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1、第四章习题答案选择题单选题4.1等直径水管,A-A为过流断面,B-B为水平面,1、2、3、4为面上各点,各点的流动参数有以下关系：ca=；b=；c+=+；d+=+。4.2伯努利方程中+表示：aa单位重量流体具有的机械能；b单位质量流体具有的机械能；c单位体积流体具有的机械能；d通过过流断面流体的总机械能。4.3水平放置的渐扩管,如忽略水头损失,断面形心点的压强,有以下关系：ca；b=；c；d不定。4.4黏性流体总水头线沿程的变化是：aa沿程下降；b沿程上升；c保持水平；d前三种情况都有可能。4.5黏性流体测压管水头线的沿程变化是：da沿程下降；b沿程上升；c保持水平；d前三种情况都有可能。4.
2、6平面流动具有流函数的条件是：d无黏性流体；b无旋流动；c具有速度势；d满足连续性。4.7一变直径的管段,直径=0.2m,=0.4m,高差=1.5m,今测得=30,=40,处断面平均流速=1.5.。试判断水在管中的流动方向。解： 以过A的水平面为基准面,则A、B点单位重量断面平均总机械能为：mm水流从B点向A点流动。答：水流从B点向A点流动。4.8利用皮托管原理,测量水管中的点速度。如读值=60mm,求该点流速。解： m/s答：该点流速m/s。4.9水管直径50mm,末端阀门关闭时,压力表读值为21。阀门打开后读值降至5.5,如不计水头损失,求通过的流量。解：1水箱水位 m2阀门开启后,从水箱
3、液面到仪表处列伯努利方程,可得：m/sm3/s答：通过的流量m3/s。4.10水在变直径竖管中流动,已知粗管直径=300mm,流速=6。为使两断面的压力表读值相同,试求细管直径水头损失不计。解： 以过下压力表处的水平面为基准面,列伯努利方程如下：,m,取,当时,有：m/s由连续性方程 mm答：细管直径为mm。4.11为了测量石油管道的流量,安装文丘里流量计,管道直径=200mm,流量计喉管直径=100mm,石油密度=850,流量计流量系数=0.95。现测得水银压差计读书=150mm,问此时管中流量是多少。解： 其中：；mm3/sl/s答：此时管中流量l/s。4.12水箱中的水从一扩散短管流到大
4、气中,直径=100mm,该处绝对压强=0.5大气压,直径=150mm,试求水头,水头损失忽略不计。解：1以出水管轴线为基准面,列管径与处的伯努利方程,可得：取,kPam/s2从液面到短管出口列能量伯努利方程。m答：水头m。4.13离心式通风机用集流器从大气中吸入空气,直径=200mm处接一根细玻璃管,已知管中的水上升=150mm,求进气流量空气的密度=1.29。解： 以集流器轴线的水平面为基准面,从距进口一定距离的水平处列到测管处的伯努利方程,可得： 不计损失,取其中 ,则 m/sm3/s答：进气流量m3/s。4.14一吹风装置,进排风口都直通大气,风扇前、后断面直径=1m,排风口直径=0.5
5、m,已知排风口风速=40,空气的密度=1.29,不计压强损失,试求风扇前、后断面的压强和。解： 以过轴线的水平面为基准面,以及截面列伯努利方程：其中,m/s,Pa从大气到断面,列伯努利方程：其中 ,相对压强,Pa答：风扇前、后断面的压强Pa,Pa。4.15两端开口的等直径形管,管内液柱长度为,使液面离开平衡位置而造成液柱振荡,水头损失忽略不计,求液柱的振荡方程=。解： 取0-0断面为基准面,由非恒定流的伯努利方程：,令 ,则答：液柱的振荡方程。4.16水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层,喷嘴出口直径=30mm,出口水流速度=54,求水流对煤层的冲击力。解： 取控制体如图,受力如图。kN
6、水流对煤层的作用力与构成作用力与反作用力,大小为kN,方向向右。答：水流对煤层的冲击力kN,方向向右。4.17水由喷嘴射出,已知流量=0.4,主管直径=0.4,喷口直径=0.1m,水头损失不计,求水流作用在喷嘴上的力。解：1取过轴线的水平面为基准面,列螺栓断面与出口断面的伯努利方程：kPam/sm/s2取控制体如图所示,列动量方程。kN答：水流作用在喷嘴上的力为kN。4.18闸下出流,平板闸门宽=2m,闸前水深=4m,闸后水深=0.5m,出流量=8,不计摩擦阻力,试求水流对闸门的作用力,并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。解：1由连续方程 m/sm/s2由动量方程,取控制体如图。kNkN答
7、：水流对闸门的作用力kN,按静水压强分布规律计算的结果kN。4.19矩形断面的平底渠道,其宽度为2.7m,渠底在某断面处抬高0.5m,该断面上游的水深为2m,下游水面降低0.15m,如忽略边壁和渠底阻力,试求：1渠道的流量；2水流对底坎的冲力。解：1以上游渠底为基准面,列上、下游过水断面的能力方程：其中：,m,m,m,mm3/sm/sm/s2取控制体如图,列动量方程.kN答：1渠道的流量m3/s；2水流对底坎的冲力kN。4.20下列不可压缩流体、平面流动的速度场分别为： 1=；=2=；=3=；= 试判断是否满足流函数和流速势的存在条件,并求、。解：1,满足连续方程,流速数存在。又,有旋,故不存
8、在。,流速数 2,流动不存在。3,故流速数存在。又,有旋,故存在势函数。流函数与势函数满足：解得：又可解得：,4.21 已知平面流动的速度为直线分布,若=4m,=80,试求：1流函数；2流动是否为有势流动。解： 已知 ,当 m,m/s。s-1,由连续性条件：,当时,。s-1流动有旋。答：1流函数；2流动有旋。4.22 已知平面无旋流动的速度为速度势,试求流函数和速度场。解： ；答：流函数；速度场,。4.23 已知平面无旋流动的流函数,试求速度势和速度场。解： ,答：；,。4.24 已知平面无旋流动的速度势,试求速度场。解： 4.25 无穷远处有一速度为的均匀直线来流,坐标原点处有一强度为的汇流,试求两个流动叠加后的流函数,驻点位置以及流体流入和流过汇流的分界线方程。解：无穷远均匀直线流的速度势为：在方向的流速为,方向为零。,在原点的汇流为：,零流线方程：驻点位置：过的流线方程为即 答：流函数,驻点位置,流体流入和流过汇流的分界线方程. .
流体力学第四章习题答案
