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水力学第三章课后习题答案

2.23 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

∂∂∂∂=

+++∂∂∂∂ ()()2222220t x y t y z =+++⋅+-+⋅+

26422t x y z =++++

()2321t x y z =++++ y y y y y x

y

z

u u u u a u u u t x y z

∂∂∂∂=

+++∂∂∂∂

()()101t y z t x z =+--+++-⋅

12x y z =++-

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

a u u u t x y z

∂∂∂∂=

+++∂∂∂∂ ()()12220t x y t x z =++++-+-

12t x y z =++++

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

35.86a ===(m/s 2)

答:点(2,2,1)在t =3时的加速度35.86a =m/s 2。

3.8已知速度场x u =2

xy ,y u =–

3

3

1y ,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 ∂∂∂∂=

+++=-+=∂∂∂∂

551100033

y y y y y x

y

z

u u u u a u u u y y t

x

y

z

∂∂∂∂=

+++=++

+=∂∂∂∂ 33312

033

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

+++=+-=∂∂∂∂ ()4116

1,2,31233x a =⨯⨯=(m/s 2)

()5132

1,2,3233y a =⨯=(m/s 2)

()3216

1,2,31233

x a =⨯⨯=(m/s 2)

13.06a ==(m/s 2)

(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。

3.11已知平面流动的速度场为x u =–22y 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。 解: ∵

x y

dx dy

u u = ∴0cxdx cydy +=

222x y c '+=为圆心在()0,0的圆族。

答:流线方程为2

2

2

x y c '+=,为圆心在()0,0的圆族。

3.12已知平面流动的速度场为→u =→

→-+-j t x y i t x y )96()64(。求t =1时的流线方程,并画出1≤x ≤4区间穿过x 轴的4条流线图形。 解:

()()4669dx dy

y x t y x t

=

-- 当1t =秒时,()()6946y x dx y x y -=-∂

()()3232230y x dx y x y ---∂=

320dx dy -=

∴32x y c -=

过()1,0的流线为:323x y -= 过()2,0的流线为:326x y -= 过()3,0的流线为:329x y -= 过()4,0的流线为:3212x y -=

答:t =1时的流线方程为32x y c -=。

3.13不可压缩流体,下面的运动能否出现(是否满足连续性条件)?

(1)x u =22

2

y x +;y u =)2(2

3

y y x x -- (2)x u =y xt 2+;y u =yt xt -2

(3)x u =xz y 22

+;y u =yz x yz 2

2+-;z u =

432

22

1y x z x + 解:(1)∵

()4220y

x u u x x y x y

∂∂+=--≠∂∂ ∴不能出现。

(2)∵0y

x u u t t x y

∂∂+=-=∂∂

∴能出现。 3)∵

22220y x z

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

∂∂∂++=-++≠∂∂∂ ∴不能出现。

3.14已知不可压缩流体平面流动,在y 方向的速度分量为y u =2

y -2x +2y 。试求速度在x 方向的分量x u 。 解:∵

0y x u u x y

∂∂+=∂∂ ∴

()22x

u y x

∂=-+∂ ∴()()()2222x u y x c y x xy c y =-++=--+

答:速度在x 方向的分量()22x u x xy c y =--+。

4.7一变直径的管段AB ,直径A d =0.2m ,B d =0.4m ,高差h ∆=1.5m ,今测得A p =302

/m kN ,

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