第一章 流体运动学

3第三章_流体运动学

第三章 流体运动学 3－1 已知流体质点的运动，由拉格朗日变数表示为 x =ae kt ，y =be -kt ，z =c ，式中k 是不为零的常数。试求流体质点的迹线、速度和加速度。 解：（1）由题给条件知，流体质点在z=c 的平面上运动，消去时间t 后，得 xy =ab 上式表示流体质点的迹线是一双曲线族：对于某一给定的（a ，b ）,则为一确定的双曲线。 （2）0kt kt x y z x y z u kae u kbe u t t t -???= ===-==???，， （3）220y kt kt x z x y z u u u a k ae a k be a t t t -???=== ===???，， 3－2 已知流体运动，由欧拉变数表示为u x =kx ，u y =－ky ，u z =0，式中k 是不为零的常 数。试求流场的加速度。 解：2d d x x x x x x x y z u u u u u a u u u k x t t x y z ????= =+++=???? 2d d y y u a k y t ==，d 0d z z u a t == 3－3 已知u x =yzt ，u y =zxt ，u z =0，试求t =1时流体质点在（1，2，1）处的加速度。 解：2()3m/s x x x x x x y z u u u u a u u u yz zxt zt t x y z ????= +++=+=???? 2()3m/s y y y y y x y z u u u u a u u u zx yzt zt t x y z ????=+++=+=???? 0z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z ????=+++=???? 3－4 已知平面不可压缩液体的流速分量为u x =1－y ，u y =t 。试求（1）t =0时，过（0， 0）点的迹线方程；（2）t =1时，过（0，0）点的流线方程。 解：（1）迹线的微分方程式为 d d d d d d d d d d y x y x y x y x y t t t y u t t t u u u u ======，，，， 积分上式得：12 2C t y +=，当t=0时，y=0，C 1=0，所以 2 2t y = (1) 2d d (1)d (1)d 2x t x u t y t t ==-=-，积分上式得：23 6 C t t x +-= 当t =0时，x =0，C 2=0，所以 6 3 t t x - = (2) 消去（1）、（2）两式中的t ，得x =有理化后得 023 49222 3=-+-x y y y

中北大学流体力学第四章习题

第四章 流体运动学基础 一 选择题 1. 用欧拉法表示流体质点加速度a 等于 。 2. (A) t u ?? (B) u u )(?? (C) u u t u )(??+?? (D) u u t u )(??-?? 3. 恒定流是流场中 的流动。 4. (A) 各断面流速分布相同 (B) 流线是相互平行的直线 (C) 运动要素不随时间而变化 5. (D) 流动随时间按一定规律变化 6. 一元流动是 。 7. (A) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 (B) 速度分布按直线变化 (C) 均匀直线流 8. (D) 流动参数随时间而变化 9. 均匀流的 加速度为零。 10. (A) 当地 (B) 迁移 (C) 向心 (D) 质点 11. 在 流动中，流线和迹线重合。 12. (A) 恒定 (B) 非恒定 (C) 不可压缩流体 (D) 一元 13. 连续性方程表示流体运动遵循 守恒定律。 14. (A) 能量 (B) 动量 (C) 质量 (D) 流量 15. 水在一条管道中流动，如果两断面的管径比为d 1/d 2 =2，则速度比v 1/v 2= 。 16. (A) 2 (B) 1/2 (C) 4 (D) 1/4 17. 流体微团 。 18. (A) 具有规则的几何形状 (B) 质量大小不受限制 (C) 是由大量流体质点组成的微小质团 19. (D) 是质量、体积均可忽略的微元 20. 在 流动中，伯努利方程不成立。D 21. (A) 恒定 (B) 理想流体 (C) 不可压缩 (D) 可压缩 22. 在总流伯努利方程中，速度 v 是 速度。B 23. (A) 某点 (B) 断面平均 (C) 断面形心处 (D) 断面上最大 24. 文透里管用于测量 。D 25. (A) 点流速 (B) 压强 (C) 密度 (D) 流量 26. 毕托管用于测量 。A 27. (A) 点流速 (B) 压强 (C) 密度 (D) 流量 28. 密度 = 800kg/m 3 的油在管中流动，若压强水头为2m 油柱，则压强为 N/m 2 。C 29. (A) ×104 (B) 2×103 (C) ×104 (D) ×103 30. 应用总流能量方程时，两断面之间 。D 31. (A) 必须是缓变流 (B) 必须是急变流 (C) 不能出现急变流 (D) 可以出现急变流 32. 应用总流动量方程求流体对物体合力时，进、出口的压强应使用 。B 33. (A) 绝对压强 (B) 相对压强 (C) 大气压强 (D) 真空值

第二章计算流体力学的基本知识

第二章计算流体力学的基本知识 流体流动现象大量存在于自然界及多种工程领域中，所有这些工程都受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律的支配。这章将首先介绍流体动力学的发展和流体力学中几个重要守恒定律及其数学表达式，最后介绍几种常用的商业软件。 2.1计算流体力学简介 2.1.1计算流体力学的发展 流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。20 世纪30～40 年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943 年一直算到1947 年。 数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了"计算流体力学" 。 从20 世纪60 年代起，在飞行器和其他涉及流体运动的课题中，经常采用电子计算机做数值模拟，这可以和物理实验相辅相成。数值模拟和实验模拟相互配合，使科学技术的研究和工程设计的速度加快，并节省开支。数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。 自然界存在着大量复杂的流动现象，随着人类认识的深入，人们开始利用流动规律来改造自然界。最典型的例子是人类利用空气对运动中的机翼产生升力的机理发明了飞机。航空技术的发展强烈推动了流体力学的迅速发展。 流体运动的规律由一组控制方程描述。计算机没有发明前，流体力学家们在对方程经过大量简化后能够得到一些线形问题解读解。但实际的流动问题大都是复杂的强非线形问题，无法求得精确的解读解。计算机的出现以及计算技术的迅速发展使人们直接求解控制方程组的梦想逐步得到实现，从而催生了计算流体力

第三章 流体运动学 复习思考题

第三章 流体运动学 复习思考题 1. 用欧拉法表示流体质点加速度a 等于 C 。 (A) t u ?? (B) u u )(?? (C) u u t u )(??+?? (D) u u t u )(??-?? 2. 恒定流是流场中 C 的流动。 (A) 各断面流速分布相同 (B) 流线是相互平行的直线 (C) 运动要素不随时间而变化 (D) 流动随时间按一定规律变化 3. 一元流动是 A 。 (A) 运动参数是一个空间坐标和时间变量的函数 (B) 速度分布按直线变化 (C) 均匀直线流 (D) 流动参数随时间而变化 4. 均匀流的 B 加速度为零。 (A) 当地 (B) 迁移 (C) 向心 (D) 质点 5. 在 A 流动中，流线和迹线重合。 (A) 恒定 (B) 非恒定 (C) 不可压缩流体 (D) 一元 6. 连续性方程表示流体运动遵循 C 守恒定律。 (A) 能量 (B) 动量 (C) 质量 (D) 流量 7. 水在一条管道中流动，如果两断面的管径比为d 1/d 2 =2，则速度比v 1/v 2= D 。 (A) 2 (B) 1/2 (C) 4 (D) 1/4 8. 流体微团 C 。 (A) 具有规则的几何形状 (B) 质量大小不受限制 (C) 是由大量流体质点组成的微小质团 (D) 是质量、体积均可忽略的微元 9. 流体微团运动的基本形式包括 D 。 (A) 平移和旋转 (B) 平移和变形 (C) 旋转和变形 (D) 平移、旋转和变形 10. 流体旋转角速度是 B 。 (A) 标量 (B) 矢量 (C) 既不是标量，也不是矢量 (D) 二阶张量 11. 速度场的旋度和旋转角速度的关系是 B 。 (A) 相等 (B) 旋度等于旋转角速度的两倍 (C) 旋度等于旋转角速度的一半 (D) 没有一定关系 12. 流体作有旋运动的特征是 C 。 (A) 流体质点运动轨迹是圆形 (B) 旋转角速度矢量的三个分量都不等于零 (C) 速度场的旋度不等于零 13. 速度势只存在于 C 。 (A) 不可压缩流体流动中 (B) 可压缩流体流动中 (C) 无旋流动中 (D) 有旋流动中 14. 流动无旋的等价命题是： B 。 (A) 流动是均匀流 (B) 速度场有势 (C) 流线为互相平行的直线 (D) 流体微团没有变形 15. 什么是流线与迹线，二者有什么区别？在什么条件下流线与迹线重合，为什么？ 16. 什么是恒定流与非恒定流？举例说明之。 17. 流体速度分解定理与刚体速度分解定理有什么区别？ 18. 流体的旋转角速度与刚体的旋转角速度有何异同？ 19. 均匀流与非均匀流、渐变流与急变流的过水断面有何不同？ 20. 过水断面、平均流速和流量三者的关系是什么？

流体力学第三章

第三章 流体运动学 3-1解：质点的运动速度 10 3 1014,1024,1011034= -=-==-= w v u 质点的轨迹方程 10 31,52,103000t wt z z t vt y y t ut x x +=+=+=+=+ =+= 3-2 解： 2 /12/12/3222 /12/12/3220375.0232501.02501.00375.0232501.02501.00 t t t dt d dt y d a t t t dt d dt x d a a y x z =??=?? ? ???===??=??? ???=== 由5 01 .01t x +=和10=A x ,得 19.1501.011001.015 25 2=??????-=?? ????-=A x t 故 206 .00146.0146.00,146.0,014619.150375.02 2 222 2/1=++=++=====?=z y x z x y x a a a a a a a a 3-3解：当t=1s 时，点A （1,2）处的流速 ()( ) s m s m yt xt v s m s m y xt u /1/1211/5/221122 2 -=?-?=-==?+?=+= 流速偏导数 112221121,1,/12,1,/1-----=-=??==??==??=??==??==??s t y v s t x v s m t t v s y u s t x u s m x t u 点A(1,2)处的加速度分量

()[]()()[]2 22/11151/3/21151s m y v v x v u t v Dt Dv a s m s m y u v x u u t u Dt Du a y x -?-+?+=??+??+??===?-+?+=??+??+??== 3-4解：(1)迹线微分方程为 dt u dy dt u dx ==, 将u,t 代入，得 ()tdt dy dt y dx =-=1 利用初始条件y(t=0)=0,积分该式，得 2 2 1t y = 将该式代入到式（a ）,得dx=(1-t 2/2)dt.利用初始条件x(t=0)=0,积分得 36 1t t x -= 联立（c ）和（d ）两式消去t,得过（0,0）点的迹线方程 023 49222 3=-+-x y y y (2)流线微分方程为=.将u,v 代入，得 ()tdx dy y t dy y dx =-=-11或 将t 视为参数，积分得 C xt y y +=- 2 2 1 据条件x(t=1)=0和y(t=1)=0,得C=0.故流线方程为 xt y y =- 2 2 1 3-5 答：

流体力学第三章流体运动学与动力学基础

第三章流体运动学与动力学基础 主要内容 ●基本概念 ●欧拉运动微分方程 ●连续性方程——质量守恒* ●伯努利方程——能量守恒** 重点 ●动量方程——动量守恒** 难点 ●方程的应用 第一节研究流体运动的两种方法 ●流体质点：物理点。是构成连续介质的流体的基本单位，宏观上无穷小（体积非常 微小，其几何尺寸可忽略），微观上无穷大（包含许许多多的流体分子，体现了许 多流体分子的统计学特性）。 ●空间点：几何点，表示空间位置。 流体质点是流体的组成部分，在运动时，一个质点在某一瞬时占据一定的空间点（x，y，z）上，具有一定的速度、压力、密度、温度等标志其状态的运动参数。拉格朗日法以流体质点为研究对象，而欧拉法以空间点为研究对象。 一、拉格朗日法（跟踪法、质点法）Lagrangian method 1、定义：以运动着的流体质点为研究对象，跟踪观察个别流体质点在不同时间其位置、流速和压力的变化规律，然后把足够的流体质点综合起来获得整个流场的运动规律。 2、拉格朗日变数：取t=t0时，以每个质点的空间坐标位置为（a，b，c）作为区别该质点的标识，称为拉格朗日变数。 3、方程：设任意时刻t，质点坐标为(x，y，z) ，则： x = x(a,b,c,t) y = y(a,b,c,t) z = z(a,b,c,t) 4、适用情况：流体的振动和波动问题。 5、优点：可以描述各个质点在不同时间参量变化，研究流体运动轨迹上各流动参量的变化。 缺点：不便于研究整个流场的特性。 二、欧拉法（站岗法、流场法）Eulerian method

1、定义：以流场内的空间点为研究对象，研究质点经过空间点时运动参数随时间的变化规律，把足够多的空间点综合起来得出整个流场的运动规律。 2、欧拉变数：空间坐标（x ，y ，z ）称为欧拉变数。 3、方程：因为欧拉法是描写流场内不同位置的质点的流动参量随时间的变化，则流动参量应是空间坐标和时间的函数。 位置： x = x(x,y,z,t) y = y(x,y,z,t) z = z(x,y,z,t) 速度： u x =u x （x,y,z,t ） u y =u y （x,y,z,t ） u z =u z （x,y,z,t ） 同理： p =p （x,y,z,t ） ，ρ=ρ(x,y,z,t) 说明： x 、y 、z 也是时间t 的函数。 加速度： z u u y u u x u u t u a x z x y x x x x ??+??+??+??= z u u y u u x u u t u a y z y y y x y y ??+??+??+??= z u u y u u x u u t u a z z z y z x z z ??+??+??+??= 全加速度＝当地加速度＋迁移加速度 当地加速度：在一定位置上，流体质点速度随时间的变化率。 迁移加速度：流体质点所在的空间位置的变化而引起的速度变化率。 说明：两种方法具有互换性。但由于欧拉法较简单，且本书着重讨论流场的整体运动特性。所以，采用欧拉法研究问题。 四、流场分类 1、 三元流场：凡具有三个坐标自变量的流场称为三元流场（或三维流场）。 一般来说，速度是三个坐标自变量的函数：V =V (x,y,z,t) 2、二元流场：凡具有两个坐标自变量的流场。 3、一元流场：具有一个坐标自变量的流场。 管截面A=A(l )，若人们研究的是各截面上流动的平均物理参数，则它可以简化为一元流场B=B(l , t)。 k y x j xy i xy u 542 1221+-=——二维流场

工程流体力学(孔珑版)第四章-题解

第四章流体运动学和流体动力学基础 【4-2】 已知平面流动的速度分布规律为 式中r 为常数。求流线方程并画出若干条流线。 代入流线的微分方程 dy 1 3 . -y i xyk 3 y, Z)=( 1,2, 3 )点的加速度 流动参量是两个坐标的函数，因此属于二维流动。 （2）由题设， dt 2 xy 2 xy y 1 一 xy v x x, y 2 xy ⑵ V y x,y 1 3 -y ⑶ 3 V z x,y xy ⑷ V x V x V x V y V z x y z 2 1 3 2 2 —xy y — xy xy — xy x 3 y z V x 2 xy 1 y 3 2xy 3 【解】 由题设，V x x, y V y x,y 2 V x x, y,z,t V y x,y,z,t 2 x 2 dx y_ 2 y dy dy * xdx 【4-4】 x 2 x 2 y 2 yd y xdx ydy 已知流场的速度分布为 C' 2. xy i （1）问属于几维流动？ （ 2）求（x, 【解】 （1）由于速度分布可以写为 v v x x, y i V y x, y j v x, y k (1)

d V z V z V z V z V z a z V x Vy - V z dt t x y z 2 1 3 — xy xy — xy y - —xy xy— xy t x 3 y z ⑺ 2 1 3 0 xy y -y x 0 3 2 3 3xy 将x=1, y=2, z=3代入式⑸(6)⑺，得 1 4 1 “ J 16 a x xy —1 2 3 3 3 1 5 1 〃32 a y y — 2 3 3 3 2 3 2 “心16 a z xy —1 2 3 3 3 【4-15】图4-28所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系 图4-28 习题4-15示意图 【解】列1-1、2-2断面的能量方程： 2 1V a1 z1 2g P1 g 2 2V a2 2g Z2 血h w g (1) 不计损失，h w=O,取a 1= a 2=1 ,贝U 2 2 V1 乙P1 V2 卫2 Z ⑵ 2g g 2g g ___ 1 3 y 2 xy — 1 3 y 1 3 y 1 3 y xy—1y3 t 3 x 3 3 y 3 z 3 ⑹ 1 3 2 亠 0 0 -y y 0 3 1 5 V y V y V y V y V x V y V z - t x y z dV y dt

流体力学标准化作业答案解析第三章

流体力学标准化作业（三） ——流体动力学 本次作业知识点总结 1.描述流体运动的两种方法 （1）拉格朗日法；（2）欧拉法。 2.流体流动的加速度、质点导数 流场的速度分布与空间坐标(,,)x y z 和时间t 有关，即 (,,,)u u x y z t = 流体质点的加速度等于速度对时间的变化率，即 Du u u dx u dy u dz a Dt t x dt y dt z dt ????= =+++ ???? 投影式为 x x x x x x y z y y y y y x y z z z z z z x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z u u u u a u u u t x y z ?????=+++?????? ????? =+++???????????=+++?????? 或 ()du u a u u dt t ?==+??? 在欧拉法中质点的加速度du dt 由两部分组成， u t ??为固定空间点，由时间变化 引起的加速度，称为当地加速度或时变加速度，由流场的不恒定性引起。()u u ??为同一时刻，由流场的空间位置变化引起的加速度，称为迁移加速度或位变加速度，由流场的不均匀性引起。 欧拉法描述流体运动，质点的物理量不论矢量还是标量，对时间的变化率称为该物理量的质点导数或随体导数。例如不可压缩流体，密度的随体导数 D D u t t ρρ ρ?=+???（） 3.流体流动的分类

（1）恒定流和非恒定流 （2）一维、二维和三维流动 （3）均匀流和非均匀流 4.流体流动的基本概念 （1）流线和迹线 流线微分方程 x y z dx dy dz u u u == 迹线微分方程 x y z dx dy dz dt u u u === （2）流管、流束与总流 （3）过流断面、流量及断面平均流速 体积流量 3(/)A Q udA m s =? 质量流量 (/)m A Q udA kg s ρ=? 断面平均流速 A udA Q v A A == ? （4）渐变流与急变流 5. 连续性方程 （1）不可压缩流体连续性微分方程 0y x z u u u x y z ???++=??? （2）元流的连续性方程 12 1122 dQ dQ u dA u dA =?? =? （3）总流的连续性方程 1122u dA u dA = 6. 运动微分方程 （1）理想流体的运动微分方程（欧拉运动微分方程）

第二章流体力学作业题答案(1)

第二章流体力学作业题 答案(1) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第二章流体力学 一、填空题 1、流体做稳定流动时，流线的形状 不发生变化 ,流线与流体粒子的 运动轨迹重合。 2、理想流体稳定流动时，截面积大处流速小，截面积小处流速大。 3、理想流体在水平管中作稳定流动 时，流速小的地方压强大，流 速大的地方压强小。 4、当人由平卧位改为直立位时，头 部动脉压减小，足部动脉压增 大。

5、皮托管是一种测流体速度的装 置，其工作原理为将动压强转化 为可测量的静压强。 6、粘性流体的流动状态主要表现为层流和湍流两种。 7、实际流体的流动状态可用一个无量纲的数值即雷诺数Re来判断：当_R e＜1000,液体作层流；R e＞1500时，流体作湍流。 8、在泊肃叶定律中，流量Q与管子 半径的四次方成正比，管子长度 成反比。 9、水在粗细不同的水平管中作稳定流动，若流量为3×103cm3s-1,管的粗处截面积为30cm2，细处的截面

积为10cm2，则粗细两处的压强差为4×103Pa。 10、正常成年人血液流量为0.85×10-4m3s-1,体循环的总血压降是11.8KPa，则体循环的总流阻为1.4×108Pa﹒s﹒m-3。 11、球型物体在流体中运动时受到 的流体阻力的大小与球体的速度 成正比，与球体半径成正比。12、实际流体具有可压缩性和粘 性，粘性液体则只考虑流体的粘 性而没考虑流体的可压缩性。13、粘性流体做层流时，相邻流层 的流体作相对滑动，流层间存在 着阻碍流体相对滑动的内摩擦力

工程流体力学第四章_题解

第四章 流体运动学和流体动力学基础 【4-2】 已知平面流动的速度分布规律为 j y x x i y x y v 2 22222 式中Γ为常数。求流线方程并画出若干条流线。 【解】 由题设， 222,y x y y x v x ， 2 22,y x x y x v y 代入流线的微分方程 t z y x v y t z y x v x y x ,,,d ,,,d 得 2 22 22d 2d y x x y y x y x x y y x d d y y x x d d y y x x d d C y x 222 1 21'22C y x 【4-4】 已知流场的速度分布为 k xy j y i xy v 32 3 1 （1）问属于几维流动？（2）求（x , y , z ）=（1, 2, 3）点的加速度。 【解】 （1）由于速度分布可以写为 k y x v j y x v i y x v v z y x ,,, (1) 流动参量是两个坐标的函数，因此属于二维流动。 （2）由题设， 2,xy y x v x (2) 33 1 ,y y x v y (3) xy y x v z , (4) 43222232223 10 23 1 031d d xy xy y y xy xy z xy xy y y xy x xy xy t z v v y v v x v v t v t v a x z x y x x x x x (5)

5233333233 10 31 003131313131d d y y y y z xy y y y y x xy y t z v v y v v x v v t v t v a y z y y y x y y y (6) 3 32323 20 3 1 031d d xy x y y xy xy z xy xy y y xy x xy xy t z v v y v v x v v t v t v a z z z y z x z z z (7) 将x =1，y=2，z =3代入式(5)(6)(7)，得 31621313144 xy a x 332 2313155 y a y 3 1621323233 xy a z 【4-15】 图4-28所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系式。 图4-28 习题4-15示意图 【解】 列1-1、2-2断面的能量方程： w a a h g p z g v g p z g v 222 2 21121 122 (1) 不计损失，h w =0，取α1=α2=1，则 g p z g v g p z g v 222 2112122 (2)

工程流体力学答案(陈卓如)第四章

［陈书4－8］测量流速的皮托管如图所示，设被测流体的密度为ρ，测压管内液体密度为1ρ，测压管内液面的高度差为h 。假定所有流体为理想流体，皮托管直径很小。试证明所测流速 ρ ρρ-=12gh v ［证明］沿管壁存在流线，因此可沿管壁列出理想流体的Bernoulli 方程： g p g V z g p g V z ρρ2222121122++=++ （1） 其中点1取在皮托管头部（总压孔），而点2取在皮托管环向测压孔（静压孔）处。 因流体在点1处滞止，故：01=V 又因皮托管直径很小，可以忽略其对流场的干扰，故点2处的流速为来流的速度，即： 2V v = 将以上条件代入Bernoulli 方程（1），得： ()??????-+-=g p p z z g v ρ21212 （2） 再次利用皮托管直径很小的条件，得：021=-z z 从测压管的结果可知：()gh p p ρρ-=-121 将以上条件代入（2）式得：ρρρ-= 12gh v 证毕。 ［陈书4－13］水流过图示管路，已知21p p =，m m 3001=d ，s m 61=v ，m 3=h 。不计损失，求2d 。 ［解］因不及损失，故可用理想流体的Bernoulli 方程： g p g v z g p g v z ρρ2222121122++=++ （1） 题中未给出流速沿管道断面的分布，再考虑到理想流体的条件，可认为流速沿管道断面不变。此外，对于一般的管道流动，可假定水是不可压缩的，于是根据质量守恒可得： 2211A v A v = （2）

其中1A 和2A 分别为管道在1和2断面处的截面积： 4211d A π=，4222d A π= （3） 方程（1）可改写为： ()g p p g v z z g v ρ2121212222-++-= （4） 根据题意：021=-p p ，h z z =-21 （5） 将（5）代入（4），得：g v h g v 222122+= （6） 再由（2）和（3）式可得：44 2222 11d v d v ππ= 所以：222112d d v v = （7） 将（7）式代入（6）得：g v h g d d v 2221424121 += 整理得：2 12142412v v gh d d += 14212122d v gh v d += （8） 将m m 3001=d ，s m 61=v ，m 3=h ，2m 8.9=g 代入（8）式，得： ()mm 236m 236.03.036 8.96364 2==?+?=d ［陈书4－19］图示两小孔出流装置，试证明不计流动损失时有关系式()22211y h y y h =+。（此题陈书2y 的标注有误） ［证明］因不计损失，可视流体为理想流体，则位于1h 深度处的小孔出流速度为： 112gh v =

流体力学第3章流体运动学

第3章流体运动学 选择题： 【3.1】 用欧拉法表示流体质点的加速度a 等于：（a ）22 d d t r ；（b ）v t ??；（c ）()v v ??； （d ）()t ?+???v v v 。 解：用欧拉法表示的流体质点的加速度为 () d d t t ?= =+??v v a v v （d ） 【3.2】 恒定流是：（a ）流动随时间按一定规律变化；（ b ）各空间点上的运动要 素不随时间变化；（c ）各过流断面的速度分布相同；（d ）迁移加速度为零。 解：恒定流是指用欧拉法来观察流体的运动，在任何固定的空间点若 流体质点的所有物理量皆不随时间而变化的流动. （b ） 【3.3】 一元流动限于：（a ）流线是直线；（b ）速度分布按直线变化；（c ）运 动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d ）运动参数不随时间变化的流动。 解：一维流动指流动参数可简化成一个空间坐标的函数。 （c ） 【3.4】 均匀流是：（a ）当地加速度为零；（b ）迁移加速度为零；（c ）向心加 速度为零；（d ）合加速度为零。 解：按欧拉法流体质点的加速度由当地加速度和变位加速度（亦称迁移加速度）这两部分组成，若变位加速度等于零，称为均匀流动 （b ） 【3.5】 无旋运动限于：（a ）流线是直线的流动；（b ）迹线是直线的流动；（c ） 微团无旋转的流动；（d ）恒定流动。 解：无旋运动也称势流，是指流体微团作无旋转的流动，或旋度等于零的流动。 （d ） 【3.6】 变直径管，直径1320mm d =，2160mm d =，流速1 1.5m/s V =。2V 为：（a ） 3m/s ；（b ）4m/s ；（c ）6m/s ；（d ）9m/s 。 解：按连续性方程， 22 1 12 2 4 4 V d V d π π =，故

李玉柱流体力学课后题答案 第四章

第四章 流体动力学基础 4-1 设固定平行平板间液体得断面流速分布为, 总流得动能修正系数为何值? 解: 因为 所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A A B y u v d dy B A v B α-????-- ??? ?≈+=+?-= ? ? ??? ????? ?? 4-2 如图示一股水流自狭长得缝中水平射出,其厚度,平均流速V 0＝8m/s,假设此射流受重力作用而向下弯曲,但其水平分速保持不变。试求(1)在倾斜角处得平均流速V ;(2)该处得水股厚度。 解:(1)由题意可知:在45度水流处,其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得:V==11、31m/s (2)水股厚度由流量守恒可得:,由于缝狭长,所以两处厚度近似相等,所以m 。 4-3 如图所示管路,出口接一收缩管嘴,水流射人大气得速度V 2=20m/s,管径d 1＝0、1m,管嘴出口直径d 2＝0、05m,压力表断面至出口断面高差H ＝5m,两断面间得水头损失为。试求此时压力表得读数。 解:取压力表处截面为截面1-1,收缩管嘴处截面为截面2-2,选择两截面包围得空间为控制体,由实际流体得恒定总流能量方程得: , 由连续性方程可得1-1断面流速, 由上述两个方程可得压力表得读数(相对压强):, 上式计算结果为:2、48at 。所以,压力表得读数为2、48at 。 4-4 水轮机得圆锥形尾水管如图示。已知A —A 断面得直径d A =0、6m,流速V A ＝6m ／s,B —B 断面得直径d B ＝0、9m,由A 到B 水头损失。求(1)当z ＝5m 时A —A 断面处得真空度;(2)当A —A 断面处得允许真空度为5m 水柱高度时,A —A 断面得最高位置。 解:(1)取A-A 与B-B 包围得空间为控制体,对其列伯努利方程: 可得A-A 断面处得真空度 , 由连续性方程可得B-B 断面流速=2、67m/s, 所以A-A 断面处真空度为6、42m 。 (2)由伯努利方程 可得A —A 断面处得真空度: 将允许真空度代入上式,可得:=3、80m 4-5 水箱中得水从一扩散短管流到大气中,如图示。若直径d 1=100 mm,该处绝对压强,而直径d 2=l50mm,求作用水头H (水头损失可以忽略不计)。 解:取扩散短管收缩段为截面1-1,扩张段为截面2-2,为两截面之间包围得空间为控制体,对其列出连续方程: 对水箱自由液面与两截面列出伯努利方程:

第4章流体动力学基础

第四章 流体动力学基础 本章在流体运动学的基础上，加进动力学因素，对运动流体的应力状态作进一步分析，定义应力张量，并给出应力张量和变形率张量之间的联系。建立不可压缩流体运动微分方程 — N-S 方程。对理想流体运动微分方程 —— 欧拉方程在恒定条件下沿流线积分得到恒定元流的能量方程 —— 伯努利方程，进而推广到总流，得到恒定总流的能量方程。将动量守恒定律用于恒定总流得到恒定总流的动量方程。 §4—1运动流体的应力状态 ● 在静止流体里，无论是理想还是粘性流体，流体质点只能承受压应力，即静水压强。 任一点上的静水压强与作用方向无关，只是位置的函数。这说明静止流体的应力状态可由一个静压强（数量场）来描述。 ● 在运动的流体中，既可能有压应力又可能有切应力。把流体在运动状态下的压应力叫 做动水压强，以示与静水压强的区别。 ● 在运动的理想流体里，由于没有粘滞性的作用，虽有质点的相对运动，也不会有切应 力，因此理想流体中只有动水压强，而且可用分析静水压强特性的同样方法推证：任一点的动水压强在各方向上的大小都相等，和静水压强有同样的特性。 ● 在运动的实际流体中，由于粘滞性作用，既有压应力又有切应力。任意一点处的应力 是矢量，而且还与作用面方向有关。所以把法向为n 的作用面上的应力矢量表示为 ),,,(t z y x p n ，这里我们定义法线的正方向为受力面的外法向，即法向应力为正表示流体 受拉。应力矢量的分量形式为),,(nz ny nx p p p ，其中每一个分量的两个脚标的含义是：前一个表示作用面方向；后一个表示应力分量之投影方向。由此，也可知 xy p 等的含义。 ● 由如下九个量组成的二阶张量，称为应力张量，记为 ??? ? ? ?????=zz zy zx yz yy yx xz xy xx p p p p p p p p p ][P 主对角线上的三个元素是法应力分量，其它是切应力分量。可以证明这个张量是对称的，所以它只有六个独立的分量。 ● 有了应力张量[P ]，任意方位作用面上的应力都可知道，为：][P ?=n p n ，如法向为n 的 作用面上应力的y 方向的分量为 z zy y yy x xy ny n p n p n p p ++= ● 运动流体中的每一点都对应一个应力张量，有了这个应力张量，即可知道该点处任意方位作用面上的应力，可见运动流体的应力状态可由应力张量来描述。 ● 应力张量主对角线上三个元素之和 zz yy xx p p p ++ 是坐标变换中的不变量，即其值不随 坐标轴的转动而改变，任意三个相互垂直的作用面上的法应力之和都是相同的。于是可定义 )(3 1 zz yy xx p p p p ++-= 为流体的动压强。它由场点唯一对应，而与作用面的方位无关。所以运动流体中存在一动压强场，它是数量场。要注意p 并非任意方位作用面上真正的压应力nn p -. ● 各向同性的不可压缩牛顿流体的应力和变形速率之间存在线性关系：

第3章 流体运动学

第3章 流体运动学 3.1 已知流体的速度分布为y u -=1x ；t u =y ，求t =1时过（0,0）点的流线及t =0时位于（0,0）点的质点轨迹。 解：（1）将y u -=1x ，t u =y 带入流线微分方程 y x d d u y u x = 得 t y y x d 1d = - t 被看成常数，则积分上式得c y y xt +-=22 t =1时过（0,0）点的流线为02 2 =+-y y x （2）将y u -=1x ，t u =y 带入迹线微分方程 t u y u x d d d y x ==得 t t y y x d d 1d ==- 解这个微分方程得迹的参数方程：1)1(c t y x +-=，22 2 c t y += 将0t =时刻，点（0,0）代入可得积分常数：01=c ，02=c 。 带入上式并消去t 可得迹线方程为：y y x 2)1(-= 3.2 给出流速场为2 2 2 (6)(10)25u x y t i xy t j k =++-++，求空间点（3,0,2）在t =1时的加速度。 解：根据加速度的定义可知： d d d d d d d d u u x u y u z u a t x t y t z t t ????= =+++????t u z u y u x ??+??+??+??=u u u u z y x 226t y x u x ++=，)10(2t xy u y +-=，25=z u a 在z y x ,,向分速度如下： t t xy x t y x xy t u u z u u y u u x u t u a 2)10()6(2d d 2222x z x y x x x x x ++-++=??+??+??+??==

工程流体力学第四章_题解

3 第四章流体运动学和流体动力学基础 【4-2】 已知平面流动的速度分布规律为 y . V 2 2 i 2 x y 式中r 为常数。求流线方程并画出若干条流线。 代入流线的微分方程 dy * y 3 j xyk y, z ) = (1,2, 3 )点的加速度 v v x x, y i V y x, y j v z x, y k (1) 流动参量是两个坐标的函数，因此属于二维流动 （2）由题设， 2 V x x, y xy V z x,y xy d V x V x V x V x V x a x V x V y V z dt t x y z 2 2 2 1 3 2 2 xy xy — xy y - xy xy — xy t x 3 y z 小 2 2 1 3 0 xy y y 2xy 0 3 1 4 xy ［解］由题设，v x x,y ￡ 2 x y V y x ，y 2 V x x, y,z,t V y x,y,z,t dx y dy dy * xdx 2 x 2 x 2 x 2 y 2 yd y xdx ydy 1 2y C' 【4-4】 已知流场的速度分布为 xy 2 i （1）问属于几维流动？ （ 2）求（x, 【解】 （1）由于速度分布可以写为 V y x,y 1 3 3y

Z 1 2g 2 1V a1 2g 不计损失，h w =O ,取a 1= a 2=1 ,贝U Z 1 P 1 g 2 2V a2 2g Z 2 (1) 2 V 1 P 1 g 2 V 2 2g Z 2 P 2 g dV y V y V y V y V y a y "dT "T Vx_X Vy ^ Vz_z 1 3 3y 2 3 3Xy 将x=1, y=2, z=3代入式⑸(6)⑺ ，得 1 4 1 4 16 a x — xy — 1 2 — 3 3 3 1 5 1 5 3 2 a y y — 2 -- 3 3 3 2 3 2 3 16 a z — xy — 1 2 -- 3 3 3 【4-15】 图4-28所示为一文丘里管和压强计，试推导体积流量和压强计读数之间的关系 d v z V z V z V z V z a z V x Vy - V z dt t x y z 2 1 3 — xy xy — xy -y - —xy xy — xy t x 3 y z 2 1 3 0 xy y -y x 0 3 5 1 3 3y 2 xy — x 1 3 3y 1 3 3y 1 3 3y x y G 1 3 3y 1 3y ［解］ 图4-28 习题4-15示意图 列1-1、2-2断面的能量方程：

第三章 流体的运动习题解答.

第三章 流体的运动习题解答 2-1 有人认为从连续性方程来看管子愈粗流速愈慢，而从泊肃叶定律来看管子愈粗流速愈快，两者似有矛盾，你认为如何？为什么？ 解：对于一定的管子，在流量一定的情况下，管子愈粗流速愈慢；在管子两端压强差一定的情况下，管子愈粗流速愈快。 2-2水在粗细不均匀的水平管中作稳定流动。已知截面S 1处的压强为110P a ，流速为0.2m /s ，截面S2处的压强为5P a ，求S 2处的流速（内摩擦不计）。 解：由伯努利方程在水平管中的应用 P 1+ =P 2+ 代入数据 110+0.5×1.0×103×0.22=5+0.5×1.0×103× 得 =0.5 m /s 2-3 水在截面不同的水平管中作稳定流动，出口处的截面积为管的最细处的3倍。若出口处的流速为2m /s ，问最细处的压强为多少？若在此最细处开一小孔，水会不会流出来？ 解：由连续性方程S 1v 1=S 2v 2，得最细处的流速v 2=6m /s ，再 由伯努利方程在水平管中的应用P 1+ =P 2+ 代入数据 1.01×105+0.5×1.0×103×62=P 2+0.5×1.0×103×62 得: 管的最细处的压强为 P 2=0.85×105 P a 可见管最细处的压强0.85×105P a ，小于大气压强 1.01×105P a ， 所以水不会流出来。 2-4在水平管的某一点，水的流速为2m /s ，高出大气压的计示压 强为104P a ， 管的另一点高度比第一点降低了1m ，如果在第二点处的横截面 积是第一点的

半，求第二点的计示压强。 解：由连续性方程S 1v 1=S 2v 2，得第二点处的流速v 2=4m /s ，再由 伯努利方程求得第二点的计示压强为 P 2-P 0= P 1-P 0- + ρgh 代入数据得P 2-P 0=1.38×104（P a ） 第二点的计示压强为 1.38×104P a 2-5一直立圆形容器，高0.2m ，直径为0.1m ，顶部开启，低部有一面积为10-4m2的小孔。若水以每秒 1.4 ×10-4m3的流量自上面放入容器中，求容器内水面可上升的最大高度。若达到该高度时不再放水，求容器内的水流尽所需的时间。 解：（1）设容器内水面可上升的高度为H ，此时放入容器的水流量和从小孔流出的水流量相等，Q= S 2v 2=1.4×10-4m 3/s 。由连 续性方程S 1v 1=S 2v 2，因为S 1? S 2，所以可将容器中水面处流速v 1 近似为零。运用伯努利方程有 =ρg H 计算得到小孔处水流速 v 2= 再由Q = S 2v 2= S 2 得 H = 代入数据得 H=0.1m （2）设容器内水流尽需要的时间为 T 。在t 时刻容器内水 的高度为h ，小孔处流速为v 2= ，液面下降dh 高度从小孔 流出的水体积为dV =-S 1·d h ，需要的时间d t 为D v /Q ，代入计算 结果得 则 代入数据得 ：T=11.2s