大學(xué)流體力學(xué)簡述題7院版

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簡述題第一章試解釋流體粘性產(chǎn)生的原因并說明溫度升高對水和氣體值的影響。答：粘性是流體阻止其發(fā)生剪切變形和角變形的一直特性，是流體的固有屬性。粘性阻力產(chǎn)生的物理原因是分子間內(nèi)聚力和分子熱運(yùn)動(dòng)造成的流體層之間的動(dòng)量交換。隨著溫度升高，液體的值會降低，其原因是溫度升高液體分子間距離增大，液體的內(nèi)聚力減小，因而粘度降低；氣體值會升高，其原因是氣體粘性主要來自分子熱運(yùn)動(dòng)造成流體層之間的分子的質(zhì)量和動(dòng)量的交換，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇。試簡述流體力學(xué)質(zhì)點(diǎn)的定義及特點(diǎn)，簡述連續(xù)介質(zhì)假設(shè)并說明此假設(shè)的主要優(yōu)點(diǎn)。答：流體力學(xué)質(zhì)點(diǎn)是指一微小的流體團(tuán)，即流體微團(tuán)，它與所研究物體的特征尺寸相比微不足道，但與它分子的平均自由行程相比卻大得多，使連續(xù)介質(zhì)假設(shè)可以成立。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是指流體充滿一個(gè)體積時(shí)是不留任何空隙的，其中包括無真空，也無分子間的間隙和分子的運(yùn)動(dòng)，即把流體看作連續(xù)性的介質(zhì)。該假設(shè)的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是1、不必研究大量分子的瞬時(shí)狀態(tài)，而只研究描述流體宏觀狀態(tài)的物理量；2、可以用以連續(xù)函數(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)分析方法處理流體力學(xué)問題。試簡述流體粘性的存在對流體受力、能量消耗方面的影響。答：當(dāng)流體中發(fā)生層與層之間的相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于粘性的存在，速度快的流體層對速度慢的流體層會產(chǎn)生一個(gè)拖動(dòng)力，速度慢的流體層對速度快的流體層會有一個(gè)阻力，這兩個(gè)力是一對作業(yè)力與反作用力，稱為內(nèi)摩擦力或粘性力，要維持流體運(yùn)動(dòng)就必須消耗能量來克服內(nèi)摩擦力，從而造成能量損失。寫出粘性剪切應(yīng)力及剪切力的典型表達(dá)式并解釋其物理意義。答：剪切力：物理意義：流體內(nèi)摩擦力的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，與流體的速度梯度和接觸面積成正比。粘性剪切應(yīng)力：物理意義：單位面積上的摩擦力，流體粘性剪切應(yīng)力大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，與流體的速度梯度成正比，與接觸面積無關(guān)。第二章試說明等壓面的定義及特點(diǎn)，分別給出相對靜止的流體及加速度為a的流體等壓面與水平面的夾角。答：在靜止流體中，靜壓強(qiáng)相等的各點(diǎn)所組成的面稱為等壓面，等壓面具有三個(gè)重要特點(diǎn)：1.等壓面就是等勢面；2.在平衡流體中，通過某一點(diǎn)的等壓面必與該點(diǎn)所受的質(zhì)量力相互垂直；3.兩種密度不同而又互不相混的流體處于平衡時(shí)，他們的分界面必是等壓面。靜止0，加速度a時(shí)arctan(a/g)。試解釋置于流體中的平板受力大小、方向以及合力作用點(diǎn)與形心之間的關(guān)系。答：：靜止流體作用在平板上的合力等于該平板幾何中心處的壓強(qiáng)與平板面積的乘積，方向與平板垂直；：壓力中心總是在平板的幾何中心之下，這是因?yàn)橐后w壓強(qiáng)總是隨著深度的增加而增加，所以其合力作用點(diǎn)總是在幾何中心之下。第三章試簡述研究流體的拉格朗日方法和歐拉法，并以速度為例給出兩種方法的表達(dá)式。答：拉格朗日法是研究流場內(nèi)個(gè)別流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位置，流速，壓力等參數(shù)的變化。也就是用隨時(shí)間的變化來描述流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的總和就構(gòu)成了整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng),用這種方法可以表示或了解流場中個(gè)別流體質(zhì)點(diǎn)的參數(shù)變化情況。；；歐拉法是研究整個(gè)流場內(nèi)不同時(shí)刻，不同位置上的流體質(zhì)點(diǎn)的參數(shù)。它把注意力集中在選定的空間點(diǎn)而不是流體質(zhì)點(diǎn)上。歐拉法確定的是占據(jù)流場中的全部流體質(zhì)點(diǎn)的瞬時(shí)流動(dòng)參數(shù)。；；試解釋流線和跡線，并寫出二者的描述方程。答：跡線：跡線是流體質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡線。流線：流線與跡線不同，它是某一瞬時(shí)流場中質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向線。試給出隨流導(dǎo)數(shù)的定義式并簡述各項(xiàng)的物理意義。一般來說，用歐拉法表示的流體質(zhì)點(diǎn)的任何一個(gè)物理量N（x,y,z,t），不論其為矢量還是標(biāo)量，它對時(shí)間的變化率都可以表示為：；式中稱為隨流導(dǎo)數(shù)，稱為當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)，稱為遷移導(dǎo)數(shù)。試簡述流面、流管的定義，并分析流管與壁面的相同點(diǎn)和差別。流面：流面：在某一瞬時(shí)的流場中任取一非流線曲線L，通過L上每一點(diǎn)連續(xù)做流線，這些流線組成的曲面叫做流面。流管：在流場中取任意非流線封閉曲線L,通過曲線L上每一點(diǎn)連續(xù)地坐流線，則這些流線所構(gòu)成的管狀表面稱為流管。流管與壁面相同點(diǎn)：流體都不能穿過區(qū)別：流管是假想出來的，壁面是真實(shí)存在的；流管對流體沒有粘性力作用，壁面有。牛頓變形率揭示了什么樣的物理關(guān)系，試用有關(guān)公式表達(dá)出來。答：牛頓流體變形率揭示了粘性應(yīng)力和應(yīng)變率之間的關(guān)系，，試給出雷諾輸運(yùn)定理表達(dá)式并簡述各項(xiàng)的物理意義。答：雷諾輸運(yùn)定理的表達(dá)式為。其物理意義是某瞬時(shí)控制體內(nèi)流體所構(gòu)成的體系具有的隨流物理量總和對時(shí)間的變化率，等于同一瞬間控制體中同一隨流物理量之和對時(shí)間的變化率與單位時(shí)間內(nèi)該物理量通過控制面凈流出量之和。試給出不可壓縮流中廣義伯努利方程的表達(dá)式，并給出該方程的適用情況。答：；成立的條件是只有重力作用，理想的不可壓縮流體沿流線或無旋流場。試簡述四種流體運(yùn)動(dòng)形式并給出各運(yùn)動(dòng)形式的表達(dá)式。答：1.平移：在流場中取一流體微團(tuán)，經(jīng)過dt時(shí)間后，微團(tuán)處在不同的位置，但微團(tuán)內(nèi)各點(diǎn)相對位置沒有改變，微團(tuán)形狀也沒有發(fā)生變化。轉(zhuǎn)動(dòng)：在流場中取一流體微團(tuán)，經(jīng)過dt時(shí)間后，微團(tuán)中一點(diǎn)O的位置沒有變化，其他點(diǎn)與O點(diǎn)的連線相對原來轉(zhuǎn)過一定角度。；角變形：在流場中取一流體微團(tuán)，經(jīng)過dt時(shí)間后，微團(tuán)中一點(diǎn)O的位置沒有變化，其他點(diǎn)與O點(diǎn)的連線相對原來轉(zhuǎn)過一定角度，但各點(diǎn)相對原來轉(zhuǎn)過角度不同，產(chǎn)生角變形。；體變形：流體微團(tuán)中的點(diǎn)相對微團(tuán)極點(diǎn)在各個(gè)方向有速度，導(dǎo)致微團(tuán)在各方向伸長或收縮，叫做體變形。；第五章試敘述雷諾試驗(yàn)反映的物理現(xiàn)象。答：雷諾試驗(yàn)揭示了1.流體的流動(dòng)存在兩種截然不同的流動(dòng)狀態(tài)和2.不同流態(tài)與沿程水頭損失的關(guān)系。試給出雷諾數(shù)的定義并解釋其物理意義，并根據(jù)雷諾數(shù)變化分析流體流動(dòng)為層流或湍流的原因。答：：雷諾數(shù)是反映流體流動(dòng)的慣性力與粘性力之比的一個(gè)無因次參數(shù)；當(dāng)時(shí)，流動(dòng)為層流，時(shí)，流動(dòng)為湍流。試從流動(dòng)規(guī)則情況、速度分布、摩擦阻力和流動(dòng)的機(jī)械能損失等方面簡述層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)的差別。答：湍流流動(dòng)與層流流動(dòng)相比，在速度分布、摩擦阻力和流動(dòng)的機(jī)械能損失等方面的差別表現(xiàn)為層流時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)除縱向運(yùn)動(dòng)外，不能在橫向作大范圍的遷移，摩擦阻力較小，流動(dòng)的機(jī)械能損失?。煌牧鲿r(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，還有很大的橫向速度，橫向速度的大小和方向是不斷變化的。局部損失的類型有哪些？答：流道彎曲、流通截面突然擴(kuò)大或縮小以及流體通道設(shè)置了各種各樣的物件。第七章對不可壓縮流動(dòng)，試述在收縮管道和擴(kuò)張管道中附面層形成和發(fā)展的區(qū)別。答：收縮管道中，流體進(jìn)入之前，附面層已有相當(dāng)發(fā)展，具有一定厚度。進(jìn)入收縮管道后，由于主流區(qū)內(nèi)流體的加速而使壓力逐漸降低，附面層在順壓力的作用下逐漸變薄。在整個(gè)管道中，附面層是逐漸發(fā)展的。擴(kuò)張管道中，由于流道截面逐漸增大，主流區(qū)中壓力不斷增高，知道動(dòng)能不足以補(bǔ)充壓力能，對附面層內(nèi)流體能量供應(yīng)減弱，使附面層沿流動(dòng)方向迅速增厚，最終出現(xiàn)倒流。在這種流動(dòng)中，附面層不是連續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的。試寫出附面層位移厚度和動(dòng)量損失厚度的表達(dá)式并分別解釋其物理意義。答：位移厚度：物理意義：由于附面層的存在，實(shí)際流過附面層內(nèi)流體流量的減少量動(dòng)量損失厚度：物理意義：由于附面層的存在，單位時(shí)間內(nèi)通過附面層的流體的動(dòng)量損失，認(rèn)為其相當(dāng)于主流流體單位時(shí)間內(nèi)通過厚度為的區(qū)域內(nèi)具有的動(dòng)量。試給出附面層的定義并簡述附面層的提出帶來的好處。答：附面層：靠近物體表面速度梯度很大的一層好處：可以把流場分為兩個(gè)部分：一是附面層及尾流區(qū)，在這一區(qū)域必須按N-S方程求解，但這一區(qū)域很小，流動(dòng)可看成是平行于物體表面的，使得N-S方程大大簡化；二是除附面層及尾流區(qū)以外的區(qū)域，可按照理想流體流動(dòng)來計(jì)算。此外，附面層的計(jì)算對研究流動(dòng)阻力，對流傳熱，物質(zhì)擴(kuò)散等工程實(shí)際問題具有指導(dǎo)意義。第九章試述弱擾動(dòng)在亞聲速流和超聲速流動(dòng)中的傳播規(guī)律。答：弱擾動(dòng)在亞聲速流動(dòng)中，擾動(dòng)會向上游傳播，其影響范圍是全流場的；超聲速流中，擾動(dòng)不能向上游傳播，其影響范圍限于以擾動(dòng)源為頂點(diǎn)，以通過該點(diǎn)氣流之流動(dòng)方向?yàn)橹行木€的圓錐范圍。在等熵絕能收縮管道中，超聲速流動(dòng)是減速的，而壓聲速流動(dòng)是加速的，試用流量函數(shù)分析其原因。答：一維定常流動(dòng)中，各截面流量相等，即等熵絕能管道中則有在收縮管道中，管道截面積減小，增大，超聲速氣流，由函數(shù)圖像可知，減小，氣流減速；亞聲速氣流，由函數(shù)圖像可知，增大，氣流加速。在等熵絕能擴(kuò)張管道中，超聲速流動(dòng)是加速的，而壓聲速流動(dòng)是減速的，試用流量函數(shù)曲線分析其原因。答：同上。第十章試簡述產(chǎn)生膨脹波的條件及氣流經(jīng)過膨脹波后的參數(shù)變化趨勢。答：產(chǎn)生膨脹波條件：超聲速氣流繞外鈍角或凸壁流動(dòng)。參數(shù)變化：氣流加速，壓強(qiáng)，密度下降。試簡述產(chǎn)生激波的條件及氣流經(jīng)過激波后的參數(shù)變化趨勢。答：產(chǎn)生激波的條件：超聲速氣流突然減速和轉(zhuǎn)向。參數(shù)變化：壓強(qiáng)，密度，溫度均升高，速度突然下降。馬赫數(shù)下降，總壓下降，總溫不變。第十一章一個(gè)管道將亞聲速流變?yōu)槌曀倭鞯臈l件是什么？答：一個(gè)管道將亞聲速流變?yōu)槌曀倭鞯臈l件是先收縮再放大。試簡述噴管和擴(kuò)壓器的定義，并說明在超聲速來流和亞聲速來流情況下，兩種流動(dòng)部件的形狀。答：使氣流加速的管道叫做噴管，使氣流壓強(qiáng)增大的管道叫做擴(kuò)壓器。對于噴管，當(dāng)為超聲速來流時(shí)，應(yīng)該為擴(kuò)張管；當(dāng)為亞聲速來流時(shí)，應(yīng)該是收縮管。擴(kuò)壓器與之相反。收縮噴管有哪三種狀態(tài)，試簡述各狀態(tài)的流動(dòng)特點(diǎn)。答：亞臨界流動(dòng)狀態(tài)：噴管流動(dòng)直到出口都是亞音流，反壓的變化引起的擾動(dòng)可以向上游傳播。臨界流動(dòng)狀態(tài)：噴管出口為音速，管內(nèi)流量最大。超臨界流動(dòng)狀態(tài)：噴管出口為音速，反壓擾動(dòng)不影響管內(nèi)流動(dòng)。收縮噴管壅塞狀態(tài)是如何定義的？試簡述在收縮噴管壅塞狀態(tài)，提高來流總壓，收縮噴管中哪些參數(shù)發(fā)生變化，哪些參數(shù)不變。答：收縮噴管的雍塞狀態(tài)是指出現(xiàn)臨界截面，流量達(dá)到最大值的狀態(tài)。只提高來流總壓，噴管內(nèi)任一截面的M數(shù)，p/p*，T/T*都不變。收縮噴管壅塞狀態(tài)是如何定義的？在收縮噴管壅塞狀態(tài)，降低反壓，收縮噴管中參數(shù)如何變化？答：同上。拉瓦爾噴管工作狀態(tài)判據(jù)有哪些？這些判據(jù)如何計(jì)算？拉瓦爾噴管工作狀態(tài)由三個(gè)特征壓比，,來判別。,,拉瓦爾噴管狀態(tài)有哪些？各狀態(tài)的流動(dòng)特性如何？答