流体力学1和2分解

1、 一、判断题 1、 根据牛顿内摩擦定律，当流体流动时，流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。 2、 一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压强的平均值。 3、 流体流动时，只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。 4、 在相同条件下，管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。 5、 稳定（定常）流一定是缓变流动。 6、 水击产生的根本原因是液体具有粘性。 7、 长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。 & 所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。 10、 凡是满管流流动，任何断面上的压强均大于大气的压强。 、填空题 1、 某输水安装的文

2、丘利管流量计，当其汞 -水压差计上读数= 4cm，通过的流量为2L/s，分析当汞水压差计读数 = 9cm，通过流量为 L/S 。 2、 运动粘度与动力粘度的关系是 ，其国际单位是 3、 因次分析的基本原理是： ；具体计算方法分为两种 。 4、 断面平均流速 V与实际流速 u 的区别是_ 。 5、 实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ， 其适用条件是 _ 。 6、 泵的扬程 H 是指_ 。 7、 稳定流的动量方程表达式为 _ 。 &计算水头损失的公式为 _ 与 _ 。 9、 牛顿内摩擦定律的表达式 ，其适用范围是 _ 。 10、 压力中心是指 _ 。 三、 简答题 1、 稳定流动与不稳定流

3、动。 2、 产生流动阻力的原因。 3、 串联管路的水力特性。 4、 如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？ 5、 静压强的两个特性。 6、 连续介质假设的内容。 7、 实际流体总流的伯诺利方程表达式及其适用条件。 & 因次分析方法的基本原理。 9、 欧拉数的定义式及物理意义。 10、 压力管路的定义。 11、 长管计算的第一类问题。 12、 作用水头的定义。 13、 喷射泵的工作原理。 14、 动量方程的标量形式。 15、 等压面的特性。 16、 空间连续性微分方程式及其物理意义。 17、 分析局部水头损失产生的原因。 18、 雷诺数、富劳德数及欧拉数三个相似准数的定义式及

4、物理意义。 19、 流线的特性。 四、 计算题 1、如图所示，将一平板垂直探入水的自由射流中，设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转一角 流体力学试卷及答案一 9、 外径为 D,内径为 d 的环形过流有效断面，其水力半径为 D -d 4 度0（。已知射流速度为 30m/s，总流量 Q= 0.036m3/s，不计重量及水头损失。求射流加于平板上的力？ 2 2、有泵管路如图所示，流量 Q二240m /hour，泵的吸入管长L1 = 15m，沿程阻力系数-0.03，总局部 阻力系数为r = 6 ；压力管长L? = 60m，工-1 = 0.03，.一 -2 =1

5、0，管径为0.25m。 求：（1）已知泵入口处真空表读数6.6mH2O，求吸入高度hi。 （2）两个液面高差h2二24m，求泵的扬程 H。 R r处点流速为u，并等于管内平均流速 v。 求证：r R 2 =0.5m，h=2m，H = 2.5m。试分别求出作用在两个球3、水平直管半径为 R, 不可压缩流体作层流流动，其半径 4、如图所示一贮水容器 器壁上有两个半球形盖，设 d 5、如图水泵进水系统，h=3m 管径 d=0.25m, 1、2 断面间的总水头扌员失85，断面 2 处的真空度为 2g 匹=4.08 mH2O，求流量。 Y 一、 判断题 xVxVx xxxVx 二、 填空题 1、 因次和

6、谐的原理，n定理 过流断面上各点的实际流速是不相同的，而平均流速在过流断面上是相等的5、 静压强的两个特性。-1.静压强的方向是垂直受压面，并指向受压面。 2.任一点静压强的大小和受压面方向无关, 或者说任一点各方向的静压强均相等。 6、 连续介质假设的内容。-即认为真实的流体和固体可以近似看作连续的，充满全空间的介质组成，物质的宏观性 质依然受牛顿力学的支配。这一假设忽略物质的具体微观结构，而用一组 偏微分方程来表达宏观物理量（如质量，数度, 压力等）。这些方程包括描述介质性质的方程和基本的物理定律，如 质量守恒定律，动量守恒定律等。 2 丄Pl X印 实际流体总流的伯诺利方程表达式为（乙1

7、 1 丄 -1 2g 稳定流，不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动。 参考答案 3 L/s 2、 - 2 ，斯（m /s） 3、 4、 5、 力， 6、 2 乙P坐_ 1 2g心 所取断面为缓变流动 单位重量液体所增加的机械能 2 P2 a2V2 V + z2，稳定流，不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重 2g 7、 I ；UundA 八 cs hf IV2 d 2g hj Vg 9、 10、 三、简答题 1、 M du T二 A ,是指在温度不变的条件下，随着流速梯度的变化， dy 总压力的作用点 值始终保持一常数 稳定流动与不稳定流动。-在流场中流体质点通过空

8、间点时所有的运动要素都不随时间改变，这种流动称为稳定 流；反之，通过空间点处得流体质点运动要素的全部或部分要素随时间改变，这种流动叫不稳定流。 -外因：水力半径的大小；管路长度的大小；管壁粗糙度的大小。内因：流体流动中永远 质点摩擦所表现的粘性，以及质点发生撞击引起运动速度变化表现的惯性， 才是流动阻力产 2、 产生流动阻力的原因。 存在质点的摩擦和撞击现象, 生的根本原因。 3、 串联管路的水力特性。 -串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。串联管路总水头损失等于串联各 管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。 4、 如何区分水力光滑管和水力粗糙

9、管，两者是否固定不变？ -不是固定不变的。通过层流边层厚度与管壁粗糙度值 的大小进行比较。：* 水力光滑管； 6 A 水力粗糙管。 2 =仁+学+管+生“适用条件是 7、 8、 因次分析方法的基本原理。-就是因次和谐的原理，根据物理方程式中各个项的因次必须相同，将描述复杂物理 现象的各个物理量组合而成无因次数群 n从而使变量减少。 10、 压力管路的定义。-凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。 11、 长管计算的第一类问题。一一已知管径，管长和地形，当一定流量的某种液体通过时，确定管路中的压力降，或确 定起点所需的压头，或计算水利坡降。 12、 作用水头的定义。-任意断面处单

10、位重量水的能量，等于比能除以 重力加速度。含位置水头、压力水头和速度水 头。单位为m。 喷射泵主要由喷嘴、吸入室和扩散室等组成。工作流体在压力作用下经管子进入喷嘴, 并以很高的速度由喷嘴出口喷出。由于喷出的工作流体速度极高，因此使喷嘴附近的液体 作流体不断地喷射，便能连续不断地输送液体(或气体) 14 f PuxUndA= F ， PuyUndA =送 F ， PuzundA = Z Fz三个方程为动量方程 cs X cs y 50000 所以气流处于阻力平方区，（可采用粗糙度较大的管道），则阻力平方区的最低雷诺数为 50000 贝 U:相应的模型气流出口速 度 Vm 为： VnX 0.125

11、/0.0000157=50000 Vm=6.28m/s 流速比尺为：，二 - 二0.955 6.28 若在模型内测得某点气流速度为 3.0m/s ,则车间相应点的速度为： 2 -xy Vn= V =3.0 X0.955=2.87m/s 6、经分析可知, 此流动的主要作用力是重力，所以决定性相似准数为付鲁德准数。由付鲁德模型律可知: 3 7、建立下图所示的坐标，水流方向如图所示: 当水流不动时: 2 P1=P2=172kN/m 设 Fx,Fy为水流作用于弯管的分力，如图 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 对弯管的合力：R二.Fx2 - Fy2 =43.8kN 方向为： a=arctan (Fy/Fx ) 由欧拉准数相等推理得: Pn ;?V 厶 Pm “m FN F M -PN Pm 12 im 所以: = 163 4 =16384N U1，P1 Y O 600 4 =140 当有流动时: 由于平板是光滑的，所以仅有法向力，由动量方程（ x轴方向）得: R=流出动量-流入动量1 2 1 2 c

13、 _ _ 由连续性方程得： 二di山= d2u2 =0.876 4 4 解得：w =3.2m/s u2 =12.4m/s 忽略阻力，应用伯努利方程，列 1-1,2-2 断面的方程： 2 2 W 2g 2 带入数据解得：P2/r=10.2H20=10.2 X 9.8=100Kn/ m 列动量方程： X 方向：山几一p2A2cos60 -Fx = g(u2cos60 -0) 带入数据得：Fx=42.4kN 同理：y方向：Fy-P2AeSina60 =Q (u2sina60 -0) 代入数据解得：Fy=15.2Kn 合力为：R= Fx2 亠 F： =45.1Kn 方向为： 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 孔口与管嘴出流流动时，在出流管嘴内形成以真空区域主要原因是：流体具有粘滞性, 2 3 0.0161m /s 流体质点流动时存在惯性，流线不 能发生直接拐弯，只能是光滑的曲线因此靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空。 L= (34) D=(3 4) X

15、 50=150 200 mm 10、建立如图所示的坐标: 设平板对水流的冲击力为 R （方向与 x轴正方向相同），如图中所示: 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 所以平板所受冲击力大小与 R 相等，方向相反。 由连续性方程可得：Q0=Q1+Q2 由于射流是水平方向，且置于大气中，所以压力能不变，能量损失不计，由能量方程得 2 2 2 V0 Vi V2 ，彳得 V = Vi = v? 2g 2g 2g 平板切线方向（y轴方向）无摩擦力， F =0满足动量守恒; 即；0=( JQM - TQ2V2) - g0v0cosd 化简得：Q1 Q2=Q0COSJ . 联立方程解得: 11、选取水