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本文格式为Word版,下载可任意编辑——工程流体力学计算题集锦工程流体力学计算题集锦
一、说明静止流体对曲面壁总作用力的计算方法
作用在微分面积dA上的压力:
dFp?pdA??ghdA
因作用在曲面上的总压力为空间力系问题,为便于分析,拟采用理论力学中的分解概念将其分解为
水平分力和垂直分力求解。
1.水平分力由于dAcosα?dAx
dFpx?dFp?cosα?ρghdAcosα??ghdAx
Fpx??g??hdAx??ghCAx?(pC?p0)Ax
Ax结论:作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强(pC?p0)与其在垂直坐标面oyz的投影面积Ax的乘积。
2.垂直分力由dAsinα?dAz
dFpz?dFp?sinα?ρghdAsinα???ghdAz
Fpz??g??hdAz??gVp
Az式中:Vp??AzhdAz为曲面ab上的液柱体积abcd的体积,称为压力体。
结论:作用在曲面上的垂直分力等于压力体的液体重力。
二、一股水平方向上的射流冲击一斜置的光滑平板。已知射流来流速度为V0,流量为qV,密度为?,平板倾角为?。不计重力及滚动损失,求射流对平板的作用力及分流流量qV1,qV2
取控制体如下图,设平板对液流的作用力为
FS?,因忽略滚动损失,即液流与平板间的摩擦力略去
不计,则FS?必垂直于板面。又由于不计重力和滚动损失,由液流的能量关系式可知V1?V2?V0。列平板法线方向上的动量方程可得
?Fn?FS???qV[0?(?V0sin?)]??qVV0sin?
平板受液流作用力FS垂直指向平板,其大小为
FS???qVV0sin?
沿平板方向列动量方程,可得
?qV2V2??qV1V1??qVV0cos??0由V1?V2?V0得
qV2?qV1?qVcos??0
又
qV2?qV1?qV
联立上两式得
qV1?qV(1?cos?)/2,qV2?qV(1?cos?)/2
三、相对密度d?0.85的油流过图示圆锥管嘴,其尺寸d1?10cm,d2?4cm,当管内流速为V1?6m/s时,求联结螺栓受力为多少?
由连续性方程得
qV??d1V1/4??d2V2/4(a)
所以
22V1??(d2/d1)2V2(b)
对缓变过流断面列伯努利方程,不计损失,且取?2??1?1,有
pVpVz1?1?1?z2?2?2
?g2g?g2g由于喷嘴水平放置,故z1?z2。而流出大气中p2?0。所以上式变为p1?22?2(V2?V1)
22将式(b)代入,得
p1??d12d2[()4?1]V1(c)
2用动量方程求受力。如图取控制体,则控制体内流体在x方向受压力p1?4d1,方向
2沿x轴正向;喷嘴对控制体内流体的作用力F?,方向逆沿x轴方向。因此有?Fx?p1?4d1?F?
2沿x方向列动量方程,且取?01??02?1,有
p1?4d1?F???qV(V2?V1)
2整理并将(a)、(b)、(c)代入,有
F??497N
由牛顿第三定律,螺栓组受力
F??F???497N
其中负号表示F与F?方向相反,即F沿x轴正向。
四.如图,盛水容器以转速n?450r/min绕垂直轴旋转。容器尺寸D?400mm,d?200mm,h2?350mm,水面高h1?h2?520mm,活塞质量m?50kg,不计活塞与侧壁的摩擦,求螺栓组A、B所受的力
z?将坐标原点C取在液面处,则液面方程设液面上O点处压强为
?2r22g
p0,则
?则
d/20(p0???2r22)2?rdr?mg
4mg????2(d/2)2p0?4?r2
求螺栓组A受力:
在上盖半径为r处取宽度为dr的环形面积,该处压强为
p?p0?(h1?上盖所受总压力为
?2r22g)?g
FP1??D/2d/2p?2?rdr??D/2d/2(p0?(h1??2r22g)?g)?2?rdr?3723N
方向垂直向上。螺栓组B受力:
下底r处压强为
p?p0?(h1?h2?下底受总作用力:FP2??2r22g)?g
?D/20p?2?rdr??D/20(p0?(h1?h2??2r22g)?g)?2?rdr?4697N
方向垂直向下。
五.将一平板深入水的自由射流内,垂直于射流的轴线。该平板截去射流流量的一部分qV1,引起射流剩余部分偏转角度?。已知射流流速V?30m/s,全部流量qV?36?10?3m3/s,截去流量qV?12?10?3m3/s。求偏角?及平板受力F
取控制体如图,对I-I和1-1列伯努利方程得
V1?V2?V
由动量守恒(取动量修正系数均为1)
Vsin?qV2?VqV1?0
sin??所以
VqV11?VqV22
故有??30?
在水平方向列动量方程
?R??qV2?Vcos???qVV?456.46(N)
??x2?2x?4yx六、已知平面不可压缩流体滚动的流速为?y??2xy?2y,
1.检查滚动是否连续;2.检查滚动是否有旋;3.求流场驻点位置;4.求流函数。
解:
?Vy?Vx??2x?2?2x?2;(1)
?y?x
?Vx?Vy??2x?2?2x?2?0?x?y满足连续性方程。(2)
?Vy?x??2y;
?Vx??4?y??1?Vy?Vx(?)??y?2?02?x?y滚动有旋。
(3)驻点条件:
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