流体力学15-16试卷.pdf

1 试 卷 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 考 生 信 息 试 卷 装 订 线 姓 名 学 号 专业班级 学院 武汉理工大学考试试卷 A 卷 2015 2016 学年学年 2 学期学期 流体力学流体力学 C C 课程课程 闭闭卷卷 时间时间 120 分钟 分钟 56 学时 学时 3 5 学分 总分学分 总分 100 分 占总评成绩分 占总评成绩 70 2016 年年 月月 日日 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 任课 教师 满分 100 得分 一 一 单选题单选题 每题 2 分 共 20 分 1 1883 年著名的雷诺实验将流态分为 A 理想流与粘性流 B 层流与湍流 C 恒定流与非恒定流 D 均匀流与非均匀流 2 伯努利方程 g V g p z 2 2 表示 A 单位重量流体具有的机械能 B 单位质量流体具有的机械能 C 单位体积流体具有的机械能 D 通过过流断面的流体所具有的总机械能 3 粘性流体在静止时 压强方向应该是 A 沿作用面的内法线方向 B 与作用面斜交 向外 C 沿作用面的外法线方向 D 与作用面斜交 向内 4 若相对压强为 p 绝对压强为 p 大气压强为 pa 则正确的是 A p p pa B pa p p C p p pa D pa p p 5 流体在管内作层流流动时 其沿程损失 hf 值与平均流速 v 的几次方成正比 A 1 B 1 75 C 1 75 2 D 2 6 边长为 a 的正方形管道 当量直径为 A 0 5a B a C 1 5a D 2a 7 在沿程阻力系数的计算中 若处于紊流的粗糙区 则阻力系数 A 只与雷诺数有关 B 与湿周有关 C 与雷诺数和相对粗糙度有关 D 只与相对粗糙度有关 8 水平放置的渐扩管 如忽略水头损失 断面形心点的 压强 有以下关系 A 1 p 2 p B 1 p 2 p C 1 p 2 p D 不定 9 管道流动中产生沿程水头损失主要是因为 A 雷诺数高 B 管壁粗糙 C 流动有漩涡 D 摩擦阻力 10 速度v 长度l 重力加速度g的无量纲集合是 A lv g B v gl C l gv D 2 v gl 得分 2 二二 填空题填空题 2 2 4 4 题题 4 4 分 其它分 其它 3 3 分 分 共共 2 20 0 分 分 1 相对密度 0 89 的石油 温度 20 C 时的运动粘度为 40 10 6m2 s 动力粘 度 2 如图所示活塞油缸 其直径 D 12cm 活塞直径 d 11 96cm 活塞长度 L 14cm 油的 0 65P 当活塞移动速度为 0 5m s 时 试求拉回活塞所 需的力 F 3 如图所示 U 形管内装水和四氯化碳 CCl4 四氯化碳的相对密度 4 已知流场的速度分布为kxyjyixyu 32 3 1 属 维流动 点 1 2 3 点的加速度 5 已知平面流动的速度场为 x u 22 yx cy y u 22 yx cx 其中c为常数 过点 1 1 的流线方程 6 沿直径 200mm 长 3km 的无缝钢管 0 2mm 输送相对密度 0 9 的原油 若输量为 90t h 其平均 运动粘度在冬季为 1 09 10 4m2 s 夏季为 0 42 10 4m2 s 则在冬季和夏季油的流态分别为 和 流动状态 三三 计算题计算题 6060 分 分 1 10 分 图示一个两边都承受水压的矩形水闸 水闸的宽 b 2m 两 边的水深分别为 h1 2m h2 4m 试求水闸上所承受的净水总压力 F 及 其作用点到 O 点的距离 得分 得分 3 2 10 分 文丘里流量计装置如图 已知 D 5cm d 2 5cm U 型管中液体为水银 读数 h 20cm 倾斜角度 30o 试求 1 管中所通过的流量 2 若文丘里管倾斜放置的角度 变为 45o时 其他条件不 变 通过水的流量为多少 3 15 分 输油管上水平 90 转弯处 设固定支座 所输油品相对密度为 0 8 管径 300mm 通过流量 100L s 断面 1 处压力 2 23 工程大气压 断面 2 处压力 2 11 工程大气压 求支座受压力大小和方向 设 1 工程大气压 1mH2O 4 4 15 分 水从密闭容器A 沿直径d 25mm 长l 10m 的管道流入容器B 已知水面高 1 H 1m 2 H 5m 管壁粗糙度为 0 2mm 局部损失系数 阀门 v 4 0 弯头 b 0 3 试求使流量 Q 6 8m3 h 时 密闭容器 A 内施加的压力 P1应为多少 水的运动粘 v 1 51 10 6m2 s 出口在 B 中的淹没深 度不计 H1 H2 A p1 B 5 10 分 已知 原型现象中有一圆球处于流速为 1 6m s 的水中 现将一直径为其 2 倍的圆球置 于风洞实验室中 为保证模型实验与原型现象满足粘性动力相似条件 实验室中风速应控制为多 少 设空气与水的运动粘性系数比为 13 空气水 试 卷 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 考 生 信 息 试 卷 装 订 线 5 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 信 息 装 订 线 武汉理工大学考试试题答案 A 卷 2015 2016 学年学年 2 学期学期 流体力学流体力学 C C 课程课程 一 一 选择题选择题 共 共 2 20 0 分 分 1 1 5 5 BAAAA BAAAA 6 6 1 10 0 B BDCDDCDD D 二 二 填空题填空题 共 共 2 20 0 分 分 1 3 56 10 2 Pa s 2 85 77 N 3 1 6 4 二 5 33 10 67 5 33 5 22 2xy 6 层流 和 水力光滑湍流 三 三 计算题 共计算题 共 6060 分 分 1 10 分 111 1 02 1 09800 2 239200Pp Ag hhbN kN 3 2 11 1 12 1 01 04 3 1 012 C DC C bh Ih yym y Abh 222 22 9800 4 2156800Pp Ag hhbN kN 22 222 22 11 24 38 3 2 CC DCC CC II yyym yAyA m 合力 21 117600PPPN 方向向左 合力作用位置 对闸门与渠底接触点 O 取矩 222111DD FhF hyF hy 222111DD FhyF hy h F 15680048 33920024 3 117600 1 556 m 1 6 2 10分 1 如图 以O O为基准面 列1 2两点的伯努利方程 22 1122 12 22 PVPV ZZ gggg 1 由U型管 列左端水银面等压面方程 1212 Hg Pg HhPg HZZg h 2 由 2 整理得 12 12 1 Hg PP ZZh gg 3 又由连续性方程 12 QQ 得 22 12 V DV d 4 由 1 3 4 联立解得 2 4 2 1 7 04 1 Hg g Vhm s d D 体积流量 23 2 0 00346 4 QVdms 2 流量不变 3 15分 sm A Q VV mA 4154 1 3 014 3 41 0 07065 0 4 3 014 3 2 21 2 2 Paatp Paatp 4 2 4 1 100678 211 2 101854 223 2 x 方向动量方程 11 0VQRAp x NQVApRx2 16574154 11 010008 007065 0101854 2 4 11 y 方向动量方程 0 22 VQApRy NQVApRy1 15744154 11 010008 007065 0100678 2 4 22 NRRR yx 6 22851 15742 1657 222 2 Ry Rx 7 4 15 分 解 管内流速 2 6 8 3600 3 848 0 025 4 Q Vm s A 其雷诺数 6 3 848 0 025 Re63708 74000 1 51 10 Vd 为湍流 8 78 7 25 22 2 22 2 5531Re 0 2 d 9 89 8 25 597 597 136457 7Re 0 2 d 所以管内为水力光滑湍流 其沿程阻力系数为 6 13 10 0 0055 1 20000 0 0363 Red 以地面为基准面 从A池面到B池面列伯努利方程 222 1122 12 3 222 vb pvpvlv HH ggggdg 进出 依题有 12 0vv 2 0p 0 5 进 1 0 出 则有 2 121 2 3 2 103 848 9800 5 10 5 1 04 03 0 30 0363 0 0252 9 8 194082 3 vb lv pg HH dg Pa 进出 5 10 分 为保证模型与原型满足粘性动力相似 需保证两者的雷诺数相等 即要求 Re Re VdVd 空气水空气水 将上式改写成运动粘性系数的表示形式 VdVd 空气水 考虑空气与水的运动粘性系数比 有13 水空气 于是 13V dVd VdVd 水空气水水空气空气 代入具体数值 可得风动实验室中的控制风速为 1 1313 1 610 4 2 d VVm s d 水 空气水 空气 8 试 卷 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 考 生 信 息 试 卷 装 订 线 姓 名 学 号 专业班级 学院 武汉理工大学考试试卷 B 卷 2015 2016 学年学年 2 学期学期 流体力学流体力学 C C 课程课程 闭闭卷卷 时间时间 120 分钟 分钟 56 学时 学时 3 5 学分 总分学分 总分 100 分 占总评成绩分 占总评成绩 70 2016 年年 月月 日日 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 任课 教师 满分 24 12 24 40 100 得分 一 一 单选题单选题 每题 2 分 共 24 分 1 根据静水压强的特性 静止液体中同一点各方向的压强 A 数值相等 B 数值不等 C 仅水平方向数值相等 D 铅直方向数值最 2 作用于流体的质量力包括 A 压力 B 摩擦阻力 C 重力 D 表面张力 3 某点的真空度为 65000Pa 当地大气压为 0 1MPa 该点的绝对压强为 A 65000Pa B 55000Pa C 35000Pa D 165000Pa 4 用 U 形水银压差计测量水管内 A B 两点的压强差 水银面高差 hp 10cm A p B p为 A 13 33kPa B 12 35kPa C 9 8kPa D 6 4kPa 5 均匀流是 A 当地加速度为零 B 迁移加速度为零 C 向心加速度为零 D 合加速度为零 6 关于测压管水头线和总水头线 下列说法正确的是 A 测压管水头线可上升 可下降 B 总水头线可上升 可下降 C 测压管水头线总是下降的 D 总水头线总是上升的 7 雷诺数是判别下列哪种流态的重要的无量纲数 A 急流和缓流 B 均匀流和非均匀流 C 层流和紊流 D 恒定流和非恒定流 8 紊流的断面流速分布规律符合 A 对数分布 B 直线分布 C 抛物线分布 D 椭圆分布 9 黏性流体总水头线沿程的变化是 A 沿程下降 B 沿程上升 C 保持水平 D 前三种情况都有可能 10 已知水流的沿程水力摩擦系数 只与边界粗糙度有关 可判断该水流属于 A 层流区 B 紊流光滑区 C 紊流过渡粗糙区 D 紊流粗糙区 11 速度 v 长度 l 时间 t 的无量纲集合是 A vlt B tvl C 2 lvt D lvt 12 进行水力模型实验 要实现有压管流的动力相似 应选的相似准则是 A 雷诺准则 B 弗劳德准则 C 欧拉准则 D 其他 得分 9 二 二 判断题判断题 每每题题 1 1 分 分 共共 1212 分 分 1 在连续介质假设的条件下 液体中各种物理量的变化是连续的 2 温度升高时 空气的粘度减小 3 理想流体就是不考虑粘滞性的 实际不存在的 理想化的流体 4 流场中液体质点通过空间点时 所有的运动要素不随时间变化的流体叫定常流 5 定常流时 流线随的形状不随时间变化 流线不一定与迹线相重合 6 连续性方程表示控制体的质量守恒 7 粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因 8 层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关 9 水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙 10 恒定总流能量方程只适用于整个水流都是渐变流的情况 11 相似条件包括边界条件 连续条件和光滑条件 12 正确的物理公式一定符合量纲合谐性 齐次性 原理的 三 三 填空题填空题 第第 6 6 题题 6 6 分 其它分 其它每题每题 3 3 分 共分 共 2 24 4 分 分 1 水的体积弹性系数为 1 96 109N m2 压强增加 时 它的体积相对压缩 1 2 一平板在油面上作水平运动 已知运动速度 u 1m s 板与固定边界的距 离 1mm 油的动力粘度 1 147Pa s 由平板所带动的油层的运动速 度呈直线分布 作用在平板单位面积上的粘性阻力为 3 U 型测压管如右图 油品相对密度为 0 9 管中心 A 处表压力为 4 已知平面流动的速度场为 u jtxyitxy 96 64 t 1 时过点 1 0的流线方程为 5 流体在管道中流动时 流动阻力包括 和 6 为测量沿程阻力系数 在直径 305mm 长 50km 的输油管线上进行现 场试验 输送的油品为相对密度 0 82 每昼夜输送量 5500t 管线终点标高 为 27m 起点标高为 52m 油泵保持在 15 工程大气压 终点压强为 2 工程大气压 油的运动粘度为 2 5 10 3m2 s 沿程阻力系数 则油的流态为 设管子绝对粗糙度 0 15mm 动力粘度 1 147 Pa s 7 按重力相似准则设计的溢流坝水力模型 长度比尺 L 25 当模型中某点的流速为 v m 0 8m s 则原 型中对应点的流速为 vp 四 四 计算题计算题 4 40 0 分分 1 6 分 已知速度场 x u 2t 2x 2y y u t y z z u t x z 为几维流场 流动定常还是非定常 点 2 2 1 在t 3 时的加速度为多少 得分 得分 得分 mH2O 10 2 8 分 密闭盛水容器 水深 1 h 60cm 2 h 100cm 水银测压计读值h 25cm 试求半径R 0 5m 的半球形盖AB所受总压力的水平分力和铅垂分力 3 8 分 嵌入支座的一段输水管 如图所示 其直径由 D 1 5m 变化为 D2 1m 当支座前压力 p 4 大气压 流量 Q 1 8 m3 s 试确定渐缩段中支座所承受的轴向力 11 4 9 分 如图所示 水由容器沿管经 d 50mm 的管道流经直径 D 100mm 的圆筒再入大气中 设局部 阻力损失系数分别为 1 0 5 2 0 25 3 4 0 4 1 0 试求当 H 1 5 时管中的流量 不计沿 程损失 5 9 分 为研究汽车的动力特性 在风洞中进行模型实验 已知汽车高 p h 1 5m 行车速度 p v 108 km h 风洞风速 a 45 m s 测得模型车的阻力 m p 1 4kN 试求模型车的高度 m h及汽 车受到的阻力 试 卷 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 考 生 信 息 试 卷 装 订 线 12 装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 不 要 填 写 信 息 装 订 线 武汉理工大学考试试题答案 B 卷 2015 2016 学年学年 2 学期学期 流体力学流体力学 C C 课程课程 四 四 选择题选择题 共 共 2424 分 分 1 1 6 6 ACDBBAACDBBA 7 7 12 12 CAADDACAADDA 五 五 判断题判断题 共 共 1212 分 分 1 1 6 6 7 7 12 12 六 六 填空题填空题 共 共 2 24 4 分 分 2 19 6MPa 2 1147N M2 3 2 255 4 323xy 5 沿程阻力和 局部阻力 6 0 0164 层流 7 4m s 七 七 计算题 共计算题 共 4040 分 分 1 6 分 解 三维 非定常 xxxx xxyz uuuu auuu txyz 2222220txytyz 26422txyz 2 321txyz yyyy yxyz uuuu auuu txyz 1 01tyztxz 12xyz zzzz zxyz uuuu auuu txyz 12220txytxz 12txyz 3 2 2 123 32 22 1 134 x a m s2 3 2 2 11 2223 y a m s2 3 2 2 11 324 1 11 z a m s2 2 1 1 1 1 13 2 8分 解 1 确定水面压强 0 p 列 U 型管左侧水银面等压面方程 01Hg pghhg 01 Hg pghh 1000 9 8070 25 13 60 6 27 460 kPa 2 计算水平分量 x P 2 02xC PpAphgR 2 27 460 1 0 9 80 5 29 269 kN 3 计算铅垂分力 z P 33 4140 5 9 82 567 326 z R PVgg kN 答 半球形盖AB所受总压力的水平分力为29 269kN 铅垂分力为2 567kN 3 9分 解 smV D D V sm A Q V AVAVQ 02 13 2 5 1 1 3 2 114 3 8