流體力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)答案第三章

1、流體力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)（三）流體動(dòng)力學(xué)本次作業(yè)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)1. 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法（1）拉格朗日法；（2 ）歐拉法。2. 流體流動(dòng)的加速度、質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)流場(chǎng)的速度分布與空間坐標(biāo)（x, y, z）和時(shí)間t有關(guān)，即u =u（x, y, z,t）流體質(zhì)點(diǎn)的加速度等于速度對(duì)時(shí)間的變化率，即_ Du況 + £u dx 十色 dy + 6u dzDt& ex dt &y dt cz dt投影式為axux泌.t ；xay-uy:Pyux-人L、xazDt-:t人）yyuyuz-:y :-.:uz:uz:uz-ux - uy - a八cJ;x : y或du u （u、）udtct在歐拉法中

2、質(zhì)點(diǎn)的加速度 du由兩部分組成，為固定空間點(diǎn)，由時(shí)間變化dta4引起的加速度，稱(chēng)為當(dāng)?shù)丶铀俣然驎r(shí)變加速度，由流場(chǎng)的不恒定性引起。（u人）u為同一時(shí)刻，由流場(chǎng)的空間位置變化引起的加速度，稱(chēng)為遷移加速度或位變加速度，由流場(chǎng)的不均勻性引起。歐拉法描述流體運(yùn)動(dòng)， 質(zhì)點(diǎn)的物理量不論矢量還是標(biāo)量，對(duì)時(shí)間的變化率稱(chēng)為該物理量的質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)或隨體導(dǎo)數(shù)。例如不可壓縮流體，密度的隨體導(dǎo)數(shù)流體流動(dòng)的分類(lèi)(1) 恒定流和非恒定流(2) 一維、二維和三維流動(dòng)(3) 均勻流和非均勻流3. 流體流動(dòng)的基本概念(1)流線和跡線流線微分方程dx _ dy _ dzUxUy uz跡線微分方程Ux Uy Uz(2) 流管、流束與總流(

3、3) 過(guò)流斷面、流量及斷面平均流速體積流量Q二AudA(m3/s)質(zhì)量流量QmudA (kg / s)udAA斷面平均流速(4) 漸變流與急變流連續(xù)性方程(1)不可壓縮流體連續(xù)性微分方程Ux(2)元流的連續(xù)性方程dQr = dQ2UdA =u2dA(3)總流的連續(xù)性方程SdA| 二 u2dA4. 運(yùn)動(dòng)微分方程(1)理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程(歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程)X1rpMxp；:xa1p:uyp.x1；:uzY-jtcuveux 丄cuxuxuyuz-；x :y ；z.:uy.:uv一:uyux V uy V uz V:x:zcuzcuzux - - uy - u:x ；y；:uzz:z矢量表示式f

4、 丄p二出(、)up汛(2)粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程(N-S方程)1 cp 2cuxcuxcuxuxuyx2xy ux-：Ux丫七"uy+ uz.y ；z-：uyZyFyQyuxuyuz-譏：x: y:z,:uz ；:uz:uz : uz_ 比 z uy _ uz _a'、f.Jf.Jf.;x :y :：z1 2 fph；uP H7.理想流體的伯努利方(1)理想流體元流的伯努利方程矢量表示式弓（u Tu-t(2)理想流體總流的伯努利方程Zi2 2 - lVl = z 匹 一 2v2 2g 2g 2g8.實(shí)際流體的伯努利方程(1)實(shí)際流體元流的伯努利方程2 2u1 =z +邑+生+

5、hZ2hw:g 2g(2)實(shí)際流體總流的伯努利方程2 2乙衛(wèi).沁=z 理沁 hN 'g 2g z2，g 2g 九10.恒定總流的動(dòng)量方程、f 二 g 祖2 一 X投影分里形式'Fx沁 - -iVix1'Fy = EQ ：2V2y _ ：iV1y'、F = Qi 2V2z 一 1V1z標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)（5）流體運(yùn)動(dòng)學(xué)選擇題1. 用歐拉法表示流體質(zhì)點(diǎn)的加速度a等于（）。A. d r B. 丁 C.（V ：） v D. v （v ） v dt2ct2. 水在一條管道中流動(dòng)，若兩截面的管徑比dd2 =3，則速度比vjv2為（）。A. 3B. 1/3C. 9 D. 1/93.

6、通過(guò)一個(gè)曲面上的體積流量與曲面上的（）有關(guān)。A.法向速度 B.切向速度C.密度分布D.壓強(qiáng)4. 連續(xù)性方程表示控制體的（）守恒。A.能量B.動(dòng)量C.流量D.質(zhì)量5. 在（）流動(dòng)中，流線和跡線重合。A .不可壓縮B .無(wú)黏C.恒定D .非恒定6. 一維流動(dòng)中，“截面積大處速度小，截面積小處速度大”成立的必要條件是（）。A .理想流體B .黏性流體C.可壓縮流體D .不可壓縮流體7. 當(dāng)隕星在天空中下墜時(shí)，其劃過(guò)的白線是（）。A.流線 B. 跡線 C. 等勢(shì)線 D. 等流函數(shù)線8. 歐拉法（）描述流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。A 直接 B.間接 C.不能D 只在恒定時(shí)能。9. 流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)與剛體運(yùn)動(dòng)相比，多了

7、一項(xiàng)（）運(yùn)動(dòng)。C.變形B.遷移加速度為零D .加速A .平移B .旋轉(zhuǎn)10. 均勻流是（）。A.當(dāng)?shù)丶铀俣葹榱鉉.向心加速度為零D.合加速度為零11. 一元流動(dòng)限于（）。A.流線是直線B.速度分布按直線變化C.運(yùn)動(dòng)參數(shù)是一個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù) D .運(yùn)動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。12.已知不可壓縮流體的流速場(chǎng)為Uxf (y, z), Uyf （x）, Uz =0，則該流動(dòng)為B.二元流A. 一元流13.恒定流是（A.流動(dòng)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化C.三元流D.均勻流B.各過(guò)流斷面的速度分布相同C.各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間變化D.遷移加速度為零15.根據(jù)圖1所示三通管流，可得（）A. qviqv

8、2 =qv3B. qvi qv2 = qv3C. qvi = qv2 qv3D. qviqv2qv3 - 0二、填空題1. 流線一般不能相交，且只能是一條 曲線。2. 體積流量qv與質(zhì)量流量 qm的關(guān)系是。3. 漸變流斷面上各點(diǎn)的測(cè)壓管水頭z -丄近似等于。Pg4. 在研究工程流體力學(xué)時(shí)主要采 。5. 用歐拉法表示流體的質(zhì)點(diǎn)加速度由 和兩部分組成。三、判斷題1. 根據(jù)流動(dòng)的分類(lèi)，三元流是指Ux =O,Uy =O,Uz =0的流動(dòng)。（）2. 恒定流的遷移加速度等于零，而均勻流的當(dāng)?shù)丶铀俣鹊扔诹?。（?. 若流動(dòng)的合加速度不等于零，則該流動(dòng)必為非恒定流。（）4. 恒定流是指運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間和空間變

9、化的流動(dòng)。（）5. 均勻流是指過(guò)流斷面上各點(diǎn)流速均勻相等的流動(dòng)。（）6. 急變流是指流線近似為平行直線的流動(dòng)。（）7. 漸變流是指流速分布沿程不變的流動(dòng)。（）8. 拉格朗日法是以流場(chǎng)中每一流體質(zhì)點(diǎn)作為研究對(duì)象。（）9. 駐點(diǎn)上流線是相交的，這是因?yàn)轳v點(diǎn)速度為無(wú)窮大的緣故。（）10. 過(guò)水?dāng)嗝娑际瞧矫?。（）四、?jì)算題1、已知流場(chǎng)中的速度分布為u = yz t, v = xz-t，-二xy。（1）試問(wèn)此流動(dòng)是否恒定？（2） 求流體質(zhì)點(diǎn)在通過(guò)場(chǎng)中（1，1，1 ）點(diǎn)時(shí)的加速度。2. 一流動(dòng)的速度場(chǎng)為 v=（x 1）t2i （y 2）t2 j，試確定在t =1時(shí)，通過(guò)（2, 1） 點(diǎn)的跡線方程和流線方程

10、。3. 不可壓縮流體，下面的運(yùn)動(dòng)能否出現(xiàn)（是否滿足連續(xù)性條件）？（1） ux 2x2 y2； uy x3 x（y2 2y）（2） ux =xt 2y； uy 二 xt2 -yt22122344.已知速度場(chǎng)比=xy2，Uy（3） ux = y 2xz uy = _2yz x2yz uzx2z-2x3yy3，Uz 二 xy，試求（1 ）點(diǎn)（1，2, 3）的加速3度；（2）是幾維流動(dòng)；（3）是恒定流還是非恒定流；（4）是均勻流還是非均勻流。）°B.必須都是緩變流D.可以出現(xiàn)急變流2.3.pCtv2伯努利方程中z表示pg2gA.單位重量流體具有的機(jī)械能C.單位體積流體具有的機(jī)械能皮托管用于測(cè)

11、量（ ）°A.點(diǎn)速度 B.壓強(qiáng) C.密度B.單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能D.通過(guò)過(guò)流斷面流體的總機(jī)械能D.流量4.如圖1所示，輸油管路中安裝有一文丘里流量計(jì)， 已知水銀壓差計(jì)中水銀柱咼差為P15.6.A.C.B.D.文丘里用于測(cè)量（A.點(diǎn)速度關(guān)于水流流向的正確說(shuō)法是 （A.水一定是從高處往低處流)°B.壓強(qiáng))圖1.:水銀PhP，水銀C.密度D.流量標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)（6）伯努利方程、選擇題1.應(yīng)用總流的伯努利方程時(shí)，兩過(guò)水?dāng)嗝嬷g（ A.必須都是急變流C.不能出現(xiàn)急變流7.8.B 單位質(zhì)量流體具有的機(jī)械能；D 通過(guò)過(guò)流斷面流體的總機(jī)械能。B. 水一定是從流速大處往流速小處流C. 水一定

12、是從機(jī)械能大處往機(jī)械能小處流D. 水一定是從測(cè)壓管水頭高處往測(cè)壓管水頭低處流伯努利方程中z -P表示（Pg2gA 單位重量流體具有的機(jī)械能；C.單位體積流體具有的機(jī)械能；水平放置的漸擴(kuò)管，如忽略水頭損失，斷面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)，有以下關(guān)系（A. P1 P2B. P1 二 P2C. P1 ： P2D.不定9.圖2所示文丘里管，已知管道直徑d1 = 100mm，喉道直徑d2 = 50mm，文丘里流量計(jì)系數(shù)0.94，水銀壓差計(jì)讀數(shù)hp =25cm，則通過(guò)管道的水流量qv =（ ）m3/s °A.0.030B.0.02510.圖3所示等徑長(zhǎng)直管流中，M-MA. Pi *2C.0.020D.0.01

13、為過(guò)流斷面，N-N為水平面，則有（）圖2圖3、填空題1. 只要比較總流中兩個(gè)漸變流過(guò)流斷面上單位重量流體的 大小，就能判斷出流動(dòng)方向。32. 水管內(nèi)徑d=150mm，在1小時(shí)內(nèi)排水10m ，則管內(nèi)流量Q =斷面平均流速 v =。圖43. 列伯努利方程式時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝姹仨毴≡?。4. 黏性流體總水頭線沿程的變化是 。5. 安裝在風(fēng)道內(nèi)的畢托管的測(cè)速管和測(cè)壓管間的壓差為100mmH 2O，若畢托管的流速系數(shù)為0.99，風(fēng)3道內(nèi)空氣的密度為1.12kg/m ，則風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速為 m/s。三、判斷題1. 由于黏性是流體的固有屬性，因此，不管是理想流體還是實(shí)際流體，其機(jī)械能 總是沿程減小的。（）22. 在流

14、量Q 一定條件下，流速水頭 與管徑d成正比。（）2g3. 漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)的分布規(guī)律可近似地看作與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同。（）4. 實(shí)際流體總水頭線是沿程下降的，而測(cè)壓管水頭線在一定條件下會(huì)沿程升。（）5. 位置高度與測(cè)壓管高度之和，稱(chēng)為測(cè)壓管水頭。（）測(cè)壓管水頭線沿流體的流動(dòng)方向是時(shí)升時(shí)降。（）7.虹吸管最高處的壓強(qiáng)大于大氣壓。（）四、計(jì)算題1.水流過(guò)一段轉(zhuǎn)彎變徑管 ，如圖5所示，已知小管徑 d = 200mm，截面壓力 pi =70kPa，大管徑 d2 = 400mm 400mm，壓力 p2 = 40kPa ,流速 v2 = 1m/s。兩截面中心高度差 z =1m，求管中流量及水流方

15、向。2利用皮托管原理，測(cè)量水管中的點(diǎn)流速 求該點(diǎn)流速。u，如圖6所示。如讀值.；h=60mm，丄一T 蟲(chóng)圖10圖103. 高壓水箱的出水管如圖 3-4所示，出水管的直徑 D=0.1m，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，壓 力表的讀數(shù)為4.9 104N/m 2，當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)壓力表的讀數(shù)為1.96 104N/m2。不考慮水頭損失時(shí)，試求出水流量。若水頭損失為2.5m時(shí)，求出水流量。4. 如圖8所示，兩個(gè)緊靠的水箱逐級(jí)放水， 放水孔的截面積分別為 Ai與 A，試問(wèn): hi與h2成什么關(guān)系時(shí)流動(dòng)處于恒定狀態(tài)？這時(shí)須在左邊水箱補(bǔ)充多大流量?V 35. 離心式通風(fēng)機(jī)如圖 9,用管道A從大氣中吸取空氣，在直徑D=0.2m處接一

16、玻璃管，其下端插入水槽中，水沿此管上升 H =0.25m，空氣密度為：? = 1.23kg/m 3求每秒鐘管道 A所吸取的空氣量。圖96. 女口 10圖所式。設(shè)一虹吸管 a=2m， h=6m， d=15m。試求：（1 ）管內(nèi)的流 量；（2）管內(nèi)最高點(diǎn)S的壓強(qiáng)；（3）若h不變，點(diǎn)S繼續(xù)升高（即a增大，而上端 管口始終浸入水內(nèi)），問(wèn)使吸虹管內(nèi)的水不能連續(xù)流動(dòng)的值 a為多大？11a112211圖10標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)（7）動(dòng)量方程一、選擇題1. 恒定總流的連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程中的流速為（）。A.斷面平均流速B.斷面上的最大流速C.斷面形心處的流速D.斷面上壓力中心處的流速2. 在應(yīng)用恒定總流的動(dòng)

17、量方程V F二Tqv -2V2 - Vi解題時(shí)，7 F中不應(yīng)包括（）。A.重力B.壓力C.阻力D.慣性力3. 流量為Q，速度為V的射流沖擊一塊與流向垂直的平板，則平板受到的沖擊力 為（）。A. Qv ； B. Qv ； C. -Qv ； D. -Qv。4. 應(yīng)用動(dòng)量方程時(shí)求流體對(duì)物體的合力時(shí)，進(jìn)、處口的壓強(qiáng)應(yīng)使用（）。A.絕對(duì)壓強(qiáng)；B.相對(duì)壓強(qiáng)；C.大氣壓；D.真空度。5. 應(yīng)用動(dòng)量方程時(shí)，一般要聯(lián)立（）才能求解。A.伯努利方程；B.連續(xù)方程；C. A和B。二、填空題如圖1所示，三種形式的葉片受流量為 Q、流速為v的射流沖擊，則葉片受沖 擊最大的是，最小的是。三、計(jì)算題1.水力采煤用水槍在高壓

18、下噴射強(qiáng)力水柱沖擊煤層，如圖2所示。噴嘴出口直徑3d =25mm，出口流量為Q = 0.005m /s，求水流對(duì)煤層的沖擊力。圖22.如圖3所示，直徑D = 80mm的油缸端部有d = 20mm的小孔。若忽略活塞的 重量和能量損失。試求活塞上的作用力 F - 3000N、油從小孔出流時(shí)，油缸將受 多大的作用力。圖33.如圖4所示，水由噴嘴射出，已知流量Q二0.4m 3；s，主管直徑D =0.4m， 噴口直徑d =0.1m，水頭損失不計(jì)，求水流作用在噴嘴上的力。4. 如圖5所示，水平方向的水射流，流量 Q!，出口流速V!，在大氣中沖擊在前后 斜置的光滑平板上， 射流軸線與平板成 二角，不計(jì)水流在平板上的阻力。 試求：（1） 沿平板的流量Q2、Q3（ 2）射流對(duì)平板的作用力。圖55水平放置在混凝土支座上的變直徑彎管，彎管兩端與等直徑管相連接處的斷面1-1上壓力表讀數(shù)P! =17.6 104Pa，管中流量Q= 0.1m,若直徑d, = 300mm ,