流体力学作业2答案.doc

作业2答案（第3章、第４章)
第3章
一、　　选择题
１、流体运动得连续性方程就是根据（Ｃ)原理导出得。
A、动量守恒 　　 　 B、质量守恒 　　 Ｃ、能量守恒 　 D、力得平衡
２、流线与迹线重合得条件为( Ｃ )
A、恒定流 　 　 Ｂ、非恒定流 　C、非恒定均匀流
二、判断题
1、以每个流体质点运动规律为研究对象得方法称为拉格朗日法。 　 　 　 (正确)
2、恒定流一定就是均匀流。　 　 　 　　　 　 　 　 　 （错误)
３、涡流就是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转得流动。 　 　 　　 　　 (正确）
4、无旋流就就是无涡流。　 　　 　 　 　 　 （正确)
５、非均匀流一定就是非恒定流。 　 　 　 　 　 　　　 (错误)
三、简答题
1、述流体运动得两种方法就是什么?简述其内容。
答:研究流体运动有两种不同得观点,因而形成两种不同得方法:一种方法就是从分析流体各个质点得运动着手，即跟踪流体质点得方法来研究整个流体得运动,称之为拉格朗日法；另一种方法则就是从分析流体所占据得空间中各固定点处得流体得运动着手,即设立观察站得方法来研究流体在整个空间里得运动,称其为欧拉法
2、 流体微团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。
３、 写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速得关系。
(改为:写出恒定平面势流中流函数具有得性质,流函数与流速势得关系。)
答:流函数具有得性质
（１）流函数相等得点组成得线即流线,或曰,同一流线上个点得流函数为常数。
(2）两流线间得函数值之差为为单宽流量。
(3)平面势流得流函数为一个调与函数。
答：流函数与流速势得关系
(１)流函数与势函数为调与函数。
（2） 等势线与等流函数线正交。
4.什么就是过流断面与断面平均流速?为什么要引入断面平均流速?
答：与流线正交得断面叫过流断面。
过流断面上点流速得平均值为断面平均流速。
引入断面平均流速得概念就是为了在工程应用中简化计算。
5．如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成得管道,试问:
(１)当阀门开度一定,上游水位保持不变，各段管中,就是恒定流还就是非恒定流?就是均匀流还就是非均匀流？
(２)当阀门开度一定，上游水位随时间下降,这时管中就是恒定流还就是非恒定流?
（3）恒定流情况下，当判别第II段管中就是渐变流还就是急变流时,与该段管长有无关系？

答：(1)就是恒定流。Ⅰ、Ⅲ就是均匀流,Ⅱ就是非均匀流。
(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． 恒定二维流动得速度场为 ,其中秒－1。(1)论证流线方程为;(2)绘出C=0、1及４ｍ２得流线;(3）求出质点加速度得表达式。
解：(1)流线方程为： 代入数值推导
　(２)(略)
(３）由:代入数值求解。
　 　 　代入数值求解。
答案: 　
2 试检验下述不可压缩流体得运动就是否存在?
(１)
(2）
　 解:由连续性微分方程,＝0　流体得运动存在,反之流体得运动不存在。
　 　答案:（１)代入数值求解,　流体得运动不存在。
(２)代入数值求解,流体得运动存在。
3 水流从水箱经管径分别为得管道流出,出口流速,如图所示。求流量及其它管道得断面平均流速。

解:应用连续性方程
(１)流量：4、91
　(2）　断面平均流速 ， 。
4　如图铅直放置得有压管道,已知d１=200ｍm,ｄ2=100mm,断面1-１处得流速v1=１ｍ/s。求(１)输水流量Q;(2)断面2-2处得平均流速v2；（3)若此管水平放置,输水流量Q及断面2-２处得速度v2就是否发生变化？(４)图a中若水自下而上流动，Ｑ及v2就是否会发生变化?

解：应用连续性方程
（１)
(2）
（3)不变。
（4)流量不变则流速不变。
5 已知某流场得流速势为,为常数,试求及。
　　 　解:　
6、 对于，得平面流动,为常数。试分析判断该流动: (１) 就是恒定流还就是非恒定流?(２）　就是均匀流还就是非均匀流？(３)　就是有旋流还就是无旋流?
解:应用质点加速度数学表达式

　　　求解。瞧时间加速度与迁移加速度判别就是恒定流还就是非恒定流;就是均匀流还就是非均匀流。
答案: (1)就是恒定流。
　 　　 （２)就是非均匀流
　 　　 （3)用无旋流数学表达式求解,就是无旋流
第４章
一． 选择题
１、总流伯努力方程适用于　 　(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得基本规律就是:　( Ａ )(C）
Ａ、总水头线总就是沿程下降得　　 　　 　B、总水头线总就是在测压管水头线得上方
C、测压管水头线沿程可升可降 　 D、测压管水头线总就是沿程下降得
二． 判断题　
１、N-S方程为理想流体运动得微分方程。　 　 　 　　　 ( 正确 )
2、毕托管就是量测流体电流速得一种仪器。　 　 　　　 　　 　（ 正确 )
三． 简答题
1. 说明总流能量方程中各项得物理意义。
答:P71
2. 写出实际流体恒定元流得伯努利方程与实际流体恒定总流得伯努利方程，并指出她们得区别？
答:P66—Ｐ71
3 应用恒定总统能量方程时,为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段?
　 答:因为建立恒定总流得伯努利方程时,把作为常数提到积分号外面,只有渐变流断面或均匀流断面得 　。
4 在写总流能量方程时,过流断面上得代表点、基准面就是否可以任意选取?为什么?
答:可以。因为渐变流断面或均匀流断面得 。
５ 关于水流流向问题有如下一些说法:“水一定由高处向低处流”;“水就是从压强大向压强小得地方流”;“水就是从流速大得地方向流速小得地方流”。这些说法就是否正确？为什么?如何正确描述？
答:(1)“水一定由高处向低处流”，(不对),对明渠水流就是对得,对有压管流不一定。
　 　“水就是从压强大向压强小得地方流” (不对),在有压管流中常常有从压强小向压强大得地方流得现象。
(2)正确描述时,流体得运动方向总就是由单位重量流体能量大得位置流向单位重量流体能量小得位置。(不能单从位能或压能一个角度比较）
6　总流得动量方程为,试问：
(1）中包括哪些力？(2)如果由动量方程求得得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、弹性力含在待求得力中了)
（2)求得得力为负值说明原假设得力得方向不对，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得测压管高度为1.5ｍ,过流面积A1为0．０5m2;过流断面2－2得面积A2为0.02m２;两断面间水头损失为;管中流量Q为２0l/s;z1为2.5m,z2为２.6m。试求断面2-2得测压管高度。(提示:注意流动方向）。(改为1．６m与图相符)

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 向未知情况下 ,流动方向可以假定。
③ 先求出
④ 列能量方程求解
答案:= -2、289mH２o 　(１流向２) ;　＝ -１、４７3 mH2ｏ　　(2流向1)
2、 如图所示,从水面保持恒定不变得水池中引出一管路,水流在管路末端流入大气,管路由三段直径不等得管道组成,其过水面积分别就是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）,当不计管路得水头损失时,试求：(１)出口流速v3及流量Q；(2)绘出管路得测压管水头线及总水头线。

　 解: (1) 因为不计管路得水头损失，此题为理想流体得流动。
① 因为就是理想流体,作用水头完全转化为动能。
② 先解出第３条管中断面平均流速,在求流量。
　　答案:
　 (２）绘出管路得测压管水头线及总水头线步骤:
① 因为就是理想流体,不计水头损失,故总水头线为水平。
② 计算各段流速水头 。
③ 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)
3.如图一管路，A、Ｂ两点得高差Δz＝1m,点A处直径dA＝0．２5m,压强pA=7、８4N/ｃm2,点B处直径ｄB=0.5m,压强pB＝4、9N/ｃｍ２,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得机械能考虑，总就是单位重量流体总得机械能大得位址向单位重量流体总得机械能晓得得地方。
(1)计算A点与B点单位重量流体总得机械能。
(2）比较A点与B点单位重量流体总得机械能得大小。
　　 答案:从A流向B 。
4.在水平安装得文丘里流量计上,直接用水银压差计测出水管与喉部压差Δｈ为20ｃm,已知水管直径为10cm,喉部直径为5 cm，当不计水头损失时,求通过流量Q。

解： 可以直接用公式求解,也可以流能量方程推导公式求解。
答案:
5.为将水库中水引至堤外灌溉,安装了一根直径d为15cｍ得虹吸管(如图），当不计水头损失时,问通过虹吸管得流量Q为多少?在虹吸管顶部s点处得压强为多少？

解：　　此题属理想流体得水力计算，作用水头转化为动能。
　 　s点处得压强进考虑位能、动能压能之间得转化。
　 (1)列上游水面到管出口间得能量方程求流量，
　 (2)列上游水面到s点处得能量方程求s点处得压强,
6．一平板闸门宽b为2m，当通过流量Q为８m3／s时闸前水深h为４ｍ,闸孔后收缩断面水深hC为０.5m,求作用于平板闸门上得动水总压力(不计摩擦力）。

解: 此题为用动量方程求解作用力。因为流量未知,涉及到连续性方程、能量方程、动量方程这三大方程得联合应用。
（1)取控制面（脱离体)(上游过流断面与C-C断面之间）
（2）画出相对压强分布图,全面并分析、计算外力（上游过流断面压力P1 ,Ｃ-C断面压力P2 ,重力沿水流方向得分力为０,设平板闸门对水得动水总压力为Ｒ ,方向向左。
(3)因为流量未知先列能量方程求流速。
(4）列出得能量方程由两个未知量,用连续性方程消掉1个未知量。求出流量、流速。
(5)列动量方程求解作用力。
答案:作用于平板闸门上得动水总压力R=　93、５ ,　 方向向右。
7.如图溢流坝，上游断面水深h1=1．5m,下游断面水深h２=0.6m,略去水头损失;求水流对２m坝宽(垂直纸面)得水平作用力。注:上、下游河床为平底，河床摩擦力不计,为方便计算取ρ=1000kｇ/m3,g=１０m/s2。
解： 此题与上题解完全相同。
答案:R= 3、46 , 　方向向右。