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1、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。（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。（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
2、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）AWV2AA2分)V2V1A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：Ava2V4分）得:由动量方程：p1A1
3、p2 A2p1 ( A2 A1 )C|v(V2V1)2 4 分)22列伯努利方程：P1MP2堂24 分)hjg(V12gV2)2(12g 2)2 V1(A21)22j2gA2gA2g2 4分）22即hjV11V222 2 分)2g2g五、如图所示，有一圆柱滚门，长度l=10m，直径D=4m，上游水深H仁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）H2f解:1、圆滚门左侧对于水平方向：HPxghcAxgDI 784kN （向右）3 分对于垂直方向：2圆滚门右侧PzgVg-叮2 2615.75kN （向上）对于水平方向：PxhcAxH2H2l2g-D；4 219
4、6kN （向左）对于垂直方向：PzgV307.88kN （向上）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=+=（铅垂向上） 1分6六、有一管径d=10cm的水管，水温为20 C,=x 10就/s，当流量QV =4L/s10 分）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（解: QV33=4l/s=4 10 mv=Qa34 10 3423.14 0.15.09（m /s）VdRe= _V5.09 0.161.003 100.0509 1062000所以流动状态是紊流若要保持层流，则 Re 2000 /pl则2000v3分则Vd2000 1.003 102000 1.003 100.11分3V 2.006 10 m/s所以Q AV2.006 101 314 W 17 10 5m21 分七、已知平面流动的流函数为Q(tgtgx 2汀）冷x22y)求流速分量u、v并判断是否为有旋流动(8 分)x 22_ 2(x 2) (y 2)x 22(X 2) (y22)3分(x 2) (y 2) (x 2) (y 2)3 2x4 -有旋流动