32學(xué)時(shí)流體力學(xué)復(fù)習(xí)題 問題詳解
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1、word 32學(xué)時(shí)流體力學(xué)課復(fù)習(xí)題 一、填空題 1、流體是一種受任何微小的 剪切力作用時(shí) 都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)變形 的物質(zhì)。 2、牛頓內(nèi)摩擦定律 =μ其中的比例系數(shù)稱為動(dòng)力黏性系數(shù)(動(dòng)力粘度) 。 3、作用于流體上的力按其性質(zhì)可以分為外表力力和 質(zhì)量力 4、水力學(xué)中,單位質(zhì)量力是指作用在單位_質(zhì)量_ 液體上的質(zhì)量力。 5、單位質(zhì)量力的量綱是 L/T2。 6、對(duì)于不同的流體,體積彈性系數(shù)的值不同,彈性模量越大 ,流體越不易被壓縮。 7、某點(diǎn)處的絕對(duì)壓強(qiáng)等于該處的大氣壓強(qiáng)減去該處的真空度 。 8、某點(diǎn)處的真空等于該處的大氣壓強(qiáng)減去該處的絕對(duì)壓強(qiáng)。 9、某點(diǎn)處的相對(duì)壓強(qiáng)等于該
2、處的 絕對(duì)壓強(qiáng) 減去該處的 一個(gè)大氣壓 。 10、根據(jù) 粘性 的大小,粘性流體的流動(dòng)狀態(tài)可分為 層流 和 紊流 。 11、根據(jù)流體是否有粘性,流體可分為粘性流體 和 理想流體。 12、根據(jù)流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化,流體流動(dòng)可分為 定常 流動(dòng)和 非定常 流動(dòng)。 13、連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒 定律在流體力學(xué)上的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。 14、總流伯努利方程是機(jī)械能守恒定律在流體力學(xué)上的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。 15、計(jì)算局部阻力的公式為:;計(jì)算沿程阻力的公式為:。 16、相似條件包括幾何相似 、 運(yùn)動(dòng)相似 和 動(dòng)力相似。 17、沿程阻力主要是由于流體內(nèi)摩擦力引起的
3、,而局部阻力如此主要是由于流動(dòng)邊界局部形狀急劇變化引起的。 18、連續(xù)性方程表示控制體的__質(zhì)量_____守恒。 19、液體隨容器作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),重力和慣性力的合力總是與液體自由面_垂直。 20、圓管層流中斷面平均流速等于管中最大流速的1/2 二、簡答題 1、簡述液體與氣體的粘性隨溫度的變化規(guī)律,并說明為什么? 答: 溫度升高時(shí) 液體的黏性降低,因?yàn)橐后w的粘性主要是分子間的內(nèi)聚力引起的,溫度升高時(shí),內(nèi)聚力減弱,故粘性降低,而造成氣體粘性的主要原因在于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng),溫度越高,熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈,所以粘性就越大 2、請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明作用在流體上的力。 作用在流體上的力按其性質(zhì)可分為外表
4、力和質(zhì)量力,外表力是指作用在所研究流體外表上的力,它是由流體的外表與接觸的物體的相互作用差生的,質(zhì)量力是流體質(zhì)點(diǎn)受某種力場(chǎng)的作用力,它的大小與流體的質(zhì)量成正比 3、簡述連續(xù)介質(zhì)假說。 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)將流體區(qū)域看成由流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)組成,占滿空間而沒有間隙,其物理特性和運(yùn)動(dòng)要素在空間是連續(xù)分布的。從而使微觀運(yùn)動(dòng)的不均勻性、離散性、無規(guī)律性與宏觀運(yùn)動(dòng)的均勻性、連續(xù)性、規(guī)律性達(dá)到了和諧的統(tǒng)一?!埠暧^無限小 微觀無限大〕 4、何謂不可壓縮流體?在什么情況下可以忽略流體的壓縮性? 除某些特殊流動(dòng)問題,工程實(shí)際中將液體看作是密度等于常數(shù)的不可壓縮流體,當(dāng)氣體的速度小于70m/s 且壓力和溫度變化不大時(shí)也
5、可近似地將氣體當(dāng)做不可壓縮流體處理 5、流體靜壓力有哪兩個(gè)重要特征? 特征一:在平衡的流體中,通過任意一點(diǎn)的等壓面,必與該點(diǎn)所受的質(zhì)量力互相垂直。 特征二:當(dāng)兩種互不相混的液體處于平衡時(shí),它們的分界面必為等壓面。 6、不同形狀的敞開的貯液容器放在桌面上,如果液深一樣,容器底部的面積一樣,試問作用于容器底部的總壓力是否一樣?桌面上受到的容器的作用力是否一樣?為什么? 容器底部的總壓力=液體壓強(qiáng)x面積,而壓強(qiáng)由液深決定〔同種液體〕,所以作用于容器底部的總壓力一樣; 桌面上所受力是整個(gè)儲(chǔ)有液體容器的重力,桌面上受到的容器的作用力因容器總重量不同而不同。 此題目也有漏洞:不同形狀的敞開的
6、貯液容器,體積關(guān)系不能確定,其總重量不一定一樣或也不一定不同。 7、相對(duì)平衡的液體的等壓面形狀與什么因素有關(guān)? 質(zhì)量力〔在平衡點(diǎn)流體中,通過任意一點(diǎn)的等壓面必須與該店所受的質(zhì)量力互相垂直〕 8、靜力學(xué)的全部內(nèi)容適用于理想流體還是實(shí)際粘性流體?或者兩者都可?為什么? 流體處于靜止或相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),各流體質(zhì)點(diǎn)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),速度梯度等于零,切向應(yīng)力也等于零,這樣流體的粘性就顯現(xiàn)不出來了 9、表示帕斯卡原理,試舉例說明它在工程中的應(yīng)用。 帕斯卡定律:加在密閉液體任一局部的壓強(qiáng)能夠大小不變的被液體向各個(gè)方向傳遞 公式:P1=P2即F1/S1〔F為施加的力〕=F2/S2〔S指大小活塞的面
7、積〕 應(yīng)用:千斤頂,液壓機(jī),液壓制動(dòng) 10、何謂壓力體?壓力體由哪些面圍成的? 由于液體重量產(chǎn)生對(duì)物體外表壓力的體積稱為壓力體 壓力體①所論曲面;②過曲面周界上一切點(diǎn)的鉛垂線所構(gòu)成的曲面;③與液面重合的水平面。 11、試述文丘里管測(cè)量流量的原理,如果通過文丘里管的流量保持不變,試問管道傾斜放置與水平放置的兩種情況,測(cè)得差壓計(jì)的液面高差是否會(huì)改變?為什么? 12、簡述沿程阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律,并畫出其趨勢(shì)圖。 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)揭示了沿程阻力系數(shù)λ的變化規(guī)律,文字表述或數(shù)學(xué)公式表述. 層流:;水力光滑區(qū):?;過渡粗糙區(qū):? 粗糙區(qū)(阻力平方區(qū)) :???. 13、
8、流體在漸擴(kuò)管道中,從截面1流向截面2,假如在截面1處流體作層流流動(dòng)。試問,流體在截面2處是否仍保持層流流動(dòng)?為什么 14、在串聯(lián)管道、并聯(lián)管道中,各管段的流量和能量損失分別滿足什么關(guān)系? 串聯(lián)管路的特點(diǎn):各條管路中的流量相等,等于總流量;各管的水頭損失之和等于管路的總損失。 并聯(lián)管路的特點(diǎn):各條管路中的流量之和,等于總流量;各管的水頭損失之相等,等于管路的總損失。 15、簡述水力光滑管和水力粗糙管的定義。一根確定的管子是否永遠(yuǎn)保持為水力光滑管或水力粗糙管?為什么? 水力光滑管:在紊流中存在層流底層,當(dāng)層流底層厚度δl>5Δ時(shí),粗糙高度幾乎全被層流底層淹沒管壁對(duì)紊流區(qū)流體
9、的影響很小,這與流體在完全光滑的管道中流動(dòng)類似,這種情況的管子叫做水力光滑管。 水力粗糙管:當(dāng)層流底層厚度δΔ時(shí),管壁上幾乎所有的凸峰都暴露在紊流中,紊流去的流體質(zhì)點(diǎn)與凸峰相互碰撞,阻力增加,此時(shí)的管子叫做水利粗糙管。 16、簡單表示沿程阻力和局部阻力的定義,試分析產(chǎn)生這兩種損失的原因。 沿程阻力:再過流斷面沿程不變的均勻流道中所受的流動(dòng)阻力{流體與壁面的摩擦產(chǎn)生} 沿程損失原因:由于流體與壁面的摩擦而產(chǎn)生的. 局部阻力:流體在流動(dòng)過程中由于方向改變或速度改變以與經(jīng)過管件而產(chǎn)生的阻力 局部損失的原因:因流體與壁面的沖擊和流體的質(zhì)點(diǎn)之間的碰撞而形成的 17、何謂緩變流和急變流?在
10、緩變流截面上,壓強(qiáng)分布有何規(guī)律? 當(dāng)流線的曲率半徑很大或流體之間的夾角很小時(shí),流線近似為平行直線,這樣的流動(dòng)稱為緩變流, 否如此稱為急變流。 在接近于直線的流動(dòng)中,沿法線方向的壓力分布規(guī)律與平衡流體中的一樣,均服從于流體靜力學(xué)根本程 18、寫出總流伯努利方程,并簡述其物理意義。 其中:Z 表示總流過流斷面上某點(diǎn)〔所取計(jì)算點(diǎn)〕單位重量流體的平均位置勢(shì)能 表示總流過流斷面上某點(diǎn)〔所取計(jì)算點(diǎn)〕單位重量流體的平均壓強(qiáng)勢(shì)能。 表示總流過流斷面上某點(diǎn)〔所取計(jì)算點(diǎn)〕單位重量流體的平均動(dòng)能。 表示總流過流斷面上某點(diǎn)〔所取計(jì)算點(diǎn)〕單位重量流體的平均機(jī)械能損失,稱為總流水頭
11、損失 代表總流過流斷面上單位重量流體的平均勢(shì)能 代表總流過流斷面上單位重量流體的平均機(jī)械能 物理意義—在符合限定條件下,單位重量流體的機(jī)械能(位能、壓力能和動(dòng)能)可以互相轉(zhuǎn)化,但總和不變。 19、簡述流線的定義,并寫出流線方程。 流線就是在流場(chǎng)中某一瞬間作出的一條空間曲線,使這一瞬間在該曲線上各點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)所具有的速度方向與曲線在該點(diǎn)的切線方向重合(同一時(shí)刻流場(chǎng)中連續(xù)各點(diǎn)的速度方向線) 20、何謂系統(tǒng)和控制體?它們有何區(qū)別與聯(lián)系? 眾多流體的質(zhì)點(diǎn)的集合稱為系統(tǒng)。 控制體是指流場(chǎng)中某一確定的空間。 區(qū)別:系統(tǒng)的位置和形狀是可以變化的,而控制體是指流場(chǎng)中的某一確定的空間。
12、聯(lián)系:利用控制體可以推導(dǎo)出流體系統(tǒng)所具有的某種物理量隨時(shí)間的變化率,得出流體力學(xué)中假如干重要方程 三、計(jì)算題 1、 一塊平板距離另一塊固定的平板,兩平板間充滿某種流體,上平板在的力作用下,以的速度移動(dòng)。如果上平板的面積為2,求該流體的粘度。 [解]假設(shè)板間流體中的速度分布是線性的,如此板間速度梯度可計(jì) =4x Pa?S 2、 一底面積為45x50cm2,高為1cm的木塊,質(zhì)量為5kg,沿涂有潤滑油的斜面向下作等速運(yùn)動(dòng),木塊運(yùn)動(dòng)速度u=1m/s ,油層厚度1cm ,斜坡22.620 (見圖示),求油的粘度。 [解] 木塊重量沿斜坡分力F與切力T平衡時(shí),等速下滑
13、 3、一塊平板距離另一塊固定的平板,兩平板間充滿粘度為的某種流體,如果上平板的面積為2,求使上平板以的速度移動(dòng)所需的作用力。 4、直徑76mm的軸在同心縫隙為0.03mm,長度為150mm的軸承中旋轉(zhuǎn),軸的轉(zhuǎn)速為226r/min, 測(cè)得軸徑上的摩擦力矩為76N.m,試確定縫隙中油液的動(dòng)力粘度 5、如強(qiáng)和真空。圖所示,U形管壓差計(jì)與容器A連接,h1,h2,h3=1m。求容器A中水的絕對(duì)壓
14、 第5題圖 6、 如下列圖,直線行使的汽車上放置一內(nèi)裝液體的U形管,長L=500mm。試確定當(dāng)汽車以加速度a=2行駛時(shí)兩直管中的液面高度差。 第6題圖 7、圖所示為一圓柱形容器,直徑d=300mm,高H=500mm,容器內(nèi)裝水,水深h1=300mm,使容器繞垂直軸做等角速旋轉(zhuǎn)。〔1〕試確定水正好不溢出時(shí)的轉(zhuǎn)速n1;〔2〕求剛好露出容器底面時(shí)得轉(zhuǎn)速n2;這時(shí)容器停止
15、旋轉(zhuǎn),水靜止后得深度h2等于多少? 第7題圖 8、如下列圖為繞鉸鏈O轉(zhuǎn)動(dòng)的傾斜角α=60o的自動(dòng)開啟式水閘,當(dāng)水閘一側(cè)的水位H=2,另一側(cè)的水位h=0.4時(shí),假如要使閘門自動(dòng)開啟。試求鉸鏈至水閘下端的距離x。 第8題圖 9、圓柱體半徑,長,如圖放置在斜面上。求水作用在圓柱上的力。 第9題圖
16、 10、如圖,圓柱體直徑4m,兩邊均有水作用,水深如下列圖。如果圓柱體長度為12m,試求作用在圓柱體上合力的大小和方向。 第10題圖 11、如圖,有一圓柱形閘門。H=5m,θ=600,閘門寬度為B=10m。求作用在閘門上的總壓力的大小與方向。 X方向 Z方向,找出壓力體 第11題圖 作用點(diǎn)距離液面的高度 12、平
17、面流動(dòng)的速度分量為:,。求流線方程。 13、流場(chǎng)的速度分布為,求證通過任意一個(gè)以原點(diǎn)為圓心的同心圓的流量都是相等的〔z方向取單位長度〕[ 提示:流場(chǎng)速度用極坐標(biāo)表示。] 14、如圖是離心風(fēng)機(jī)的集流器,風(fēng)筒直徑為200mm。當(dāng)測(cè)壓管中的水柱高度為250mm時(shí),求集流器的吸氣量??諝饷芏热?.29 kg/m3 15、如下列圖,水從井A利用虹吸管引到井B中,設(shè)體積流量qv=100m3/h,H=3m,z=6m,不計(jì)虹吸管中的水頭損失。試求虹吸管的管徑d與上端管中的負(fù)計(jì)示壓強(qiáng)值p。
18、 16、如下列圖,離心式水泵借一內(nèi)徑d=150mm的吸水管以q=60m3/h的流量從一敞口水槽中吸水,并將水送至壓力水箱。設(shè)裝在水泵與吸水管接頭上的真空計(jì)指示出負(fù)壓值為39997Pa。水力損失不計(jì),試求水泵的吸水高度H。 第14題圖 第15題圖 第16題圖 17、密度為830kg/m3的油水平地射向直立的平板。油的速度為20m/s,油柱的直徑為0.1m。求油對(duì)平板的打擊力。 18、連續(xù)管系中的90o漸縮彎管
19、放在水平面上,管徑d1=15cm,d2=7.5cm,入口處水平均流速v1=2.5m/s,靜壓pe1=6.86×104 Pa〔計(jì)示壓強(qiáng)〕。如不計(jì)能量損失,試求支撐彎管在其位置所需的水平力。 19、噴水泉的噴嘴為一截頭圓錐體,其長度l=0.5m,兩端的直徑d1=40mm,d2=20mm,豎直裝置。假如把計(jì)示壓強(qiáng)p1e=9.807×104Pa的水引入噴嘴,而噴嘴的能量損失hw=1.6m〔水柱〕。如不計(jì)空氣阻力,試求噴出的流量qv和射流的上升高度H。 20、沿直徑d=200mm的管道輸送潤滑油,流量qm=9000kg/h,潤滑油的密度
20、ρ=900kg/m32/s,夏季為ν=0.0000355 m2/s。試分別判斷冬夏兩季潤滑油在管中的流動(dòng)狀態(tài)。 21、在一水箱距離水面3m處開一個(gè)直徑為6cm的小孔,為了使水箱內(nèi)的水面保持不變,問每秒必須向水箱內(nèi)加多少水? 22、在直徑為30cm的水平管道上用水作沿程損失實(shí)驗(yàn)3/s,問沿程損失系數(shù)等于多少? 23、如圖,一股射流以速度V水平射到傾斜平板上,體積流量為Q。求射流對(duì)平板的打擊力和上下兩股分射流的流量。 第23題圖
21、 24、水從水箱沿著長為L = 2 m,直徑 d = 40 mm 的豎直管流入大氣,不計(jì)管道的入口損失,管道沿程損失系數(shù),試求管道中起始斷面A 的壓強(qiáng)與水箱內(nèi)的水位h 之間的關(guān)系式。并求當(dāng)h為多少時(shí),此斷面的壓強(qiáng)與水箱外的大氣壓強(qiáng)相等。 第24題圖 25、水泵系統(tǒng)如圖,管徑,流量為,吸水管與壓水管的總長為30m,沿程阻力系數(shù);吸水管設(shè)有帶閥門的蓮蓬頭,所有彎頭〔一共有3個(gè)彎頭〕,兩水面高差,求水泵揚(yáng)程。 ?解:〔1〕管
22、中流速????????????????????????? ????????????? 〔2〕列1-1到2-2能量方程 ?(3)求揚(yáng)程 第25題圖 26、水池中的水從變截面管道排出,前兩段的直徑依次為100mm和75mm;最后一段是漸縮管,出口直徑為50mm。如果排出的質(zhì)量流量為14kg/s,求所需的水頭h,并畫出測(cè)壓管水頭線。 27、嵌入支座內(nèi)的一段輸水管,其直徑由變化到〔見圖示〕。當(dāng)支座前的相對(duì)壓強(qiáng),流量時(shí),試確定漸變段支座
23、所受的軸向力R。〔不計(jì)水頭損失?!? 第26題 第27題 ×10-4m2/s、密度為840kg/m3的原油。當(dāng)流量Q=240m3/h時(shí),求油泵為克制沿程阻力所需增加的功率。 3/s,水力坡度i=0.05。求該管路的沿程阻力系數(shù)。 30、兩根直徑分別為和的水平管道串聯(lián)在一起。輸送密度為980kg/m3、運(yùn)動(dòng)粘度為4×10-4m23/s,管道長度L1=500m,L2=100m。求原油流經(jīng)管道的壓強(qiáng)損失? 18 / 18
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