2007流体力学考题答案kkkkkkkkkknblJKLJKD

北京交通大学（答案）2007—2008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522zxux，322zyuy，00zuz处，则zu的表达式为_)(2_zyxuz3、孔口外接短管成为管嘴，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_)(321HHHgQ_，（b）中A、B间流动功耗是_)(321QQQgH_。5、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（）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）所在学院班级姓名学号题号一二三四五六七得分阅卷人参见教材：（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，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。NRLRAhoilxcoilx32022.01.01010008.02FF（4分）（3）油对圆柱上半部分的垂直作用力y1F方向向下；水对圆柱下半部分的垂直作用力y2F向上。水的重度W，油的比重oil圆柱体的重量NLRLRRLRRLRLRoiloilyy2400)48.02(22.010000)41221()41()221(FFG22W2oiloil2W12，（5分）圆柱体的比重8954.022.0100002400G22WLR（2分）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、Q2，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apppp21，由伯诺里方程知vvv21，在X方向上列动量方程：060cosF2211XQvvQvQ（4分）60cos21QQQ又由连续性方程QQQ21解得：smQQ/025.0)60cos1(2104.33)60cos1(2331（2分）smQQ/008.0)60cos1(2104.33)60cos1(2332（2分）（2）求作用力F。速度smAQv/68025.04104.3323（2分），在Y方向上列动量方程：)60sin(FYvQFNQvF86.1966866.068104.33100060sin3（5分）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，m2=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）222218125.55.125.115.12(2mhmmbhA湿周mmhmhb824.65.115.1115.12112221211水力半径mAR85.0824.68125.5；（2）求流速和流量（4分）谢才系数smRnC/26.4385.00225.0112/16/16/1流速smRiCRJCv/797.00004.085.026.43；流量smvAQ/636.48125.5797.03；（3）渠底切应力（4分）PagRigRJ4.30004.085.0101000（4）沿程损失miLJLhf250000004.0H2O（2分）摩擦功耗kWWgQhNf72.92927202636.4101000（2分）。答：略七、如图，抽水机功率N=18kW，效率=80%。将比重0.9，粘度=0.048Pas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=0.25，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smQQm/1.09006054003管内流速smdQv/66.515.0142.31.04422油运动粘度smv/1033.525管内雷诺数,2000159161033.515.066.55vdRe紊流（5分）；（2）水泵扬程mgQPH161.0109008.018000油柱（3分）；（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：000gpzhHgpabswa其中，hw是油箱液面与油库液面间的总水头损失mOilgvgvgvdllhBiowBCABw80.410266.55.325.32)5.0125.0210.035.402.0(2)2(2222mOilzhHgppwaabs20.5680.416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：gvgphgvdlgpBBsBiwBCa22)(0022gvdlgvgpphBiwBCBBas2)(222mhs56.110266.5]5.025.015.0302.01[9.05.42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