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1、北 京 交 通 大 学(答案)20072008 学年 第一学期 课程名称:流体力学 土木工程 2005 级 出题教师:毛军 齐梅兰 张群峰我用人格担保:在本次考试中,诚实守信,严格遵守考场纪律。 ()(注:大气压 Pa=100kPa,水密度 =1000kg/m3,重力加速度 g =10m/s2,A4 纸半开卷)一、 填空题(10 分)1、 描述流体易流动性的是_牛顿内摩擦_定律;描述流场中物理量对时间的变化率的物理量是_质点导数_,包括_当地或时变导数 和_迁移或位变导数_两部分。2、 三元不可压缩流场 , , ,则52zxu32zyu0zu处 zu的表达式为 _)(yz3、 孔口外接短管成为
2、管嘴,增加了阻力,但流量不减,反而增加,主要原因是_管嘴内出现了真空_,但是应保证_管嘴内不出现空化现象_的条件。4、 图 1 中给出各段管路的流量和损失水头,流体密度为,则(a)中 A、B 点间的流动功耗是_ _, (b)中 A、B 间流动功耗是_)(321HgQ_。)(321H5、 流动相似的充要条件是_几何相似、独立相似准则成立_;管道流动相似的准则数是_雷诺数 Re_,明渠流动相似的准则数是_佛汝德数 Fr_。二、判断题(10 分)1、流体粘性与流体的种类和温度有关,液体的动力粘性系数一般随着温度的升高而减小,气体的则相反 ( )2、静止流体中的压应力具有各向同性,运动的粘性流体中的压
3、应力则不然 ( )3、均匀流过流断面上的动压强分布规律与静压强分布规律相同,同一过流断面上各点的测压管水头相等 ()4、为了保证模型与原型的流动相似,模型和原型流动中的流体介质必须相同( ) 5、根据达西公式,层流、紊流的沿程损失都与过流断面平均流速的平方成正比,因此,沿程损失主要取决于流速 ( )所在学院 班级 姓名 学号 题号 一 二 三 四 五 六 七得分阅卷人三、试证明:圆管均匀流过流断面的切应力在径向呈线性分布。并指出层流与紊流在过流断面切应力分布上的不同之处。 (15 分)参见教材:(10 分)+(5 分)四、如图,圆柱体与油(比重为 0.8) 、水和容器接触,半径 R=0.2m,
4、长度 L=2m,与容器顶边成直线接触,求:(1)绘制作用在圆柱体上的压强分布图和压力体;(2)圆柱体作用在容器顶边上的力;(3)圆柱体的重量和比重。 (15 分)解:(1)略(4 分)(2)根据题意和图,圆柱体作用在容器顶边上的力沿水平方向;水对圆柱下半部分两侧的水平分力正好抵消,油对圆柱上半部分的水平作用力即为所求。(4 分)NRLAhoilxcoilx 320.108.02F (3)油对圆柱上半部分的垂直作用力 方向向下;水对圆柱下半部分的垂直作用力 向y1F y2F上。水的重度 ,油的比重Woil圆柱体的重量 , (5 分)NLRLRRLoilily240)48.02(.11)41()2
5、2(FG2W 2oilil1 圆柱体的比重 (2 分)8954.0.10G22WLR五、如图,水自喷嘴水平射向光滑倾斜平板,不计摩擦阻力。若喷嘴出口直径 d=25mm,流量Q=33.4L/s,试求射流沿平板向两侧的分流流量 Q1、Q 2,以及射流对平板的作用力 F。假定水头损失可忽略不计。 (15 分)解:设作用在平板的的作用力为 F,沿平板的法线方向,建立图示坐标系(1)求流量。因 ,由伯诺里方程知 ,在 X 方向上列动量方程:ap21 v21(4 分)06cos21XvQ又由连续性方程 21 解得: (2 分)smQ/05.)6cos1(204.3)6cos1(2 33(2 分)8(2)求
6、作用力 F。速度 (2 分) ,在 Y 方向上列动量方程:sAv/805.423)60in(FYvQ(5 分)NQvF 8.19.81.36sin3答:略六、如图,梯形土渠中发生均匀流动,已知:底宽 b=2m,长度 L=5000m,左右边坡系数分别为 m1=1,m 2=1.5,水深 h=1.5m,底坡 i=0.0004,土壤的粗糙系数 n=0.0225。试求:(1)渠中流速;(2)渠中流量;(3)渠底的切应力;(4)摩擦功耗。 (15 分)解:(1)过水断面面积(3 分) 2221 85.15.( mhmbA湿周 4.6.15. 22水力半径 ;R85.04.6(2)求流速和流量(4 分)谢才
7、系数 smnC/26.43.025.116/16/1流速 ;RiJv 79.0.843流量 ;sAQ/6.81.79. 3(3)渠底切应力(4 分) PagiJ 4.0.850(4)沿程损失 H2O(2 分)mLhf 4.摩擦功耗 (2 分) 。kWQNf 7.963.1答:略七、如图,抽水机功率 N=18kW,效率=80%。将比重 0.9,粘度=0.048Pas 的油从油库送入密闭油箱。已知管径 d=150mm,管长 LAB=4.5m,LBC=3m,提油高度 z=6m,油的流量Q=5400kg/min,抽水机进口 B 处的真空度为 4.5m 水柱。沿程损失系数=0.02,弯头阻力系数w=0.
8、25,管径远小于油箱尺寸。求:(1)管内流动状态;(2)油箱内的液面压强;(3)安装高度 hs(20 分)解:(1)体积流量 smQm/1.096543管内流速 dv/6.2.322油运动粘度 s/1055管内雷诺数 紊流(5 分) ;,091.65Re(2)水泵扬程 油柱(3 分) ;mgQPH6.098(3)求油箱液面的相对压强(7 分) 。列油箱液面、油库液面间的能量方程: 00gpzhHgpabswa其中,h w 是油箱液面与油库液面间的总水头损失 mOilgvgvdlhBiowBCA80.4126.53. 2)5.0.4.(22 2ilzhHpwabs 2.56.油箱液面相对压强(表压强)为 5.20m 油柱或 46.8kPa;(4)求安装高度 hs(5 分) 。列油库液面与 B 断面间的能量方程: gvphgvdlgp BsiwBCa 22)(0lhBiwBCBas )(2mhs 56.102.5.01.3209.54 答:略Q2Q1题四图题一 4 图 题六图题七图题一4 图题四图题五图xyF60