2012流體力學(xué)復(fù)習(xí)題答案.doc

建環(huán)本流體力學(xué)復(fù)習(xí)題第一章 緒論1.流體與固體的物理性質(zhì)都有哪些區(qū)別，什么是流體的易流動性？答：固體：形狀、體積固定，能夠承受拉、壓、彎、剪、扭等外力，在外力作用下產(chǎn)生相應(yīng)形變； 液體：體積固定，形狀不定，不能承受拉力，具有表面張力；具有易流動性氣體：體積、形狀都不固定，壓縮性、膨脹性較大，不具有表面；具有易流動性。 流體的易流動性：靜止的流體在微小切向力作用下將發(fā)生連續(xù)不斷的變形（相對運(yùn)動），直到切向力消失為止的特性。2、液體與氣體的物理性質(zhì)都有哪些區(qū)別？答：宏觀上： 氣體密度小，流動性好，易壓縮；液體密度較氣體大，流動性不如氣體好，不易壓縮。微觀上： 氣體分子能夠非常自由地振動和平動，液體分子間距小、作用力較大，液體分子有振動和平動，但不如氣體分子自由度大。3、什么是流體微團(tuán)，連續(xù)介質(zhì)模型，該模型的引入對流體的研究有何意義？答：流體微團(tuán)(流體質(zhì)點(diǎn))：在研究流體的機(jī)械運(yùn)動中所取的最小流體單元，它的體積無窮小卻又包含無數(shù)多個(gè)流體分子。連續(xù)介質(zhì)模型：認(rèn)為流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)（流體微團(tuán)）組成、質(zhì)點(diǎn)之間沒有空隙、連續(xù)地充滿其所占據(jù)空間的連續(xù)體。物理意義：將流體看成是連續(xù)介質(zhì)，描述流體運(yùn)動的各物理要素可用連續(xù)函數(shù)來表征，從而利用微積分的方法研究流體的受力和運(yùn)動規(guī)律。4、作用在流體上的力分為哪些、表達(dá)式，各有何特點(diǎn)？答：根據(jù)力的作用方式不同，作用在流體上的力分為質(zhì)量力(體積力)和表面力（面積力）。質(zhì)量力：是作用在流體每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或微團(tuán)）上與受作用流體的質(zhì)量成正比的力，常采用單位質(zhì)量力的坐標(biāo)分量來表示，表面力：是作用在所考察的流體（或稱分離體）表面上與受作用流體的表面積成正比的力，常用單位面積上表面力，分為切向力（內(nèi)摩擦力）和法向力p（壓強(qiáng)）來表示。5、什么是流體的粘性,粘性有何特征？答：流體的粘性：流體內(nèi)部相鄰質(zhì)點(diǎn)間或流層間存在相對運(yùn)動時(shí)，在其接觸面上會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力（內(nèi)力）以反抗（阻礙）其相對運(yùn)動的性質(zhì)。粘性的特征：粘性是流體的固有屬性，粘性阻礙或延緩液體相對運(yùn)動的過程而不能消除，靜止流體的粘性無法表現(xiàn)表現(xiàn)。6、流體粘性的產(chǎn)生原因和主要影響因素是什么，液體和氣體的粘性變化有何不同？答：產(chǎn)生的原因：流體分子間的內(nèi)聚力和碰撞（布朗運(yùn)動）。影響因素：溫度（主要）、壓強(qiáng)、流速、雜質(zhì)含量等。液體和氣體的粘性變化的不同：氣體粘性隨溫度升高而增大；氣體粘性的決定因素是分子不規(guī)則運(yùn)動的動量交換產(chǎn)生的阻力，溫度升高動量交換加劇、內(nèi)聚力下降，由于前者增加的幅度大于后者減少的幅度因此粘性隨溫度升高而增大。液體粘性隨溫度升高而減?。阂后w粘性的決定因素是分子的內(nèi)聚力，溫度升高液體分子間距增大，動量交換加劇、內(nèi)聚力下降，由于前者增加的幅度小于后者減少的幅度，因此液體粘性隨溫度升高而增大。7、牛頓內(nèi)摩擦定律及其各項(xiàng)含義是什么？描述流體粘性的物理參數(shù)及其關(guān)系是什么？答：牛頓內(nèi)摩擦定律： ：單位面積上的內(nèi)摩擦力； ：速度梯度，表示速度大小沿垂直于速度方向y的變化率，單位為s-1； ：動力粘度（動力粘滯系數(shù)）。單位N /（m2s）或Pas，表征單位速度梯度時(shí)的切應(yīng)力； ：運(yùn)動粘度（運(yùn)動粘滯系數(shù)），單位， = /。8、流體力學(xué)中所定義的流體力學(xué)模型有哪些，各模型的概念、物理意義是什么？（連續(xù)介質(zhì)模型、不可壓縮流體模型、理想流體模型、一元流動模型、）答：流體力學(xué)模型：（1）連續(xù)介質(zhì)模型：將流體認(rèn)為是充滿其所占據(jù)空間無任何間隙的質(zhì)點(diǎn)所組成的連續(xù)體。連續(xù)介質(zhì)模型是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡化，使我們不再考慮復(fù)雜的微觀分子運(yùn)動，只考慮在外力作用下的宏觀機(jī)械運(yùn)動，并且在流體的研究中可以運(yùn)用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)分析工具。 （2）無粘性流體（理想流體）模型：不考慮流體的粘性。無粘性流體（理想流體）模型是對流體物理性質(zhì)的簡化。 （3）不可壓縮流體模型：不考慮流體的壓縮性和熱漲性，認(rèn)為其密度為常熟的流體。不可壓縮流體模型是對流體物理性質(zhì)的簡化。 （4）一元流動模型：流場中流體的運(yùn)動參數(shù)僅是空間坐標(biāo)一個(gè)坐標(biāo)分量的函數(shù)，如元流。9、什么是液體的汽化壓強(qiáng)，它與溫度的關(guān)系如何？答：在液體自由表面上，汽化和凝結(jié)同時(shí)存在，當(dāng)這兩個(gè)過程達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，宏觀的氣化現(xiàn)象停止，此時(shí)液體表面上的氣體壓強(qiáng)稱為飽和蒸汽壓強(qiáng)，或汽化壓強(qiáng)。 液體的汽化壓強(qiáng)隨溫度的升高而增大。10、什么是流體的壓縮性和熱脹性，液體和氣體的壓縮性和熱脹性有何不同？答：流體的壓縮性：流體受壓，體積縮小，密度增大的性質(zhì)。流體的熱漲性：流體受熱，體積膨脹，密度減小的性質(zhì)。液體的壓縮性和熱漲性很小，通常忽略不計(jì)，當(dāng)水擊、熱水采暖時(shí)要考慮； 氣體的壓縮性和熱漲性顯著，當(dāng)氣體流速小于68m/s時(shí)，流動過程中壓強(qiáng)和溫度變化較小，可認(rèn)為其 密度為常熟。11、液體的表面張力及其表現(xiàn)，哪些物理過程需要考慮該因素？答：表面張力：由于分子間的吸引力，在自由表面上的液體分子受到指向液體內(nèi)部的合力，該微小拉力稱為表面張力。需考慮該因素的物理過程：（1）液體的毛細(xì)管現(xiàn)象； （2）水滴和氣泡的形成的研究； （3）液體的霧化研究； （4）氣液兩相流的傳熱與傳質(zhì)的研究。第二章 流體靜力學(xué)1、靜水壓強(qiáng)的定義及其特性，靜水壓強(qiáng)函數(shù)的特點(diǎn)是什么？答：靜水壓強(qiáng)定義：作用在靜止液體微元面積A上的靜壓力P，與作用面積A的比值，為平 均靜水壓強(qiáng)；當(dāng)面積A無限縮小到a點(diǎn)時(shí)，其比值的極限值為a點(diǎn)的靜壓強(qiáng)。特性：（1）靜水壓強(qiáng)的方向?yàn)榇怪辈⒅赶蚴茏饔妹妫ㄅc受作用面的內(nèi)法線方向一致）；（2）某點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的大小和受壓面方位無關(guān)（作用于某點(diǎn)上的靜水壓強(qiáng)沿各方向大小都相等）。靜水壓強(qiáng)函數(shù)的特點(diǎn)：連續(xù)介質(zhì)的平衡液體內(nèi)，任一點(diǎn)靜止液體壓強(qiáng)僅是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)而與受壓面的方位無關(guān)。即p=p(x,y,z)。2、歐拉液體平衡微分方程的綜合表達(dá)式，說明什么物理意義？答：歐拉平衡微分方程綜合表達(dá)式： （當(dāng)流體是不可壓縮的）勢函數(shù) 物理意義：該方程說明質(zhì)量力是表面力產(chǎn)生的原因；它指出流體處于平衡狀態(tài)時(shí)作用于流體上的質(zhì)量力與壓強(qiáng)遞增率之間的關(guān)系。3、什么是等壓面、等壓面的特性是什么？如何選取等壓面、通常選取的等壓面是哪些面？等壓面與等密面、等溫面有何聯(lián)系？(氣體沒有等壓面，只有等壓體)答：等壓面是平衡液體中由壓強(qiáng)相等的點(diǎn)所構(gòu)成的平面或曲面。等壓面的特性：（1）等壓面即是等勢面； （2）等壓面與質(zhì)量力正交； （3）等壓面的壓強(qiáng)大小與容器的形狀無關(guān)。選取等壓面條件：通常選取靜止的、同種、連續(xù)液體的同一水平面為等壓面。通常選取的等壓面：自由液面和平衡液體中互不混合的兩種液體的分界面。靜止非均質(zhì)流體的水平面是等壓面，同時(shí)也是等密面和等溫面。4、靜水壓強(qiáng)基本方程的表達(dá)式及其含義是什么？（流體靜力學(xué)的基本方程表達(dá)形式有哪幾種，其各項(xiàng)的物理意義是什么）？答：靜水壓強(qiáng)的基本方程：； P液體內(nèi)某點(diǎn)的壓強(qiáng) ； _自由液面氣體壓強(qiáng)； 液體的密度，； h某點(diǎn)在液面下的深度，m， 含義：靜止液體中任意一點(diǎn)的壓強(qiáng)是由液面氣體壓強(qiáng)和該點(diǎn)在液面下的深度與液體容重乘積兩部分之 和所組成。 另一種形式：（常數(shù)） Z 單位重量流體所具有的位能； 單位重量流體所具有的壓能； 單位重量流體具有的總勢能；含義：同種、連續(xù)、靜止的均質(zhì)流體中各點(diǎn)的測壓管水頭都相等；即單位重量流體具有的總勢能相等。5、什么是絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空度及其相互關(guān)系、選用原則是什么？答：絕對壓強(qiáng)：是以絕對真空狀態(tài)下的壓強(qiáng)（絕對零壓強(qiáng)）為基準(zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng)，用p表示；相對壓強(qiáng)：又稱“表壓強(qiáng)”，是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)計(jì)量的壓強(qiáng)，用p表示。真空度：是指絕對壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮?，相對壓?qiáng)為負(fù)值的情況，取相對壓強(qiáng)的絕對值，用表示。相互關(guān)系： p= =p= 6、壓強(qiáng)的計(jì)量單位有哪幾種，換算關(guān)系？答：壓強(qiáng)的計(jì)算單位有三種：（1）應(yīng)力單位，（2）工程大氣壓倍數(shù)；（3）液柱高度，常用水柱高度或汞柱高度。換算關(guān)系式：1=98K=10m=736mmHg7、測量壓強(qiáng)的儀器都有哪些、有何特點(diǎn)、使用場合？答：測量壓強(qiáng)的儀器：（1）測壓管 以液柱高度表征測量點(diǎn)壓強(qiáng)的連通管，一端接于測點(diǎn)，另一端開口通大氣的豎直玻璃管。測壓管適合用于測量較小的壓強(qiáng)，但不適合測真空度。（2）U型管測壓計(jì)：主要用于測定管道或容器中某點(diǎn)的流體壓強(qiáng)，通常被測點(diǎn)壓強(qiáng)較大，并可測真空度；（3）傾斜式微壓計(jì)：用于測定微小壓強(qiáng)（壓差），一般用于測定氣體壓強(qiáng)；（4）壓力表：測量液體、氣體的相對壓強(qiáng)；（5）真空表：測量液體、氣體的真空度；8、作用于平面上的靜水總壓力的大小、方向和作用點(diǎn)的確定。答：（1）解析法 平面上靜水總壓力的大?。旱扔谑軌好婷娣e與其形心點(diǎn)所受靜水壓強(qiáng)的乘積， 即 ：受壓面形心點(diǎn)相對壓強(qiáng) ：受壓面形心點(diǎn)的淹沒深度方向：垂直并指向受壓面，即沿受壓面的內(nèi)法線方向；作用點(diǎn)D（壓力中心）：總壓力作用點(diǎn)到Ox軸的距離；：受壓面形心點(diǎn)到Ox軸的距離；：受壓面對平行Ox軸的形心軸的慣性矩。（2）圖解法大?。旱扔趬簭?qiáng)分布圖的面積S乘以受壓面的寬度b，即 方向：垂直并指向受壓面；作用點(diǎn)D（壓力中心）：可由合力矩定理求得D離底邊的距離e。9、作用于曲面上的靜水總壓力的大小、方向和作用點(diǎn)的確定。答：大?。?靜水總壓力的水平分力： ：曲面上總壓力的水平分力 ：曲面的垂直投影面積； ：垂直投影面形心點(diǎn)的淹沒深度； ：垂直投影面形心點(diǎn)的壓強(qiáng) 靜水總壓力的垂直分力：（即壓力體的液體重力） 靜水總壓力： 方向：靜水總壓力P的作用線過曲面的曲率中心（圓心）與水平面的夾角為， 壓力作用點(diǎn)D（壓力中心）：通過Px作用線（通過Ax壓強(qiáng)分布圖形心）和Pz作用線（通過壓力體的形心）的交點(diǎn)，做與水平面成角的直線就是總壓力作用線，該直線與曲面的交點(diǎn)為總壓力作用點(diǎn)。10、什么是壓力體、構(gòu)成方法、如何判斷并表示其實(shí)、虛？答：壓力體是指由受作用曲面到自由液面或自由液面的延伸面之間的垂直柱體；壓力體是由下列周界面所圍成的封閉體：（1）受壓曲面；（2）液面或液面延長面；（3）通過受壓曲面的四個(gè)邊緣向液面或液面的延長面所做的垂直面。壓力體的實(shí)、虛表示：（1）液體和壓力體位于曲面同側(cè)，為實(shí)壓力體（） （2）液體和壓力體位于曲面異側(cè)，為虛壓力體（）。第三章一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)1、描述流體運(yùn)動的方法有哪些？其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是什么？適用于流體的哪些運(yùn)動? 答：描述流體運(yùn)動的方法一般有拉格朗日法和歐拉法兩種。拉格朗日法：研究每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況，并通過綜合各個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況獲得一定空間內(nèi)整 個(gè)流體的運(yùn)動規(guī)律；實(shí)質(zhì)是利用理論力學(xué)中研究質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動的方法，又稱質(zhì)點(diǎn)系法（質(zhì)點(diǎn)追蹤法），適用 于云團(tuán)、臺風(fēng)、波浪等的運(yùn)動。歐拉法：研究流場內(nèi)固定空間點(diǎn)上液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況，又稱定點(diǎn)觀測法，適用于流體的一般運(yùn)動。2、什么是恒定流，非恒定流，流管，元流，總流？答：恒定流：流場中各空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的所有運(yùn)動要素均不隨時(shí)間變化的流動；非恒定流：流場中各空間點(diǎn)上流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動要素隨時(shí)間變化的流動；流管：在流場中垂直流動方向取環(huán)形曲面，過該區(qū)面上每一點(diǎn)的流線所組成的管狀結(jié)構(gòu)；元流：充滿以流管為邊界的一束液流運(yùn)動（流管內(nèi)包含的所有流線的集合）；總流：由無數(shù)個(gè)元流組成的整個(gè)液體運(yùn)動（流場內(nèi)所有元流的集合）。3、什么是流線和跡線，各自有何特點(diǎn)，相互關(guān)系如何？答：流線：是表示某一瞬間液體運(yùn)動的流速場內(nèi)流動方向的曲線；跡線：是某一液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡線；流線特征：連續(xù)光滑曲線，流線不能斷，既可能閉合也可能不閉合；不能交叉：流線的疏密程度表示該處流速大??；恒定流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的跡線與流線重合。4、什么是過水?dāng)嗝?，流量，斷面平均流速？答：過流斷面：與元流或總流所有流線正交的橫斷面為過流斷面，其面積為A； 流量：單位時(shí)間內(nèi)通過某一過流斷面液體的體積，用Q（或）表示； 斷面平均流速：假定在過流斷面上液體質(zhì)點(diǎn)都以同一速度V向前運(yùn)動, 。5、什么是均勻流和非均勻流，漸變流和急變流，均勻流的特征如何？答：對于一維流動，如果流動過程中運(yùn)動要素不隨流程坐標(biāo)S而改變，這種流動稱為均勻流；反之，為非均勻流。 當(dāng)流線之間的夾角較小或流線曲率半徑較大，單個(gè)流線近似是平行直線時(shí)，稱為漸變流。反之，流線之間的夾角較大或流線曲率半徑較小，這種非均勻流稱為急變流。 均勻流特性：流線是平行直線、過流斷面是平面，而且大小和形狀都是沿流程不變的；各個(gè)過流斷面上流速分布情況相同，斷面平均流速沿流程不變；同一過流斷面上各點(diǎn)動水壓強(qiáng)的分布符合靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律。6、不可壓縮流體恒定流連續(xù)性方程、依據(jù)及其物理意義？答：不可壓縮流體恒定流連續(xù)性方程： 該式表明通過恒定總流各過流斷面的流量是相等的，其斷面平均流速與過流斷面面積成反比。7、什么是測壓管、位置水頭、壓強(qiáng)水頭、測壓管高度、測壓管水頭，它們的物理意義和相互關(guān)系怎樣？答：測壓管：是用同種液體的液柱高度來測量液體壓強(qiáng)的L型或U型玻璃管，它一端通大氣，另一端與被測點(diǎn)相連。位置水頭：指液體某點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的高度（z），可直接測量；壓強(qiáng)水頭（測壓管高度）：測壓管液面到被測點(diǎn)的高差，測壓管水頭是指位置水頭與壓強(qiáng)水頭的總和。物理意義：位置水頭表示單位重量液體具有的重力勢能（位能） 壓強(qiáng)水頭表示單位重量液體具有的壓強(qiáng)勢能（壓能） 測壓管水頭單位重量液體具有的全部勢能。相互關(guān)系：測壓管水頭=位置水頭+壓強(qiáng)水頭。8、實(shí)際液體恒定總流的能量方程及其各項(xiàng)的物理及幾何含義？答：實(shí)際液體恒定總流的能量方程： 物理意義 幾何意義 Z 位置勢能（位能） 位置水頭（位頭） 壓強(qiáng)勢能（壓能） 壓強(qiáng)水頭（壓頭） 流速動能（動能） 速度水頭 hw 能量損失 水頭損失9、什么是動能修正系數(shù)、動量修正系數(shù)，它的大小決定因素是什么？如何變化？答：動能修正系數(shù)：它的大小取決于過流斷面上流速分布的均勻程度，流速分布越不均勻其值越大，對于漸變流，一般=1.051.10，為簡便計(jì)算常取=1。動量修正系數(shù)：大小取決于過流斷面上流速分布的均勻程度，漸變流中取1.021.05，為簡便計(jì)算常取110、什么是總水頭線、測壓管水頭線，它們的特點(diǎn)和相互關(guān)系怎樣？答：測速管水頭所連成的線稱為總水頭線。測壓管水頭所連成的線稱為測壓管水頭線。相互關(guān)系：（1）總水頭線是一條下降直線； （2）長直管路（動能不變）總水頭線與測壓管水頭線平行； （3）總水頭線永遠(yuǎn)高于管道軸線，而測壓管水頭線可能低于管道軸線； （4）總水頭線和測壓管水頭線之間的間距為速度水頭。11、恒定總流能量方程的應(yīng)用條件有哪些？答：（1）恒定流，不可壓縮流體（=c，氣體）； （2）質(zhì)量力只有重力（運(yùn)動加速度很?。?； （3）所取得過流斷面應(yīng)該在漸變流或均勻流區(qū)域； （4）所取得過流斷面間除了水頭損失外沒有其他的機(jī)械能輸入； （5）所取得過流斷面間沒有能量的匯入和分出，即總流的能量沿流程不變。12、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的測量儀器有哪些、作用是什么？答：（1）測壓管：測量液體內(nèi)部某點(diǎn)的壓強(qiáng)（靜壓或動壓）； （2）水銀差壓計(jì)：測兩斷面間的壓強(qiáng)差； （3）文丘里流量計(jì)（孔板流量計(jì)）：測量管道中流量的大?。?（4）測速管：測量水流在通過過水?dāng)嗝婺滁c(diǎn)時(shí)的速度； （5）溫度計(jì)、壓力表、真空表、13、恒定總流的動量方程及其應(yīng)用條件？答：恒定總流的動量方程： 應(yīng)用條件：（1）不可壓縮流體恒定流； （2）兩端的控制斷面必須選在漸變均勻流或均勻流區(qū)域，但兩個(gè)斷面之間可有急變流存在； （3）在所取得控制體中有動量流入和流出的過流斷面只有一個(gè)。14、什么是控制面、控制體，確定他們的意義是什么？答：控制面：由總流上、下游過流斷面及其與周圍環(huán)境的接觸面所圍成的封閉曲面。 意義：作用于控制斷面上的力就是表面力?？刂企w：控制面所包圍的液體。 意義：作用于控制體上的力即為質(zhì)量力。15、恒定氣流能量方程的兩種表達(dá)式及其應(yīng)用條件、各項(xiàng)的含義？答： 恒定氣流能量方程式：（1） （2） 適用于：高差較大，氣體密度和空氣密度不等的情況下，必須考慮大氣壓強(qiáng)因高度不同的差異。 各項(xiàng)含義： 稱為靜壓（相對壓強(qiáng)） 稱為位壓 ， 稱為動壓第四章 流動阻力和能量損失1、水流阻力產(chǎn)生的原因有哪些，根據(jù)其產(chǎn)生的部位不同水流的阻力又分為那些，其特點(diǎn)是什么？答：水流阻力產(chǎn)生的原因：內(nèi)因是流體具有粘性； 外因是流體內(nèi)部相鄰質(zhì)點(diǎn)間存在相對流動。 水流阻力的分類： 沿程阻力：沿水流長度均勻分布，沿程水頭損失的大小與流程長度成正比。 局部阻力：與固體邊壁形狀改變有關(guān)，作用范圍小能量損耗大。2、沿程、局部水頭損失是如何產(chǎn)生的，水頭損失疊加原理及其使用條件是什么??？答：沿程水頭損失：水流與固體邊壁間及水流內(nèi)部的摩擦力，阻礙流體流動，是一部分液體的一部分機(jī)械 能不可逆的轉(zhuǎn)化為熱能而散失。 局部水頭損失：固體邊壁形狀改變斷面流速重新分布，而產(chǎn)生橫向摩擦力，水流維持邊界分離區(qū)的 漩渦所輸出的機(jī)械能。水頭損失疊加原理：由于水頭損失是一個(gè)標(biāo)量，從而可以代數(shù)疊加。因此流段兩截面間的水頭損失可 以表示為兩截面的所有沿程損失和所有局部水頭損失總和。3、雷諾實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象主要是什么，揭示了流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的哪些因素?答：當(dāng)水流緩慢流動時(shí)顏色溶液形成一條清晰的平滑直線，而不與周圍清水混滲摻；當(dāng)流速增至某一數(shù)值時(shí)，個(gè)別流段上產(chǎn)生漩渦，顏色水流突然破裂，擴(kuò)散遍至全管，并迅速與周圍清水混摻，水流充滿漩渦。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：任何實(shí)際流體的流動都存在著層流和紊流兩種不同的流動形態(tài)。4、什么是層流、紊流、水力半徑？如何判斷水流的形態(tài)？雷諾數(shù)的含義？答：層流：流速較小時(shí)，不同流速的水質(zhì)點(diǎn)成層狀分布，相互間互不混摻；紊流：流速較大時(shí)，管中水流充滿漩渦，不同流速的水質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動，水力半徑：過流斷面的面積與濕周之比，；管流雷諾數(shù)：，Re值與=2000相比便可判斷流態(tài)： Re，則流動時(shí)紊流。雷諾數(shù)含義：反映了慣性力與粘滯力的對比關(guān)系，若Re較小，反映出粘滯力的作用大，粘滯力作用對質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動起控制作用，因此當(dāng)Re小到一定程度時(shí)，質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)有秩序的線狀運(yùn)動，這就是流層。當(dāng)Re逐漸增大時(shí)，粘滯力對流體的控制也逐漸減小，慣性力對流體的激勵(lì)作用增加，在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動失去控制時(shí)，層流失去了穩(wěn)定，慣性力作用使微小擾動發(fā)展擴(kuò)大形成紊流。5、圓管均勻流過水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力的分布特征，層流和紊流過水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植家?guī)律，（畫出分布圖）。答：圓管均勻流過流斷面上切應(yīng)力成直線分布，管軸心為零，邊壁處最大；層流過流斷面上的流速分布規(guī)律呈旋轉(zhuǎn)拋物面；紊流過流斷面上的流速分布規(guī)律呈對數(shù)分布（指數(shù)分布）。6、沿程水頭損失和局部水頭損失計(jì)算公式及各符號含義。答：沿程水頭損失的計(jì)算公式： 沿程阻力系數(shù)； 流體所在流段管長； 流體所在圓管直徑； 流體流速 局部水頭損失： 斷面突然擴(kuò)大：7、圓管紊流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水力光滑管、水力粗糙管。答：（1）圓管紊流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：粘性底層（層流底層）和紊流流核（紊流核心）； （2）水力光滑管：當(dāng)流層底層的厚度比絕對粗糙度大較多時(shí)，管壁的粗糙度對紊流結(jié)構(gòu)基本上沒有影 響，水流就像在光滑的管壁上流動一樣，這種情況叫做“水利光滑管”； （3）水力粗糙管：當(dāng)突出高度深入到紊流流核中，稱為漩渦的發(fā)源地，從而加劇了紊流的脈動作用， 水頭損失也就較大，這種情況稱為“水力粗糙管”。8、絕對粗糙度、相對粗糙度、人工粗糙。答：（1）絕對粗糙度：管壁粗糙突出的平均高度； （2）相對粗糙度：管壁粗糙突起高度（絕對粗糙度）與管內(nèi)徑的比值； （3）人工粗糙管：用不同粒徑的均勻砂粒粘附在不同直徑的玻璃管道內(nèi)壁上，來模擬工業(yè)管道內(nèi)壁的 粗糙而制成的管道。9、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線的分區(qū)及其特性，該曲線所具有的物理意義是什么？它與莫迪圖有何不同？答：第區(qū)層流區(qū)，Re2000時(shí)， 與相對粗糙度無關(guān)，只是Re的函數(shù)，符合。第區(qū)層流向紊流的過渡區(qū)， 與無關(guān)，只是Re的函數(shù)；（可忽略）第區(qū)紊流光滑區(qū)， 與無關(guān)，只是Re的函數(shù)；第區(qū)紊流過渡區(qū)，不同相對粗糙管的試驗(yàn)點(diǎn)落在不同的曲線上，與和Re都有關(guān)；第區(qū)紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)），曲線與橫軸平行，表明只與有關(guān)，而與Re無關(guān)，水流 阻力與流速的平方成正比故又稱阻力平方區(qū)。尼古拉茲實(shí)驗(yàn)的物理意義：該曲線比較完整地反映了的變化規(guī)律，揭示了影響變化的主要因素。10、莫迪圖的使用方法、當(dāng)量粗糙度、當(dāng)量直徑。答：莫迪圖是以相對粗糙度為參數(shù)，把作為Re的函數(shù)，繪制出的工業(yè)管道阻力系數(shù)曲線，在圖上按 和Re可直接查出。 當(dāng)量粗糙度：把直徑相同、紊流粗糙區(qū)值相等的人工粗糙管的粗糙度，定義為該工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙；就是將工業(yè)管道紊流粗糙區(qū)實(shí)測的值，帶入尼古拉茲粗糙管公式反算得出的粗糙度。當(dāng)量直徑：令非圓管道的水力半徑R和圓管的水力半徑相等，即得當(dāng)量直徑的計(jì)算公式11、減小沿程、局部阻力（水頭損失）的措施有哪些？答：減小沿程水頭損失的辦法：減小管壁內(nèi)部的粗糙程度，使其更加光滑；降低流體的粘性（溫度升高、氣壓降低）；控制流速在一定范圍。 減小局部水頭損失的措施：將管道變徑由突變改為漸變；將90度彎管改為兩個(gè)45度彎管，提高管道附件內(nèi)壁的光潔度，對于氣體管道采用導(dǎo)葉來減小橫向脈動。第五章 管路流動1、孔口出流、薄壁孔口、厚壁孔口、小孔口、大孔口。答：空口出流：在容器側(cè)壁或底部上開一孔口，容器中的液體經(jīng)孔口出流，稱為孔口出流。薄壁孔口：在容器側(cè)壁上開一孔口，出流流股與孔口壁接觸僅是一條周線，壁的厚度對水流現(xiàn)象沒有影響，這種孔口叫做薄壁孔口。若孔壁厚度和形狀促使流股收縮后又?jǐn)U大，與孔口接觸形成面而不是線，這種孔口稱為厚壁孔口（管嘴）。根據(jù)的比值不同將孔口分類。稱為小孔口；若稱為大孔口。2、孔口自由出流、孔口淹沒出流、孔口收縮斷面、孔口收縮系數(shù)。答：容器中液體子孔口出流到大氣中，稱為孔口自由出流； 若孔口流出的水股不是進(jìn)入大氣而是進(jìn)入水中，即孔流淹沒在下游水面之下，這種情況稱為淹沒出流； 容器中液體從四面八方流向孔口，由于水流慣性，當(dāng)繞過孔口邊緣時(shí)，流線不能成直角突然改變方向，只能以圓滑曲線逐漸彎曲，在孔口斷面上仍然繼續(xù)彎曲且向中心壓縮，造成孔口斷面上急變流，直至斷面收縮達(dá)到最小，流線趨于平行，成為漸變流，該斷面稱為收縮斷面；孔口斷面的面積為A，收縮斷面的面積為Ac，=Ac/A稱為孔口收縮系數(shù)。3、全部收縮孔口、非全部收縮孔口、完善收縮、不完善收縮。答：當(dāng)孔口的全部邊界都不與相鄰的容器底邊和側(cè)邊重合時(shí)，孔口四周的流線全部發(fā)生彎曲，水股在各個(gè)方向都發(fā)生收縮，這種孔口稱為全部收縮孔口。而只有部分邊發(fā)生收縮時(shí)稱為非全部收縮孔口；根據(jù)器壁對流線彎曲有無影響而把全部收縮的水股分為完善收縮和不完全收縮。周邊離側(cè)壁的距離大于3倍孔口在該方向上的尺寸，此時(shí)出流流線彎曲率最大，收縮的最充分，為全部完善收縮；否則為不完善收縮。4、圓柱形外管嘴、圓柱形外管嘴的真空度。答：水流進(jìn)入管嘴時(shí)如同孔口出流一樣，流股也發(fā)生收縮，在收縮斷面處與管壁分離，形成漩渦區(qū)；然后流股逐漸擴(kuò)張，至出口斷面上完全充滿管嘴斷面流出，這種管嘴出流稱為圓柱形外管嘴出流?？卓谕饷婕庸茏旌?。增加了阻力，但是流量反而增加，這是由于收縮斷面處有真空作用的結(jié)果。5、圓柱形外管嘴的作用及其產(chǎn)生機(jī)理、圓柱形外管嘴正常工作條件。 答：圓柱形外管嘴：在圓形孔口外側(cè)連接一段長L=(34)d的圓管，使其出流量增大，該裝置為管嘴； 圓柱形外管嘴的作用：主要是增大流量，另外便于控制水流（方向、速度、開閉）； 圓柱形外管嘴的正常工作條件是：管嘴長度L=(34)d，作用水頭H9mH2O.6、孔口、管嘴出流的系數(shù)有哪些，管嘴類型及其特點(diǎn)。答：斷面收縮系數(shù)、流速系數(shù)、流量系數(shù) 直角管嘴： 鋼管與鋼制水箱焊接而成 流線型管嘴：利用模具制作而成，水流順暢 收縮形管嘴：增大水流出口流速， 擴(kuò)大形管嘴：降低水流出口流速。7、什么是短管、長管，它們的特點(diǎn)和計(jì)算公式。答：（1）短管：管道的長細(xì)比L/d1，vc，超音速流動，氣流中參數(shù)的變化不能向上傳播，說明速度隨斷面的增大而加快，隨 斷面的減小而減慢； （2）Ma1，vc，亞音速流動，氣流中參數(shù)的變化能夠朝各向傳播，說明速度隨斷面的增大而減慢，隨 斷面的減小而加快； （3）Ma=1，v=c，氣體處于臨界狀態(tài)，為臨界斷面，臨界斷面為極小斷面。 （4）超音速氣流：使亞音速氣流流經(jīng)收縮管，在最小斷面上達(dá)到聲速；然后再進(jìn)入擴(kuò)張管，使氣流斷 面膨脹增速，便可獲得超音速氣流，該噴管又稱拉伐爾噴管。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。特點(diǎn)：高射速，低流量。主要概念 1、人工粗糙管 ：用不同粒徑的均勻砂粒粘附在不同直徑的玻璃管道內(nèi)壁上，來模擬工業(yè)管道內(nèi)壁的粗糙而制成的管道。2、絕對粗糙度 ：管道固體邊壁由于加工條件及造價(jià)的影響，總是或多或少的粗糙不平，粗糙突出的平均高度稱為絕對粗糙度。3、相對粗糙度 ：專指管壁粗糙突起高度（絕對粗糙度）e與管子內(nèi)徑d的比值，是無因次量。4、經(jīng)驗(yàn)公式：在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常要從一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)，尋求的一個(gè)近