑块上的合外力为零，于是有Mgsin0=tA=rUA5代入数据30x9.806xsin30=rx一1一x10x10x10一40.1x10-3解出r=1.4709(N-s/m2或Pa-s)三、如图所示一水箱，左端为一半球形端盖，右端为一平板端盖。水箱上部有一注水管，已知龙=600mm，R=150mm。试求两端盖所受的总压力及其方向。(g=9.81m/s2，水的密度/=1000kg/m3)解：右端盖是一个铅垂的圆平面，只有x方向作用力，其面积为A=nR2其上作用的总压力为F=Pg(h+R)Ar~520N方向垂直于端盖，水平向右。左端盖为一半球面。由曲面上的总压力的求法，将Fp分解成三个方向分量F，F，F°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由于半球面对于y轴对称，故有Fpy=0z方向总压力由压力体来求。将半球面分成AB.BE两部分，AB部分的压力体为ABCDEA，即图中左斜线部分，记为^DEA，它为实压力体，方向向下；ABCDEABE部分压力体为BCDEB，即图中右斜线部分，记为Vbcdeb，为虚压力体，方向向上。因此总压力体为它们的代数和TOC\o"1-5"\h\zv=v —v=vABCDEABCDEBABEA这正好为半球的体积。所以4V=——兀R33因此F=pgV=2pg兀R3/3Q69N3方向垂直向下。所以，'总作用力为F=.v'F2px+F2力+F2pz=524.6N合力方向与水平方向夹角a=arctan—p^=7°35'28”Fpx四、（10分）矩形断面渠道上有一圆柱形挡水结构。圆柱上、下游水流平缓处的水深分别为h】=1.5m和h2=0.9m。不计损失，求水流对单位长度圆柱产生的水平冲击力和水流流量。解：取图示圆柱上、下游水流平缓处两个断面之间的流动区域为控制体。流动方向的动量方程为：PQ（V-匕）=P[-P-FFx是圆柱承受的水平冲击力。在缓变流截面上压强合力为

八 h2八 h2P=Pg才，P2=Pg寸在两个缓变流截面上建立伯努利方程，p、Z在水面取值。,V2 ,V2h+-^=h+t-12g22g连续性条件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、如图所示，一股水射流射向静止叶片后转角 0=60。，射流的来流速度V=15m/s，流量Q=0.1m3/s。求支持叶片所需力的大小及方向。（10分）解：取图示射流1、2两个断面之间部分所占空间区域为控制体。射流问题不考虑重力影响，因此在射流截面上压强是常数。由于射流与大气接触，此常数为大气压。根据伯努利方程可知，控制面进、出口处的流速大小相同，记为V。设叶片对控制体内流体的作用力的两个分量为Fx和％,方向如图示，由动量方程得:pQ(Vcos6-V)二—FxpQ(Vsin6-0)=FyF=750N,F=1299N六、油管d=100mm,L=16km,油在油管中流动,p油=915kg/m3,v=1.86x10-4m2/s,求每小时通过50t油所需要的功率。七、用一个U形压差计测量一个垂直放置的弯管的局部损失系数G已知弯管的管径为d=0.25m,水流量Q=0.04m3/s,U形压差计的工作液体是四氯化碳，其密度为P1=1600kg/m3,测得U形管左右两侧管内的液面高度差为△龙=70mm,求匚（沿程损失不计）。八、气体在收缩管中作等熵流动，气体常数和绝热指数分别为R=287J/（kg-K）和Y=1.4。测得管道某截面压强p=5x105Pa，温度T=300K，马赫数Ma=0.6，收缩管外的环境压强为pb=2.8x105Pa。求收缩管出口截面上的马TOC\o"1-5"\h\z赫数Ma、气体密度p和气流速度"。（对于空气，临界压强与滞止压强之比e e e乙=0.5283，临界温度与滞止温度之比乙=0.8333。）p0 T解：首先求出滞止压强，Ty-1 1.4-1缶=1+L_Ma2=1+——x0.62=1.072\o"CurrentDocument"T2 2(TV：_一 一_P0=pI手厂=5x105x1.0723.5=6.378x105(Pa)判断出口截面是否达到临界状态。\o"CurrentDocument"p=^^=0.4390p0 6.378由于Pb<p=0.5283，出口截面已达到临界状态。出口截面马赫数p0p。Ma=1=0.8333,L=0.5283，出口截面温度和压强为p0=T=0.8333T。=0.8333x1.072T=0.8333x1.072x300=268(K)p