水力学(闻德荪)习题答案第三章

选择题（单选题）

令狐采学

3.1

用欧拉法表示流体质点的加速度a 等于：（d ）

（a ）22

d r dt

；（b ）

u t ∂∂；（c ）()u u ⋅∇；（d ）u

t

∂∂+()u u ⋅∇。

3.2

恒定流是：（b ）

（a ）流动随时间按一定规律变化；（b ）各空间点上的流动参数不随时间变化；（c ）各过流断面的速度分布相同；（d ）迁移加速度为零。 3.3 一维流动限于：（c ）

（a ）流线是直线；（b ）速度分布按直线变化；（c ）流动参数是一个空间坐标和时间变量的函数；（d ）流动参数不随时间变化的流动。 3.4 均匀流是：（b ）

（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。 3.5 无旋流动限于：（c ）

（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。

3.6 变直径管，直径1d =320mm,2d =160mm,流速1v =1.5m/s 。2v 为：

（c ）

（a ）3m/s ；（b ）4m/s ；（c ）6m/s ；（d ）9m/s 。

已知速度场x u =2t +2x +2y ，y u =t -y +z ，z u =t +x -z 。试求点

（2，2，1）在t =3时的加速度。

解：

x x x x x x y z u u u u

a u u u t x y z

∂∂∂∂=

+++∂∂∂∂ ()()3,2,2,12332221134x a =⨯⨯+⨯+++=（m/s2） ()3,2,2,112223y a =++-=（m/s2） ()3,2,2,11324111z a =++++=（m/s2）

35.86a ===（m/s2）

答：点（2，2，1）在t =3时的加速度35.86a =m/s2。

3.8已知速度场x u =2xy ，y u =–33

1

y ，z u =xy 。试求：（1）点（1，2，3）的加速度；（2）是几维流动；（3）是恒定流还是非恒定流；（4）是均匀流还是非均匀流。 解：（1）44421

033

x x x x x x y z u u u u a u u u xy xy xy t x y z ∂∂∂∂=

+++=-+=∂∂∂∂ ()4116

1,2,31233x a =⨯⨯=（m/s2）

()5132

1,2,3233y a =⨯=（m/s2）

()3216

1,2,31233

x a =⨯⨯=（m/s2）

13.06a ==（m/s2）

（2）二维运动，空间点的运动仅与x 、y 坐标有关； （3）为恒定流动，运动要素与t 无关； （4）非均匀流动。

3.9管道收缩段长l =60cm ，直径D =20cm ，d =10cm ，通过流量

Q =0.2s m /3，现逐渐关闭调节阀门，使流量成线性减小，在

20s

内流量减为零，试求在关闭阀门的第10s 时，管轴线上A 点的加速度（假设断面上速度均匀分布）。 解： 解法一

流量函数：()()0.2

0.20.210.0520

Q t t t =-

=- 直径函数：()()112211222x x x d x D D d d D l

l l ⎛

⎫=--=+- ⎪⎝⎭

∴流速方程()02l ：()()()

2

4,Q t u x t d x π=

加速度：(),u u

a x t u

t x

∂∂=+∂∂ 对A

点：()()()()212234104

,100.01A Q D d a a l d l d l l ππ⎡⎤

-⎛⎫==--⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦

()210.20.10.1522

d D d l ++=

==（m ） ()100.1Q =（m3/s ） 代入得：22

34

40.10.20.10.0135.01

0.150.150.6A a ππ⎡⎤

⨯-⎛⎫=

--⋅= ⎪⎢⎥⨯⨯⎝⎭⎣

⎦（m/s2） 解法二 近似解法

在10t =（s ）时，0.1Q =（m3/s ），0.15d =（m ） ∴

2

2

4

0.240.01

1.7820u t d d πππ∂-⨯⎛⎫=⋅-==- ⎪∂⎝⎭

∴()40101.7817.7844.472A a l

πππ-=-

+⋅=（m/s2） 答：在关闭阀门的第10s 时，管轴线上A 点的加速度为35.01m/s2。 3.10已知平面流动的速度场为x u =a ，y u =b ,a 、b 为常数，试求流线方程并画出若干条上半平面（y >0）的流线。 解： ∵

x y

dx dy

u u = ∴0bdx ady -=

bx ay c -=

或 b y x c a

'=+ 为线性方程

答：流线方程为bx ay c -=。

3.11已知平面流动的速度场为x u =–

2

2y x cy +，

y u =2

2y x cx

+，其中c 为

常数。试求流线方程并画出若干条流线。