流體力學(xué)作業(yè)2答案

作業(yè)2答案（第3章、第4章）第3章一、選擇題1、流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程是依據(jù)（C）原理導(dǎo)出的。A、動(dòng)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、非恒定平均流二、判斷題1、以每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究對(duì)象的方法稱為拉格朗日法。

（正確）2、恒定流必定是平均流。

（錯(cuò)誤）3、渦流是指流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中不繞自己軸旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)。

（正確）4、無(wú)旋流就是無(wú)渦流。

（正確）5、非平均流必定是非恒定流。

（錯(cuò)誤）三、簡(jiǎn)答題1、述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法是什么簡(jiǎn)述其內(nèi)容。答：研究流體運(yùn)動(dòng)有兩種不同樣的看法，因此形成兩種不同樣的方法：一種方法是從解析流體各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)著手，即追蹤流體質(zhì)點(diǎn)的方法來(lái)研究整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)，稱之為拉格朗日法；另一種方法例是從解析流體所占有的空間中各固定點(diǎn)處的流體的運(yùn)動(dòng)著手，即建立察看站的方法來(lái)研究流體在整個(gè)空間里的運(yùn)動(dòng)，稱其為歐拉法流體微集體運(yùn)動(dòng)分為哪幾種形式答：①平移②線變形③角變形④旋轉(zhuǎn)變形。寫出恒定平面勢(shì)流中流函數(shù)、勢(shì)函數(shù)與流速的關(guān)系。（改為：寫出恒定平面勢(shì)流中流函數(shù)擁有的性質(zhì)，流函數(shù)與流速勢(shì)的關(guān)系。）答：流函數(shù)擁有的性質(zhì)1）流函數(shù)相等的點(diǎn)組成的線即流線，或曰，同一流線上個(gè)點(diǎn)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(shì)流的流函數(shù)為一個(gè)調(diào)解函數(shù)。答：流函數(shù)與流速勢(shì)的關(guān)系1）流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)為調(diào)解函數(shù)。2）等勢(shì)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何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(diǎn)流速的平均值為斷面平均流速。引入斷面平均流速的看法是為了在工程應(yīng)用中簡(jiǎn)化計(jì)算。5．以下列圖，水流經(jīng)過由兩段等截面及一段變截面組成的管道，試問：當(dāng)閥門開度必定，上游水位保持不變，各段管中，是恒定流仍是非恒定流是平均流仍是非平均流當(dāng)閥門開度必定，上游水位隨時(shí)間降落，這時(shí)管中是恒定流仍是非恒定流恒定流狀況下，當(dāng)鑒別第II段管中是漸變流仍是急變流時(shí)，與該段管長(zhǎng)有沒關(guān)系答：（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是平均流，Ⅱ是非平均流。2）管中為非恒定流。3）有。管段相當(dāng)長(zhǎng)為漸變流，管段較短為急變流。四、計(jì)算題（解題思路）1．恒定二維流動(dòng)的速度場(chǎng)為uxax,uyay，此中a1秒-1。（1）論證流線方程為xy2C；（2）繪出C＝0、1及4m的流線；（3）求出質(zhì)點(diǎn)加快度的表達(dá)式。解：（1）流線方程為：dxdy代入數(shù)值推導(dǎo)uxuy（2）（略）（3）由：axuxuxuxuyux代入數(shù)值求解。txyayuyuxuyuyuytx代入數(shù)值求解。y答案:axa2xaya2y試查驗(yàn)下述不行壓縮流體的運(yùn)動(dòng)能否存在（1）ux2yuy2zuxyzxyx2,y2,z4()（2）uxyzt,uyxzt,uzxyt解：由連續(xù)性微分方程，uxuyuz=0流體的運(yùn)動(dòng)存在,反之流體的運(yùn)動(dòng)不存在。xyz答案:（1）代入數(shù)值求解，流體的運(yùn)動(dòng)不存在。（2）代入數(shù)值求解，流體的運(yùn)動(dòng)存在。3水流從水箱經(jīng)管徑分別為d110cm,d25cm,d32.5cm的管道流出，出口流速V31m/s，以下列圖。求流量及其余管道的斷面平均流速。解：應(yīng)用連續(xù)性方程（1）流量：

Q

v3A3

103l/s(2)斷面平均流速

v1

0.0625m/s

,

v2

0.25m/s

。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，輸水流量的速度v2能否發(fā)生變化（4）圖a中若水自下而上流動(dòng)，Q及v2能否會(huì)發(fā)生變化

Q及斷面

2-2

處解：應(yīng)用連續(xù)性方程（1）Q31.4l/s（2）v24m/s3）不變。4）流量不變則流速不變。5已知某流場(chǎng)的流速勢(shì)為a(x2y2)，a為常數(shù)，試求ux及uy。2解：uxaxuyay6.對(duì)于ux2xy，uya2x2y2的平面流動(dòng)，a為常數(shù)。試解析判斷該流動(dòng)：(1)是恒定流仍是非恒定流(2)是平均流仍是非平均流(3)是有旋流仍是無(wú)旋流解：應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)加快度數(shù)學(xué)表達(dá)式axuxuxuxuyuxtxyayuyuxuyuyuytx求解?？磿r(shí)間加快度與遷徙加快度鑒別是恒定流y仍是非恒定流;是平均流仍是非平均流。答案:（1）是恒定流。（2）是非平均流（3）用無(wú)旋流數(shù)學(xué)表達(dá)式1uxuy)求解，是無(wú)旋流z(x2y第4章一．選擇題1、總流伯努力方程合用于（A）A、恒定流B、非恒定流C、可壓縮流體2、總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律是：（A）（C）A、總水頭線老是沿程降落的B、總水頭線老是在測(cè)壓管水頭線的上方C、測(cè)壓管水頭線沿程可升可降D、測(cè)壓管水頭線老是沿程降落的二．判斷題1、N-S方程為理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程。（正確）2、畢托管是量測(cè)流體電流速的一種儀器。（正確）三．簡(jiǎn)答題1.說(shuō)明總流能量方程中各項(xiàng)的物理意義。p12p22v1z2v2hwz12g2g答：P712.寫出實(shí)質(zhì)流體恒定元流的伯努利方程和實(shí)質(zhì)流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的差別答：P66—P71應(yīng)用恒定總統(tǒng)能量方程時(shí)，為何把過流斷面選在漸變流段或平均流段答：由于建立恒定總流的伯努利方程時(shí)，把(zp)作為常數(shù)提到積分號(hào)外面，只有g(shù)漸變流斷面或平均流斷面的zp。cg在寫總流能量方程時(shí)，過流斷面上的代表點(diǎn)、基準(zhǔn)面能否可以隨意采用為何答：可以。由于漸變流斷面或平均流斷面的zpc。g5對(duì)于水流流向問題有以下一些說(shuō)法：“水必定由高處向低處流”；“水是從壓興盛向壓強(qiáng)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(shuō)法能否正確為何怎樣正確描繪答：（1）“水必定由高處向低處流”，（不對(duì)），對(duì)明渠水流是對(duì)的，對(duì)有壓管流不必定?！八菑膲号d盛向壓強(qiáng)小的地方流”（不對(duì)），在有壓管流中經(jīng)常有從壓強(qiáng)小向壓興盛的地方流的現(xiàn)象。2）正確描繪時(shí)，流體的運(yùn)動(dòng)方向老是由單位重量流體能量大的地點(diǎn)流向單位重量流體能量小的地點(diǎn)。（不可以單從位能或壓能一個(gè)角度比較）6總流的動(dòng)量方程為FQ(2v21v1)，試問：（1）F中包含哪些力（2）假如由動(dòng)量方程求得的力為負(fù)值說(shuō)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(fù)值說(shuō)明原假定的力的方向不對(duì)，反向即可。四、計(jì)算題（解題思路）1．在一管路上測(cè)得過流斷面1-1的測(cè)壓管高度p1為1.5m，過流面積2g12h為0.5v12Q為20l/s；z1為2.5m，2-2的面積A2為0.02m；兩斷面間水頭損失；管中流量2gz2為2.6m。試求斷面2-2的測(cè)壓管高度p2。（提示：注意流動(dòng)方向）。（z2改為1.6m與圖相g符）解:①能量方程可以求解位能、壓能、流速與能量損失。求測(cè)壓管高度即求壓強(qiáng)，自然要想到用能量方程。②向未知狀況下，流動(dòng)方向可以假定。③先求出v1,v2④列能量方程求解答案：p2=(1流向2);p2=mH2o(2流向1)gg以下列圖，從水面保持恒定不變的水池中引出一管路，水流在管路尾端流入大氣，管路由三段直徑不等的管道組成，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（v0≈0），當(dāng)不計(jì)管路的水頭損失機(jī)，試求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）繪出管路的測(cè)壓管水頭線及總水頭線。解:(1)

由于不計(jì)管路的水頭損失

,本題為理想流體的流動(dòng)。①②

由于是理想流體，作用水頭完整轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。先解出第3條管中止面平均流速，在求流量。答案：

v3

9.90m/s

q0.396m3

/s（2）繪出管路的測(cè)壓管水頭線及總水頭線步驟：①

由于是理想流體，不計(jì)水頭損失，故總水頭線為水平。②計(jì)算各段流速水頭v2。2g③總水頭線下方減去1個(gè)流速水頭得測(cè)壓管水頭線。（測(cè)壓管水頭線及總水頭線圖，略）23．如圖一管路，A、B兩點(diǎn)的高差z＝1m，點(diǎn)A處直徑dA=0.25m，壓強(qiáng)pA=cm，點(diǎn)B處直徑2dB=0.5m，壓強(qiáng)pB＝cm，斷面平均流速VB＝1.2m/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(jī)械能考慮，老是單位重量流體總的機(jī)械能大的位址向單位重量流體總的機(jī)械能認(rèn)識(shí)的地方。（1）計(jì)算A點(diǎn)與B點(diǎn)單位重量流體總的機(jī)械能。（2）比較A點(diǎn)與B點(diǎn)單位重量流體總的機(jī)械能的大小。答案：從A流向B。4．在水安全裝的文丘里流量計(jì)上，直接用水銀壓差計(jì)測(cè)出水管與喉部壓差h為20cm，已知水管直徑d1為10cm，喉部直徑d2為5cm，當(dāng)不計(jì)水頭損失機(jī)，求經(jīng)過流量Q。解:可以直接用公式QK12.6h求解，也可以流能量方程推導(dǎo)公式求解。答案：Q0.01425m3/s5．為將水庫(kù)中水引至堤外澆灌，安裝了一根直徑d為15cm的虹吸管（如圖），當(dāng)不計(jì)水頭損失機(jī)，問經(jīng)過虹吸管的流量Q為多少在虹吸管頂部s點(diǎn)處的壓強(qiáng)為多少解:本題屬理想流體的水力計(jì)算，作用水頭轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。點(diǎn)處的壓強(qiáng)進(jìn)考慮位能、動(dòng)能壓能之間的轉(zhuǎn)變。（1）列上游水面到管出口間的能量方程求流量，Q0.1355m3/s（2）列上游水面到s點(diǎn)處的能量方程求s點(diǎn)處的壓強(qiáng)，ps5mH2og3時(shí)閘前水深h為4m，閘孔后縮短斷面水深hC6．一平板閘門寬b為2m，當(dāng)經(jīng)過流量Q為8m/s為0.5m，求作用于平板閘門上的動(dòng)水總壓力（不計(jì)摩擦力）。解:本題為用動(dòng)量方程求解作使勁。由于流量未知，波及到連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程這三大方程的結(jié)合應(yīng)用。（1）取控制面（走開體）（上游過流斷面與C-C斷面之間）（2）畫出相對(duì)壓強(qiáng)散布圖，全面并解析、計(jì)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(duì)水的動(dòng)水總壓力為（3）由于流量未知先列能量方程求流速。（4）列出的能量方程由v1,v2兩個(gè)未