船舶流体力学考试答案

船舶流体力学考试答案

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船舶流体力学 试题卷

考试形式：闭卷 ，答题时间：100分钟，本卷面满分100分，占课程成绩的100 %

题号 一 二 三 四 五 卷 面 总 分

平 时 成 绩 课 程 总 成 绩

分数

一、(20分)

某对称机翼展长10m ，弦长2.0m ，厚度0.5m ，前缘半径0.2 m ，后缘半径近似为零，升角为12º。

(1) 画出翼型示意图，并在图上注明上述各部分(8分)。 (2) 求出展弦比、相对厚度、相对拱度。(6分) (3) 该机翼在水中运动，速度为2m/s ，水的动力粘度1×10-3 Pa·s ，密度1000kg/m 3，当升力系数0.75时，所产生的升力有多大？(6分)。 解：

(1) 翼型示意图如下

(2) 展弦比=b/l ；相对厚度=t/b ；相对拱度f/b ； (3) 升力L =C L 21ρv 2lb =0.75×2

1×1000×22×10×2=30000N

姓名: 班级：

遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范

教研室主任签字：

二、 (20分)

有一圆柱体将两侧的水分开。已知圆柱体的半径a=1m，圆柱左边水深2a，右边水深a，水的密度1000kg/m3，周围都是大气压力p a。

求：(1) 单位长圆柱面上所受静止流体的x方向总压力P x；(6分)

(2) 单位长圆柱面上所受静止流体的z方向总压力P z；(6分)

(3) 单位长圆柱面上所受静止流体的作用的总压力P。(8分

)

得分

解：

(1)水平方向单位宽度作用力

F

x

=ρg(2a·a-a·a/2) =1.5ρg a2

=1.5×1000×9.8×12=14700N

方向向右。

铅锤方向作用力

(2)F y=ρg(πa2-πa2/4) =0.75ρgπa2

=0.75×1000×9.8×π×12=23100N

方向向上。

(3)总作用力大小及方向。

三、(20分)

如图所示，摩托艇以15m/s 的速度在静水中航行。该艇用的喷水推进装置由船首进水，船尾排水。若射流相对艇的速度为20m/s ，流量为0.2m 3/s 。问 (1) 产生的推力F 为多大? (10分) (2) 该船的效率η为多少？(10分)

解：

(1)水流为入口速度v 即为艇的航速， v =15m/s

出口速度为V =20m/s

动量增量 ρQ (V- v )即为推力F 的大小 即F =ρQ (V- v )=9800×0.2×(20-15)=9800 N

(2)排水所需功率为单位时间内排水泵使水流产生的动能增量。

P i =21m (V 2-v 2)/t =2

1

ρQ (V 2-v 2)

有用功率

P o =F V =ρQ (V- v ) V 效率η=i o P P =)(2v V V +=)

1520(152+⨯=0.857=85.7%

15m/s

20m/s

0.2m 3

/s

四、(20分)

船模速度1m/s ，船模兴波阻力R m =100N ，若实船速度6m/s 。 (1) 写出原船与船模长度之比表达式并求出长度之比；(4分) (2) 写出原船、船模兴波阻力系数表达式；(4分)

(3) 写出原船、船模兴波阻力系数相等的条件及其表达式；(4分) (4) 写出原船与船模面积之比表达式；(2分)

(5) 求出原船的兴波阻力大小。(6分，其中公式、数据、结果各占2分) （1）

（2）由兴波阻力系数相等：

弗劳德数相等

=(1/36)2

原船的兴波阻力F w =R m 2

2m U U ⨯22366100⨯⨯=m

A A

=129600N

得分

五、(20分)

已知无限深水域中的表面波长为80m ，波幅a =0.8m ，求： (1) 波速；(4分) (2) 波数；(4分) (3) 周期；(4分) (4) 圆频率；(4分) (5) 波面方程。(4分) 解： (1)波速 π

π

280

8.92⨯==

gL

c =11.2m/s (2)波数 8022ππ==

L k =0.0785 (3)周期 2

.1180==

c L T =7.14s (4)圆频率 14

.722ππσ==T =0.88/s (5) 波面方程

)88.00785.0cos(8.0)(cos t x t kx a -=-=σζ

VT

L =

Sr

gL V =

Fr

2

Eu V p ρ=

ν

LV

=

Re

试 卷 附 录