工程流体力学第五章 思考题、练习题 - 副本.doc

第五章 不可压缩流体一维层流流动思考题v 建立流体流动微分方程依据的是什么基本原理?有哪几个基本步骤v 导致流体流动的常见因素有哪些?v 流体流动有哪几种常见的边界条件?如何确定这些边界条件?v 对缝隙流动、管内流动或降膜流动，关于切应力和速度的微分方程对牛顿流体和非牛顿流体均适用吗？为什么一、选择题1、圆管层流过流断面的流速分布为 A均匀分布；B对数曲线分布；C二次抛物线分布；D三次抛物线分布。 2、两根相同直径的圆管，以同样的速度输送水和空气，不会出现_情况。 A水管内为层流状态，气管内为湍流状态；B水管、气管内都为层流状态；C水管内为湍流状态，气管内为层流状态；D水管、气管内都为湍流状态。3、变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径为d2，粗断面雷诺数Re2与细断面雷诺数Re1的关系是：A Re1=0.5Re2 B Re1=Re2 C Re1=1.5Re2 D Re1=2Re2 4、圆管层流，实测管轴线上的流速为4m/s,则断面平均流速为：A 4m/s B 3.2m/s C 2m/s D 2.5m/s5 圆管流动中过流断面上的切应力分布如图 中的哪一种？A 在过流断面上是常数 B 管轴处是零，且与半径成正比 C 管壁处为零 ，向管轴线性增大 D 抛物线分布9下列压强分布图中哪个是错误的？B10粘性流体总水头线沿程的变化是( A ) 。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。1液体粘度随温度的升高而_，气体粘度随温度的升高而_( A )。A.减小，增大； B.增大，减小； C.减小，不变； D.减小，减小四、计算题(50分)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Cp=1006J/(kgK)，等熵指数为k=1.4，空气的气体常数R为287J/(kgK)T0=T+ =247.69K M= P0=p =0.26431.(6分)一截面为圆形风道，风量为10000m3/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（=C）v1A1=v2A2=qv(1) v1 d1=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 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=100mmH2O，水与空气的密度分别为水=1000kg/m3，空=1.2kg/m3，忽略流动的能量损失，求空气的体积流量qv。 由伯努利方程 0+0+0=+0+ 得v= 由静力学方程p+水gh=0p=-水gh代入 得 v=40.43m/s qv=v33.(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pe=1500Pa,最低时是真空值pv=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=1000kg/m3，重力加速度g=9.8m/s2)求：(1)疏水管长度L。 (2)水封水面到疏水管口的深度H。根据流体静力学基本方程 表压强pe=gh或h= 在最高压强时，管内水面应低于O-O面 h1= 在最低压强时，管内水面应高于0-0面 h2= 故疏水管长度 L=a+h2+h1+b=0.1+0.122+0.152+0.2=0.574m 水封水面到疏水管口深度 H=h1+b=0.153+0.2=0.353m 答：疏水管长度应为0.574m，水封水面到疏水管口深度为0.353m。34.(12分)有一水平放置的90渐缩弯管，管内径d1=15cm,d2=7.5cm,入口处平均流速v1=2.5m/s,表压强p1=6.86104Pa，若不计阻力损失，求水流对弯管的作用力。水的密度=1000kg/m3。（1）求虹吸管的流量：列进、出口水池水面的伯努利方程： H= 把已知参数代入：求得v=1.59m/s 所以qv=vA=0.05m3/s (2)求最低压强点及其真空度： 最低压强应是虹吸管内的C点（见图） 列进水池水面及C断面的伯努利方程： 0=h- 得pvc=28200Pa=28.2KPa35.(12分)用虹吸管输水，如图所示，已知：水位差H=2m,管顶高出上游水位h=1m，虹吸管内径d=200mm，管长为LAB=3m,LBC=5m,LCD=4m,管路沿程损失系数=0.026，局部损失系数有：管路进口滤网(带底阀)一个，滤网=12,B、C两处90圆弯两个，每个弯头=0.5，管路出口出口=1.0，水的密度=1000kg/m3。试求：(1)虹吸管的流量qv。(2)虹吸管中压强最低点的位置及其真空值。（1）求虹吸管的流量：列进、出口水池水面的伯努利方程： H= 把已知参数代入：求得v=1.59m/s 所以qv=vA=0.05m3/s (2)求最低压强点及其真空度： 最低压强应是虹吸管内的C点（见图） 列进水池水面及C断面的伯努利方程： 0=h- 得pvc=28200Pa=28.2KPa1如图所示，一洒水车等加速度a=0.98m/s2向右行驶，求水车内自由表面与水平面间的夹角；若B点在运动前位于水面下深为h=1.0m，距z轴为xB=-.5m，求洒水车加速运动后该点的静水压强。（15分）解：考虑惯性力与重力在内的单位质量力为（取原液面中点为坐标原点）X=a ； Y=0 ；Z= g（2分）代入式欧拉平衡微分方程：（2分）得： 积分得：（3分）在自由液面上，有： x=z=0 ；p= p0（1分） 得： C=p0=0（1分）代入上式得：点的压强为：（2分）自由液面方程为（液面上p0=0）ax+gz=0（2分）即：2水自压力容器稳定地流出。表压，。喷嘴直径，。若不记管嘴内的液体和管嘴本身的重力，试求管嘴上螺栓群共受多大的拉力？（20分）解：断面的伯努力方程为 （3分）（1分） （1分）断面的伯努力方程为 （3分） （2分） （1分）设喷嘴作用在控制体上的力为，利用动量定理，有 （3分） （3分）（2分）即管嘴上螺栓群所受的拉力为（1分）3如图所示为一文丘里流量计，起作用的是渐缩管段，气体流动方向如图，已知气体密度，11和22截面直径分别为600mm和400mm，U型管内水柱高度为h=45mm，试计算体积流量（忽略损失）。 (15分)解：11和22截面处于缓变流中（2分），列总流的伯努力方程有： （3分），其中= （1分） (1)根据连续性方程有： （2分） (2)设U型管左侧水面到底部（Z=0）的距离为L，有： （3分） （3）根据上述三式带入已知条件，求得： 29.67m/s，（2分）=3.73m3/s（2分）1 如图所示，有一盛水的开口容器以3.6m/s2的加速度沿与水平成30夹角的倾斜平面向上运动，试求容器中水面的倾角，并分析p与水深的关系。解：根据压强平衡微分方程式：（1分）单位质量力：（2分）在液面上为大气压强，代入（1分）由压强平衡微分方程式，得： （2分）（2分）任意点：（4分）代入自由面方程得：p与淹深成正比。 （3分）2有一的文德利管，接入铅垂的输油管上，油的流动方向朝上。已知喉部与进口截面间的高度差为30cm，图中U形管读书为25cm水银柱，试求油的流量以及进口与喉部两截面之间的压力差。（）解：故 （1分） 故 （1分） （2分）（1）（2分）（5分）（2）（1分）（1分）由伯努力方程，知（4分）（1分）所以 （2分）3. 不可压缩平面流动的流函数为，试判断是否存在势函数，如果存在，求其势函数。解：（1）此流动无旋，存在势函数。2分.