工程流体力学试题三 答案 三、说明下列概念（共20分） 1.什么是流线和迹线？它有哪些基本特征？（5分） 答：流线是同一时刻流场中连续各点的速度方向线。（1分） 迹线就是流体质点运动的轨迹。（1分） 流线两个特点：1）非定常流动时，流线的形状随时间改变；定常流动时，不随时间改变此时，流线与迹线重合。（1.5分））2）流线是一条光滑的曲线，流线之间不能相交，如果相交，交点速度比为零。（1.5分） 2.简述伯努利方程 =const的物理意义和几何意义。（5分） 答：物理意义：在符合限定条件下，单位重量流体的机械能(位能、压力能和动能)可以互相转化，但总和不变。（1分） 几何意义：在符合限定条件下，沿同一流线的总水头是个常数。（1分） 总机械能不变，并不是各部分能量都保持不变。三种形式的能量可以各有消长，相互转换，但总量不会增减。（2分） 水头线：将各项水头沿程变化的情况用几何的方法表示出来。理想流体恒定元流的总水头线是水平的。（1分） 3.有旋流动、无旋流动 有旋流动：流体微团的旋转角速度不等于零的流动称为有旋流动。（2分） 无旋流动：流体微团的旋转角速度等于零的流动称为无旋流动。（2分） 4.流动相似条件（6分） 答：1）有相同的微分方程（2分） 2）单值条件相似（2分） 3）由单值条件中的物理量的相似准则数相等（2分） 四. 推求突然扩大能量损失计算公式（20分） 解：如图，由连续性方程解： （4分）得： （ 2分） 由动量方程： （4分） 列伯努利方程： （4分） （4分） 即 （2分） 五、如图所示，有一圆柱滚门，长度l=10m，直径D=4m，上游水深H1=4m，下游水深H2=2m，求作用于圆柱滚门上的水平和铅垂方向的分压力。（12分） 解： 1、圆滚门左侧 对于水平方向： ——— 3分 对于垂直方向： —————2分 圆滚门右侧 对于水平方向： —————3分 对于垂直方向： —————2分 总压力的水平分力为 P=784-196=588kN（水平向右） —————1分 总压力的铅垂分力为 P=615.75+307.88=923.63kN（铅垂向上） —————1分 六、有一管径d=10cm的水管，水温为20℃， =1.003×10 ㎡/s，当流量 =4L/s 时，试确定管中流流态。如果要保持层流流动，流速与流量要受怎样的限制？（10分） 解： =4l/s=4 = —————2分 Re= ————— 2分 所以流动状态是紊流 ———— 1分 若要保持层流，则Re 2000 则 ———— 3分 则 ———1分 所以 ———1分 七、已知平面流动的流函数为: 求流速分量 、 并判断是否为有旋流动? （8分） 答: ————3分 —————3分 有旋流动 —————2分
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