工程流體力學(xué)簡(jiǎn)答題

1。什么是黏性？當(dāng)溫度變化時(shí)，黏性如何變化？為什么?當(dāng)流體內(nèi)部存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的屬性.氣體的粘性隨溫度的升高而升高;液體的粘性隨溫度的升高而降低。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因。溫度的升高,分子間距離增大，引力減小。分子作混亂運(yùn)動(dòng)時(shí)不同流層間動(dòng)量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高，混亂運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，動(dòng)量交換頻繁，氣體粘度越大解釋：牛頓流體、理想流體牛頓流體：切應(yīng)力與速度梯度成正比的流體理想流體：沒有粘性的流體3。流體靜壓強(qiáng)的兩的特性是什么？流體靜壓強(qiáng)的方向是作用面內(nèi)法線方向,即垂直指向作用面。流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面方位無關(guān)，是點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)4、畫出下列曲面對(duì)應(yīng)的壓力體。（4分）★5。分別畫出下圖中曲面A、B、C對(duì)應(yīng)的壓力體（6分）6。寫出不可壓縮粘性流體總流的能量方程式，并說明各項(xiàng)的物理意義和應(yīng)用條件。單位重量流體的動(dòng)能單位重量流體的壓能單位重量流體的位能單位重量流體的兩斷面間流動(dòng)損失不可壓縮粘性流體在重力場(chǎng)中定常流動(dòng)，沿流向任兩緩變流過流斷面7。什么是流線?它有那些基本特性？流場(chǎng)中某一瞬時(shí)一系列流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向線.一般流線是一條光滑曲線、不能相交和轉(zhuǎn)折定常流動(dòng)中，流線與跡線重合.解釋：定常流動(dòng)、層流流動(dòng)、二元流動(dòng)。定常流動(dòng):運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間改變層流流動(dòng)：流體分層流動(dòng),層與層之間互不混合.二元流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)要素是兩個(gè)坐標(biāo)的函數(shù).解釋：流線、跡線流線：流場(chǎng)中某一瞬時(shí),一系列流體質(zhì)點(diǎn)的平均流動(dòng)方向線.曲線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)速度方向一致.跡線：流場(chǎng)中一時(shí)間段內(nèi)某流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。描述流動(dòng)運(yùn)動(dòng)有哪兩種方法，它們的區(qū)別是什么？歐拉法,以流體空間點(diǎn)為研究對(duì)象拉格朗日法:以流體質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象11。什么是量綱？流體力學(xué)中的基本量綱有哪些？寫出壓強(qiáng)、加速度的量綱.物理量單位的種類，長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量、壓強(qiáng)ML-iT-2,加速度LT—212。在量綱分析中，定理的內(nèi)容是什么?如果一物理過程涉及n個(gè)物理量,包含m個(gè)基本量綱,則該過程一定可以用n個(gè)物理量組成的n—m個(gè)無量綱來描述。，對(duì)于給定的管道,水力光滑管是否可以變?yōu)樗Υ植诠?？為什么？可以。粘性底層的厚度大于絕對(duì)粗糙度，水力光滑。粘性底層的厚度小于絕對(duì)粗糙度,水力粗糙。對(duì)給定管道，粘性底層的厚度隨雷諾數(shù)變化。速度增大，Re增大，粘性底層的厚度變小，水力光滑變?yōu)樗Υ植凇?5。解釋管道水力計(jì)算中的兩個(gè)概念：水力光滑管、短管水力光滑管：粘性底層的厚度大于管壁的絕對(duì)粗糙度,凹凸不平淹沒在粘性底層中，流體主流感受不到管壁粗糙的影響，就像在光滑的管中流動(dòng)。短管：水力計(jì)算中,局部損失占有相當(dāng)比例，不能忽略的管道系統(tǒng).16。流體在管內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)損失有哪兩種?是如何產(chǎn)生的？計(jì)算公式如何?沿程損失；發(fā)生在緩變流動(dòng)中，由于流體的粘性摩擦；局部損失；發(fā)生在急變流動(dòng)中，由于流體的碰撞、速度調(diào)整、產(chǎn)生漩渦;17。寫出當(dāng)量直徑與當(dāng)量管長(zhǎng)的定義公式。什么是紊流？圓管中的紊流流動(dòng)由哪幾部分構(gòu)成?流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜不規(guī)則運(yùn)動(dòng),相互干擾和摻混。粘性底層、紊流核心區(qū)和過渡區(qū)19。尼古拉茲試驗(yàn)曲線中，流體的流動(dòng)可以分為幾個(gè)區(qū)域?各區(qū)的沿程損失系數(shù)有何特點(diǎn)?五個(gè)層流區(qū)入二f(Re)過渡區(qū)不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分散入=f(Re)紊流光滑管區(qū)入二f(Re)紊流粗糙管過渡區(qū)入二f(Re,￡/d)紊流粗糙管平方阻力區(qū)入=f(￡/d)什么是水擊？如何減小水擊作用力？管內(nèi)有壓流動(dòng)，由于外界某種原因，引起流速突然變化,從而局部壓強(qiáng)突然變化，壓力波在管內(nèi)往復(fù)波動(dòng),引起管道振動(dòng)的現(xiàn)象.延長(zhǎng)操作時(shí)間;降低管長(zhǎng)、減小管壁厚度、增大管徑、減小管壁彈性模量、保護(hù)措施21。證明:層流時(shí)沿程能量損失hf與管內(nèi)流體的平均流速v的一次方成正比.流體在圓管內(nèi)層流流動(dòng),速度分布、切應(yīng)力分布有何特點(diǎn)?（畫圖并說明）切應(yīng)力線性分布，管道中心最小，為零。速度拋物線分布，管道中心最大，平均流速是最大流速的一半23。當(dāng)流動(dòng)處于紊流粗糙管區(qū)時(shí)，雷諾數(shù)增大,沿程阻力系數(shù)是否增大，沿程阻力損失是否增大?為什么?雷諾數(shù)增大,沿程阻力系數(shù)不增大,只與相對(duì)粗糙度有關(guān)。沿程阻力損失增大。雷諾數(shù)增大,速度增大.什么是紊流？紊流速度如何表示？式中各符號(hào)的含義如何？寫出紊流時(shí)均速度的定義式。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)相互干擾、摻混。瞬時(shí)值、時(shí)均值、脈動(dòng)值理想不可壓縮流體繞流葉型時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生升力？下表面流體繞過后緣點(diǎn)時(shí)速度高、壓強(qiáng)低，流向上表面的后駐點(diǎn)時(shí),氣流發(fā)生分離,產(chǎn)生逆時(shí)針的漩渦,葉型上必然同時(shí)產(chǎn)生一強(qiáng)度相等、方向相反的順時(shí)針漩渦。由于漩渦產(chǎn)生，后駐點(diǎn)向后緣點(diǎn)移動(dòng),形成下游的啟動(dòng)渦和葉型上的附著渦。順時(shí)針漩渦使上層速度加快、壓強(qiáng)降低；下層速度減小，壓強(qiáng)增高。上下表面的壓強(qiáng)差對(duì)葉型產(chǎn)生了升力.26．粘性流體繞流物體的阻力可分為哪兩種？如何減??？摩擦阻力、壓差阻力（形狀阻力）為減小摩擦阻力,使該物體的層流邊界層盡可能延長(zhǎng)，或使層流邊界層轉(zhuǎn)變紊流邊界層的轉(zhuǎn)變點(diǎn)盡可能往后推移。為減小壓差阻力，使邊界層分離點(diǎn)盡量后移。27。試解釋:對(duì)于圓球，在Re3時(shí)，繞流阻力系數(shù)急劇下降的原因。邊界層由處于紊流，分離點(diǎn)后移，漩渦區(qū)顯著減小,壓差阻力大大降低，雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大幅降低。邊界層有何特點(diǎn)?發(fā)生邊界層分離的必要條件是什么？很薄;沿流動(dòng)方向逐漸增厚;速度梯度大；層流、紊流兩種流態(tài)；粘性力不可忽略;壓強(qiáng)等于外邊界上的壓強(qiáng)。減速增壓粘性流體29。理想的不可壓縮流體繞流翼型，產(chǎn)生升力的原因是什么？下表面流體繞過后緣點(diǎn)時(shí)速度高、壓強(qiáng)低，流向上表面的后駐點(diǎn)時(shí)，氣流發(fā)生分離，產(chǎn)生逆時(shí)針的漩渦，葉型上必然同時(shí)產(chǎn)生一強(qiáng)度相等、方向相反的順時(shí)針漩渦.由于漩渦產(chǎn)生，后駐點(diǎn)向后緣點(diǎn)移動(dòng)，形成下游的啟動(dòng)渦和葉型上的附著渦。順時(shí)針漩渦使上層速度加快、壓強(qiáng)降低；下層速度減小，壓強(qiáng)增高。上下表面的壓強(qiáng)差對(duì)葉型產(chǎn)生了升力.30．若要將亞聲速氣流加速為超聲速氣流，管道截面積應(yīng)如何變化？先收縮后擴(kuò)大亞音速：MaV1,dv>0,dA<0超音速：Ma>1,dv>0,dA>0討論超音速氣流經(jīng)過膨脹波與壓縮波后氣流的速度、壓強(qiáng)及溫度的變化規(guī)律。超音速氣流經(jīng)過膨脹波：速度增加、壓強(qiáng)降低、溫度降低超音速氣流經(jīng)過壓縮波：速度減低、壓強(qiáng)、溫度升高32。氣體等熵流動(dòng)中，什么是滯止?fàn)顟B(tài)？什么是極限狀態(tài)？什么是臨界狀態(tài)？滯止?fàn)顟B(tài)：等熵流動(dòng)變化到速度為零極限狀態(tài)：等熵流動(dòng)變化到速度最大臨界狀態(tài)：等熵流動(dòng)變化到速度等于當(dāng)?shù)芈曀賮喡曀贇饬魍ㄟ^漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么？亞音速：MaVl,漸縮dAV0成立,dv>0,加速至音速，馬赫數(shù)最大為134。簡(jiǎn)要說明微弱擾動(dòng)波在靜止、亞聲速、聲速、超聲速氣流中傳播的特點(diǎn).微弱擾動(dòng)波在靜止氣流中傳播無界微弱擾動(dòng)波在亞聲速氣流中傳播無界微弱擾動(dòng)波在聲速氣流中傳播有界,半個(gè)空間微弱擾動(dòng)波在超聲速氣流中傳播有界,馬赫錐35。若想將氣流加速,通道的截面積應(yīng)如何變化?亞音速:MaVl,dv>0,dAVO收縮超音速：Ma>l,,dv>0,dA>0擴(kuò)大36、請(qǐng)說出：牛頓流體、重力流體、不可壓縮流體、理想流體、正壓性流體這樣五個(gè)概念的定義。牛頓流體:切應(yīng)力與速度梯度成正比的流體。重力流體：質(zhì)量力只有重力的流體。不可壓流體：密度保持不變的流體。理想流體：沒有粘性的流體正壓性流體:密度只隨壓強(qiáng)變化的流體37、什么是虹吸現(xiàn)象？虹吸流動(dòng)的動(dòng)力是什么？虹吸現(xiàn)象：流體自動(dòng)地從高位液面,經(jīng)過高于液面的管道流向低位液面的現(xiàn)象。動(dòng)力為高低液面的高度差。38、現(xiàn)象一：1940年美國(guó)華盛頓州，一座懸索橋在19m/s的風(fēng)中倒塌?，F(xiàn)象二：火車開過時(shí)，必須遠(yuǎn)離，否則有被卷入的危險(xiǎn).試用所學(xué)的流體力學(xué)知識(shí)解釋這兩個(gè)現(xiàn)象?，F(xiàn)象一：卡門渦街.流體繞過圓柱或鈍形物體，當(dāng)雷諾數(shù)到達(dá)某一值時(shí)，物體尾部出現(xiàn)對(duì)稱交錯(cuò)排列的漩渦組合?？ㄩT渦街的振動(dòng)頻率與物體的頻率合拍，共振，造成破壞?，F(xiàn)象二。伯努利方程（能量方程）.動(dòng)能增加,壓能降低,負(fù)壓（真空）,卷入。39、流體在圓管內(nèi)紊流流動(dòng)，在截面上,1、2、3分別表示什么區(qū)域？水力光滑管是如何定義的?水力光滑管的沿程損失系數(shù)有何特點(diǎn)？粘性底層，過渡區(qū)，紊流核心區(qū)。粘性底層的厚度大于管壁的絕對(duì)粗糙度,凹凸不平淹沒在粘性底層中,流體就像在光滑的管仲流動(dòng)一樣，這樣的管道稱水力光滑管，沿程損失系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)。40、畫出下列曲面所對(duì)應(yīng)的壓力體，并標(biāo)曲面所受垂直分力的方向。1、41、液體在一粗細(xì)不勻的水平管中穩(wěn)定流動(dòng)，壓強(qiáng)計(jì)中水銀液面能否出現(xiàn)如圖高度差？若能,其流動(dòng)方向如何,為什么？若不能，其原因又何在?能，從右往左流動(dòng)根據(jù)壓力計(jì)，右側(cè)壓強(qiáng)大;根據(jù)連續(xù)性方程，右側(cè)速度大。右側(cè)能量高于左側(cè)，從右往左流動(dòng)。42、在風(fēng)洞中做流體繞流圓球試驗(yàn)，當(dāng)時(shí),繞流阻力系數(shù)。若在圓球前部加一細(xì)絲,同一雷諾數(shù)下，測(cè)得阻力系數(shù)為。試問阻力系數(shù)迅速減小的原因。）球，高雷諾數(shù)下，壓差阻力為主。若在圓球前部加一細(xì)絲,流動(dòng)紊流，紊流摻混作用，邊界層分離點(diǎn)后移，壓差阻力變小.雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大大變小.、43、名詞解釋：當(dāng)量直徑；當(dāng)量長(zhǎng)度；激波當(dāng)量直徑：4倍的有效截面積與濕周的比當(dāng)量長(zhǎng)度:局部損失等值折合成某一長(zhǎng)度上的沿程損失,該長(zhǎng)度稱當(dāng)量長(zhǎng)度.激波：強(qiáng)壓縮波44、從力學(xué)角度，流體的定義是什么？流體的基本物理屬性有哪些？在任何微小剪切力作用下，都能連續(xù)變形的物體流動(dòng)性，粘性，壓縮性、膨脹性、慣性什么是流線？流線是否可以相交或轉(zhuǎn)折?不可壓理想流體平面流動(dòng)，沿彎曲流線切線方向與主法線方向，如速度變大,壓強(qiáng)分別如何變化？流場(chǎng)中一系列流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)平均方向線，曲線上任意一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)速度方向一致.一般不能相交轉(zhuǎn)折，速度為零的點(diǎn)和無窮大的點(diǎn)除外。如：繞流和點(diǎn)源流動(dòng)等沿流線切線、法線方向，速度增大，壓強(qiáng)變小.46、什么是邊界層，邊界層分離的必要條件是什么?從邊界層控制角度，談?wù)勅绾螠p小繞流的阻力。大雷諾數(shù)下,粘性流體繞過物體,緊靠物體表面上的速度從零迅速增大到來流速度的速度梯度較大的薄層.減速增壓。減小摩擦阻力,邊界層層流,或?qū)恿魑闪鞯霓D(zhuǎn)變點(diǎn)后移。減小壓差阻力，邊界層紊流,或邊界層分離點(diǎn)前移47、在管內(nèi)流動(dòng)中，什么是局部損失？常見的發(fā)生局部損失的部位有哪些？如何減小局部損失？發(fā)生在急變流中的，由于流體碰撞,旋渦速度調(diào)整造成的損失.管道進(jìn)出口,彎管，管道突然擴(kuò)大突然縮小處，分流合流處;閥門、表計(jì)等局部部件處.改善進(jìn)口條件,流線型入口;漸縮漸擴(kuò);導(dǎo)流板;減小分流合流角；合理布置管道附件.試述流體粘性產(chǎn)生的物理原因.分子間的引力和不同流層間動(dòng)量交換是粘性產(chǎn)生的原因。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因.溫度的升高，引力減小。分子作混亂運(yùn)動(dòng)時(shí)不同流層間動(dòng)量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高,混亂運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，動(dòng)量交換頻繁，氣體粘度越大49、削弱水擊的方法有哪些？(1)、增大管徑減小流速，可以部分地減小水擊壓強(qiáng)。(2)、縮短管道長(zhǎng)度.(3)、設(shè)置調(diào)壓室.(4)、延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間。(5)、采取合理的閥門關(guān)閉規(guī)律，控制水擊壓強(qiáng)的上升速度，使其值最小。(6)、安裝減壓閥.50、什么是邊界層分離現(xiàn)象？其產(chǎn)生的條件是什么？是指原來緊貼壁面流動(dòng)的邊界層脫離壁面的現(xiàn)象。邊界層分離的根本原因是粘性的存在(無粘性沒有分離現(xiàn)象)，分離的條件是逆壓梯度的存在，分離的實(shí)際發(fā)生則是由流體元的滯止和倒流引起的。51、亞聲速氣流通過漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么?最大為1。漸縮噴管dA〈0,dv>0,加速至聲速，Ma=l.1、“截面積大處速度小，截面積小處速度大”對(duì)嗎?為什么？一維流動(dòng)的連續(xù)方程成立的條件是不可壓縮流體，倘若是可壓縮流體，則連續(xù)方程為52、兩恒定流流動(dòng)相似應(yīng)滿足哪些條件？答：應(yīng)滿足幾何相似.動(dòng)力相似,運(yùn)動(dòng)相似及初始條件、邊界條件相似。3、同一管道中的流體流動(dòng)，是否既可以處于水力光滑管，也可以處于水力粗糙管狀態(tài)？為什么?是，在同一管道中若水流速度在某兩處不，對(duì)應(yīng)的Re數(shù)不同，則這兩處的粘性底層會(huì)有所不同，可能出現(xiàn)的情況。53、試述庫塔條件及庫塔－儒可夫斯基升力公式的內(nèi)容？并簡(jiǎn)要說明升力如何產(chǎn)生?Fl=F=—pv』。理想流體均勻等速繞流圓柱體有環(huán)流的流動(dòng)中，在垂直來流的方向ly上，流體作用在單位圓柱長(zhǎng)度上的升力大小等于來流密度、來流速度和速度環(huán)量三者的乘積，升力的方向?yàn)閬砹魉俣仁噶垦胤此俣拳h(huán)流的方向旋轉(zhuǎn)90°。機(jī)翼一般是不對(duì)稱的，上表面比較凸，而下表面比較平，流過機(jī)翼上表面的氣流流速較快，而流過機(jī)翼下表面的氣流正好相反，流速較上表面的氣流慢。流動(dòng)慢的大氣壓強(qiáng)較大，而流動(dòng)快的大氣壓強(qiáng)較小，這樣機(jī)翼下表面的壓強(qiáng)就比上表面的壓強(qiáng)高，換一句話說，就是大氣施加與機(jī)翼下表面的壓力方向向上比施加于機(jī)翼上表面的壓力大，二者的壓力差便形成了飛機(jī)的升力。54、什么是流體的連續(xù)介質(zhì)模型？它在流體力學(xué)中有何作用？。把流體當(dāng)做是由密集質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的，內(nèi)部無間隙的連續(xù)體來研究，就是連續(xù)介質(zhì)模型，可以用連續(xù)函數(shù)的解析方法來研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律,為流體力學(xué)的研究提供了很大的方便。55、分析局部水頭損失產(chǎn)生的原因？任何斷面形狀的改變，都必將引起流速的重新分布，因而附加了流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體質(zhì)點(diǎn)的急劇變形,結(jié)果導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間附加摩擦和相互撞擊，使流體能量受到損失，液流中流速重新分布.流速的重新分布，總是伴隨有流動(dòng)分離和旋渦的形成，在旋渦區(qū)由于粘性的存在,便有摩擦的能量損失，在旋渦中粘性力作功.在旋渦區(qū)中，又有質(zhì)點(diǎn)被主流所帶走，即有動(dòng)量交換，因而消耗運(yùn)動(dòng)流體的能量,流體質(zhì)點(diǎn)的