工程流体力学试题

南京工业大学 工程流体力学 试题（A）卷（闭）

2010--2011 学年第 二 学期 使用班级 安全0901-03 班级 学号 姓名

1、一根直径为d1 = 0.1m的水管垂直放置，在上方转90°弯后立即收缩成直径为d 2 = 0.05m

喷口，水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s，忽略一切损失，试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。

2p1v12p2v2?z1???z2??2g?2gv1d1?v2d2p1102202??4?解：v1?0.1?20?0.05 98072?9.8072?9.087v1?10m/sp1?3.78?105Pa 2、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa，H = 3m，管嘴大小口直径 D = 5cm，d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。

v1D?v2d 解：连续性方程：v1?5?v2?1

v2?5v1p1?p??H静力学基本方程p1?106?9807?3

?10.3?105p12v12v2???2g2gv1225v1210.3?105伯努利方程 ??98072?9.8072?9.807v1?9.26m/s

qV?11?D2v1???(5?10?2)2?9.26?1.82?10?2m3/s 44 动量方程

?qV(v2?v1)??F?p1A1?F1F?10.3?105???25?10?4?1000?1.82?10?2?4?9.26

4F?1346.9N3、一贮水箱通过一直径为d的底部小孔排水，设排放时间t与液面高度h，重力加速度g，

流体密度ρ，粘度μ等参数有关，试用量纲分析法

（1）取h, g,ρ为基本量，求包含时间的无量纲量Π1 ； （2） 取d, g,ρ为基本量，求包含粘度的无量纲量Π2 。

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解：f(d,t,h,g,?,?)?0

n=6

(1)取h, g,ρ为基本量

?1?hagb?ct111MTL?L(LT)(ML)T0?c1

0??2b1?1 b1?1 2000a1?2b1?3c1

0?a1?b1?3c1 a1??1/2

?1?gt h（2）取d, g,ρ为基本量

?2?dagb?c?222MTL?L(LT)(ML)MLT000a2?2b2?3c2?1?1

0?c2?1 c2??1 0??2b2?1 b2??1/2 0?a2?b2?3c2?1 a2??3/2

?2?d?3/2g?1/2??1? ??2??d3/2g2

4、四． 图示一对称臂洒水器，臂长 l?0.25m, 喷咀面积A =0.93cm， ? = 45?。从中心

管流入的总流量qV =5.6×10-4m3/s。若不计损失，求（1）若不让其转动应施多大力矩M；（2）不加力矩时喷管的转速n。

(1)保持不动

M?2vcos?l?qV?05.6?10?45.6?10?4??2??cos45?0.25?1000??422?0.93?10?0.298N.m

（2）不加力矩时的转速

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2(vcos???l)l?qV?0qVcos45???l)l?qV?02A 5.6?10?4?cos45???0.25?0?42?0.93?105.6?10?4?cos45????8.5s?1?40.25?2?0.93?10?n??60?81.4r/min

2?5、如图所示的抛物线闸门，宽度为b，铰接在B点上，建立如下坐标系后，抛物线闸门断面的方程为y=H-4x2。

1.求流体作用在闸门上总压力的水平分力Fx大小；（4分） 2.求流体作用在闸门上总压力水平分力Fx的作用中心hD；（4分） 3.求流体作用在闸门上总压力的竖直分力Fz大小；（4分） 4.求流体作用在闸门上总压力竖直分力Fz作用中心xD；（4分） 5.维持闸门平衡所需的F。（4分） 2(

2 y?H?4x解：抛物线方程

H?H2bHb?（1）水平分力的大小Fx??hcAx?? 221?b?H3JH2H（2）水平分力压力中心hD?hc?c??12 ?HhcAx23?H?b2（3）垂直分力的大小Fy??Vp??Ab?（4）抛物面面积 A???dxdy??DH/2?bHH3H?4x2

0dx?0dy?HH/3

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1HH抛物面形心x???xd??AD31HH y???yd??AD3?H/20xdx?dx?H?4x20H3H dy?48?H/2H?4x200H4 ydy?45H4H3HH3H竖直分力必然经过形心（，），xD?

454848（5）合力?F?Fx2?Fy2?维持闸门平衡的力

?Hb69H2?4H

FH?Fx(H?hD)?FyxDF??bH2(24?H2)144

合力与y轴夹角tg??Fx3F?H sin??x? Fy2?F

如图所示矩形敞口盛水车，长2L(m)，高h=2L (m)，静止时水深h1=L (m)。重力加速度为g(m/s2)。求水刚好不溢出时，盛水车的加速度a的大小。（5分） a

h=

2L h1=L A 2L

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解：自由面方程为：ax+gzs=0, 水刚好不溢出时, zs(x=-L)=h-h1，因此，-a(-L)/g=2L-L，即a=g。

五、如下左图所示，水由水箱1经圆滑无阻力的孔口水平射出冲击到以平板上，平板封盖着另一水箱2的孔口，水箱1中水位高为h1，水箱2中水位高为h2，两孔口中心重合，且d1=d2/2，当h1已知时，求h2高度。（10分）

h d 1 1 d h 2 2

六、如上右图所示断面突然缩小管道，已知两段面的直径分别为d1(mm)，d2(mm)，且d1=2d2=2d，流量为Q（l/s），水银比压计读数h（mmHg），水与水银的密度分别为ρ1、ρ

2，求从

1-1断面流经2-2断面的能量损失hw。(10分)

如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。水从一容器通过锐边入口进入管系，局部损失系数为0.5，钢管的内径均为d(m)，水在钢管内流动的沿程损失系数为λ，用水泵保持稳定的流量Q(m3/s)，水与水银的密度分别为ρ1、ρ2，若在给定流量下水银差压计的示数为H(mm)。

1.计算水通过阀门的局部损失系数；（4分） 2.计算阀门前水的计示压强。（6分）

h(m) 南京工业大学 第 5 页 共 5 页 3h(m) H(mm) 水泵

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