流体力学及び演習 II (流体力学 II)

(1)

埼玉工業大学期末試験問題用紙（流体力学及び演習Ⅱ）

解答上の注意解答にあたっては，思考の過程が明確にたどれるように配慮すること．結果だけの答案は採点しない．具体的な数値を用いた計算式には必ず単位を入れること（外に記さない）．単位が不明確だったり，ない場合は減点の対象になる．与えられていない物性値は教科書の値を用いること．

問題１と問題２は必修問題．問題３と問題４はどちらかを選んで解答すること．終了後解説を行うので途中退室しないこと．

１．図１のように，内径Dの円管の管端にノズルを固定し，空気を直径dのジェットとして大気中に噴出する．空気の密度を，体積流量を Qとして，以下の問いに答えなさい．

(1) 出口における平均流速vを，V，D，dのみを用いた式で表しなさい．

(2) ノズル入口および出口，そしてノズル内壁を検査面に取る．流れは定常と仮定して，検査面から単位時間あたり流出する正味の運動量の管軸方向成分を求めなさい．

(3) ノズル入口におけるゲージ圧力をpとする（よって，大気圧は0）．ノズル入口と出口の間で損失は生じていないとして，ベルヌーイの定理を用いてpを，V，D，dのみを含む式で表しなさい．

(4) 検査面内の流体に対して運動量の法則を適用して，ノズルが受ける軸方向の力FxをpとQを含まない形で求めなさい．[35点]

２．図２のような配管で，水槽からの水を大気に自由に噴出させている．H = 30 m，l = 60 mのとき，内径d = 100 mmの市販鋼管を用いたとき，管路を流れる流量を求めなさい．ただし，管入口部，弁および管摩擦による損失係数をそれぞれ1 = 0.05，2 = 0.90， = 0.0155，重力加速度g = 9.8 m/s²とする．[35点]

３．(1) 狭い隙間を通って水がもれる現象を，拡大模型を使って実験したい．実物の 20 倍の模型を作製し，

動粘度m = 9.15×10^–5 m²/sの油で実験を行う場合，代表速度は実物の何倍にすべきか．水の動粘度は20 ˚C に

おける値を用いること．[15点]

(2) 陸前高田にあった奇跡の一本松（高さ27 m、直径d = 1.2 m）に，高さh = 12 m，流速U = 10 m/sの津波が衝突したとして，一本松にかかる力を推算しなさい．抵抗係数CDは教科書p. 221の表の値を適用し，海水の密度は温度20 ˚Cの水と同じとしてよい．[15点]

４．直径d = 25 mm，長さl = 10 mの滑らかな円管内を流量Q = 1.8 m³/hで温度20 ˚Cの水が流れている．この時の摩擦損失ヘッドhf はいくらか求めなさい．ただし，レイノルズ数Reに対して管摩擦係数はブラジウスの式を適用し，この流れのレイノルズ数がブラジウスの式の適用範囲310³Re10⁵にあることを確かめなさい．[30点]

2019年1月22日(火) 時間50分

科目担当者学科名年次