水力学第四章.docx

第四章思考题:4-1：N-S方程的物理意义是什么？适用条件是什么？物理意义：N-S方程的精确解虽然不多，但能揭示实际液体流动的本质特征，同时也作为检验和校核其他近似方程的依据，探讨复杂问题和新的理论问题的参考点和出发点。适用条件：不可压缩均质实际液体流动。4-2 何为有势流?有势流与有旋流有何区别?答:从静止开始的理想液体的运动是有势流.有势流无自身旋转,不存在使其运动的力矩.4—3 有势流的特点是什么？研究平面势流有何意义？ 有势流是无旋流，旋转角速度为零。研究平面势流可以简化水力学模型，使问题变得简单且于实际问题相符，通过研究平面势流可以为我们分析复杂的水力学问题。4-4.流速势函数存在的充分必要条件是流动无旋，即时存在势函数，存在势函数时无旋。流函数存在的充分必要条件是平面不可压缩液体的连续性方程，即就是存在流函数。4—5何为流网，其特征是什么？绘制流网的原理是什么 ？流网：等势线（流速势函数的等值线）和流线（流函数的等值线）相互正交所形成的网格 流网特征：（1）流网是正交网格（2）流网中的每一网格边长之比，等于流速势函数与流函数增值之比。（3）流网中的每个网格均为曲线正方形 原理:自由表面是一条流线，而等势线垂直于流线。根据入流断面何处流断面的已知条件来确定断面上 流线的位置。4-6.利用流网可以进行哪些水力计算?如何计算？解:可以计算速度和压强。计算如下：流场中任意相邻之间的单宽流量?q是一常数。在流场中任取1、2两点，设流速为，，两端面处流线间距为?m1，?。则?q=?m1=?，在流网中，各点处网格的?m值可以直接量出来，根据上式就可以得出速度的相对变化关系。如果流畅中某点速度已知，就可以其他各点的速度。流畅中的压强分布，可应用能量方程求得。z1++=++当两点位置高度z1和为已知，速度，u2已通过流亡求出时，则两点的压强差为-=-+ -如果流畅中某一点压强已知，则其他个点压强均可求得4.7利用流网计算平面势流的依据是什么？（参考4.6的解释）4-8流网的形状与哪些因素有关？网格的疏密取决于什么因素？答：流网由等势线和流线构成，流网的形状与流函数φ（x,y）和流速势函数ψ(x,y)有关；由?q=?ψ=常数，?q=?=常数，得两条流线的间距愈大，则速度愈小，若间距愈小，则速度愈大。4-9 流函数与流速势函数之间各有哪些性质？两者之间有何联系？ 答：流函数的性质： 1） 同一条流线上各点的流函数为常数。2）平面势流的流函数是一个调和函数。3）两流线之间的单宽流量等于该两条流线的流函数值之差。流速势函数的性质：流速势函数是调和函数。联系：在平面势流中流函数与流速势函数为共轭调和函数。4-10 流速势函数的增值方向与速度方向一致，即就是沿着流速u的方向增大；流函数的增值方向垂直于流速方向，即就是沿着等势线增大。4-11理想液体运动微分方程式的伯努利方程的运用条件是什么？解：应用时必须满足以下条件1液体是不可压缩均质的理想液体，密度ρ为常数。2作用于液体上的质量力是有势的。3液体运动是恒定流。4dx dy dz 行列式ωx ωyωz= 0 ux uy uz 根据行列式的性质，满足下列条件之一都能使该行列式的值为零，即ωx = ωy = ωz=0,为有势流ux = uy = uz =0，为静止液体dx/ωx = dy/ωy = dz/ωz=C,这是涡线微分方程。dx/ux = dy/uy = dz/uz=C，这是流线微分方程。ux/ωx =uy /ωy = uz /ωz=C，为螺旋流。-S方程中的动水压强p与坐标轴的选取是否有关？答：无关4-13为什么说N-S方程是液体运动最基本的方程之一？目前它在水力学中的应用如何？答：如果液体为理想液体，此方程为理想液体运动微分方程；如果是静止液体，此方程为液体的平衡微分方程。所以，N-S方程是研究液体运动最基本的方程之一。N-S方程式是阶非线性非齐次的偏微分方程，求其普遍解在数学上是很困难的，仅对某些简单的问题才能求得解析解，但是，随着进算计的广泛应用和数值计算技术的发展，对于许多工程实际问题已能够求的其近似解。4-15．能量方程式各项的意义是什么？应用中应注意哪些问题？解析：（1）意义①理想在液体能量方程： ++ =++ 因为在上式中，过水断面1-1和断面2-2是任取的，所以可将上式推广到元流的任意过水断面，即： zg+ +=常数1.物理意义：zg代表位能；代表压能；是单位液体所具有的动能。所以（zg+ +）就代表单位质量液体所具有的总机械能，通常用E来表示。2.几何意义：z代表位置水头，代表压强水头， 为速度水头，(z+ +)则表示总水头。②实际液体元流的能量方程 ++ =+++物理意义：元流各过水断面上单位质量液体所具有的总机械能沿流程减少，部分机械能转化为热能或声