流體力學(xué)作業(yè)2答案

1、作業(yè)2答案（第3章、第4章）第3章一、 選擇題1、流體運動的連續(xù)性方程是根據(jù)（C）原理導(dǎo)出的。A、動量守恒 B、質(zhì)量守恒 C、能量守恒 D、力的平衡2、流線和跡線重合的條件為（ C ）A、恒定流 B、非恒定流 C、非恒定均勻流二、判斷題1、以每個流體質(zhì)點運動規(guī)律為研究對象的方法稱為拉格朗日法。 （正確）2、恒定流一定是均勻流。 （錯誤）3、渦流是指流體質(zhì)點在運動中不繞自身軸旋轉(zhuǎn)的流動。 （正確）4、無旋流就是無渦流。 （正確）5、非均勻流一定是非恒定流。 （錯誤）三、簡答題1、述流體運動的兩種方法是什么？簡述其內(nèi)容。答：研究流體運動有兩種不同的觀點，因而形成兩種不同的方法：一種方法是從分析流體

2、各個質(zhì)點的運動著手，即跟蹤流體質(zhì)點的方法來研究整個流體的運動，稱之為拉格朗日法；另一種方法則是從分析流體所占據(jù)的空間中各固定點處的流體的運動著手，即設(shè)立觀察站的方法來研究流體在整個空間里的運動，稱其為歐拉法2. 流體微團體運動分為哪幾種形式? 答： 平移 線變形 角變形 旋轉(zhuǎn)變形。3. 寫出恒定平面勢流中流函數(shù)、勢函數(shù)與流速的關(guān)系。（改為：寫出恒定平面勢流中流函數(shù)具有的性質(zhì)，流函數(shù)與流速勢的關(guān)系。）答：流函數(shù)具有的性質(zhì)（1）流函數(shù)相等的點組成的線即流線，或曰，同一流線上個點的流函數(shù)為常數(shù)。（2）兩流線間的函數(shù)值之差為為單寬流量。（3）平面勢流的流函數(shù)為一個調(diào)和函數(shù)。答：流函數(shù)與流速勢的關(guān)系（1

3、）流函數(shù)與勢函數(shù)為調(diào)和函數(shù)。（2） 等勢線與等流函數(shù)線正交。4什么是過流斷面和斷面平均流速？為什么要引入斷面平均流速？答：與流線正交的斷面叫過流斷面。過流斷面上點流速的平均值為斷面平均流速。引入斷面平均流速的概念是為了在工程應(yīng)用中簡化計算。5如圖所示，水流通過由兩段等截面及一段變截面組成的管道，試問：(1)當(dāng)閥門開度一定，上游水位保持不變，各段管中，是恒定流還是非恒定流？是均勻流還是非均勻流？(2)當(dāng)閥門開度一定，上游水位隨時間下降，這時管中是恒定流還是非恒定流？(3)恒定流情況下，當(dāng)判別第II段管中是漸變流還是急變流時，與該段管長有無關(guān)系？答：（1）是恒定流。、是均勻流，是非均勻流。 （2）

4、管中為非恒定流。 （3）有。管段相當(dāng)長為漸變流，管段較短為急變流。四、計算題（解題思路）1 恒定二維流動的速度場為 ，其中秒-1。（1）論證流線方程為；（2）繪出C0、1及4m2的流線；（3）求出質(zhì)點加速度的表達式。解：（1）流線方程為： 代入數(shù)值推導(dǎo) （2）（略） （3）由：代入數(shù)值求解。 代入數(shù)值求解。答案: 2 試檢驗下述不可壓縮流體的運動是否存在？（1）（2） 解：由連續(xù)性微分方程，=0 流體的運動存在,反之流體的運動不存在。 答案:（1）代入數(shù)值求解， 流體的運動不存在。（2）代入數(shù)值求解，流體的運動存在。3 水流從水箱經(jīng)管徑分別為的管道流出，出口流速，如圖所示。求流量及其它管道的斷

5、面平均流速。 解：應(yīng)用連續(xù)性方程（1）流量：4.91 (2) 斷面平均流速 , 。4 如圖鉛直放置的有壓管道，已知d1=200mm，d2=100mm，斷面1-1處的流速v1=1m/s。求（1）輸水流量Q；（2）斷面2-2處的平均流速v2；（3）若此管水平放置，輸水流量Q及斷面2-2處的速度v2是否發(fā)生變化？（4）圖a中若水自下而上流動，Q及v2是否會發(fā)生變化？ 解：應(yīng)用連續(xù)性方程（1） （2）（3）不變。（4）流量不變則流速不變。5 已知某流場的流速勢為，為常數(shù)，試求及。 解： 6. 對于，的平面流動，為常數(shù)。試分析判斷該流動： (1) 是恒定流還是非恒定流？(2) 是均勻流還是非均勻流？(3

6、) 是有旋流還是無旋流？解：應(yīng)用質(zhì)點加速度數(shù)學(xué)表達式 求解。看時間加速度與遷移加速度判別是恒定流還是非恒定流;是均勻流還是非均勻流。答案: （1）是恒定流。 （2）是非均勻流 （3）用無旋流數(shù)學(xué)表達式求解，是無旋流第4章一 選擇題1、總流伯努力方程適用于 （A）A、恒定流 B、非恒定流 C、可壓縮流體2、總水頭線與測壓管水頭線的基本規(guī)律是： （ A ）（C）A、總水頭線總是沿程下降的 B、總水頭線總是在測壓管水頭線的上方C、測壓管水頭線沿程可升可降 D、測壓管水頭線總是沿程下降的二 判斷題 1、N-S方程為理想流體運動的微分方程。 （ 正確 ）2、畢托管是量測流體電流速的一種儀器。 （ 正確

7、）三 簡答題1. 說明總流能量方程中各項的物理意義。答：P712. 寫出實際流體恒定元流的伯努利方程和實際流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的區(qū)別？ 答：P66P71 3 應(yīng)用恒定總統(tǒng)能量方程時，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段？ 答：因為建立恒定總流的伯努利方程時，把作為常數(shù)提到積分號外面，只有漸變流斷面或均勻流斷面的 。4 在寫總流能量方程時，過流斷面上的代表點、基準面是否可以任意選取？為什么？答：可以。因為漸變流斷面或均勻流斷面的 。5 關(guān)于水流流向問題有如下一些說法：“水一定由高處向低處流”；“水是從壓強大向壓強小的地方流”；“水是從流速大的地方向流速小的地方流”。這些說法是否

8、正確？為什么？如何正確描述？答：（1）“水一定由高處向低處流”，（不對），對明渠水流是對的，對有壓管流不一定。 “水是從壓強大向壓強小的地方流” （不對），在有壓管流中常常有從壓強小向壓強大的地方流的現(xiàn)象。 （2）正確描述時，流體的運動方向總是由單位重量流體能量大的位置流向單位重量流體能量小的位置。（不能單從位能或壓能一個角度比較）6 總流的動量方程為，試問：（1）中包括哪些力？（2）如果由動量方程求得的力為負值說明什么問題？答：（1）一般為表面力、重力，（慣性力、摩擦力、彈性力含在待求的力中了） （2）求得的力為負值說明原假設(shè)的力的方向不對，反向即可。四、計算題（解題思路）1在一管路上測得過

9、流斷面1-1的測壓管高度為1.5m，過流面積A1為0.05m2；過流斷面2-2的面積A2為0.02m2；兩斷面間水頭損失為；管中流量Q為20l/s；z1為2.5m，z2為2.6m。試求斷面2-2的測壓管高度。（提示：注意流動方向）。（改為1.6m與圖相符）解: 能量方程可以求解位能、壓能、流速與能量損失。求測壓管高度即求壓強，自然要想到用能量方程。 向未知情況下 ，流動方向可以假定。 先求出 列能量方程求解答案：= -2.289mH2o (1流向2) ; = -1.473 mH2o (2流向1)2. 如圖所示，從水面保持恒定不變的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大氣，管路由三段直徑不等的管

10、道組成，其過水面積分別是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容積很大，行近流速可以忽略（v00），當(dāng)不計管路的水頭損失時，試求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線。 解: (1) 因為不計管路的水頭損失,此題為理想流體的流動。 因為是理想流體，作用水頭完全轉(zhuǎn)化為動能。 先解出第3條管中斷面平均流速，在求流量。 答案： （2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線步驟： 因為是理想流體，不計水頭損失，故總水頭線為水平。 計算各段流速水頭 。 總水頭線下方減去1個流速水頭得測壓管水頭線。（測壓管水頭線及總水頭線圖，略）3如圖一管路，A、B兩點

11、的高差z1m，點A處直徑dA=0.25m，壓強pA=7.84N/cm2，點B處直徑dB=0.5m，壓強pB4.9N/cm2，斷面平均流速VB1.2m/s。判斷管中水流方向。解: 判斷管中水流方向,，要從單位重量流體總的機械能考慮，總是單位重量流體總的機械能大的位址向單位重量流體總的機械能曉得的地方。（1）計算A點與B點單位重量流體總的機械能。（2）比較A點與B點單位重量流體總的機械能的大小。 答案：從A流向B 。4在水平安裝的文丘里流量計上，直接用水銀壓差計測出水管與喉部壓差h為20cm，已知水管直徑為10cm，喉部直徑為5 cm，當(dāng)不計水頭損失時，求通過流量Q。解: 可以直接用公式求解，也可

12、以流能量方程推導(dǎo)公式求解。 答案：5為將水庫中水引至堤外灌溉，安裝了一根直徑d為15cm的虹吸管（如圖），當(dāng)不計水頭損失時，問通過虹吸管的流量Q為多少？在虹吸管頂部s點處的壓強為多少？解: 此題屬理想流體的水力計算，作用水頭轉(zhuǎn)化為動能。 s點處的壓強進考慮位能、動能壓能之間的轉(zhuǎn)化。 （1）列上游水面到管出口間的能量方程求流量， （2）列上游水面到s點處的能量方程求s點處的壓強，6一平板閘門寬b為2m，當(dāng)通過流量Q為8m3/s時閘前水深h為4m，閘孔后收縮斷面水深hC為0.5m，求作用于平板閘門上的動水總壓力（不計摩擦力）。解: 此題為用動量方程求解作用力。因為流量未知，涉及到連續(xù)性方程、能量方程、動量方程這三大方程的聯(lián)合應(yīng)用。 （1）取控制面（脫離體）（上游過流斷面與C-C斷面之間）（2）畫出相對壓強分布圖，全面并分析、計算外力（上游過流斷面壓力P1 ，C-C斷面壓力P2 ，重力沿水流方向的分力為0，設(shè)平板閘門對水的動水總壓力為R ，方向向左。（3）因為流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由兩個未知量，用連續(xù)性方程消掉1個未