流体力学标准化作业答案第三章分解

1、流体力学标准化作业（三）流体动力学本次作业知识点总结1. 描述流体运动的两种方法（1）拉格朗日法；（2 ）欧拉法。2. 流体流动的加速度、质点导数流场的速度分布与空间坐标（x, y, z）和时间t有关，即u =u（x, y, z,t）流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，即_ Du况 + u dx 十色 dy + 6u dzDt& ex dt &y dt cz dt投影式为axux泌.t ；xay-uy:Pyux-人L、xazD ?Dt-:t人）yyuyuz-:y :-.:uz:uz:uz-ux - uy - a八cJ;x : y或du u （u、）udtct在欧拉法中质点的加速度 du由两

2、部分组成，为固定空间点，由时间变化dta4引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起。（u人）u为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度，由流场的不均匀性引起。欧拉法描述流体运动， 质点的物理量不论矢量还是标量，对时间的变化率称为该物理量的质点导数或随体导数。例如不可压缩流体，密度的随体导数3. 流体流动的分类(1) 恒定流和非恒定流(2) 一维、二维和三维流动(3) 均匀流和非均匀流4. 流体流动的基本概念(1)流线和迹线流线微分方程dx _ dy _ dzUxUy uz迹线微分方程Ux Uy Uz(2) 流管、流束与总流(3) 过流断面、

3、流量及断面平均流速体积流量Q二AudA(m3/s)质量流量QmudA (kg / s)udAA断面平均流速(4) 渐变流与急变流5. 连续性方程(1)不可压缩流体连续性微分方程Ux(2)元流的连续性方程dQr = dQ2UdA =u2dA(3)总流的连续性方程SdA| 二 u2dA6. 运动微分方程(1)理想流体的运动微分方程(欧拉运动微分方程)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 丄p二出

4、(、)up汛(2)粘性流体运动微分方程(N-S方程)1 cp 2cuxcuxcuxuxuyx2xy ux-：Ux丫七uy+ uz.y ；z-：uyZyFyQyuxuyuz-讥：x: y:z,:uz ；:uz:uz : uz_ 比 z uy _ uz _a、f.Jf.Jf.;x :y :：z1 2 fph；uP H7.理想流体的伯努利方(1)理想流体元流的伯努利方程矢量表示式弓（u Tu-t(2)理想流体总流的伯努利方程Zi2 2 - lVl = z 匹 一 2v2 2g 2g 2g8.实际流体的伯努利方程(1)实际流体元流的伯努利方程2 2u1 =z +邑+生+hZ2hw:g 2g(2)实际流

5、体总流的伯努利方程2 2乙卫.沁=z 理沁 hN g 2g z2，g 2g 九10.恒定总流的动量方程、f 二 g 祖2 一 X投影分里形式Fx沁 - -iVix1Fy = EQ ：2V2y _ ：iV1y、F = Qi 2V2z 一 1V1z标准化作业（5）流体运动学选择题1. 用欧拉法表示流体质点的加速度a等于（）。A. d r B. 丁 C.（V ：） v D. v （v ） v dt2ct2. 水在一条管道中流动，若两截面的管径比dd2 =3，则速度比vjv2为（）。A. 3B. 1/3C. 9 D. 1/93. 通过一个曲面上的体积流量与曲面上的（）有关。A.法向速度 B.切向速度C

6、.密度分布D.压强4. 连续性方程表示控制体的（）守恒。A.能量B.动量C.流量D.质量5. 在（）流动中，流线和迹线重合。A .不可压缩B .无黏C.恒定D .非恒定6. 一维流动中，“截面积大处速度小，截面积小处速度大”成立的必要条件是（）。A .理想流体B .黏性流体C.可压缩流体D .不可压缩流体7. 当陨星在天空中下坠时，其划过的白线是（）。A.流线 B. 迹线 C. 等势线 D. 等流函数线8. 欧拉法（）描述流体质点的运动。A 直接 B.间接 C.不能D 只在恒定时能。9. 流体微团的运动与刚体运动相比，多了一项（）运动。C.变形B.迁移加速度为零D .加速A .平移B .旋转1

7、0. 均匀流是（）。A.当地加速度为零C.向心加速度为零D.合加速度为零11. 一元流动限于（）。A.流线是直线B.速度分布按直线变化C.运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 D .运动参数不随时间变化的流动。12.已知不可压缩流体的流速场为Uxf (y, z), Uyf （x）, Uz =0，则该流动为B.二元流A. 一元流13.恒定流是（A.流动随时间按一定规律变化C.三元流D.均匀流B.各过流断面的速度分布相同C.各空间点上的运动要素不随时间变化D.迁移加速度为零15.根据图1所示三通管流，可得（）A. qviqv2 =qv3B. qvi qv2 = qv3C. qvi = qv2 q

8、v3D. qviqv2qv3 - 0二、填空题1. 流线一般不能相交，且只能是一条 曲线。2. 体积流量qv与质量流量 qm的关系是。3. 渐变流断面上各点的测压管水头z -丄近似等于。Pg4. 在研究工程流体力学时主要采 。5. 用欧拉法表示流体的质点加速度由 和两部分组成。三、判断题1. 根据流动的分类，三元流是指Ux =O,Uy =O,Uz =0的流动。（）2. 恒定流的迁移加速度等于零，而均匀流的当地加速度等于零。（）3. 若流动的合加速度不等于零，则该流动必为非恒定流。（）4. 恒定流是指运动要素不随时间和空间变化的流动。（）5. 均匀流是指过流断面上各点流速均匀相等的流动。（）6.

9、 急变流是指流线近似为平行直线的流动。（）7. 渐变流是指流速分布沿程不变的流动。（）8. 拉格朗日法是以流场中每一流体质点作为研究对象。（）9. 驻点上流线是相交的，这是因为驻点速度为无穷大的缘故。（）10. 过水断面都是平面。（）四、计算题1、已知流场中的速度分布为u = yz t, v = xz-t，-二xy。（1）试问此流动是否恒定？（2） 求流体质点在通过场中（1，1，1 ）点时的加速度。2. 一流动的速度场为 v=（x 1）t2i （y 2）t2 j，试确定在t =1时，通过（2, 1） 点的迹线方程和流线方程。3. 不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）？（1）

10、ux 2x2 y2； uy x3 x（y2 2y）（2） ux =xt 2y； uy 二 xt2 -yt22122344.已知速度场比=xy2，Uy（3） ux = y 2xz uy = _2yz x2yz uzx2z-2x3yy3，Uz 二 xy，试求（1 ）点（1，2, 3）的加速3度；（2）是几维流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流。）B.必须都是缓变流D.可以出现急变流2.3.pCtv2伯努利方程中z表示pg2gA.单位重量流体具有的机械能C.单位体积流体具有的机械能皮托管用于测量（ ）A.点速度 B.压强 C.密度B.单位质量流体具有的机械能D.通过过流断面流

11、体的总机械能D.流量4.如图1所示，输油管路中安装有一文丘里流量计， 已知水银压差计中水银柱咼差为P15.6.A.C.空银hPB.D.文丘里用于测量（A.点速度关于水流流向的正确说法是 （A.水一定是从高处往低处流)B.压强)图1.:水银PhP，水银C.密度D.流量标准化作业（6）伯努利方程、选择题1.应用总流的伯努利方程时，两过水断面之间（ A.必须都是急变流C.不能出现急变流7.8.B 单位质量流体具有的机械能；D 通过过流断面流体的总机械能。B. 水一定是从流速大处往流速小处流C. 水一定是从机械能大处往机械能小处流D. 水一定是从测压管水头高处往测压管水头低处流伯努利方程中z -P表示

12、（Pg2gA 单位重量流体具有的机械能；C.单位体积流体具有的机械能；水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系（A. P1 P2B. P1 二 P2C. P1 ： P2D.不定9.图2所示文丘里管，已知管道直径d1 = 100mm，喉道直径d2 = 50mm，文丘里流量计系数0.94，水银压差计读数hp =25cm，则通过管道的水流量qv =（ ）m3/s A.0.030B.0.02510.图3所示等径长直管流中，M-MA. Pi *2图2C.0.020D.0.01为过流断面，N-N为水平面，则有（）图3、填空题1. 只要比较总流中两个渐变流过流断面上单位重量流体的 大小

13、，就能判断出流动方向。32. 水管内径d=150mm，在1小时内排水10m ，则管内流量Q =断面平均流速 v =。图43. 列伯努利方程式时，过水断面必须取在 。4. 黏性流体总水头线沿程的变化是 。5. 安装在风道内的毕托管的测速管和测压管间的压差为100mmH 2O，若毕托管的流速系数为0.99，风3道内空气的密度为1.12kg/m ，则风道内的风速为 m/s。三、判断题1. 由于黏性是流体的固有属性，因此，不管是理想流体还是实际流体，其机械能 总是沿程减小的。（）22. 在流量Q 一定条件下，流速水头 与管径d成正比。（）2g3. 渐变流过水断面上动水压强的分布规律可近似地看作与静水压

14、强分布规律相同。（）4. 实际流体总水头线是沿程下降的，而测压管水头线在一定条件下会沿程升。（）5. 位置高度与测压管高度之和，称为测压管水头。（）6. 测压管水头线沿流体的流动方向是时升时降。（）7.虹吸管最高处的压强大于大气压。（）四、计算题1.水流过一段转弯变径管 ，如图5所示，已知小管径 d = 200mm，截面压力 pi =70kPa，大管径 d2 = 400mm 400mm，压力 p2 = 40kPa ,流速 v2 = 1m/s。两截面中心高度差 z =1m，求管中流量及水流方向。2利用皮托管原理，测量水管中的点流速 求该点流速。u，如图6所示。如读值.；h=60mm，丄一T 虫图

15、103. 高压水箱的出水管如图 3-4所示，出水管的直径 D=0.1m，当阀门关闭时，压 力表的读数为4.9 104N/m 2，当阀门打开时压力表的读数为1.96 104N/m2。不考虑水头损失时，试求出水流量。若水头损失为2.5m时，求出水流量。4. 如图8所示，两个紧靠的水箱逐级放水， 放水孔的截面积分别为 Ai与 A，试问:hi与h2成什么关系时流动处于恒定状态？这时须在左边水箱补充多大流量?V 35. 离心式通风机如图 9,用管道A从大气中吸取空气，在直径D=0.2m处接一玻璃管，其下端插入水槽中，水沿此管上升 H =0.25m，空气密度为：? = 1.23kg/m 3求每秒钟管道 A

16、所吸取的空气量。图96. 女口 10图所式。设一虹吸管 a=2m， h=6m， d=15m。试求：（1 ）管内的流 量；（2）管内最高点S的压强；（3）若h不变，点S继续升高（即a增大，而上端 管口始终浸入水内），问使吸虹管内的水不能连续流动的值 a为多大？11a112211标准化作业（7）动量方程一、选择题1. 恒定总流的连续性方程、伯努利方程、动量方程中的流速为（）。A.断面平均流速B.断面上的最大流速C.断面形心处的流速D.断面上压力中心处的流速2. 在应用恒定总流的动量方程V F二Tqv -2V2 - Vi解题时，7 F中不应包括（）。A.重力B.压力C.阻力D.惯性力3. 流量为Q，

17、速度为V的射流冲击一块与流向垂直的平板，则平板受到的冲击力 为（）。A. Qv ； B. Qv ； C. -Qv ； D. -Qv。4. 应用动量方程时求流体对物体的合力时，进、处口的压强应使用（）。A.绝对压强；B.相对压强；C.大气压；D.真空度。5. 应用动量方程时，一般要联立（）才能求解。A.伯努利方程；B.连续方程；C. A和B。二、填空题如图1所示，三种形式的叶片受流量为 Q、流速为v的射流冲击，则叶片受冲 击最大的是，最小的是。三、计算题1.水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层，如图2所示。喷嘴出口直径3d =25mm，出口流量为Q = 0.005m /s，求水流对煤层的冲

18、击力。图22.如图3所示，直径D = 80mm的油缸端部有d = 20mm的小孔。若忽略活塞的 重量和能量损失。试求活塞上的作用力 F - 3000N、油从小孔出流时，油缸将受 多大的作用力。图33.如图4所示，水由喷嘴射出，已知流量Q二0.4m 3；s，主管直径D =0.4m， 喷口直径d =0.1m，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。4. 如图5所示，水平方向的水射流，流量 Q!，出口流速V!，在大气中冲击在前后 斜置的光滑平板上， 射流轴线与平板成 二角，不计水流在平板上的阻力。 试求：（1） 沿平板的流量Q2、Q3（ 2）射流对平板的作用力。图55水平放置在混凝土支座上的变直径弯管，弯管两端与等直径管相连接处的断面1-1上压力表读数P! =17.6 104Pa，管中流量Q= 0.1m,若直径d, = 300mm , d 2