流体力学总复习Word下载.docx
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由,得
4、计算题
如图所示,计算圆管突然扩大的局部损失。
取水平基准面0-0,过水断面的压强、速度及位置高度如图
由于Ⅰ、Ⅱ两过水断面上流线已接近平行,即属于缓变流,因此可写出两断面的伯努利方程(设)
(1)
由于在dt时间内从断面Ⅰ到Ⅱ的流速由变为,根据动量定理得
整理得
(2)
由
(1)和
(2)得
由连续性方程代入上式得
其中
5、计算题
如图有一并联管路,已知=100mm,=80m,=0.021;
=75mm,=50m,=0.025;
Q=30,求、。
由;
则,代入数值得
则
所以解出
6.如图,在两块相距20mm的平板间充满动力粘度为0.065(N·
s)/m2的油,如果以1m/s速度拉动距上平板5mm,面积为0.5m2的薄板(不计厚度),求需要的拉力。
[解]
平板上侧摩擦切应力:
(N/m2)
平板下侧摩擦切应力:
拉力:
(N)
7.如图所示,有一直径12cm的圆柱体,其质量5kg,在力100N的作用下,当淹深0.5m时,处于静止状态,求测压管中水柱的高度。
[解]圆柱体底面上各点所受的表压力为:
(Pa)
由测压管可得:
则:
(m)
8.有一水平喷嘴,如图所示,=200mm和=100mm,喷嘴进口水的绝对压强为345kPa,出口为大气,=103.4kPa,出口水速为22m/s。
求固定喷嘴法兰螺栓上所受的力为多少?
假定为不可压缩定常流动,忽略摩擦损失。
[解]螺栓上所受的力等于水对喷嘴的作用力,与喷嘴对水的作用力大小相等方向相反.
设喷嘴对水的作用力为
取喷嘴入口、出口和喷嘴壁面为控制面,列控制体内水的动量方程:
(a)
又由连续性方程:
(b)
解(a)、(b)可得:
-7171.76(N)
则,螺栓上所受得力为7171.76N
9.不可压缩流体无旋流动的速度分布为,,,若此流场满足连续性方程,试导出、、、所需满足的条件。
(不计重力影响)
[解]根据连续性方程
根据无旋流动条件:
、、、所满足得条件为:
10.水流过一段转弯变径管,如图所示,已知小管径200mm,截面压力kPa,大管径400mm,压力kPa,流速=1m/s。
两截面中心高度差1m,求管中流量及水流方向。
[解](m3/s)
(m/s)
取截面1为基准面,
截面1机械能:
截面2机械能:
水流方向为由1截面到2截面。
11计算题
1.有一并联管道,如图所示。
若已知qv=300m3/h,d1=150㎜,L1=40m,d2=50㎜,L2=30m,d3=100㎜,L3=50m,λ1=λ2=λ3=0.02。
试求各支管中的流量qv1、qv2、qv3及并联管道中的水头损失。
依并联管道的特性:
(1)hw1=hw2=hw3
λ1×
=λ2×
=λ3×
……
(1)
(2)qv=qv1+qv2+qv3:
A1V1+A2V2+A3V3=qv……
(2)
由
(1)得:
V2=V1A2=A1,qv2=A2×
V2=A1V1=0.074qv1
V3=V1=0.73V1,A3=0.444A1;
qv3=A3V3=0.324qv1
则:
qv1+0.074qv1+0.324qv1=300
qv1=214.6m3/h
qv2=15.88m3/h
qv3=69.52m3/h
又:
V1=(4×
214.6)÷
(3.14×
0.15×
3600)=3.375m/s
hw1=hw2=hw3=(0.02×
40×
3.375×
3.375)÷
(0.15×
2×
9.806)=3.1mH2O
12、水平输送管道各部分尺寸如图示,已知水箱水位H=5m,水箱上压强表的读数pe=892.24Kpa,调节门局部阻力系数ξ门=4.0,喷嘴局部阻力系数ξ嘴=0.06,管道的沿程阻力系数λ=0.025,求通过管道的流量。
已知:
d1=100㎜,L1=10m;
d2=200㎜,L2=40m,d3=80㎜。
解题要点1)求流量,必须求速度。
因为:
qv=A·
V
2)求速度,必须用伯努利方程,则选有效截面:
0-0,1-1,2-2-,3-3
Z0++=Z3+++hw
式中:
Z0-Z3=H=5,
P0=Pe+Pa;
P3=Pa
V0=0
hw=×
+ζ4+×
+
=ζ1+ζ2+ζ3=0.5+4+0.5625=5.0625;
ζ4=0.06
[式中ζ3=(1-)2=0.5625]
=(0.025×
10)÷
0.1=2.5,=(0.025×
40)÷
0.2=5
=0.4096×
=0.0256×
hw=5.0625×
0.4096×
+0.06×
+2.5×
+5×
0.0256×
=3.2856
(1+3.2856)=Z0-Z3+=5+=96;
96÷
4.2856=22.4
==21m/s
qv=A3·
V3=(3.14×
0.08×
21)÷
4=0.1m3/s
13、画图题
1.绘出AB壁面上的相对压强分布图2.绘出AB曲面上的压力体(4分)
2.(a)虚压力体(b)虚压力体
14、计算题
输油管直径,流量,油的运动粘度,求每公里管长的沿程水头损失。
,属于层流
=0.685m油柱
15、计算题
由一高位水池引出一条供水管路AB,如图所示。
流量管路的直径;
压力表的读数;
高度,试计算水流在AB段的水头损失。
取O-O为水平基准面,对过水断面1-1和过水断面2-2列出伯努利方程
由于m,,,
m,
,
将以上各量之值代入伯努利方程,得
所以m
16、计算题(15分)
如右图所示为一内径的水平弯管,弯管内水流的速度,进出口处的相对压强,求流体作用在弯管上的力的大小和方向(不计损失)。
,
则
弯管对流体的作用力:
方向为:
因此,流体对弯管的作用力与大小相等,方向相反。
17、计算题
一段直径的管路长。
其中有两个900的弯管(900=0.294),管段的沿程阻力系数=0.037。
如拆除这两个弯管而管段长度不变,作用于管段两端的总水头也维持不变,问管段中的流量能增加百分之几?
在拆除弯管之前,在一定流量下的水头损失为
式中为该流量下的圆管断面流速。
拆除弯管后的沿程水头损失为
式中为拆除弯管后该流量下的圆管断面流速。
若两端的总水头差不变,则得
因而
流量,不变,所以,即流量增加7.7%。
19、绘图题(对同一种液体绘出AB壁面上的相对压强分布图)
18、计算题
如右图,求作用在直径,长的圆柱上的总压力在水平及垂直方向的分力和压力中心。
1)水平分力
其压力中心m
2)垂直分力
(方向向上)
其压力中心
20、计算题
由两根不同直径的管子与一渐变连接管组成的管路如右图所示,已知:
,;
m,,流速m/s,。
试判断流动方向,并计算A、B两断面之间的水头损失。
设液流由A→B,基准水平面为O—O,取A、B两断面,列总流的伯努利方程
(5分)
根据连续性方程得代入上式(8分)
代入数据得水柱。
因为,所以所设方向正确。
即A→B
21、计算题
某供水系统中一水平供水管道,直径m,拐弯处的弯角,管中断面1—1处的平均流速,压强为,如右图所示,若不计弯管内的水头损失,求水流对弯管的作用力。
过水断面1—1和2—2的断面积、平均流速和压强分别用、、和、
、表示,建立如图坐标系。
(2分)
断面1—1和断面2—2所受压力分别为和,管壁对流体的作用力为。
可沿、轴分解为、,由于弯管是水平放置的,重力在x轴和y轴的投影等于零。
总流的动量方程在x轴和y轴的投影为
即
(10分)
根据题意可知
则(13分)
由连续性方程可知,m/s,同时,又由于弯管水平放置,且不计水头损失,则由总流的伯努利方程得到
(16分)
于是
又
将上述这些数值代入前面二式,可求出、,得
水流对弯管的作用力与大小相等,方向相反,即;
最后得
(20分)
22、计算题
做沿程水头损失实验的管道,直径,测量段长度,,。
试求:
(1)当流量时,管中的流态?
(2)此时的沿程水头损失系数=?
(1)
所以管中流态为层流。
(2)
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