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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

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