流體力學1和2分解

1、 一、判斷題 1、 根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，當流體流動時，流體內(nèi)部內(nèi)摩擦力大小與該處的流速大小成正比。 2、 一個接觸液體的平面壁上形心處的水靜壓強正好等于整個受壓壁面上所有各點水靜壓強的平均值。 3、 流體流動時，只有當流速大小發(fā)生改變的情況下才有動量的變化。 4、 在相同條件下，管嘴出流流量系數(shù)大于孔口出流流量系數(shù)。 5、 穩(wěn)定（定常）流一定是緩變流動。 6、 水擊產(chǎn)生的根本原因是液體具有粘性。 7、 長管是指運算過程中流速水頭不能略去的流動管路。 & 所謂水力光滑管是指內(nèi)壁面粗糙度很小的管道。 10、 凡是滿管流流動，任何斷面上的壓強均大于大氣的壓強。 、填空題 1、 某輸水安裝的文

2、丘利管流量計，當其汞 -水壓差計上讀數(shù)= 4cm，通過的流量為2L/s，分析當汞水壓差計讀數(shù) = 9cm，通過流量為 L/S 。 2、 運動粘度與動力粘度的關(guān)系是 ，其國際單位是 3、 因次分析的基本原理是： ；具體計算方法分為兩種 。 4、 斷面平均流速 V與實際流速 u 的區(qū)別是_ 。 5、 實際流體總流的伯諾利方程表達式為 ， 其適用條件是 _ 。 6、 泵的揚程 H 是指_ 。 7、 穩(wěn)定流的動量方程表達式為 _ 。 &計算水頭損失的公式為 _ 與 _ 。 9、 牛頓內(nèi)摩擦定律的表達式 ，其適用范圍是 _ 。 10、 壓力中心是指 _ 。 三、 簡答題 1、 穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流

3、動。 2、 產(chǎn)生流動阻力的原因。 3、 串聯(lián)管路的水力特性。 4、 如何區(qū)分水力光滑管和水力粗糙管，兩者是否固定不變？ 5、 靜壓強的兩個特性。 6、 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的內(nèi)容。 7、 實際流體總流的伯諾利方程表達式及其適用條件。 & 因次分析方法的基本原理。 9、 歐拉數(shù)的定義式及物理意義。 10、 壓力管路的定義。 11、 長管計算的第一類問題。 12、 作用水頭的定義。 13、 噴射泵的工作原理。 14、 動量方程的標量形式。 15、 等壓面的特性。 16、 空間連續(xù)性微分方程式及其物理意義。 17、 分析局部水頭損失產(chǎn)生的原因。 18、 雷諾數(shù)、富勞德數(shù)及歐拉數(shù)三個相似準數(shù)的定義式及

4、物理意義。 19、 流線的特性。 四、 計算題 1、如圖所示，將一平板垂直探入水的自由射流中，設(shè)平板截去射流的部分流量 Q = 0.012m3/s，并引起射流的剩余部分偏轉(zhuǎn)一角 流體力學試卷及答案一 9、 外徑為 D,內(nèi)徑為 d 的環(huán)形過流有效斷面，其水力半徑為 D -d 4 度0（。已知射流速度為 30m/s，總流量 Q= 0.036m3/s，不計重量及水頭損失。求射流加于平板上的力？ 2 2、有泵管路如圖所示，流量 Q二240m /hour，泵的吸入管長L1 = 15m，沿程阻力系數(shù)-0.03，總局部 阻力系數(shù)為r = 6 ；壓力管長L? = 60m，工-1 = 0.03，.一 -2 =1

5、0，管徑為0.25m。 求：（1）已知泵入口處真空表讀數(shù)6.6mH2O，求吸入高度hi。 （2）兩個液面高差h2二24m，求泵的揚程 H。 R r處點流速為u，并等于管內(nèi)平均流速 v。 求證：r R 2 =0.5m，h=2m，H = 2.5m。試分別求出作用在兩個球3、水平直管半徑為 R, 不可壓縮流體作層流流動，其半徑 4、如圖所示一貯水容器 器壁上有兩個半球形蓋，設(shè) d 5、如圖水泵進水系統(tǒng)，h=3m 管徑 d=0.25m, 1、2 斷面間的總水頭扌員失85，斷面 2 處的真空度為 2g 匹=4.08 mH2O，求流量。 Y 一、 判斷題 xVxVx xxxVx 二、 填空題 1、 因次和

6、諧的原理，n定理 過流斷面上各點的實際流速是不相同的，而平均流速在過流斷面上是相等的5、 靜壓強的兩個特性。-1.靜壓強的方向是垂直受壓面，并指向受壓面。 2.任一點靜壓強的大小和受壓面方向無關(guān), 或者說任一點各方向的靜壓強均相等。 6、 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的內(nèi)容。-即認為真實的流體和固體可以近似看作連續(xù)的，充滿全空間的介質(zhì)組成，物質(zhì)的宏觀性 質(zhì)依然受牛頓力學的支配。這一假設(shè)忽略物質(zhì)的具體微觀結(jié)構(gòu)，而用一組 偏微分方程來表達宏觀物理量（如質(zhì)量，數(shù)度, 壓力等）。這些方程包括描述介質(zhì)性質(zhì)的方程和基本的物理定律，如 質(zhì)量守恒定律，動量守恒定律等。 2 丄Pl X印 實際流體總流的伯諾利方程表達式為（乙1

7、 1 丄 -1 2g 穩(wěn)定流，不可壓縮流體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重力，所取斷面為緩變流動。 參考答案 3 L/s 2、 - 2 ，斯（m /s） 3、 4、 5、 力， 6、 2 乙P坐_ 1 2g心 所取斷面為緩變流動 單位重量液體所增加的機械能 2 P2 a2V2 V + z2，穩(wěn)定流，不可壓縮流體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重 2g 7、 I ；UundA 八 cs hf IV2 d 2g hj Vg 9、 10、 三、簡答題 1、 M du T二 A ,是指在溫度不變的條件下，隨著流速梯度的變化， dy 總壓力的作用點 值始終保持一常數(shù) 穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動。-在流場中流體質(zhì)點通過空

8、間點時所有的運動要素都不隨時間改變，這種流動稱為穩(wěn)定 流；反之，通過空間點處得流體質(zhì)點運動要素的全部或部分要素隨時間改變，這種流動叫不穩(wěn)定流。 -外因：水力半徑的大??；管路長度的大?。还鼙诖植诙鹊拇笮?。內(nèi)因：流體流動中永遠 質(zhì)點摩擦所表現(xiàn)的粘性，以及質(zhì)點發(fā)生撞擊引起運動速度變化表現(xiàn)的慣性， 才是流動阻力產(chǎn) 2、 產(chǎn)生流動阻力的原因。 存在質(zhì)點的摩擦和撞擊現(xiàn)象, 生的根本原因。 3、 串聯(lián)管路的水力特性。 -串聯(lián)管路無中途分流和合流時，流量相等，阻力疊加。串聯(lián)管路總水頭損失等于串聯(lián)各 管段的水頭損失之和，后一管段的流量等于前一管段流量減去前管段末端泄出的流量。 4、 如何區(qū)分水力光滑管和水力粗糙

9、管，兩者是否固定不變？ -不是固定不變的。通過層流邊層厚度與管壁粗糙度值 的大小進行比較。：* 水力光滑管； 6 A 水力粗糙管。 2 =仁+學+管+生“適用條件是 7、 8、 因次分析方法的基本原理。-就是因次和諧的原理，根據(jù)物理方程式中各個項的因次必須相同，將描述復雜物理 現(xiàn)象的各個物理量組合而成無因次數(shù)群 n從而使變量減少。 10、 壓力管路的定義。-凡是液流充滿全管在一定壓差下流動的管路都稱為壓力管路。 11、 長管計算的第一類問題。一一已知管徑，管長和地形，當一定流量的某種液體通過時，確定管路中的壓力降，或確 定起點所需的壓頭，或計算水利坡降。 12、 作用水頭的定義。-任意斷面處單

10、位重量水的能量，等于比能除以 重力加速度。含位置水頭、壓力水頭和速度水 頭。單位為m。 噴射泵主要由噴嘴、吸入室和擴散室等組成。工作流體在壓力作用下經(jīng)管子進入噴嘴, 并以很高的速度由噴嘴出口噴出。由于噴出的工作流體速度極高，因此使噴嘴附近的液體 作流體不斷地噴射，便能連續(xù)不斷地輸送液體(或氣體) 14 f PuxUndA= F ， PuyUndA =送 F ， PuzundA = Z Fz三個方程為動量方程 cs X cs y 50000 所以氣流處于阻力平方區(qū)，（可采用粗糙度較大的管道），則阻力平方區(qū)的最低雷諾數(shù)為 50000 貝 U:相應(yīng)的模型氣流出口速 度 Vm 為： VnX 0.125

11、/0.0000157=50000 Vm=6.28m/s 流速比尺為：，二 - 二0.955 6.28 若在模型內(nèi)測得某點氣流速度為 3.0m/s ,則車間相應(yīng)點的速度為： 2 -xy Vn= V =3.0 X0.955=2.87m/s 6、經(jīng)分析可知, 此流動的主要作用力是重力，所以決定性相似準數(shù)為付魯?shù)聹蕯?shù)。由付魯?shù)履Ｐ吐煽芍? 3 7、建立下圖所示的坐標，水流方向如圖所示: 當水流不動時: 2 P1=P2=172kN/m 設(shè) Fx,Fy為水流作用于彎管的分力，如圖 Fx =卩1人1 -RA2COS60 1 600 2 1 300 2 x 方向：=172 3.14 ( ) 一172 3.14

12、 ( ) 0.5 4 1000 4 1000 = 42.5kN 丫方向：Fy uO RAsina60 =0-172 X 1/4 X 3.14 x( 300/1000 ) 2x 0.86 =-10.5kN 對彎管的合力：R二.Fx2 - Fy2 =43.8kN 方向為： a=arctan (Fy/Fx ) 由歐拉準數(shù)相等推理得: Pn ;?V 厶 Pm “m FN F M -PN Pm 12 im 所以: = 163 4 =16384N U1，P1 Y O 600 4 =140 當有流動時: 由于平板是光滑的，所以僅有法向力，由動量方程（ x軸方向）得: R=流出動量-流入動量1 2 1 2 c

13、 _ _ 由連續(xù)性方程得： 二di山= d2u2 =0.876 4 4 解得：w =3.2m/s u2 =12.4m/s 忽略阻力，應(yīng)用伯努利方程，列 1-1,2-2 斷面的方程： 2 2 W 2g 2 帶入數(shù)據(jù)解得：P2/r=10.2H20=10.2 X 9.8=100Kn/ m 列動量方程： X 方向：山幾一p2A2cos60 -Fx = g(u2cos60 -0) 帶入數(shù)據(jù)得：Fx=42.4kN 同理：y方向：Fy-P2AeSina60 =Q (u2sina60 -0) 代入數(shù)據(jù)解得：Fy=15.2Kn 合力為：R= Fx2 亠 F： =45.1Kn 方向為： a=arctan (Fy/

14、Fx) =19.70 & h = rsi n4 5 =*2m &解： oc =h = 2m Fx Fy 1 hrhb 2 1 =rb( 8 J .2 9.8 2 4 =39.2kN 3.14r2 -弘)=9.8 4 (- 3.14 22 2 8 2 Fy =45.1kN 9、 QMQHP82 3.14 4(150)2 .，2 10 5 二 孔口與管嘴出流流動時，在出流管嘴內(nèi)形成以真空區(qū)域主要原因是：流體具有粘滯性, 2 3 0.0161m /s 流體質(zhì)點流動時存在慣性，流線不 能發(fā)生直接拐彎，只能是光滑的曲線因此靠近水箱一側(cè)管嘴內(nèi)壁形成真空。 L= (34) D=(3 4) X

15、 50=150 200 mm 10、建立如圖所示的坐標: 設(shè)平板對水流的沖擊力為 R （方向與 x軸正方向相同），如圖中所示: 射流出口速度: 4Q Vo d d 4 1000 1000 所以 vi =1.51m/s,所以 v2 =4v1 = 6.04m/s Q = AM = 1 Hw = 1 3.14 ( 200 )2 1.51 =0.047 m3/s 4 4 1000 0 - JQ0(_V0sinn) =QV0sinr 2 4 - Q0sinr 兀d0 所以平板所受沖擊力大小與 R 相等，方向相反。 由連續(xù)性方程可得：Q0=Q1+Q2 由于射流是水平方向，且置于大氣中，所以壓力能不變，能量損失不計，由能量方程得 2 2 2 V0 Vi V2 ，彳得 V = Vi = v? 2g 2g 2g 平板切線方向（y軸方向）無摩擦力， F =0滿足動量守恒; 即；0=( JQM - TQ2V2) - g0v0cosd 化簡得：Q1 Q2=Q0COSJ . 聯(lián)立方程解得: 11、選取水