流体力学作业2答案

作业2答案（第3章、第4章）第3章一、选择题1、流体运动的连续性方程是依据（C）原理导出的。A、动量守恒B、质量守恒C、能量守恒D、力的平衡2、流线和迹线重合的条件为（C）A、恒定流

B

、非恒定流

C、非恒定平均流二、判断题1、以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。

（正确）2、恒定流必定是平均流。

（错误）3、涡流是指流体质点在运动中不绕自己轴旋转的流动。

（正确）4、无旋流就是无涡流。

（正确）5、非平均流必定是非恒定流。

（错误）三、简答题1、述流体运动的两种方法是什么简述其内容。答：研究流体运动有两种不同样的看法，因此形成两种不同样的方法：一种方法是从解析流体各个质点的运动着手，即追踪流体质点的方法来研究整个流体的运动，称之为拉格朗日法；另一种方法例是从解析流体所占有的空间中各固定点处的流体的运动着手，即建立察看站的方法来研究流体在整个空间里的运动，称其为欧拉法流体微集体运动分为哪几种形式答：①平移②线变形③角变形④旋转变形。写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。（改为：写出恒定平面势流中流函数拥有的性质，流函数与流速势的关系。）答：流函数拥有的性质1）流函数相等的点组成的线即流线，或曰，同一流线上个点的流函数为常数。2）两流线间的函数值之差为为单宽流量。3）平面势流的流函数为一个调解函数。答：流函数与流速势的关系1）流函数与势函数为调解函数。2）等势线与等流函数线正交。4．什么是过流断面和断面平均流速为何要引入断面平均流速答：与流线正交的断面叫过流断面。过流断面上点流速的平均值为断面平均流速。引入断面平均流速的看法是为了在工程应用中简化计算。5．以下列图，水流经过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：当阀门开度必定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流仍是非恒定流是平均流仍是非平均流当阀门开度必定，上游水位随时间降落，这时管中是恒定流仍是非恒定流恒定流状况下，当鉴别第II段管中是渐变流仍是急变流时，与该段管长有没关系答：（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是平均流，Ⅱ是非平均流。2）管中为非恒定流。3）有。管段相当长为渐变流，管段较短为急变流。四、计算题（解题思路）1．恒定二维流动的速度场为uxax,uyay，此中a1秒-1。（1）论证流线方程为xy2C；（2）绘出C＝0、1及4m的流线；（3）求出质点加快度的表达式。解：（1）流线方程为：dxdy代入数值推导uxuy（2）（略）（3）由：axuxuxuxuyux代入数值求解。txyayuyuxuyuyuytx代入数值求解。y答案:axa2xaya2y试查验下述不行压缩流体的运动能否存在（1）ux2yuy2zuxyzxyx2,y2,z4()（2）uxyzt,uyxzt,uzxyt解：由连续性微分方程，uxuyuz=0流体的运动存在,反之流体的运动不存在。xyz答案:（1）代入数值求解，流体的运动不存在。（2）代入数值求解，流体的运动存在。3水流从水箱经管径分别为d110cm,d25cm,d32.5cm的管道流出，出口流速V31m/s，以下列图。求流量及其余管道的断面平均流速。解：应用连续性方程（1）流量：

Q

v3A3

103l/s(2)断面平均流速

v1

0.0625m/s

,

v2

0.25m/s

。4如图铅直放置的有压管道，已知

d1=200mm，d2=100mm，断面

1-1

处的流速

v1=1m/s。求（

1）输水流量Q；（2）断面2-2处的平均流速v2；（3）若此管水平放置，输水流量的速度v2能否发生变化（4）图a中若水自下而上流动，Q及v2能否会发生变化

Q及断面

2-2

处解：应用连续性方程（1）Q31.4l/s（2）v24m/s3）不变。4）流量不变则流速不变。5已知某流场的流速势为a(x2y2)，a为常数，试求ux及uy。2解：uxaxuyay6.对于ux2xy，uya2x2y2的平面流动，a为常数。试解析判断该流动：(1)是恒定流仍是非恒定流(2)是平均流仍是非平均流(3)是有旋流仍是无旋流解：应用质点加快度数学表达式axuxuxuxuyuxtxyayuyuxuyuyuytx求解。看时间加快度与迁徙加快度鉴别是恒定流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）用无旋流数学表达式1uxuy)求解，是无旋流z(x2y第4章一．选择题1、总流伯努力方程合用于（A）A、恒定流B、非恒定流C、可压缩流体2、总水头线与测压管水头线的基本规律是：（A）（C）A、总水头线老是沿程降落的B、总水头线老是在测压管水头线的上方C、测压管水头线沿程可升可降D、测压管水头线老是沿程降落的二．判断题1、N-S方程为理想流体运动的微分方程。（正确）2、毕托管是量测流体电流速的一种仪器。（正确）三．简答题1.说明总流能量方程中各项的物理意义。p12p22v1z2v2hwz12g2g答：P712.写出实质流体恒定元流的伯努利方程和实质流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的差别答：P66—P71应用恒定总统能量方程时，为何把过流断面选在渐变流段或平均流段答：由于建立恒定总流的伯努利方程时，把(zp)作为常数提到积分号外面，只有g渐变流断面或平均流断面的zp。cg在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面能否可以随意采用为何答：可以。由于渐变流断面或平均流断面的zpc。g5对于水流流向问题有以下一些说法：“水必定由高处向低处流”；“水是从压兴盛向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。这些说法能否正确为何怎样正确描绘答：（1）“水必定由高处向低处流”，（不对），对明渠水流是对的，对有压管流不必定。“水是从压兴盛向压强小的地方流”（不对），在有压管流中经常有从压强小向压兴盛的地方流的现象。2）正确描绘时，流体的运动方向老是由单位重量流体能量大的地点流向单位重量流体能量小的地点。（不可以单从位能或压能一个角度比较）6总流的动量方程为FQ(2v21v1)，试问：（1）F中包含哪些力（2）假如由动量方程求得的力为负值说明什么问题答：（1）一般为表面力、重力，（惯性力、摩擦力、弹性力含在待求的力中了）2）求得的力为负值说明原假定的力的方向不对，反向即可。四、计算题（解题思路）1．在一管路上测得过流断面1-1的测压管高度p1为1.5m，过流面积2g12h为0.5v12Q为20l/s；z1为2.5m，2-2的面积A2为0.02m；两断面间水头损失；管中流量2gz2为2.6m。试求断面2-2的测压管高度p2。（提示：注意流动方向）。（z2改为1.6m与图相g符）解:①能量方程可以求解位能、压能、流速与能量损失。求测压管高度即求压强，自然要想到用能量方程。②向未知状况下，流动方向可以假定。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以下列图，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路尾端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v0≈0），当不计管路的水头损失机，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。解:(1)

由于不计管路的水头损失

,本题为理想流体的流动。①②

由于是理想流体，作用水头完整转变为动能。先解出第3条管中止面平均流速，在求流量。答案：

v3

9.90m/s

q0.396m3

/s（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线步骤：①

由于是理想流体，不计水头损失，故总水头线为水平。②计算各段流速水头v2。2g③总水头线下方减去1个流速水头得测压管水头线。（测压管水头线及总水头线图，略）23．如图一管路，A、B两点的高差z＝1m，点A处直径dA=0.25m，压强pA=cm，点B处直径2dB=0.5m，压强pB＝cm，断面平均流速VB＝1.2m/s。判断管中水流方向。解:判断管中水流方向,，要从单位重量流体总的机械能考虑，老是单位重量流体总的机械能大的位址向单位重量流体总的机械能认识的地方。（1）计算A点与B点单位重量流体总的机械能。（2）比较A点与B点单位重量流体总的机械能的大小。答案：从A流向B。4．在水安全装的文丘里流量计上，直接用水银压差计测出水管与喉部压差h为20cm，已知水管直径d1为10cm，喉部直径d2为5cm，当不计水头损失机，求经过流量Q。解:可以直接用公式QK12.6h求解，也可以流能量方程推导公式求解。答案：Q0.01425m3/s5．为将水库中水引至堤外浇灌，安装了一根直径d为15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失机，问经过虹吸管的流量Q为多少在虹吸管顶部s点处的压强为多少解:本题属理想流体的水力计算，作用水头转变为动能。点处的压强进考虑位能、动能压能之间的转变。（1）列上游水面到管出口间的能量方程求流量，Q0.1355m3/s（2）列上游水面到s点处的能量方程求s点处的压强，ps5mH2og3时闸前水深h为4m，闸孔后缩短断面水深hC6．一平板闸门宽b为2m，当经过流量Q为8m/s为0.5m，求作用于平板闸门上的动水总压力（不计摩擦力）。解:本题为用动量方程求解作使劲。由于流量未知，波及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程的结合应用。（1）取控制面（走开体）（上游过流断面与C-C断面之间）（2）画出相对压强散布图，全面并解析、计算外力（上游过流断面压力P1，C-C断面压力

P2，重力沿水流方向的分力为0，设平板闸门对水的动水总压力为（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,v2两个未