工程流體力學(xué)習(xí)題庫.doc

《工程流體力學(xué)習(xí)題庫.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工程流體力學(xué)習(xí)題庫.doc（28頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

一、 選擇題 1． 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)意味著 。 (A) 流體分子互相緊連 (B) 流體的物理量是連續(xù)函數(shù) (C) 流體分子間有間隙 (D) 流體不可壓縮 2．空氣的等溫積模量K= 。 (A) p （B）T (C) ρ （D）RT 3.靜止流體 剪切應(yīng)力。 (A) 不能承受 (B) 可以承受 (B) 能承受很小的 (D) 具有粘性是可承受 4．溫度升高時(shí)，空氣的粘度 。 (A) 變小 （B）變大 (C) 不變 5．流體的粘性與流體的 無關(guān)。 (A) 分子的內(nèi)聚力 （B）分子的動(dòng)量交換 (C) 溫度 （D）速度梯度 6．在常溫下，水的密度為 kg/m3。 (A) 1 （B）10 (C) 100 （D）1000 7．水的體積彈性模量 空氣的體積彈性模量。 (A) < （B）近似等于 (C) > 8． 的流體稱為理想流體。 (A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不變 9． 的流體稱為不可壓縮流體。 (A) 速度很小 （B）速度很大 (C) 忽略粘性力 （D）密度不變 10．用一塊平板擋水，平板形心的淹深為hc，壓力中心的淹深為hD，則hc hD。 (A) > （B）< (C) = 11．靜止流體的點(diǎn)壓強(qiáng)值與 無關(guān)。 (A) 位置 （B）方向 (C) 流體種類 （D）重力加速度 12．油的密度為800kg/m3，油處于靜止?fàn)顟B(tài)，油面與大氣接觸，則油面下0.5m處的表壓強(qiáng)為 kPa。 (A) 0.8 （B）0.5 (C) 0.4 （D）3.9 13．壓力體內(nèi) 。 (A) 必定充滿液體 （B）肯定不會(huì)有液體 (B) 至少部分有液體（D）可能有液體，也可能無液體 14．大氣壓pa=105 Pa，如果某點(diǎn)的真空度為0.49105 Pa，則該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為 Pa。 (A) 51103 （B）149103 (C) 1.5105 （D）1.05105 15．用一塊垂直放置的平板擋水，其擋水面積為A，形心淹深為h，平板的水平傾角為θ，該平板受到的靜水壓力為 。 (A) ρghA.sinθ （B）ρghA.cosθ (C) ρghA.tanθ（D）ρghA 16．歐拉法研究 的變化情況。 (A) 每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的速度 （B）每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的軌跡 (C) 每個(gè)空間點(diǎn)的流速 （D）每個(gè)空間點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)軌跡 17．應(yīng)用總流的伯努利方程時(shí)，兩截面之間 。 (A) 必須都是急變流 （B）必須都是緩變流 (B) 不能出現(xiàn)急變流 （D）可以出現(xiàn)急變流 18．水從一個(gè)水池經(jīng)一條管道流出大氣，應(yīng)對(duì) 這兩個(gè)截面應(yīng)用伯努利方程較好。 (A) 管道的入口和出口 （B）水池面和管道入口 (C) 水池面和管道出口 （D）管道內(nèi)任意兩截面 19．在定常管流中，如果兩個(gè)截面的直徑比為d1/d2 = 2，則這兩個(gè)截面上的雷諾數(shù)之比Re1/Re2 = 。 (A) 2 （B）4 (C) 1/2 （D）1/4 20．定常流動(dòng)中， 。 (A) 加速度為零 （B）流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間而變 (B) 流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間而變 （D）速度為常數(shù) 21．在 流動(dòng)中，流線和跡線重合。 (A) 定常 （B）非定常 (C) 不可壓縮 （D）無粘 22．控制體是 。 (A) 包含一定質(zhì)量的系統(tǒng) （B）位置和形狀都變化的空間體 (C) 固定的空間體 （D）形狀不變、位置移動(dòng)的空間體 23．在定常管流中，如果兩個(gè)截面的直徑比為d1/d2 = 3，則這兩個(gè)截面上的速度之比V1/ V2 = 。 (A) 3 （B）1/3 (C) 9 （D）1/9 24．文丘里管用于測量 。 (A) 點(diǎn)速度 （B）壓強(qiáng) (C) 密度 （D）流量 25．應(yīng)用動(dòng)量方程求流體對(duì)固體壁面的作用力時(shí)，進(jìn)、出口截面上的壓強(qiáng)應(yīng)使用 。 (A) 絕對(duì)壓強(qiáng) （B）相對(duì)壓強(qiáng) (C) 大氣壓 （D）真空度 26．流量為Q，速度為V的射流沖擊一塊與流向垂直的平板，則平板受到的沖擊力為 。 (A) QV （B）QV2 (C) ρQV （D）ρQV2 27．沿程損失系數(shù)λ的量綱（單位）為 。 (A) m （B）m/s (C) m2/s （D）無量綱 28．圓管流動(dòng)中，層流的臨界雷諾數(shù)等于 。 (A) 2320 （B）400 (C) 1200 （D）50000 29．層流中，沿程損失與速度的 次方成正比。 (A) 1 （B）1.5 (C) 1.75 （D）2 30．管道面積突然擴(kuò)大的局部損失hj = 。 (A) (V12 – V22) / 2g （B）(V12 + V22) / 2g (C) (V1 + V2)2 / 2g （D）(V1 – V2)2 / 2g 31．虹吸管最高處的壓強(qiáng) 大氣壓。 (A) > （B）= (C) < （D）≥ 32．超音速氣流在收縮管道中作 運(yùn)動(dòng)。 (A) 加速 （B）減速 (C) 等速 33．速度勢(shì)只存在于 (A) 不可壓縮流體的流動(dòng)中 （B）可壓縮流體的定常流動(dòng)中 (C) 無旋流動(dòng)中 （D）二維流動(dòng)中 34．流函數(shù)存在于 (B) 不可壓縮流體的平面流動(dòng)中 （B）可壓縮流體的平面流動(dòng)中 (C) 不可壓縮流體的軸對(duì)稱流動(dòng)中 （D）任意二維流動(dòng)中 35．按連續(xù)介質(zhì)的概念，流體質(zhì)點(diǎn)是指 A .流體的分子； B. 流體內(nèi)的固體顆粒； C . 無大小的幾何點(diǎn)； D. 幾何尺寸同流動(dòng)空間相比是極小量，又含有大量分子的微元體。 36．作用在流體的質(zhì)量力包括 A. 壓力； B. 摩擦力； C. 重力； D. 慣性力。 37．與牛頓內(nèi)摩擦定律直接有關(guān)系的因素是 Ａ. 切應(yīng)力和壓強(qiáng)； B. 切應(yīng)力和剪切變形速率； C. 切應(yīng)力和剪切變形。 38．水的粘性隨溫度升高而 A . 增大； B. 減?。?C. 不變。 39．氣體的粘性隨溫度的升高而 A. 增大；Ｂ. 減??；Ｃ. 不變。 40．流體的運(yùn)動(dòng)粘度υ的國際單位是 Ａ. m2/s ；B. N/m2 ； C. kg/m ；D. Ns/ｍ2 41．理想流體的特征是 Ａ. 粘度是常數(shù)；B. 不可壓縮；C. 無粘性； D. 符合pV=RT。 42．當(dāng)水的壓強(qiáng)增加１個(gè)大氣壓時(shí)，水的密度增大約為 Ａ. ； Ｂ. ；Ｃ. 。 43．以下關(guān)于流體粘性的說法中不正確的是 Ａ. 粘性是流體的固有屬性；Ｂ. 粘性是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下流體具有抵抗剪切變形速率能力的量度 Ｃ. 流體的粘性具有傳遞運(yùn)動(dòng)和阻滯運(yùn)動(dòng)的雙重作用；Ｄ. 流體的粘性隨溫度的升高而增大。 44．已知液體中的流速分布－y如圖所示，其切應(yīng)力分布為 Ａ.τ＝０；Ｂ.τ＝常數(shù)； Ｃ. τ＝ky (k為常數(shù))。 45．以下關(guān)于液體質(zhì)點(diǎn)和液體微團(tuán)的正確論述是 ?。? 液體微團(tuán)比液體質(zhì)點(diǎn)大；Ｂ. 液體微團(tuán)包括有很多液體的質(zhì)點(diǎn)； ?。? 液體質(zhì)點(diǎn)沒有大小，沒有質(zhì)量；Ｄ. 液體質(zhì)點(diǎn)又稱液體微團(tuán)。 46．液體的汽化壓強(qiáng)隨溫度升高而 ?。? 增大；Ｂ. 減?。唬? 不變； 47．一封閉容器盛以水，當(dāng)其從空中自由下落時(shí)（不計(jì)空氣阻力），其單位質(zhì)量力為 ?。? 0 ； Ｂ. -g ； Ｃ. mg ；Ｄ. –mg 。 48．一列火車在水平直道上勻速行使時(shí)，車內(nèi)的流體所受的單位質(zhì)量力為 ?。? 0 ；Ｂ. -g ； Ｃ. mg ；Ｄ. -mg 。 49．以下哪幾種流體為牛頓流體 Ａ. 空氣；Ｂ. 清水；Ｃ. 血漿； Ｄ. 汽油； Ｅ. 泥漿。 50．以下關(guān)于流體汽化壓強(qiáng)的論述中，不正確的是 ?。? 液體的溫度升高則汽化壓強(qiáng)增大； Ｂ. 液體的溫度升高則汽化壓強(qiáng)減?。?Ｃ. 液體的汽化壓強(qiáng)隨海拔而變化； Ｄ. 20C的水的汽化壓強(qiáng)為１atm； Ｅ. 100C的水的汽化壓強(qiáng)為１atm；Ｆ. 水在常溫下不會(huì)沸騰； Ｇ. 液體中的壓力越大則汽化壓強(qiáng)越大。 51．以下哪幾種流體為非牛頓流體 Ａ. 空氣；Ｂ. 清水；Ｃ. 血液； Ｄ. 酒精；Ｅ. 泥漿。 52．靜止液體中存在 Ａ. 壓應(yīng)力； Ｂ. 壓應(yīng)力和拉應(yīng)力；Ｃ. 壓應(yīng)力和切應(yīng)力；Ｄ. 壓應(yīng)力 、切應(yīng)力和拉應(yīng)力； 53．相對(duì)壓強(qiáng)的起量點(diǎn)是 A. 絕對(duì)真空； B. 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓； C. 當(dāng)?shù)卮髿鈮?；D. 液面壓強(qiáng)。 54．金屬壓力表的讀數(shù)是 A. 絕對(duì)壓強(qiáng) ； B. 相對(duì)壓強(qiáng) ； C. 絕對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)； D. 相對(duì)壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)。 55．絕對(duì)壓強(qiáng)pabs、相對(duì)壓強(qiáng)p 、真空值pv、 當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)pa之間的關(guān)系是 A. pabs=p+pv ； B. p=pabs+pa ； C. pv=pa－pabs 。 56．在密閉的容器上裝有U形水銀測壓計(jì)，其中1、2、3點(diǎn)位于同一水平面上，其壓強(qiáng)關(guān)系為 A. A. p1=p2=p3 ； B. p1>p2>p3 ；C. p1p2 ；B．p1=p2 ；C．p1Ｑn；Ｂ．Ｑ<Ｑn；Ｃ．Ｑ＝Ｑn。 98．圓柱形外管嘴的正常出流條件是 A．L=(3-4)d ,H0>9m B． L=(3-4)d H0<9m Ｃ．L>(3-4)d ,H0>9m　?。模甃<(3-4)d ,H0<9m 99．圖示兩根完全相同的長管道．只是安裝高度不同，兩管的流量關(guān)為 Ａ．Ｑ1<Ｑ2 Ｂ．Ｑ1>Ｑ2 Ｃ．Ｑ1=Ｑ2 Ｄ．不定。 100．并聯(lián)長管１、２兩管的直徑相同，沿程阻力系數(shù)相同，長度L2=3L1，通過的流量為 Ａ．Ｑ1＝Ｑ2；Ｂ．Ｑ1＝1.5Q2； Ｃ．Ｑ1＝1.73Ｑ2；Ｄ．Ｑ1=3Ｑ２ 101．Ａ、Ｂ兩節(jié)點(diǎn)連接并聯(lián)管段1、２、３、則Ａ、Ｂ兩節(jié)點(diǎn)的水頭損失為 Ａ．hfab=hf1+hf2+hf3; Ｂ．hfab=hf1+hf2; Ｃ．hfab=hf2+hf3; Ｄ．hfab=hf1=hf2=hf3。 102．長管并聯(lián)管道各并聯(lián)管段的 A.水頭損失相等; B.．水力坡度相等; C．總能量損失相等; D．.通過水量相等。 103．并聯(lián)管道如圖,閥門全開時(shí)各管段流量Q1、Q2、Q3, 現(xiàn)關(guān)小閥門K,其他條件不變,流量變化為 A．Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３都減小； B. Ｑ１、Ｑ３減小Ｑ２不變; C.．Ｑ１、Ｑ３減小,Ｑ２增大; D. Ｑ１不變,Ｑ２增大,Ｑ３減小。 104．將孔口改為同直徑的外管嘴出流,其他的條件不變化,則出流流量增大,這是由于 A. A. 阻力系數(shù)減小所致; B．流速系數(shù)增大所致; C．作用水頭增大所致。 105．長管作用水頭H保持不變,出口又由自由出流改為淹沒出流后,管路流量 A.減小; B.不變; C．增大; D．不一定。 106．長管的水力計(jì)算場采用比阻A公式Ｈ=ALQ 比阻Ａ有關(guān)的參數(shù)包括 Ａ．管徑d管長Ｌ，管道的摩阻系數(shù)λ；Ｂ管徑d．管道的摩阻系數(shù)λ；Ｃ．管長Ｌ和管道的摩阻系數(shù)λ；Ｄ．管徑d管長Ｌ和管道流量。 107．某薄壁小孔口在作用的出流Ｑ0，當(dāng)作用水頭將為，并孔口改為同直徑的管嘴后的出流流量為Ｑn,Ｑ與Ｑn的流量關(guān)系為； 　Ａ．Ｑ0=Qn?。拢甉0Ｑn 108．明渠均勻流只能發(fā)生在： A. A.平坡棱柱形渠道；B.順坡棱柱形渠道；C．逆坡棱柱形渠道。 109．水力最優(yōu)斷面是: A. A.造價(jià)最低的渠道斷面;B.壁面粗糙系數(shù)最小斷面；C．.對(duì)一定的流量具有最大斷面積的斷面；D．對(duì)一定的面積具有最小濕周的斷面。 110．水力最優(yōu)矩形斷面,寬深比是: A. A.0.5；B.1.0；C.2.0；D．4.0。 111．梯形斷面渠道,在底坡i,粗糙系數(shù)n和通過流量Q一定的條件下,水力最優(yōu)斷面的條件是: A.過水?dāng)嗝婷娣eω具有最大的濕周Xmax；B.底寬b=2h(h為水深); C.h=2Rh(Rh為水力半徑)。 112．無壓圓管均勻流的流量隨水深而變化,當(dāng)充滿度α為何值時(shí),其流量最大: Aα.=1；B.α=0.95；C.α=0.81；D.α=0.5。 113．.無壓圓管均勻流的流速隨水深而變化,當(dāng)充滿度α為何值時(shí),其流速最大: Aα=1；B.α=0.95；C.α=0.81；D.α=0.5。 114．明渠流動(dòng)為急流時(shí). A.Fr>1； B.h>hc；C.h>h0；D.de/dh>0。 115．明渠流動(dòng)為緩流時(shí): A.Fr<1；B.hhc；C.hc0=hc；D.不定(其中hc為臨界水深) 122．理想流體與實(shí)際流體的主要區(qū)別在于( )。 A. 是否考慮粘滯性 B. 是否考慮易流動(dòng)性 C.是否考慮重力特性 D. 是否考慮慣性 123．對(duì)于實(shí)際流體,總水頭線是（ ）的線。 A. 沿程下降。B. 沿程升高。。 C. 沿程可升可降。 D. 沿程不升不降。 二、判斷題 判斷下列說法是否正確。若正確在括號(hào)內(nèi)劃√，否則劃。 1．動(dòng)能修正系數(shù)與斷面流速分布有關(guān)。（ ） 2．臨界雷諾數(shù)的大小與流體的性質(zhì)無關(guān)。（ ） 3．長短是指管道幾何長度長的管道。（ ） 4．謝齊（Chezy）公式適用于紊流粗糙區(qū)。 （ ） 5．按程沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律,尼古拉滋試驗(yàn)曲線分為三個(gè)區(qū)。（ ） 6．對(duì)于以重力為主導(dǎo)因素的流動(dòng)，可按佛勞德準(zhǔn)則進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。（ ） 三、簡答題 1.等壓面是水平面的條件有那些？ 2. 流體靜壓強(qiáng)的有那兩個(gè)特性？ 3.明渠均勻流有那些特性？ 4. 說明描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法（拉格朗日法與歐拉法）的主要區(qū)別。 5. 何謂不可壓縮流體？ 6. 試述系統(tǒng)和控制體的概念。 7. 何謂絕對(duì)壓強(qiáng)？何謂計(jì)示壓強(qiáng)？ 8. 試述理想流體和粘性流體的概念。 9. 試述流線和跡線的概念。 10. 試解釋水擊現(xiàn)象. 11. 試述層流和紊流的概念。 12. 試述有旋流動(dòng)和無旋流動(dòng)的概念。 四、計(jì)算題 1． 已知一流動(dòng)的速度場為：vx = 2xy+x，vy = x2-y2-y，試證明該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)，且存在流函數(shù)，并求速度勢(shì)及流函數(shù)。 解：（1）∵ ， 則 ωx= ωy= ωz = 0， 流動(dòng)為無旋流動(dòng)， ∴ 該流動(dòng)為有勢(shì)流動(dòng)。 又 ∵ ，即流動(dòng)為不可壓縮流體的平面流動(dòng)， ∴該流動(dòng)存在流函數(shù)。 （2） ∵ ∴ 速度勢(shì)為： ∵ ∴ 流函數(shù)為： 2． 如圖所示，兩圓筒內(nèi)裝的是水，用管子連接。第一個(gè)圓筒的直徑d1= 45 cm，其活塞上受力F1=320 N，密封氣體的計(jì)示壓強(qiáng)為981.0 Pa；第二個(gè)圓筒的直徑d2= 30 cm，其活塞上受力F2=490 N，開孔通大氣。若不計(jì)活塞重量，求平衡狀態(tài)時(shí)兩活塞的高度差h。 解： ∵ ∴ 3． 已知：一閘門如圖，h1 = 2m，h2 =3m，h3 =5m，閘門寬B = 2m，γ1 =9806 N/m3，γ2 =12000 N/m3，γ3 =46000 N/m3。求作用在AB板上的合力，以及作用在B點(diǎn)的合力矩。 解： 4． 圖示為水自壓力容器定常出流，壓力表讀數(shù)為10atm，H=3.5m，管嘴直徑D1=0.06m，D2=0.12m，試求管嘴上螺釘群共受多少拉力？計(jì)算時(shí)管嘴內(nèi)液體本身重量不計(jì)，忽略一切損失。 解：對(duì)容器液面和管嘴出口截面列伯努利方程： 選管嘴表面和管嘴進(jìn)出口斷面所圍成的體積為控制體，列動(dòng)量方程： 對(duì)管嘴的進(jìn)出口斷面列伯努利方程，得 ∴ 5． 如圖示，水流經(jīng)彎管流入大氣，已知d1=100mm，d2=75mm，v2=23m/s，不計(jì)水頭損失，求彎管上所受的力。 解：由連續(xù)方程： 得： 對(duì)彎管的進(jìn)、出口截面列伯努利方程： 其中，P2 b= 0，z1 = z 2，代入得： 選彎管所圍成的體積為控制體，對(duì)控制體列動(dòng)量方程： 求得：Fpnbx= - 710.6 (N) ∴ Fx= - Fpnbx= 710.6 (N) Fpnby= 1168.5 (N) Fy= - Fpnby= -1168.5 (N) 6． 已知油的密度ρ=850 kg/m3，粘度μ=0.06 Pa.s，在圖示連接兩容器的光滑管中流動(dòng)，已知H=3 m。當(dāng)計(jì)及沿程和局部損失時(shí)，求：（1）管內(nèi)的流量為多少？（2）在管路中安一閥門，當(dāng)調(diào)整閥門使得管內(nèi)流量減小到原來的一半時(shí)，問閥門的局部損失系數(shù)等于多少？（水力光滑流動(dòng)時(shí)，λ= 0.3164/Re0.25）。 解：（1）對(duì)兩容器的液面列伯努利方程，得： 即： (1) 設(shè)λ= 0.03，代入上式，得 v = 3.27 m/s，則 故，令λ=λ’=0.0291，代入（1）得：v=3.306（m/s） 則 ∴ （2） 則 求得： 7．為確定魚雷阻力，可在風(fēng)洞中進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模型與實(shí)物的比例尺為1/3，已知實(shí)際情況下魚雷速度vp=6 km/h，海水密度ρp=1200 kg/m3，粘度νp=1.14510-6 m2/s，空氣的密度ρm=1.29 kg/m3，粘度νm=1.4510-5 m2/s，試求：（1）風(fēng)洞中的模擬速度應(yīng)為多大？（2）若在風(fēng)洞中測得模型阻力為1000N，則實(shí)際阻力為多少？ 解：已知 （1） 由Rep = Rem 得， kν = kv kl， ∴ vm= kvvp= 386 =228 (km/h) （2）由kF= kρkl2 kv2 得 ∴ FP = Fm/kF = 1000/0.1725 = 5798 (N) 7． 流體通過孔板流量計(jì)的流量qv與孔板前、后的壓差ΔP、管道的內(nèi)徑d1、管內(nèi)流速v、孔板的孔徑d、流體密度ρ和動(dòng)力粘度μ有關(guān)。試用π定理導(dǎo)出流量qv的表達(dá)式。 （dimΔP =ML-1T-2， dimμ=ML-1T-1）。 解：設(shè)qv= f (ΔP, d1, v, d,ρ,μ) 選d, v, ρ為基本變量 上述方程的量綱方程為： 由量綱一致性原則，可求得： a1=0 a2=1 a3=0 a4=1 b1=1 b2=2 b3=0 b4=1 c1=2 c2=0 c3=1 c4=1 ∴ 8． 如圖所示，由上下兩個(gè)半球合成的圓球，直徑d=2m，球中充滿水。當(dāng)測壓管讀數(shù)H=3m時(shí)，不計(jì)球的自重，求下列兩種情況下螺栓群A-A所受的拉力。（1）上半球固定在支座上；（2）下半球固定在支座上。 解：（1）上半球固定在支座上時(shí) （2）下半球固定在支座上時(shí) 9. 新設(shè)計(jì)的汽車高1.5m，最大行駛速度為108km/h，擬在風(fēng)洞中進(jìn)行模型試驗(yàn)。已知風(fēng)洞試驗(yàn)段的最大風(fēng)速為45m/s，試求模型的高度。在該風(fēng)速下測得模型的風(fēng)阻力為1500N，試求原型在最大行駛速度時(shí)的風(fēng)阻。 解： 根據(jù)粘性力相似準(zhǔn)則， 又 10. 連續(xù)管系中的90漸縮彎管放在水平面上，管徑d1=15 cm，d2=7.5 cm，入口處水平均流速v1=2.5 m/s，靜壓p1e=6.86104 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。 解：由連續(xù)方程： 由能量方程： X方向動(dòng)量方程： Y方向動(dòng)量方程： 合力為: 11. 小球在不可壓縮粘性流體中運(yùn)動(dòng)的阻力FD與小球的直徑D、等速運(yùn)動(dòng)的速度v、流體的密度ρ、動(dòng)力粘度μ有關(guān)，試導(dǎo)出阻力的表達(dá)式。 （dimF =MLT-2， dimμ=ML-1T-1）。（15分） 解：設(shè)FD = f (D, v, ρ,μ) 選D、v、ρ為基本變量 上述方程的量綱方程為： 由量綱一致性原則，可求得： a1=1 a2=1 b1=2 b2=1 c1=2 c2=1 ∴ 12. 如圖所示，一封閉容器內(nèi)盛有油和水，油層厚h1=40 cm，油的密度ρo=850 kg/m3，盛有水銀的U形測壓管的液面距水面的深度h2=60 cm，水銀柱的高度低于油面h=50 cm，水銀的密度ρhg= 13600 kg/m3，試求油面上的計(jì)示壓強(qiáng)（15分）。 解： 13. 額定流量qm=35.69 kg/s的過熱蒸汽，壓強(qiáng)pe=981 N/cm2，蒸汽的比體積為v=0.03067 m3/kg，經(jīng)內(nèi)徑為227mm的主蒸汽管道鉛垂向下，再經(jīng)90彎管轉(zhuǎn)向水平方向流動(dòng)。如不計(jì)能量損失，試求蒸汽作用給彎管的水平力。 解：由連續(xù)方程： 得： 選彎管所圍成的體積為控制體，對(duì)控制體列x方向動(dòng)量方程： 14. 為測定90彎頭的局部阻力系數(shù)，在A、B兩斷面接測壓管，流體由A流至B。已知管徑d=50 mm，AB段長度LAB = 0.8 m，流量qv = 15 m3/h，沿程阻力系數(shù)λ=0.0285，兩測壓管中的水柱高度差Δh = 20 mm，求彎頭的局部阻力系數(shù)ξ。（15分） 解： 對(duì)A、B列伯努利方程： 15. Pipe AB is of uniform diameter and h=10.5 m The pressure at A is 170 kPa and at B is 275 kPa. Find the direction of the flow, and what is the pipe friction head loss in meters of the fluid if the liquid has a specific gravity of (a) 0.85; (b) 1.45? (10分) Solution: (a) ∵ ∴ the flow is from B to A (b) ∵ ∴ the flow is from A to B 16. A curved pipe is attached to a tank, and liquid flows out into atmosphere through the curved pipe. Determine the resultant force on the curved pipe. All the significant data are given in the figure. Assume an ideal liquid with γ=55 lb/ft3. Neglect the weight of the liquid. (10分) Solution: 17. An 180-mm-diameter pipeline (f=0.032) 150 m long discharges a 60-mm-diameter water jet into the atmosphere at a point that is 80 m below the water surface at intake. The entrance to the pipe is reentrant, with ke=0.9, and the nozzle loss coefficient k2=kn=0.055. Find the flow rate and the pressure at B. (15分) Solution: (a) (b) 18. What minimum value of b is necessary to keep the rectangular stone from sliding if it weighs 160 lb/ft3, a=14ft, c=16ft, and the coefficient of friction is 0.45? With this minimum b value, will it also be safe against overturning? Assume that water dose not get underneath the stone block. (10分) Solution1: to keep the rectangular stone from sliding, then Since ∴ it is also safe against overturning. 19. A flow is defined by u=2(1+t), v=3(1+t), w=4(1+t). What is the velocity of flow at the point (3,2,4) at t=2? What is the acceleration at that point at t=2? (10分) Solution: At t=2 20. Water flows over the spillway of constant section. Given that y1 = 4.2m and y2 = 0.7m, determine the resultant horizontal force on the spillway per meter of spillway width (perpendicular to the spillway section). Assume ideal flow. (10分) Solution: 將y1 = 4.2m, y2 = 0.7m, p1 = p2 , γ=9810 N/m2 , 代入得 解得：v1 =1.4 , v2 =8.4 To the right 21. Water and oil in an open storage tank. (a) Find the total forces exerted by the fluids on a tank wall, and (b) the location of the center of pressure. (10分) Solution: (a) (b) 22. A diverging nozzle that discharges an 8-in-diameter water jet into the air is on the right end of a horizontal 6-in-diameter pipe. If the velocity in the pipe is 12fps, find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle. Neglect fluid friction. (10分) Solution: to the right 23. A horizontal 100-mm-diameter pipe (f=0.027) projects into a body of water (ke=0.8) 1m below the surface. Considering all losses, find the pressure at a point 5 m from the end of the pipe if the velocity is 4 m/s and the flow is (a) into the body of water; (b) out of the body of water. (10分) Solution: (a) (b) 24. A rectangular plate 5 ft by 4 ft is at an angle of 30with the horizontal, and the 5-ft side is horizontal. Find the magnitude of the force on one side of the plate and the depth of its center of pressure when the top edge is (a) at the water surface; (b) 1 ft below the water surface. (10分) Solution: (a) (b) 1. 25. Water in a reservoir is discharged from a vertical pipe. If a=25 ft, b= 60 ft, c=40 ft, d= 2ft. All the losses of energy are to be ignored when the stream discharging into the air at E has a diameter of 4 in. What are pressure heads at B, C and D, if the diameter of the vertical pipe is 5 in? (10分) 26. A nozzle that discharges a 60-mm-diamater water jet into the air is on the right end of a horizontal 120-mm-diameter pipe. In the pipe the water has a velocity of 4 m/s and a gage pressure of 400 kPa. Find the magnitude and direction of the resultant axial force the water exerts on the nozzle, and the head loss in the nozzle. (10分) Solution: to the right 27. A 450-ft-long pipeline runs between two reservoirs, both ends being under water, and the intake end is square-edged and nonprojecting. The difference between the water surface levels of the two reservoirs is 150ft. (a) What is the discharge(流量) if the pipe diameter is 12 in and f = 0.028? (b) When this same pipe is old, assume that the growth of tubercles has reduced the diameter to 11.25 in and that f=0.06. What will the rate of discharge be then? (10分) Solution: (a) (b)