2016电大流体力学形成性考核册(答案1234)

1作业1答案(第1章、第2章)第1章一、选择1、牛顿内摩擦定律适用于（B）A、任何流体B、牛顿流体C、非牛顿流体2、液体不具有的性质是（C）A、易流动性B、压缩性C、抗拉性D、粘滞性3、连续介质假定认为流体（C）连续。A、在宏观上B、在微观上C、分子间D、原子间4、在国际制单位制中流体力学基本量纲不包括（D）A、时间B、质量C、长度D、力5、在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有(D)A、切向力、正压力B、正压力、重力C、正压力、重力D、正压力、切向力、重力6、下属那些力属于质量力（E）A、惯性力B、粘滞力C、弹性力D、表面张力E、重力二、判断题1、压强和切应力属表面力。（正确）2、流体惯性力与加速度方向相同。（错误）3、粘滞性可以制止流体流动。（正确）4、理想流体与实际流体的区别仅在于理想流体具有不可压缩性。（正确）三、简答题（要点）1.为什么要建立连续介质模型？答：液体（气体）是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体，关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体——连续介质模型，目的是建立描述流体运动的连续函数，便于应用数学工具，解决工程实际问题。2．什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？答：流体具有的阻滞变形运动的特性——流体的粘滞性，它对流体流动产生阻力，造成能量损失。3．动力粘滞系数和运动粘滞系数有什么区别？答：两者都反映流体的粘滞性，为动力量，为运动量，，量纲不同。2(a)A(b)uAA(c)u4.容器内盛有液体，求下述不同情况时该液体所受单位质量力？（1）容器静止时；液体所受单位质量力仅有重力。（2）容器以等加速度g垂直向上运动：液体所受单位质量力为2g。（3）容器以等加速度g垂直向下运动。液体所受单位质量力为0。5.试分析图中三种情况下水体A受哪些表面力和质量力？（1）静止水池；（2）顺直渠道水流（均匀流）；（3）平面弯道水流。（1）：水体A受哪些表面力为压应力（正压力），质量力为重力g。（2）：水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g（均匀流）。（3）：水体A受哪些表面力为压应力和切应力，质量力为重力g和惯性力。一、作图题（略）二、计算题(解题思路与答案)1.已知某水流流速分布为10/172.0yu，u的单位为m/s，y为距壁面的距离，单位为m。（1）求y=0.1、0.5、1.0m处的流速梯度；（2）若水的运动粘滞系数scm/1010.02，计算相应的切应力。解：（1）：①求出点流速,②设y的增量dy=0.01m③dyyy处的点流速，④求出求解流速梯dydu0.5477s1,0.1332s1,0.07169s1(2)：dydu5.53610ap;1.345610ap;0.724610ap。2.已知温度20℃时水的密度3/2.998mkg，动力粘滞系数23/10002.1msN，求其运动粘滞系数？解：直接用公式解，注意单位制。：1.0038310sm/23第2章一、选择题(略)1、某点存在真空时，（A）（D）A、该点的绝对压强为正值B、该点的相对压强为正值C、该点的绝对压强为负值D、该点的相对压强为负值2、流体静压强的（B）A、方向与受压面有关B、大小与受压面积有关C、大小与受压面积方位无关3、流体静压强的全微分式为（C）A、dp=p(Xdx+Ydy+Zdz)B、p=p(x，y，z)C、ghppa4、压强单位为N/m2时，采用了哪种表示法（A）A、应力单位B、大气压倍数C、液柱高度5、密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（A）A、高于容器内液面B、低于容器内液面C、等于容器内液面二、判断题1、等压面与质量力垂直。（错误）2、某点存在真空，是指该点的压强小于大气压强（错误）3、静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。（正确）4、相对压强的数值可为正值，也可以是负值。（错误）5、静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。（正确）6、和大气相通容器的测压管液面一定与容器内液面高度相同。（正确）7、相对静止的液体的等压面一定是水平面。（正确）三、简答题1.等压面是水平面的条件是什么？:①连续介质②同一介质③单一重力作用下.2.同一容器中装两种液体，且21，在容器侧壁装了两根测压管。试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？4C(c)盛有不同种类溶液的连通器DCD水油BB(b)连通器被隔断AA(a)连通容器：不对，（右测压管液面要低一些，从点压强的大小分析）3.图中三种不同情况，试问：A-A、B-B、C-C、D-D中哪个是等压面？哪个不是等压面？为什么？：（a）A-A是（b）B-B不是（c）C-C不是，D-D是。四、作图题(略)5p0ABh1h2五、计算题(解题思路与答案)1.已知某点绝对压强为80kN/m2，当地大气压强pa=98kN/m2。试将该点绝对压强、相对压强和真空压强用水柱及水银柱表示。解：用水柱高表示（1）该点绝对压强：8.16mH2o（2）该点相对压强：-1.84mH2o（3）该点真空压强：1.84mH2o用水银柱高表示（1）该点绝对压强：599.1mmHg（2）该点相对压强：-135.4mmHg（3）该点真空压强：135.4mmHg2.一封闭水箱自由表面上气体压强p0=25kN/m2，h1=5m，h2＝2m。求A、B两点的静水压强。解：由压强基本公式ghpp0求解6水水水银P054321空气水银水水ABHAΔHHB2m3mhABrAp=7.551mH2o(74kN/m2)Bp=4.551mH2o(44.6kN/m2)3如图所示为一复式水银测压计，已知m3.21，m2.12，m5.23，m4.14，m5.15(改为3.5m)。试求水箱液面上的绝对压强0p＝？解：①找已知点压强(复式水银测压计管右上端)②找出等压面③计算点压强,逐步推求水箱液面上的压强0p.:0p=273.04kN/m24某压差计如图所示，已知HA=HB=1m，ΔH=0.5m。求：BApp。解：①找出等压面②求出相对的点压强③列平衡方程式求AB点的压强差.④空气的g不计.BApp=47kN/m2(4.8mH2o)5.水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（用图解法和解析法分别求解）。解：①画出相对压强分布图,②计算各侧静水压力,③求静水总压力的大小④列力矩平衡方程求静水总压力的作用点位置。P=24.5kNe1.267m(作用点到底部的距离)6.一弧形闸门AB，宽b=4m，圆心角θ＝45°，半径r=2m，闸门转轴恰与水面齐平。求作用于闸门的静水压力及作用点（改为：作用力的方向）。7解：①画出压力体图,②计算水平方向分力xP、铅垂方向分力zp,③求出合力及作用力的方向P92.59kN004.25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根据（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、非恒定均匀流二、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、恒定流一定是均匀流。（错误）3、涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动。（正确）4、无旋流就是无涡流。（正确）5、非均匀流一定是非恒定流。（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：（略）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、势函数与流速的关系。（改为：写出恒定平面势流中流函数具有的性质，流函数与流速势的关系。）答：流函数具有的性质（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和函数。答：流函数与流速势的关系8（1）流函数与势函数为调和函数。（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？为什么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概念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的管道，试问：(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？(2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？(3)恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？答：（1）是恒定流。Ⅰ、Ⅲ是均匀流，Ⅱ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．恒定二维流动的速度场为ayuaxuyx,，其中1a秒-1。（1）论证流线方程为Cxy；（2）绘出C＝0、1及4m2的流线；（3）求出质点加速度的表达式。解：（1）流线方程为：yxudyudx代入数值推导（2）（略）（3）由：yuuxuutuaxyxxxx代入数值求解。yuuxuutuayyyxyy代入数值求解。9答案:xaax2yaay22试检验下述不可压缩流体的运动是否存在？（1）xyzyxuzyuyxuzyx)(4,2,222（2）xytuxztuyztuzyx,,解：由连续性微分方程，zuyuxuzyx=0流体的运动存在,反之流体的运动不存在。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cmdcmdcmd5.2,5,10321的管道流出，出口流速smV/13，如图所示。求流量及其它管道的断面平均流速。解：应用连续性方程（1）流量：33AvQ4.91sl/103(2)断面平均流速smv/0625.01,smv/25.02。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Q及断面2-2处的速度v2是否发生变化？（4）图a中若水自下而上流动，Q及v2是否会发生变化？解：应用连续性方程10（1）4.31Qsl/（2）smv/42（3）不变。（4）流量不变则流速不变。5已知某流场的流速势为)(222yxa，a为常数，试求xu及yu。解：axuxayuy6.对于xyux2，222yxauy的平面流动，a为常数。试分析判断该流动：(1)是恒定流还是非恒定流？(2)是均匀流还是非均匀流？(3)是有旋流还是无旋流？解：应用质点加速度数学表达式yuuxuutuaxyxxxxyuuxuutuayyyxyy求解。看时间加速度与迁移加速度判别是恒定流还是非恒定流;是均匀流还是非均匀流。答案:（1）是恒定流。（2）是非均匀流（3）用无旋流数学表达式)(21xuyuyxz求解，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的基本规律是：（A）（C）A、总水头线总是沿程下降的B、总水头线总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、测压管水头线总是沿程下降的二．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）11三．简答题1.说明总流能量方程中各项的物理意义。：（略）2.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？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：因为建立恒定总流的伯努利方程时，把)(gpz作为常数提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的