流体力学试卷2
一、名词解释
1雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、恒定流动 8、流场 9、无旋流动 10、稳定流动 11、不可压缩流体 12、流场 13、无旋流动 14、有旋流动 15、驻点 16控制体 17理想流体
二、简答题
1、流体静压强的特性是什么？
2、尼古拉兹实验分区级意义是什么？ 3、运动粘滞系数r的物理意义是什么？
4、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么？ 5、伯努利方程z?
pr?u
2
2g
?
常数中各项的物理意义？
6、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。
7、下式不可压缩流体N-S方程中，各项的物理意义是什么？ X
8、什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？
?1?p
??（
?ux?x
22
??x
?
?uy?y
2
2
?
?uz?z
2
2
）?
dudt
x
三、计算题
1、如图所示，一油缸及其中滑动栓塞，尺寸D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，间隙内充满μ=0.065Pa·S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力,试问活塞匀速运动时的速度是多少？（10分）
2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆柱体，半径R=1m，自由表面处压强为一个大气压，高度H=3m，试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。
3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数，试问模型中流体运动粘性系数υm=？
4、如图所示，变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d2=0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水流对圆管的作用
力及作用力的位置。（20分）
5、两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直径d1=600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=0.04，求总流量Q=？（20分）
1、有一钢板制风管，断面尺寸为
400mm?200mm，管内气流平均速度为1.5m
/s，气体运动粘滞系数为
15.0×10?8m2/s，判断管内气体的流态？
2、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为10cm，管道直径为
40cm，水在管中流量Q为0.4m3/s，求管嘴对水流的作用力。
3、已知不可压缩流体的流速分量为：ux?x2-y2，uy??2xy，uz?0，问该流
动是否为无旋流动？
4、已知平面流动的速度分量为：ux?x?t2，uy??y?t2；求：当t=1是过M（1,1）的流线方程。
5、一车间用直径为0.5m的风口送风，风口风速为6.0m/s，如长度比例常数
为4，确定实验模型风口风速。若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s，则车间相应点的速度为多少？（已知空气的运动粘滞系数为
0.0000157m
2
/s）
lmln
?116
6、对某一桥墩采用模型比例为
0.76m
进行实验。已知模型中水流速度为
/s，实测模型桥墩受水流作用力为4N。求原型中相应的流速与作用
力。
7、在水平放置的管线中接弯管，直径从600mm逐渐减小到300mm，水流方
向偏转600如图所示，在直径较大一端压强为172kN/m2,求作用于弯管上的力的大小和方向，①当水不流动时；②当通过的流量为876L/s时；
8、一弧形闸门AB，宽4m，圆心角为求
作
用
于
闸
45，半径为
2m，闸门转轴恰好与水面平齐，
门的水静压力。
9、如下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为50mm的'短管，形成管嘴出流，已知作用水头H=5m，管嘴出流流量系数u=0.82，试问：①管嘴出流流量Q；②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么？③合适的管嘴长度是多少？
0、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为Q0,密度?，直径为d0，求：①平
板所受的冲击力。②流量Q1和Q2
11、如下图所示：水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道，已知
d1?200mm，d2?100mm，两管短长均为L=50m，
H?10m，沿程阻力系数
??0.01,?A?0.3,?B?0.2,求：管道中水的流量、流速.
1、一根直径为d
1 = 0.1m的水管垂直放置，在上方转90°弯后立即收缩成直径
为d 2 = 0.05m喷口，水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s，忽略一切损失，试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。
p1
v1d1?v2d2
v1?0.1?20?0.05v1?10m/s
?
?z1??
v1
2
2g10
?
2
p2
?
?z2?
v2
2
2g20
2
p19807
2?9.807
5
?4?
2?9.087
p1?3.78?10Pa
22、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa，H = 3m，管嘴大小口直径 D = 5cm，d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。
v1D?v2d
连续性方程v1?5?v2?1
v2?5v1
p1?p??H
静力学基本方程p1?106?9807?3
?10.3?10
p1
?v1
2
5
?
伯努利方程
2g
?
5
v2
2
2g?
v1
2
10.3?109807
2?9.807
?
25v1
2
2?9.807
v1?9.26m/s
动量方程qV?
14
?Dv1?
2
14
??(5?10
?2
)?9.26?1.82?10
2?2
m/s
3
?qV(v2?v1)?
5
?F
14
?p1A1?F
?4
F?10.3?10?F?1346.9N
??25?10?1000?1.82?10
?2
?4?9.26
3、一贮水箱通过一直径为d的底部小孔排水，设排放时间t与液面高度h，重
力加速度g，流体密度ρ，粘度μ等参数有关，试用量纲分析法 （1）取h, g,ρ为基本量，求包含时间的无量纲量Π1 ； （2） 取d, g,ρ为基本量，求包含粘度的无量纲量Π2 。 解：f(d,t,h,g,?,?)?0
n=6
(1)取h, g,ρ为基本量
?1?hg?t
MTL?L(LT
a1
?2
a1b1c1
)(ML
b1
?3
)T
c1
0?c1
0??2b1?1b1?
12
0?a1?b1?3c1a1??1/2
gh
?1?
t
（2）取d, g,ρ为基本量
?2?d
0a20
g
b2
??
a2
?2
c2
MTL?L(LT)(ML
b2
?3
)MLT
c2
?1?1
0?c2?1c2??1 0??2b2?1b2??1/2 0?a2?b2?3c2?1a2??3/2
?2?d?2?
?3/2
g
?1/2
?
?1
?
??d
3/2
g
5、如图所示的抛物线闸门，宽度为b，铰接在B点上，建立如下坐标系后，抛物线闸门断面的方程为y=H-4x2。
1.求流体作用在闸门上总压力的水平分力Fx大小；（4分） 2.求流体作用在闸门上总压力水平分力Fx的作用中心hD；（4分）
3.求流体作用在闸门上总压力的竖直分力Fz大小；（4分） 4.求流体作用在闸门上总压力竖直分力Fz作用中心xD；（4分） 5.维持闸门平衡所需的F。（4分）
解：抛物线方程
y?H?4x
2
（1）水平分力的大小Fx??hcAx??
H2
Hb?
?Hb2
2
3
1
（2）水平分力压力中心hD?hc?
JchcAx
?
H
?12
H2
2
?b?H
?
?H?b
2H3
（3）垂直分力的大小Fy??Vp??Ab?（4）抛物面面积 A?
H/2
?bH
3
H?4x
2
H
??dxdy
D
?
?
dx?
dy?H
H/3
抛物面形心x?
1
??A
D
xd??
H3H3
H
3
H
?
H/2
xdx
?
H?4x
2
dy?
H
3
H
48H
4
y?
1A
??
D
yd??
H
?
H/2
dx?
4
H?4x
2
ydy?
45
H
竖直分力必然经过形心（（5）合力?F?
2
H
48
2
，
H
45
9H
2
），xD?
?4H
H
3
48
Fx?Fy?
?Hb
6
FH?Fx(H?hD)?FyxD
维持闸门平衡的力
F?
?bH(24?H)
144
22
合力与y轴夹角tg??
FxFy
?
32
H
sin??
Fx
?F
?
如图所示矩形敞口盛水车，长2L(m)，高h=2L (m)，静止时水深h1=L (m)。重力加速度为g(m/s2)。求水刚好不溢出时，盛水车的加速度a的大小。（5分）
解：自由面方程为：ax+gzs=0, 水刚好不溢出时, zs(x=-L)=h-h1，因此，-a(-L)/g=2L-L，即a=g。
五、如下左图所示，水由水箱1经圆滑无阻力的孔口水平射出冲击到以平板上，平板封盖着另一水箱2的孔口，水箱1中水位高为h1，水箱2中水位高为h2，两孔口中心重合，且d1=d2/2，当h1已知时，求h2高度。（10分）
六、如上右图所示断面突然缩小管道，已知两段面的直径分别为d1(mm)，d2(mm)，且d1=2d2=2d，流量为Q（l/s），水银比压计读数h（mmHg），水与水银的密度分别为ρ1、ρ2，求从1-1断面流经2-2断面的能量损失hw。(10分)
如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。水从一容器通过锐边入口进入管系，局部损失系数为0.5，钢管的内径均为d(m)，水在钢管内流动的沿程损失系数为λ，用水泵保持稳定的流量Q(m3/s)，水与水银的密度分别为ρ1、ρ2，若在给定流量下水银差压计的示数为H(mm)。
1.计算水通过阀门的局部损失系数；（4分） 2.计算阀门前水的计示压强。（6分）
水银
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