最新流體力學(xué)作業(yè)2答案

1、精品文檔作業(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)性方程是根據(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 、非恒定均勻流二、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、恒定流一定是均勻流。（錯(cuò)誤）3、渦流是指流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中不繞自身軸旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)。（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(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)有兩種不同的觀點(diǎn)，因而形成兩種不同的方法：一種

2、方法是從分析流體各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)著手，即跟蹤流體質(zhì)點(diǎn)的方法來研究整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)，稱之為拉格朗日法；另一種方法則是從分析流體所占據(jù)的空間中各固定點(diǎn)處的流體的運(yùn)動(dòng)著手，即設(shè)立觀察站的方法來研究流體在整個(gè)空間里的運(yùn)動(dòng)，稱其為歐拉法2. 流體微團(tuán)體運(yùn)動(dòng)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(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)具有的性質(zhì)，流函數(shù)與流速勢(shì)的關(guān)系。）答 ：流函數(shù)具有的性質(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)和函數(shù)。答 ：流函數(shù)與流速勢(shì)的關(guān)

3、系2 ）流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)為調(diào)和函數(shù)。3 ） 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(diǎn)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(jiǎn)化計(jì)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(shí)間下降，這時(shí)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(shí)，與該段管長有無關(guān)系?答：(1)是恒定流。I、出是均勻流，

4、n是非均勻流。(2)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(jì)算題(解題思路)1.恒定二維流動(dòng)的速度場(chǎng)為ux =ax,uy =ay ,其中a = 1秒-1。(1)論證流線方程為xy =C ； (2)繪出C= 0、1及4m2的流線；(3)求出質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式。解：(1)流線方程為： 蟲=業(yè) 代入數(shù)值推導(dǎo)Ux Uy(2)(略)“、I：ux：Ux：Ux.(3)由：ax= -+Ux-+Uyx代入數(shù)值求解。ct ex cy：Uy：Uy：Uy 一ay = +Ux +Uy 代入數(shù)值求解。yxy二 t 二 x 二 y答案： ax =a2xay =a2yxy2試檢驗(yàn)下述不可壓縮流體

5、的運(yùn)動(dòng)是否存在？精品文檔精品文檔uz - -4(x y)z xy22(1) Ux =2x +y, Uy =2y +z,(2) ux = yzt, uy = xzt, uz =xyt解：由連續(xù)性微分方程,力+三=0流體的運(yùn)動(dòng)存在，反之流體的運(yùn)動(dòng)不存在。:x jy ；z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d1 =10cm,d2 =5cm,d3 = 2.5cm的管道流出，出口流速V3 =1m/s,如圖所示。求流量及其它管道的斷面平均流速。(1)流量：Q = v3 A3 =4.91 父 10工l / s精品文檔(3) 斷面平均流速 v

6、1 =0.0625m/s ,v2 = 0.25m/s。4如圖鉛直放置的有壓管道，已知d1=200mrm d2=100mm斷面1-1處的流速v1m/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(dòng)，Q及v2是否會(huì)發(fā)生變化？解：應(yīng)用連續(xù)性方程(1) Q =31.4 l/s(2) v2 =4m/s精品文檔（3）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 =2（x2 - y g2 g P71） , a為常數(shù)，試求ux及uy。 2y解：u =ax Uv = ayxy2226.

7、對(duì)于Ux =2xy , Uy =a +x -y的平面流動(dòng)，a為常數(shù)。試分析判斷該流動(dòng)：（1）是恒定流還是非恒定流？（2）是均勻流還是非均勻流？（3）是有旋流還是無旋流？解：應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式；：UxUx：lx:xUy：Ux：:ytt必Ux：lyUy：ly4.x；:yxay求解?？磿r(shí)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1 ：:u_.二 U、，（3）用無旋流數(shù)學(xué)表達(dá)式 Gz =1（工一）求解，是無旋流2 1 y二 x選擇題1、總流伯努力方程適用于（A）A、恒定流B 、非恒定流 C2、總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律是：A、

8、總水頭線總是沿程下降的BC測(cè)壓管水頭線沿程可升可降D、可壓縮流體（A ） （C）、總水頭線總是在測(cè)壓管水頭線的上方、測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的判斷題1、N-S方程為理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程。2、畢托管是量測(cè)流體電流速的一種儀器O（正確）（正確）簡(jiǎn)答題1.說明總流能量方程中各項(xiàng)的物理意義。答:,2_2Z1 .三.v1 z Z2 .久.vJ . hw2. 寫出實(shí)際流體恒定元流的伯努利方程和實(shí)際流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的區(qū)別？答：P66P713應(yīng)用恒定總統(tǒng)能量方程時(shí)，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段？答：因?yàn)榻⒑愣偭鞯牟匠虝r(shí)，把 （z + 上）作為常數(shù)提到積分號(hào)外面，只有：

9、g漸變流斷面或均勻流斷面的 z十旦=c 。:g4在寫總流能量方程時(shí)，過流斷面上的代表點(diǎn)、基準(zhǔn)面是否可以任意選取？為什么？答：可以。因?yàn)闈u變流斷面或均勻流斷面的z+p=C 。:g5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(qiáng)大向壓強(qiáng)小的地方流”；“水是從流速大的地方向流速小的地方流”。這些說法是否正確？為什么？如何正確描述？答：（1） “水一定由高處向低處流”，（不對(duì)），對(duì)明渠水流是對(duì)的，對(duì)有壓管流不一定。“水是從壓強(qiáng)大向壓強(qiáng)小的地方流”（不對(duì)），在有壓管流中常常有從壓強(qiáng)小向壓強(qiáng)大的地方流的現(xiàn)象。（2）正確描述時(shí)，流體的運(yùn)動(dòng)方向總是由單位重量流體能量大的位置流向單位重量

10、流 體能量小的位置。（不能單從位能或壓能一個(gè)角度比較）6總流的動(dòng)量方程為£ F = PQ（日2月-）,試問：（1） ZF中包括哪些力？ （ 2）如果由動(dòng)量方程求得的力為負(fù)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(fù)值說明原假設(shè)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p為1.5m,過流面積Ai為0.05m2-2的面積4為0.02m2;兩斷面間水頭損失 %.：為0.5”；管中流量Q為20l/s ; Z1為2.5m,;過流斷面 :gZ2為2.6m。試求斷面2-2的測(cè)壓管高

11、度 p2- o （提示：注意流動(dòng)方向）。（Z2改為1.6m與圖相：g符）解：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。向未知情況下，流動(dòng)方向可以假定。先求出V1, v2p2 = -1.473 mH 20 （2 流向 1） :g列能量方程求解答案：p2-= -2.289mH2O （1 流向 2）; :g2 .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道組成，其過水面積分別是A=0.05m2, A=0.03m3,備=0.04m：若水池容積很大，行近流速可以忽略（V0=0）,當(dāng)不計(jì)管路的水頭損失時(shí)，試求

12、： （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）因?yàn)椴挥?jì)管路的水頭損失，此題為理想流體的流動(dòng)。 因?yàn)槭抢硐肓黧w，作用水頭完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 先解出第3條管中斷面平均流速，在求流量。答案：v3 = 9.90m/s q = 0.396m3/s（2）繪出管路的測(cè)壓管水頭線及總水頭線步驟:因?yàn)槭抢硐肓黧w，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。2g 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)的局差 Az=1m點(diǎn)A處直徑dA=0.25m,壓強(qiáng)pA=7.84N/cm，點(diǎn)B處直徑dB=0.5m,壓強(qiáng)p

13、B=4.9N/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，總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)械能曉得的地方。(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 .在水平安裝的文丘里流量計(jì)上，直接用水銀壓差計(jì)測(cè)出水管與喉部壓差A(yù)h為20cm,已知水管直徑di為10cm,喉部直徑d2為5 cm,當(dāng)不計(jì)水頭損失時(shí)，求通過流量 Q解：可以直接用公式Q = K、；12接h求解，也可以流能量方程推導(dǎo)公式求解。答案：Q =0.01425m3/s5 .為

14、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(jì)水頭損失時(shí)，問通過虹吸管的流量 Q為多少？在虹吸管頂部 s點(diǎn)處的壓強(qiáng)為多少？解：此題屬理想流體的水力計(jì)算，作用水頭轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。s 點(diǎn)處的壓強(qiáng)進(jìn)考慮位能、動(dòng)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，Q= 0.1355m3/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)， 衛(wèi) =_5mH 2o7g6. 一平板閘門寬 b為2m當(dāng)通過流量 Q為8m3/s時(shí)閘前水深h為4m,閘孔后收縮斷面水深 he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：此題為用動(dòng)量方程求解作用力。因?yàn)榱髁课粗婕暗竭B續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)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(duì)壓強(qiáng)分布圖，全面并分析、計(jì)算外力(上游過流斷面壓力Pi , 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R ,方向向左。(3)因?yàn)榱髁课粗攘心芰糠匠糖罅魉佟?4)列出的能量方程由 V