1、精品文檔作業 2 答案 （第3 章、第4 章）第 3章一、 選擇題1、流體運動的連續性方程是根據（C）原理導出的。A、動量守恒B 、質量守恒 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、以每個流體質點運動規律為研究對象的方法稱為拉格朗日法。（正確）2、恒定流一定是均勻流。（錯誤）3、渦流是指流體質點在運動中不繞自身軸旋轉的流動。（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。（錯誤）三、簡答題1、述流體運動的兩種方法是什么？簡述其內容。答 ：研究流體運動有兩種不同的觀點，因而形成兩種不同的方法：一種

2、方法是從分析流體各個質點的運動著手，即跟蹤流體質點的方法來研究整個流體的運動，稱之為拉格朗日法；另一種方法則是從分析流體所占據的空間中各固定點處的流體的運動著手，即設立觀察站的方法來研究流體在整個空間里的運動，稱其為歐拉法2. 流體微團體運動分為哪幾種形式?答：平移線變形角變形旋轉變形。3. 寫出恒定平面勢流中流函數、勢函數與流速的關系。（改為：寫出恒定平面勢流中流函數具有的性質，流函數與流速勢的關系。）答 ：流函數具有的性質1 ）流函數相等的點組成的線即流線，或曰，同一流線上個點的流函數為常數。2）兩流線間的函數值之差為為單寬流量。3）平面勢流的流函數為一個調和函數。答 ：流函數與流速勢的關

3、系2 ）流函數與勢函數為調和函數。3 ） 等勢線與等流函數線正交。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用中簡化計算。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)當閥門開度一定，上游水位隨時間下降，這時管中是恒定流還是非恒定流？(3)恒定流情況下，當判別第 II段管中是漸變流還是急變流時，與該段管長有無關系?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。管段相當長為漸變流，管段較短為急變流。四、計算題(解題思路)1.恒定二維流動的速度場為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)求出質點加速度的表達式。解：(1)流線方程為： 蟲=業 代入數值推導Ux Uy(2)(略)“、I：ux：Ux：Ux.(3)由：ax= -+Ux-+Uyx代入數值求解。ct ex cy：Uy：Uy：Uy 一ay = +Ux +Uy 代入數值求解。yxy二 t 二 x 二 y答案： ax =a2xay =a2yxy2試檢驗下述不可壓縮流體

5、的運動是否存在？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：由連續性微分方程,力+三=0流體的運動存在，反之流體的運動不存在。:x jy ；z答案：(1)代入數值求解，流體的運動不存在。(2)代入數值求解，流體的運動存在。3水流從水箱經管徑分別為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是否發生變化？ ( 4)圖a中若水自下而上流動，Q及v2是否會發生變化？解：應用連續性方程(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已知某流場的流速勢為 a =2（x2 - y g2 g P71） , a為常數，試求ux及uy。 2y解：u =ax Uv = ayxy2226.

7、對于Ux =2xy , Uy =a +x -y的平面流動，a為常數。試分析判斷該流動：（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：應用質點加速度數學表達式；：UxUx：lx:xUy：Ux：:ytt必Ux：lyUy：ly4.x；:yxay求解。看時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）用無旋流數學表達式 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、總水頭線與測壓管水頭線的基本規律是：A、

8、總水頭線總是沿程下降的BC測壓管水頭線沿程可升可降D、可壓縮流體（A ） （C）、總水頭線總是在測壓管水頭線的上方、測壓管水頭線總是沿程下降的判斷題1、N-S方程為理想流體運動的微分方程。2、畢托管是量測流體電流速的一種儀器O（正確）（正確）簡答題1.說明總流能量方程中各項的物理意義。答:,2_2Z1 .三.v1 z Z2 .久.vJ . hw2. 寫出實際流體恒定元流的伯努利方程和實際流體恒定總流的伯努利方程，并指出他們的區別？答：P66P713應用恒定總統能量方程時，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段？答：因為建立恒定總流的伯努利方程時，把 （z + 上）作為常數提到積分號外面，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，過流斷面上的代表點、基準面是否可以任意選取？為什么？答：可以。因為漸變流斷面或均勻流斷面的z+p=C 。:g5關于水流流向問題有如下一些說法：“水一定由高處向低處流”；“水是從壓強大向壓強小的地方流”；“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），對明渠水流是對的，對有壓管流不一定。“水是從壓強大向壓強小的地方流”（不對），在有壓管流中常常有從壓強小向壓強大的地方流的現象。（2）正確描述時，流體的運動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角度比較）6總流的動量方程為£ F = PQ（日2月-）,試問：（1） ZF中包括哪些力？ （ 2）如果由動量方程求得的力為負值說明什么問題？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）求得的力為負值說明原假設的力的方向不對，反向即可。四、計算題（解題思路）1 .在一管路上測得過流斷面 1-1的測壓管高度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的測壓管高

11、度 p2- o （提示：注意流動方向）。（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。求測壓管高度即求壓強，自然要想到用能量方程。向未知情況下，流動方向可以假定。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）,當不計管路的水頭損失時，試求

12、： （1）出口流速V3及流量Q （2）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線。解：（1）因為不計管路的水頭損失，此題為理想流體的流動。 因為是理想流體，作用水頭完全轉化為動能。 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）繪出管路的測壓管水頭線及總水頭線步驟:因為是理想流體，不計水頭損失，故總水頭線為水平。2計算各段流速水頭。2g 總水頭線下方減去1個流速水頭得測壓管水頭線。(測壓管水頭線及總水頭線圖，略)23.如圖一管路， A、B兩點的局差 Az=1m點A處直徑dA=0.25m,壓強pA=7.84N/cm，點B處直徑dB=0.5m,壓強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械能考慮，總是單位重量流體總的機械能大的位址向單位重量流體總的機械能曉得的地方。(1)計算A點與B點單位重量流體總的機械能。(2)比較A點與B點單位重量流體總的機械能的大小。答案：從A流向B 。4 .在水平安裝的文丘里流量計上，直接用水銀壓差計測出水管與喉部壓差Ah為20cm,已知水管直徑di為10cm,喉部直徑d2為5 cm,當不計水頭損失時，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)，當不計水頭損失時，問通過虹吸管的流量 Q為多少？在虹吸管頂部 s點處的壓強為多少？解：此題屬理想流體的水力計算，作用水頭轉化為動能。s 點處的壓強進考慮位能、動能壓能之間的轉化。(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點處的能量方程求s點處的壓強， 衛 =_5mH 2o7g6. 一平板閘門寬 b為2m當通過流量 Q為8m3/s時閘前水深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水總壓力(不計摩擦力)。解：此題為用動量方程求解作用力。因為流量未知，涉及到連續性方程、能量方程、動量方程這三大方程的聯合應用。(1)取控制面(脫離體)(上游過流斷面與 C-C斷面之間)(2)畫出相對壓強分布圖，全面并分析、計算外力(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,設平板閘門對水的動水總壓力為R ,方向向左。(3)因為流量未知先列能量方程求流速。(4)列出的能量方程由 V