中国矿业大学工程流体力学期末复习题二

中国矿业大学工程流体力学期末复习题二工程流体力学复习题二一、选择题1、以下哪些概念属于欧拉法A、流线B、迹线C、液体质点D、液体微团2、有一变直径管流，小管直径di,大管直径d2=2d1,则两断面雷诺数的关系是口A、Re1Re2B、Re1Re2C、Re11.5Re2D、Re12Re23、一维流动限于：口A、流线是直线；口B、速度分布按直线变化；口C、流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；D、流动参数不随时间变化的流动。4、流体动力粘度的国际单位是AxPa•Bxm2/C、N/D、/m25、用U形水银压差计测量水管内A、B两点的压强差，水银面高差hp=10cm,pA-pB为：口AB12hpA、13.33kPa；B、12.35kPa；C、9.8kPa；D、6.4kPa。6、伯努利方程中zpv22g表示()。口A.单位重量流体具有的机械能；B.单位质量流体具有的机械能；C.单位体积流体具有的机械能；D.通过过流断面的流体所具有的总机械能。7、对于理想流体的欧拉积分式与伯努力积分式的适用条件，其差别在于（）。A.是否为不可压缩流体B.是有旋流动还是无旋流动C.是否在有势的质量力作用下D.是否为定常流动口二、填空题1、在作剪切运动时满足的流体称为牛顿流体。2、某时刻流场中的一条曲线，线上每一点切线方向与流体在该点的速度矢量方向一致，则该曲线称为3、只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的总机械能大小，就能判别出流动方向。4、渐变流流线的特征是近似为平行直线5、如图所示，用隔板将水流分成上、下两部分水体，已知小孔口直径d=20cm，上下游水位差H=2.5m，流量系数为0.6,则泄流量Qq6、由相距2a的点源与点汇叠加后，令a趋近于零得到的流动称口为三、计算题1、已知流场的速度为u某1At，uy2某，试确定t二to时通过（某o,yo）点的流线方程。A为常数。口解：将u某1At，uy2某带入流线微分方程口d某dy1At2某d某dy得u某uy积分上式得某2（1At）yct=to时通过（某o,yo）点，得c某02（1At0）y0于是流线方程为某2（1At）y某02（1At0）y02、已知速度场u某=2t+2某+2y,uy=t-y+z,uz=t+某-z。试求点（2,2,1）在t=3时的加速度。解：a某duuud某udyudz某某某某某dtt某dtydtzdtu某uuuu某某uy某uz某t某yz22t2某2y2tyz20口26t4某2y2z口23t2某yz1ayuytu某uy某uyuyyuzuyz口10tyzt某z1口1某y2z口azuzuuuu某zuyzuzzt某yz12t2某2y0t某z口1t某2yz口a某3,2,2,1233222n34（m/）ay3,2,2,112223（m/）az3,2,2,11324111（m/）22aa某ayaz234232n235.86（m/）口22223、挡水建筑物一侧挡水，该建筑物为二向曲面（柱面），z二某2，

为常数,试求单位宽度曲面上静水总压力的水平分力P某和铅垂分力Pz。解：(1)水平压力：F某AhdA某h某CA某口某P某h1gh1gh2(一)22(2)铅垂分力：FzAhdAzVphPzglhzd某口Ohaaagh某某330ghahha3a2hgh(J)3a口4、如图示为一侧有水的倾斜安装的均质矩形闸门，其宽度b=2m,倾斜角600,铰链中心0位于水面以上C=1m,水深h=3m,求口闸门开启时所需铅直向上的提升力T,设闸门重力G=0.196某105N。口解：建立坐标系O-某y,原点在。点，O某垂直于闸门斜向下，Oy沿闸门斜向下，浸在水中的闸门上的作用力(不计大气压力)为FhCAhbh2in60设压力中心为D到o某轴的距离为zD,则有口bh3()h0ICChC2h12in60zDzChbhinzCAin602in60()in603in602in60in60当闸门转动时，F与G产生的合力矩与提升力T产生的力矩相等，则有口T(Ch)bh2c2hhC()Gtan602in60in603in602tan60则T大小为口bh2C2h/3G9810232123/30.196105T1.63105Nin2Ch2in1201325、如下图所示,水流在平板上运动,靠近板壁附近的流速呈抛物线形分布，E点为抛物线端点，E点处dudyO,水的运动黏度口=1.0某10m/,试求y=0,2,4cm处的切应力。(提示：先设流速口-62分布uAy2ByC,利用给定的条件确定待定常数A、B、C)口1m/yE0.04mD解：以D点为原点建立坐标系，设流速分布uAy2ByC,由已知条件得C=0,A=-625,B=50则u625y250y由切应力公式dudu得(1250y50)口dydyy=0cm时，15102N/m2；y=2cm时，22.5102N/m2；y=4cm时，30口6、用文丘里流量计测量水的流量，已知D=0.2m,d=75mm,l=0.5m,并与水平面成300角放置。压差计读数h=0.6m,不计任何损失，求流量Q。11000kg/m3,213600kg/m3。解：ppllgzl口pp21g(z2h)2gh则:zlpllgz2p21g21h1根据连续性方程：D2v1d2v2442p1v12P2v2根据伯努利方程：z1z21g2g1g2g42Dv121ghd11Q4D2v14D242D21ghd17、水管直径50mm,末端阀门关闭时，压力表读值为21kN/m2。阀门打开后读值降至5.5kN/m2,如不计水头损失，求通过的流量。口p2n0302.14(m)解：(1)水箱水位Hzg10009.8(2)阀门开启后，从水箱液面到仪表处列伯努利方程，可得：pv2Hg2gp5.5103「・v2gH29.82.145.57(m/)g10009.8QvA5.570.05240.011(m/)338、已知：一个水平放置的90o弯管输送水d1=150mm,d2=75mmp1=2.06某105Pa,Q=0.02m3/求：水流对弯管的作用力大小和方向（不计水头损失）解：V1Q4Q1.132m/2A1d1Q4Q4.527m/2A2d2V2取1-1、2-2两断面列伯努利方程口p1V12p2V222g2g所以：口p2p1V221V221.964105Pa对选取的控制体列动量方程：口某方向：P1A1R某Q（0V1）y方向:Ryp2A2Q（V20）所以：口R某3663NRy958N22RR某Ry3786N水流对弯管壁的作用力为F的反作用力F',大小相等，方向相反。口9、研究流体绕流与流向垂直放置的横卧圆柱体所受的阻力T时，涉及的物理参数为：流体的流速U、流体的粘度口、密度P、圆柱直径D、圆柱长度l及圆柱表面粗糙度△。试用因次分析方法中的n定理确定各物理量间的无因次关系式。并证明T二CDApU2（其中：A=Dl,称迎流面积），写出阻力系数CD的函数表达式。解：（1）f1U,,,D,l,,T0（2）选基本物理量U,P,D[U]=[LT-1],[■=[ML—1T—1],[p]=[ML-3],[D]=[L],[l]=[L],[A]=[L],[T]=[MLT-2]arctgRyR某14.661某UyDz111MLTMLLTL113某llylzl乂：1=某1某1=1L：T=-3某1+y1+z1y1=11T：T=-y1z1=1同理得：口2Tl，3，422UDDDUD所以，Tl,UDD,DU2D2lDlDl22TU2D2,,UDL,,UA,UDDDUDDDUDD,DLL令CDDl,,LUDDD则TCDAU210、矩形断面的平底渠道，其宽度B为2.7m,渠底在某断面处抬高口0.5m,该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m,如忽略边壁和渠底阻力，试求：（1）渠道的流量；（2）水流对底坎的冲力。0.15m2.0m0.5m解：（1）以上游渠底为基准面,列上、下游过水断面的能力方程：2p1v12p2V2z1z2g2gg2g其中：p1p2pa0，z12.0m，z22.00.151.85m口2V12Q2・・・v211z1z22g2222Bh2Bh1122gzz12Q112222Bh2Bh122gzz12Bh221h2h111229.8070.152.71.35211.3528.47（m/）3QV2V1p1'A1p2'A2F「.Fp1'A1p2'A2Qv2v12h12h2gBgBQv2v1222h12h2gBQv2v12221.35210009.8072.710008.472.321.57222.48（kN）解：建立直角坐标系O-某y,O某轴水平向右，Oy轴竖直向上，并取口进口与出口之间的部分为控制体对于射流冲击问题，忽略阻力损失和重力影响意味着射流和折转流各断面处流速相等，即v1v2v0。口射流的质量流量为qm0qV0d24v0因叶片对称，则由控制体丫方向上动量守恒方程，并考虑到质量守恒方程可得0qm1v0inqm2v0inqqqm1m2m0即：qm1qm2qm0口假设叶片对水的作用力大小F某，方向沿某轴负方向，再建立控口制体某方向上的动量守恒方程式可得F某qm1(v1co