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岩土工程师考试《流体力学》提高练习八
计算题。
1、有一钢板制风管,断面尺寸为/s,气体运动粘滞系数为15.0×/s,判断管内气体的流态?
2、一高压管末端接喷嘴,如下图所示,已知喷嘴出口直径为,管道直径为40,水在管中流量Q为0.4/s,求管嘴对水流的作用力。
3、已知不可压缩流体的流速分量为:问该流动是否为无旋流动?
4、已知平面流动的速度分量为:求:当t=1是过M(1,1)的流线方程。
5、一车间用直径为的风口送风,风口风速为6.0m/s,如长度比例常数为4,确定实验模型风口风速。若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s,则车间相应点的速度为多少?(已知空气的运动粘滞系数为0.0000157m2/s)进行实验。已知模型中水流速度为/s,实测模型桥墩受水流作用力为4N。求原型中相应的流速与作用力。
7、在水平放置的管线中接弯管,直径从600逐渐减小到300,水流方向偏转如图所示,在直径较大一端压强为172kN/,求作用于弯管上的力的大小和方向,①当水不流动时;②当通过的流量为876L/s时;
8、一弧形闸门AB,宽闸门转轴恰好与水面平齐,求作用于闸门的水静压力。
9、如下图所示,一水箱侧面开孔并接有一直径为的短管,形成管嘴出流,已知作用水头H=,管嘴出流流量系数u=0.82,试问:①管嘴出流流量Q;②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么?③合适的管嘴长度是多少?
10、如图所示,一水平射流冲击光滑平板,流量为求:①平板所受的冲击力。②流量Q1和Q2。
11、如下图所示:水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道,已知,两管短长均为L=,沿程阻力系数求:管道中水的流量、流速.
参考答案:
、解:
所以管内气体为紊流流动。
2、解:如图所示,由连续性方程得:
/s
/s
以轴线为基准面,列1-2断面的伯努利方程
则: /
设喷嘴对水流的作用力为F,沿水流方向列动量方程,并取得:
3、①检查流动是否无旋:
两者相等,故为无旋流动
②求速度势函数:
4、根据流线方程定义得流线方程:
当t=1时,
化简得:xdy+ydx+dy-dx=0
积分:xy+y-x+c=0
流线通过(1,1)点:即1×1+1-1+c=0 得:c=-1
将c=-1带入上式,得xy+y-x-1=0
化简得:(x+1)(y-1)=0
5、根据相似原理可得,实验模型风口直径为:
原型雷诺数为:Ren=6.0×0.5/0.0000157=191082.850000
所以气流处于阻力平方区,(可采用粗糙度较大的管道),则阻力平方区的最低雷诺数为50000 则:相应的模型气流出口速度Vm为:
Vm×0.125/0.0000157=50000
Vm=6.28m/s
流速比尺为:
若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s ,则车间相应点的速度为:
Vn==3.0×0.955=2.87m/s
6、经分析可知,此流动的主要作用力是重力,所以决定性相似准数为付鲁德准数。由付鲁德模型律可知:
由付鲁德准数相等推理得:
所以:/s
由欧拉准数相等推理得:
7、建立下图所示的坐标,水流方向如图所示:
当水流不动时:
P1=P2=172kN/
设Fx,Fy为水流作用于弯管的分力,如图
X方向:
Y方向:
=0-172×1/4×3.14×(300/1000)2×0.86
=-10.5kN
对弯管的合力:
方向为:a=arctan(Fy/Fx)
当有流动时:
由连续性方程得:
解得:/s /s
忽略阻力,应用伯努利方程,列1-1,2-2断面的方程:
带入数据解得:P2/r=10.2H2O=10.2×9.8=100Kn/
列动量方程:
X方向:
带入数据得:Fx=42.4kN
同理:y方向:
代入数据解得:Fy=15.2Kn
合力为:R==45.1Kn
方向为:a=arctan(Fy/Fx)
=
8、解:
9、①/s
②孔口与管嘴出流流动时,在出流管嘴内形成以真空区域主要原因是:流体具有粘滞性,流体质点流动时存在惯性,流线不能发生直接拐弯,只能是光滑的曲线因此靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空。
③L=(3—4)D=(3—4)×50=150—200 mm
10、建立如图所示的坐标:
设平板对水流的冲击力为R(方向与x轴正方向相同),如图中所示:
射流出口速度:
由于平板是光滑的,所以仅有法向力,由动量方程(x轴方向)得:
R=流出动量-流入动量
=
=
所以平
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