工程流体力学计算题集(含答案)

30.(6分)飞机在10000m高空(T=223.15K,p=0.264bar)以速度800km/h飞行，燃烧室的进口扩压通道朝向前方，设空气在扩压通道中可逆压缩，试确定相对于扩压通道的来流马赫数和出口压力。(空气的比热容为Cp=1006J/(kg·K)，等熵指数为k=1.4，空气的气体常数R为287J/(kg·K))T0=T∞+=247.69KM∞=P0=p∞=0.26431.(6分)一截面为圆形风道，风量为10000m3/h，最大允许平均流速为20m/s，求：(1)此时风道内径为多少?(2)若设计内径应取50mm的整倍数，这时设计内径为多少?(3)核算在设计内径时平均风速为多少?依连续方程（ρ=C）v1A1=v2A2=qvv1d1==0.42m=420mm设计内径应取450mm为50mm的9倍，且风速低于允许的20m/s在设计内径450mm时，风速为32.(7分)离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量，已知风机入口侧管道直径d=400mm,U形管读数h=100mmH2O，水与空气的密度分别为ρ水=1000kg/m3，ρ空=1.2kg/m3，忽略流动的能量损失，求空气的体积流量qv。由伯努利方程0+0+0=+0+得v=由静力学方程p+ρ水gh=0p=-ρ水gh代入得v==40.43m/sqv=v33.(7分)要为某容器底部设计一个带水封的疏水管，结构如图示：容器内部的压强值，最高时是表压强pe=1500Pa,最低时是真空值pv=1200Pa,要求疏水管最高水位应低于容器底部联接法兰下a=0.1m，最低水位应在疏水管口上b=0.2m(水密度ρ=1000kg/m3，重力加速度g=9.8m/s2)求：(1)疏水管长度L。(2)水封水面到疏水管口的深度H。根据流体静力学基本方程表压强pe=ρgh或h=在最高压强时，管内水面应低于O-O面h1==在最低压强时，管内水面应高于0-0面h2==故疏水管长度L=a+h2+h1+b=0.1+0.122+0.152+0.2=0.574m水封水面到疏水管口深度H=h1+b=0.153+0.2=0.353m答：疏水管长度应为0.574m，水封水面到疏水管口深度为0.353m。34.(12分)有一水平放置的90°渐缩弯管，管内径d1=15cm,d2=7.5cm,入口处平均流速v1=2.5m/s,表压强p1=6.86×104Pa，若不计阻力损失，求水流对弯管的作用力。水的密度ρ=1000kg/m3。（1）求虹吸管的流量：列进、出口水池水面的伯努利方程：H=把已知参数代入：求得v=1.59m/s所以qv=vA=0.05m3/s(2)求最低压强点及其真空度：最低压强应是虹吸管内的C点（见图）列进水池水面及C断面的伯努利方程：0=h-得pvc=28200Pa=28.2KPa35.(12分)用虹吸管输水，如图所示，已知：水位差H=2m,管顶高出上游水位h=1m，虹吸管内径d=200mm，管长为LAB=3m,LBC=5m,LCD=4m,管路沿程损失系数λ=0.026，局部损失系数有：管路进口滤网(带底阀)一个，ζ滤网=12,B、C两处90°圆弯两个，每个ζ弯头=0.5，管路出口ζ出口=1.0，水的密度ρ=1000kg/m3。试求：(1)虹吸管的流量qv。(2)虹吸管中压强最低点的位置及其真空值。（1）求虹吸管的流量：列进、出口水池水面的伯努利方程：H=把已知参数代入：求得v=1.59m/s所以qv=vA=0.05m3/s(2)求最低压强点及其真空度：最低压强应是虹吸管内的C点（见图）列进水池水面及C断面的伯努利方程：0=h-得pvc=28200Pa=28.2KPa

1．

如图所示，一洒水车等加速度a=0.98m/s2向右行驶，求水车内自由表面与水平面间的夹角；若B点在运动前位于水面下深为h=1.0m，距z轴为xB=-１.5m，求洒水车加速运动后该点的静水压强。（15分）解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为（取原液面中点为坐标原点）X=－a；Y=0；Z=－g

（2分）代入式

欧拉平衡微分方程：（2分）

得：积分得：

（3分）在自由液面上，有：x=z=0

；p=p0（1分）得：C=p0

=0

（1分）

代入上式得：

Ｂ点的压强为：（2分）自由液面方程为（∵液面上p0=0）

ax+gz=0（2分）即：2．水自压力容器稳定地流出。表压，。喷嘴直径，。若不记管嘴内的液体和管嘴本身的重力，试求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？（20分）解：断面的伯努力方程为（3分）（1分）（1分）断面的伯努力方程为（3分）（2分）（1分）设喷嘴作用在控制体上的力为，利用动量定理，有（3分）（3分）（2分）即管嘴上螺栓群所受的拉力为（1分）3．如图所示为一文丘里流量计，起作用的是渐缩管段，气体流动方向如图，已知气体密度，1－1和2－2截面直径分别为600mm和400mm，U型管内水柱高度为h=45mm，试计算体积流量（忽略损失）。(15分)解：1－1和2－2截面处于缓变流中（2分），列总流的伯努力方程有：（3分），其中=（1分）(1)根据连续性方程有：（2分）(2)设U型管左侧水面到底部（Z=0）的距离为L，有：（3分）（3）根据上述三式带入已知条件，求得：＝29.67m/s，（2分）=3.73m3/s（2分）1．

如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30º夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角，并分析p与水深的关系。解：根据压强平衡微分方程式：（1分）单位质量力：

（2分）

在液面上为大气压强，代入（1分）

由压强平衡微分方程式，得：（2分）（2分）任意点：（4分）代入自由面方程得：p与淹深成正比。（3分）2．有一的文德利管，接入铅垂的输油管上，油的流动方向朝上。已知喉部与进口截面间的高度差为30cm，图中U形管读书为25cm水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。（）解：故（1分）故（1分）（2分）（1）（2分）（5分）（2）（1分）（1分）由伯努力方程，知（4分）（1分）所以（2分）3.不可压缩平面流动的流函数为，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。解：（1）此流动无旋，存在势函数。2分已知平面不可压缩流体流动的流速为，（20分）检查流动是否连续；检查流动是否有旋；求流场驻点位置；4流函数。解（1）；满足连续性方程。（2）；流动有旋。（3）驻点条件：由代入解得：；由代入解得：解得驻点：三点。（4）；；令其为0，则：水射流以20的速度从直径的喷口射出，冲击一对称叶片，叶片角度，求：（20分）当叶片不动时射流对叶片的冲击力；当叶片以12的速度后退而喷口固定不动时，射流对叶片的冲击力。解：（1）列方向动量方程：射流对叶片冲击力为，向右。（2）选动坐标系，列方向动量方程，采用相对速度，相对流量射流对叶片冲击力为，向右。求如图所示管路系统中的输水流量，已知=24，，，，，，。（20分）第（六）题图解：列1-1，2-2断面能量方程。。。。。。。。。。。。。。。。a由并联管流特点：…………………（b）…………………（c）联立（a）、（b）、（c）式并代入已知条件可解得26.如题26图所示，用真空计B测得封闭水箱液面上的真空度为0.98kPa，若敞口油箱的液面低于水箱液面的高度H=1.5m，油柱高h1=5.6m，水银柱高h2=0.2m，求油的密度。题26图27.某矩形断面渠道，粗糙系数n=0.025，通过流量Q=5.0m3／s，底宽b=4m，水深h=2m28.有一普通完全井，其半径r0=0.36m，含水层厚度H=7m，岩土渗透系数k=0.0016m/s，井中水深h=4m，试计算井的出水量。(影响半径R=3000s)29.如题29图所示，在蓄水容器垂直壁的下面有一1／4圆柱面的部件AB，该部件的长度l=1.0m，半径R=0.4m，水深h30.如题30图所示的分岔管水流射入大气，干管及分岔管的轴线处于同一水平面上。已知=30°，v2=v3=12m／s，d1=200mm，d2=d3=100mm，不计水头损失，求水流对分岔管的作用力。31.如题3l图所示为离心式水泵抽水装置。已知流量Q=201/s，几何给水高度Hg=18m。吸水管长度l1，=8m，管径d1=150mm；压水管长度l2=20m，管径d2=100mm。沿程摩阻系数=0.042，局部水头损失系数为：进口e=5.0，弯头b=0.17。水泵的安装高度Hs=5.45m，水泵进口的允许真空度[hv]=7mH2O。(1)试校核水泵进口的真空度hv；(2)试求水泵的扬程H。26．图示一有压管道，小管直径dA=0.2m，大管直径dB=0.4m，A点压强水头为7mH2O，B点压强水头为4mH2O，已知大管断面平均流速vB=1m/s，B点比27．如图所示一密闭水箱，箱壁上连接一圆柱形外管嘴。已知液面压强p0=14.7kPa，管嘴内径d=50mm，管嘴中心线到液面的高度H=1.5m，管嘴流量系数=0.82，试求管嘴出流量Q．28．已知图示渠段下游为无穷远，上游水深小于正常水深。试对其进行分区，定性画出水面曲线并标出曲线名称29．如图所示开口盛水容器，容器壁上设有半径R=0.4m的半球盖AB．已知球形盖中心点的水深h=1.6m，不计半球盖自重，试求半球盖连接螺栓所受的总拉力和总切力。(球体体积公式为30．如图所示，管道内水流经水平对称分岔管道流入大气。已知流量Q=0.2m3/s，干管直径dl=300mm，支管直径d2=d3=100mm，分岔角31．如图所示溢流坝泄流模型剖面。已知溢流坝最大下泄流量为Qp=850m3/s，若采用长度比尺λl=50的模型进行实验，试求模型的最大泄流量Qm．如测得模型坝脚处收缩断面流速vm=2.65m/s，模型的堰上水头Hm=10.8cm，试求原型相应的流速vp和堰上水头1、如图所示，将一平板垂直探入水的自由射流中，设平板截去射流的部分流量Q1＝0.012m3/s，并引起射流的剩余部分偏转一角度。已知射流速度为30m/s，总流量Q0＝0.036m32、有泵管路如图所示，流量，泵的吸入管长，沿程阻力系数，总局部阻力系数为；压力管长，，，管径为。求：（1）已知泵入口处真空表读数，求吸入高度。（2）两个液面高差，求泵的扬程。3、水平直管半径为R，不可压缩流体作层流流动，其半径处点流速为，并等于管内平均流速V。求证：4、如图所示一贮水容器。器壁上有两个半球形盖，设，，。试分别求出作用在两个球盖上的