工程流体力学试题.docx
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工程流体力学试题
一、选择题:
从给出的四个选项中选择出一个正确的选项
(本大题60分,每小题3分)
1、温度的升高时液体粘度()。
A、变化不大B、不变C、减小D、增大
2、密度为1000kg/m3,运动粘度为106m2/s的流体的动力粘度为()Pas。
A、1B、0.1C、0.01D、0.001
3、做水平等加速度运动容器中液体的等压面是()簇。
A、斜面B、垂直面C、水平面D、曲面
4、1mmH2O等于()。
A、9800PaB、980PaC、98PaD、9.8Pa
5、压强与液标高度的关系是()。
A、h=p/gB、p=ρgC、h=p/ρgD、h=p/ρ
6、流体静力学基本方程式z+p/ρg=C中,p/ρg的物理意义是()
A、比位能B、比压能C、比势能D、比动能
7、根据液流中运动参数是否随()变化,可以把液流分为均匀和非均匀流。
A、时间B、空间位置坐标C、压力D、温度
8、连续性方程是()定律在流体力学中的数学表达式。
A、动量守恒B、牛顿内摩擦C、能量守恒D、质量守恒。
9、平均流速是过留断面上各点速度的()。
A、最大值的一半B、面积平均值C、统计平均值D、体积平均值
10、泵加给单位重量液体的机械能称为泵的()。
A、功率B、排量;C、扬程D、效率
11、水力坡度是指单位管长上()的降低值。
A、总水头B、总能量C、轴线位置D、测压管水头
12、总水头线与测压管水头线间的铅直高差反映的是()的大小。
A、压力的头B、位置水头C、流速水头D、位置水头。
13、雷诺数Re反映的是流体流动过程中()之比。
A、惯性力与粘性力B、粘性力与惯性力
C、重力与惯性力D、惯性力与重力
14、直径为d的圆形截面管道的水力半径为()
A、2dB、dC、d/2;D、d/4。
15、过流断面的水力要素不包括()。
A、断面面积B、断面湿周C、管壁粗糙度D、速度梯度
16、圆管层流中的速度剖面是()。
A、双曲线B、抛物线C、等值线D、三角形
17、局部水头损失和流速水头很小,计算中可以忽略的压力管路称为()。
A、长管B、短管C、有压管D、多相管
18、并联管路的水力特点是()。
A、ΣQi=0,hf=Σhfi
B、Q=ΣQi,hfj=hfi
C、ΣQi=0,Σhfi=0
D、Q=ΣQi,,hf=Σhfi;
19、无旋流动是指()的流动。
A、流体质旋转角速度为0
C、流体质的点运动轨迹为直线
B、速度的旋度为0
D、流体微团运动轨迹为直线
D、0.0826λ和0.25。
20、层流区水头损失公式hf=βQ2mυmL/D5-m中的系数β和m分别为()。
A、0.0246和1B、4.15和1C、0.0246和0.25
二、利用下图推导欧拉平衡微分方程f1p0,再由此推导出流体静力学基本方程。
(本大题20分)
、图示的油罐内装有相对密度为0.7的汽油,为测定油面高度,利用连通器原理,把U形管内装上相对密度为1.26的甘油,一端接通油罐顶部空间,一端接压气管。
同时,压气管的另一支引入油罐底以上的0.4m处,压气后,当液面有气逸出时U形管内油面高度差△h=0.7m,试计算油罐内的油深H=?
(本大题20分)
H
p压力气体
△h
0.4m
四、为了在直径D=160mm的管线上自动掺入另一种油品,安装了如图所示的装置:
自锥管喉道处引出一个小支管通入油池内。
若压力表读数为2.3×105Pa,吼道直径为40mm,主管道的流量为30L/s,油品的相对密度为0.9。
欲掺入的油品的相对密度为0.8,油池油面距喉道高度为1.5m,如果掺入油量约为原输量的10%左右,B管水头损失设为0.5m,试确定B管的管径。
(本大题20分)
五、试由牛顿相似准则Ne=2F2建立粘性力相识准则,并说明粘
性力相似准数的含义(本大题10分)
六、往车间送水的输水管路由两管段串联而成,第一管段的管径
为150mm,长度为800m,第二管段的直径为125mm,长度为600m,设压力水塔具有的水头H=20m,局部阻力忽略不计,求流量Q,并绘制水头线。
(λ1=0.029,λ2=0.027,本大题10分)
H
L1d11L2d22
题7-4图
七、儒科夫斯基疑题:
给人感觉图中的圆柱体会在浮力的作用下会绕其转轴——图中圆柱中心出的黑点转动起来,由此便可以制造出永动机来吗?
为什么?
(本大题10分)
儒科夫斯基疑题
一、选择题:
从给出的四个选项中选择出一个正确的选项(本大题60分,每小题3分)
1、压力的升高时液体的粘度()。
A、不变B、减小C、变化不大D、增大
2、密度为1000kg/m3,动力粘度为103Pas的流体的运动粘度为()m2/s。
A、102B、104C、106D、108
3、做铅直等加速度运动容器中液体的等压面是()簇。
A、水平面B、垂直面C、斜面D、曲面
4、1mmHg等于()。
A、133280PaB、13328PaC、1332.8PaD、133.28Pa
5、压力水头的计算公式为()。
A、h=p/gB、p=ρgC、h=p/ρgD、h=p/ρ
6、流体静力学基本方程式z+p/ρg=C中,p/ρg的几何意义是()
A、位置水头B、压力水头C、总水头D、速度水头
7、根据液流中运动参数是否随()变化,可以把液流分为稳定流和非稳
定流。
A、位置坐标B、时间C、温度D、压力
8、理想流体伯努利方程是()定律在流体力学中的数学表达式。
A、动量守恒B、牛顿第一C、质量守恒D、能量守恒
9、由连续性divu=0可以判断出流动为()流动
A、稳定B、可压缩C、不可压缩D、均匀
10、
泵的排量是指单位时间内流过泵的流体所具有的()。
A、质量B、机械能C、体积D、重量
11、水头损失是指单位重量液体在流动过程中所损失的()
A、势能B、热能C、压能D、机械能
12、测压管水头线与位置水头线的铅直高差反映的是()的大小。
A、压力水头B、位置水头C、流速水头D、总水头。
13、弗劳德Fr反映的是流体流动过程中()之比。
A、惯性力与粘性力B、粘性力与惯性力
C、重力与惯性力
D、惯性力与重力
14、边长为a的正方形截面管道的水力半径为()
A、2a
B、a
C、a/2;
D、a/4。
15、过流断面的水力要素包括了以下四项中的()项。
A、速度梯度B、速度分布C、温度
D、管壁粗糙度
16、圆管流动中的粘性应力与半径呈()关系。
A、线性B、正比例;C、二次方;D、无;
17、局部水头损失或流速水头较大,不可忽略的压力管路称为()。
A、长管B、短管C、有压管D、多相管
18、串联管路的水力特点是(
)。
A、Qi=Qj,hf=Σhfi
B、Q=ΣQi,hfj=hfi
C、ΣQi=0,Σhfi=0
D、Q=ΣQi,,hf=Σhfi;
19、有旋流动是指()的流动。
A、流体质旋转角速度不为0B、速度的旋度不为0
C、流体质点运动轨迹为曲线D、流体微团运动轨迹为曲线
20、水利光滑区水头损失公式hf=βQ2mυmL/D5-m中的系数β和m分别为()。
A、0.0246和1B、4.15和1C、0.0246和0.25D、0.0826λ和0.25。
二、利用下图推导包达公式hj(v12gv2),再计算图中管道锐缘出
口处的局部阻力系数。
(本大题20分)
12
图1突扩管示意图
流动方向
锐缘出口
图2管道锐缘出口示意图
、图示的油罐内装相对密度为0.8的油品,装置如图2-11所示的U形测压管。
求油面的高度H=?
及液面压力p0=?
。
(本大题20分)
水箱流入大气中,假设不考虑局部水头损失,第一段的水头损失为流速水头的4倍,第二段为3倍。
(a)求断面流速v1及v2;(b)绘制水头线;(c)求进口A点的压力(本大题20分)。
H=4m
A=0.2m22
AA1=0.2m2A2=0.1m2
五、试由牛顿相似准则Ne=2F2建立重力相识准则,并说明重力
ρl2v2
相似准数的含义(本大题10分)
六、有一中等直径钢管并联管路,流过的总水量为0.08m3/s,钢管的直径d1=150mm,d2=200mm,长度l1=500m,l2=800m。
试并联管中的流量Q1、Q2及A、B两点间的水头损失(设并联管路沿程阻力系数均为λ=0.039。
本大题10分)。
Q1L1d1
AB
Q2L2d2
题7-5图
七、试结合图中给出的机翼周边的流谱解释机翼为什么能够获得
升力(本大题10分)
机翼周边的流谱
p1=p
pdx;x2;
p2=p
pdx
x2
A卷答案
1、
C
2、D
3、
A
4、D
5、
C
6、
B
8、
D
9、B
10、
C
11、A
12、
C
13、
A
15、
D
16、B
17、
A
18、B
19、
B
20、
B
、选择题:
7、B
14、D
二、解:
在静止流体中任取出图示的微元正六面体。
首先,我们分析作用在这个微元六面体内流体上的力在x方向上的分量。
微元体以外的流体作用于其上的表面力均与作用面相垂直。
因此,只有与x方向相垂直的前后两个面上的总压力在x轴上的分量不为零。
设六面体中心点A处的静压力为p(x,y,z),则作用在A1和A2点的压力可以表示为
所以作用在A1和A2点所在面上的总压力分别为
(p
1pdx)dydz、(p1pdx)dydz。
2x2x
微元体内流体所受质量力在x方向的分力为Xρdxdyd,z由于流体处于平衡状态,则
1p1p
(pdx)dydz(p+dx)dydz+Xρdxdydz=0。
2x2x
用ρdxdydz除上式,简化后得X1p=0,同理,在y、z方向,ρx
可得Y1p=0和Z1p=0,其矢量形式可写为
ρyρz
1
fp0
这便是流体平衡微分方程式。
质量力仅有重力时,单位质量流体
所受到的质量力可表示为X=Y=0;Z=g,将其代入上式可得
dp=ρgdz或d(p+ρgz)=0
积分可得
p+ρgz=c
两端同除以ρg则有
z+p=c
ρg
这便是流体静力学基本方程。
三、解:
选取U形管中甘油最低液面为等压面,由气体各点压力相等,
可知油罐底以上0.4m处的油压即为压力管中气体压力,即
p0gogh
p0og(H0.4)
四、解:
列1-1
goh0.4o
1.260.70.41.66m
0.7
和2-2断面的伯努利方程,则
2
v1
0p1
1g
2g
p2
1g
2
v2
2g
其中
Q
12
D
4
1.493m/s
v2
p2p1
Q
1d2
4
22
v1v2
2
23.885m/s
125718.9Pa
列4-4
基准面,则
自由液面和3-3断面的伯努利方程,以4-4自由液面为
2
p3v3
000H33hw43
2g2g
其中p3
p2、v30.1Q,代入上式,得dB0.028m。
12
4dB
五、解:
当作用在流体上的合外力中粘性力起主导作用时,则有F=T=
Aμdu/dy,牛顿数可表示为
T
Ne=
22
ρlv
v2μl
ρl2v2
μ
ρlv
引入雷诺数Re=ρlv/μ,则牛顿数相等这一相似准则就转化为
RepRem
由此可见,粘性力相似准数就是雷诺数,粘性力相似准则就是原型与模型的雷诺数相等。
对于圆管内的流动,可取管径d作为特征尺度,这时的雷诺数可表示为
υ
雷诺数的物理含义是惯性力与粘性力的比值。
六、解:
列自由液面和出口断面的伯努利方程
0.0826
Q2L1
0.0826
Q2L2
则流量
3Q0.0155m/s
七、答:
由于流体静压力的特性一可知,流体静压力的作用方向永远沿着作用面的内法线方向,所以流体对圆柱体表面的作用力的方向也永远垂直于作用面,所以圆柱体表面上的压力的作用线必然要通过圆柱体的轴线,这些力对O点的力矩为零。
因此,圆柱体并不会绕O点转动,也就不能由此制造出永动机来。
1、
C
2、D
3、
A
4、D
5、
C
6、
8、
D
9、B
10、
C
11、A
12、
C
13、
15、
D
16、B
17、
A
18、B
19、
B
20、
、选择题:
B
A
B
7、B
14、D
2
p1v1p2
z1α1z2
ρg2g
因两断面间的距离很短,忽略沿程阻力,
2v1
取α1=α1=0,则
2p1p2v1v2hj
jρg2g
(1)
二、解:
在图中取管道内壁、漩涡区起始端和末端断面围成空间为控制体,在1、2两个断面间应用伯努利方程,有
2αv2hα2hw12。
22gw12
再对控制体应用动量方程:
忽略控制体侧面上的摩擦力后控制
体内的流体在流动方向上所受的合力为
FA2(p1p2)。
则动量方程为
A2(p1p2)ρQ(v2v1),
两端同时除以ρgA2得p1p2ρg
将其代入式(
hj=(v2
g
整理后可得
v2(v2v1)。
g1)可得:
22v12v22v1)+12g
突扩管局部阻力
hj
(v1
2g
v2)2
即包达公式。
它表明圆管液流突然扩大的局部水头损失等于损失流速(v1-v2)折算成的水头。
由连续性方程可得
v1v2A2或
12A1
v2
A1
v1,
1A2
则包达公式可以写成
22A12v1v1
2
v22v1121
hj=(1-)
(1)
jv12gA22g2g
所以管道锐缘出口处的局部阻力系数为ξ=1
三、解:
A点的压力可用自由液面的压力p0及罐内外两个液柱的压力来表示,即
p0+ρogH+0.4ρwg=pA=p0+1.6ρwg
B
2
v2
2g
v2
3.96m/s、
v11.98m/s
四、解:
列自由液面和管子出口断面的伯努利方程,则
22
v1v2
43
2g2g
由A1v1A2v2得
细管断中点的压力为:
(12
粗管断中点的压力为:
2
3v22
3
1.29.810311.76kPa
2
(2v22v21)33.3210333.32kPa
五、解:
当作用在流体上的合外力中重力起主导作用时,则有
F=G=ρgV=ρg3l,则牛顿数可表示为
3
Ne=GρgVρgl3
gl
ρl2v2
2222ρlvρlv
引入弗劳德数Fr=v/gl,则牛顿数相等这一相似准则就转化为
FrpFrm
由此可见,重力相似准数就是弗劳德数,重力相似准则就是原型与模型的弗劳德数相等。
Fr的物理含义是惯性力与重力的比值。
六、解:
由并联管路的特点hf1=hf2,有
Q2L1Q2L2
d15d25
又有
Q1Q2Q联立上两式,代入已知数据可解得
33Q1=0.03m3/s,Q20.05m3/s
A、B两点间的水头损失
Q1L1
hf(AB)hf1hf20.0826519.09m
d15
七、解:
由于流谱中流线的疏密反映了速度的大小,所以从图中可以看出,机翼上部的流线要比下部的流线密,所以机翼上表面的流速要大于下表面的,再由伯努利方程可知流速大的地方压力小,反之亦然。
因此可以判断:
机翼上表面的压力要小于下表面的压力,这一压差使机翼获得了升力。
机翼周边的流谱