[工学]流体力学例题
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工程流体力学试题及答案试题:一、选择题(每题5分,共25分)1. 下列哪种流体是牛顿流体?()A. 水泥浆B. 空气C. 油脂D. 蜂蜜答案:B2. 下列哪个参数表示流体的粘性?()A. 密度B. 动力粘度C. 比热D. 压强答案:B3. 在不可压缩流体中,下列哪个物理量的平均值保持不变?()A. 速度B. 压力C. 温度D. 密度答案:D4. 下列哪种流动是稳定的?()A. 管道流动B. 明渠流动C. 非定常流动D. 湍流答案:A5. 在理想流体中,下列哪个方程是正确的?()A. 连续性方程B. 动量方程C. 能量方程D. 伯努利方程答案:D二、填空题(每题5分,共25分)1. 流体的连续性方程是______。
答案:质量守恒方程2. 流体的动量方程是______。
答案:牛顿第二定律3. 在不可压缩流体中,流线与______相互垂直。
答案:等压线4. 流体的______是描述流体运动特性的重要参数。
答案:雷诺数5. 在管道流动中,______是流体流动阻力的主要来源。
答案:摩擦力三、计算题(每题25分,共50分)1. 已知管道直径为0.2m,水在管道中的流速为1.5m/s,水的密度为1000kg/m³,求管道中的流量。
答案:流量Q = π × (0.2/2)² × 1.5 =0.057m³/s2. 已知一不可压缩流体在管道中的流动,管道直径为0.3m,入口处的流速为2m/s,压强为101325Pa,求出口处的流速和压强。
答案:根据连续性方程,出口处的流速为:v₂ = (π× (0.3/2)² × 2) / (π×(0.3/2)²) = 2m/s根据伯努利方程,出口处的压强为:p₂ = p₁ + 0.5ρv₁² - 0.5ρv₂² = 101325Pa + 0.5 × 1000kg/m³ × (2m/s)² - 0.5 × 1000kg/m³ × (2m/s)² = 101325Pa四、论述题(每题25分,共50分)1. 请简述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。
如图,横截面为椭圆形的长圆柱体置于风洞中,来流稳定、风速风压均匀并垂直绕过柱体流动。
住体对流体的总阻力可通过测力天平测试柱体受力获得,也可通过测试流场速度分布获得。
现通过后一种方法,确定单位长度的柱体对流体的总阻力F x 。
解:由于柱体很长且来流均匀,可认为流动参数沿z 方向(柱体长度方向)无变化,将绕柱体的流动视为x-y 平面的二维问题。
⒈ 控制体:取表面A 1、A 2、 A 3、 A 4并对应柱体单位长度的流场空间。
⒉控制面A 1:柱体上游未受干扰,故有:0p p =,0u v x =,0=y v ,于是控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为:01bp F x =,()b u dA A 01ρρ-=⋅⎰⎰n v ,()b u dA v A x 201ρρ-=⋅⎰⎰n v控制面A 2:设在柱体下游一定距离处,与面A 1相距l ,此处压力基本恢复均匀分布,故有0p p ≈。
()y v v x x =是需要测量的物理量;()y v v y y =通常比x v 小得多,其精确测量较困难,在计算x 方向受力时用不到,控制面上x 方向受力、质量流量和动量流量分别为:02bp F x -=,()⎰⎰⎰⎰==⋅-2/02/2/22b x b b x A dy v dy v dA ρρρn v ,()⎰⎰⎰=⋅2/0221b x A x dy v dA v ρρn v控制面A 3:b 应取得足够大,以使得面A 3上的流动受柱体影响较小,故有0p p ≈,0u v x ≈。
控制面上的质量流量由y v 确定,该量精确测定较为困难,计算结果最终不会用到该量,暂设()x v v y y =为已知量。
03≈x F ,()⎰⎰⎰≈⋅l y A dx v dA 0223ρρn v ,()⎰⎰⎰=⋅ly A x dx v u dA v 00223ρρn v控制面A 4:为柱体横截面包络面,该面上流体所受表面力有正压力和摩擦力。
一、填空题流体力学复习题-----2013 制1、1mmH2O= 9.807 Pa2、描述流体运动的方法有欧拉法和拉格朗日法。
3、流体的主要力学模型是指连续介质、无粘性和不可压缩性。
4、雷诺数是反映流体流动状态的准数,它反映了流体流动时粘性力与惯性力的对比关系。
5、流量Q1 和Q2,阻抗为S1 和S2 的两管路并联,则并联后总管路的流量Q 为Q= Q1 + Q2,总阻抗S 为。
串联后总管路的流量 Q 为 Q= Q1 =Q2,总阻抗 S 为S1+S2 。
6、流体紊流运动的特征是脉动现行,处理方法是时均法。
7、流体在管道中流动时,流动阻力包括沿程阻力和局部阻力。
8、流体微团的基本运动形式有:平移运动、旋转流动和变形运动。
9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数,他反映了惯性力与弹性力的相对比值。
10、稳定流动的流线与迹线重合。
全11、理想流体伯努力方程z + p + u 2= 常数中,其中 + p 称为 z测压管 水头。
r 2g r12、一切平面流动的流场,无论是有旋流动或是无旋流动都存在 流线,因而一切平面流动都存在 流函数 ,但是,只有无旋流动才存在势函数。
13、雷诺数之所以能判别 流态 ,是因为它反映了惯性力 和 粘性力的对比关系。
14、流体的主要力学性质有 粘滞性 、 惯性 、 重力性、表面张力性 和 压缩膨胀性。
15、毕托管是广泛应用于测量 气体和 水流一种仪器。
16、流体的力学模型按粘性是否作用分为理想气体和 粘性气体 。
作用与液上的力包括 质量力, 表面力。
17、力学相似的三个方面包括 几何相似 、 运动相似与 动力相似 。
18、流体的力学模型是连续介质 模型。
19、 理 想 气 体 伯 努 力 方 程 p +- +u 2中 ,(z 1 - z 2)( g ) 2p +(z 1 - z 2)( -g ) 称势 压, u 2p +2压, p +- +u 2称总压(z 1 - z 2)( g ) 220、紊流射流的动力特征是 各横截面上的动量相等。
课堂例题第一章例1 使水的体积减小0.1%及1%时,应增大压强各为多少?(K =2000MPa )解: d V /V =-0.1%∆p =-2000×106×(-0.1%)=2×106Pa=2.0Mpad V /V = -1%∆p = -2000×106×(-1%)=20 Mpa例2 一平板距离另一固定平板0.5mm ,两板间充满液体,上板在每平方米上有2N 的力作用下以0.25m/s 的速度移动,求该流体的粘度?解: 第二章例1:测压装置。
A 中p e =2.45×104Pa, h=500mm,h 1=200mm, h 2=100mm, h 3=300mm, ρ2=800kg/m3,求B 中气体表压。
解:1、2、3、4四个等压面,1点忽略气体密度,得例2 求斜壁圆形闸门的总压力,已知d=0.5m,a=1m,α=60°解:由式 得总压力V dV dp K -=V dV K dp -=∴h U A F μ=0005.025.02μ=)(004.0s Pa ⋅=μ)(111h h g p p e e ++=ρ13111312)(gh h h g p gh p p e e e ρρρ-++=-=2213112223)(gh gh h h g p gh p p e e e ρρρρ+-++=+=332213113334)(gh gh gh h h g p gh p p e e e ρρρρρ-+-++=-=Pap p e Be 345384-==Ap A gh F ce c p ==ρ)(20834sin )2(2N d d a g F p =+=παρ例3:圆柱扇形闸门,已知H=5m,闸门宽B=10m,α=60°。
求曲面ab 上总压力解: 总压力大小和方向为第三章例1离心水泵吸水装置,d=200mm,q V =170m 3/h,泵入口前真空为330mmHg,如不计能量损失,求水泵的吸水高度。
30.(6分)飞机在10000m 高空(T=223.15K,p=0.264bar)以速度800km/h 飞行,燃烧室的进口扩压通道朝向前方,设空气在扩压通道中可逆压缩,试确定相对于扩压通道的来流马赫数和出口压力。
(空气的比热容为C p =1006J/(kg ·K),等熵指数为k=1.4,空气的气体常数R 为287J/(kg ·K))T 0=T ∞+v C p ∞=+⨯⨯232222315*********21006/.()/()=247.69KM ∞=v a ∞∞=⨯⨯⨯=(/)...80010360014287223150743 P 0=p ∞11221+-⎡⎣⎢⎤⎦⎥∞-k M k k =0.26411412074038214141+-⨯⎡⎣⎢⎤⎦⎥=-.....bar31.(6分)一截面为圆形风道,风量为10000m 3/h ,最大允许平均流速为20m/s ,求:(1)此时风道内径为多少?(2)若设计内径应取50mm 的整倍数,这时设计内径为多少? (3)核算在设计内径时平均风速为多少? 依连续方程(ρ=C )v 1A 1=v 2A 2=q v(1)v 1π412d q v = d 1=100004360020⨯⨯π=0.42m=420mm (2)设计内径应取450mm 为50mm 的9倍,且风速低于允许的20m/s (3) 在设计内径450mm 时,风速为 v q d m s v 2222441000036000451746==⨯⨯=ππ../ 32.(7分)离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量,已知风机入口侧管道直径d=400mm,U 形管读数h=100mmH 2O ,水与空气的密度分别为ρ水=1000kg/m 3,ρ空=1.2kg/m 3,忽略流动的能量损失,求空气的体积流量q v 。
由伯努利方程0+0+0=p gρ+0+v g 22得v=-2p ρ由静力学方程p+ρ水gh=0⇒p=-ρ水gh 代入 得 v=22980701100012ghρρ水=⨯⨯⨯...=40.43m/s q v =v •=⨯⨯=ππ44043404508223d m s .(.)./33.(7分)要为某容器底部设计一个带水封的疏水管,结构如图示:容器内部的压强值,最高时是表压强p e =1500Pa,最低时是真空值p v =1200Pa,要求疏水管最高水位应低于容器底部联接法兰下a=0.1m ,最低水位应在疏水管口上b=0.2m(水密度ρ=1000kg/m 3,重力加速度g=9.8m/s 2)求:(1)疏水管长度L 。