工程流体力学复习知识总结.doc

工程流体力学7/16/20248:22:59 下午郭冠中制作一、 是非题. 1. 流体静止或相对静止状态的等压面一定是水平面. （错误）2. 平面无旋流动既存在流函数又存在势函数。 （正确）3. 附面层分离只能发生在增压减速区。 （正确）4. 等温管流摩阻随管长增加而增加，速度和压力都减少. （错误）5. 相对静止状态的等压面一定也是水平面。 （错误）6. 平面流只存在流函数，无旋流动存在势函数. (正确）7. 流体的静压是指流体的点静压。 （正确）8. 流线和等势线一定正交. (正确)9. 附面层内的流体流动是粘性有旋流动. （正确)10. 亚音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度增加，压力减小。（正确)11. 相对静止状态的等压面可以是斜面或曲面。 (正确）12. 超音速绝热管流摩阻随管长增加而增加，速度减小，压力增加。（正确）13. 壁面静压力的压力中心总是低于受压壁面的形心. (正确)14. 相邻两流线的函数值之差，是此两流线间的单宽流量. （正确）15. 附面层外的流体流动时理想无旋流动。 （正确）16. 处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面。 （错误) 17.流体的粘滞性随温度变化而变化,温度升高粘滞性减少；温度降低粘滞性增大。 (错误 ) 18流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其他无关。 （错误)二、 填空题。1、1mmH2O= 9.807 Pa2、描述流体运动的方法有 欧拉法 和 拉格朗日法 。3、流体的主要力学模型是指 连续介质 、 无粘性 和不可压缩性。4、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时 惯性力 与 粘性力 的对比关系. 5、流量Q1和Q2，阻抗为S1和S2的两管路并联,则并联后总管路的流量Q为,总阻抗S为.串联后总管路的流量Q为，总阻抗S为. 6、流体紊流运动的特征是 脉动现像，处理方法是 时均法 . 7、流体在管道中流动时，流动阻力包括沿程阻力和 局部阻力 . 8、流体微团的基本运动形式有： 平移运动 、 旋转流动 和 变形运动 。 9、马赫数气体动力学中一个重要的无因次数,他反映了 惯性力 与 弹性力 的相对比值。10、稳定流动的流线与迹线 重合 。11、理想流体伯努力方程常数中，其中称为 测压管 水头。12、一切平面流动的流场，无论是有旋流动或是无旋流动都存在 流线 ，因而一切平面流动都存在 流函数 ,但是，只有无旋流动才存在 势函数 。13、雷诺数之所以能判别 流态 ，是因为它反映了 惯性力 和 粘性力 的对比关系。14、流体的主要力学性质有 粘滞性 、 惯性 、 重力性 、 表面张力性 和 压缩膨胀性 。15、毕托管是广泛应用于测量 气体 和 水流 一种仪器。16、流体的力学模型按粘性是否作用分为 理想气体 和 粘性气体 。作用与液上的力包括 质量力 , 表面力 。17、力学相似的三个方面包括 几何相似 、 运动相似 与 动力相似 。18、流体的力学模型是 连续介质 模型。19、理想气体伯努力方程中，称 势压 ，称全压，称总压。20、紊流射流的动力特征是各横截面上的动量相等.21、流体的牛顿内摩擦定律的表达式，u的单位为pa.s。22、浓差或温差射流的热力特征是各截面的相对焓值相等 。23、流体微团的运动是由 平移 运动， 旋转 运动， 线变形运动和 角变形运动四种基本运动形式符合而成。24、几何相似是力学相似的 前提 ，运动相似是模型实验的 目的 ，动力相似是运动相似的 保证 。25、欧拉准数是压力和惯性力的相对比值。26、马赫数M反映了惯性力和 弹性力 相对比值。27、流体流动的状态分为 层流 和 紊流 .28、弗鲁得准数反映了重力和惯性力相对比值。四、选择题. 1、按连续介质的概念，流体质点是指。 A、流体的分子 B、流体内的固体颗粒 C、无大小的几何点D、几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体 2、一下哪种流体为非牛顿流体. A、空气 B、清水 C、血液 D、酒精3、绝对压强P、相对压强p、真空值p、当地大气压强之间的关系是。 A、P=p+ p B、p= P+ C、p= P4、圆管层流过流断面的流速分布为。 A、均匀分布 B、对数曲线分布 C、二次抛物线分布5、一下那些概念属于欧拉法。A、流线 B、迹线 C、液体质点 D、液体微团6、圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数. A、与雷诺数Re有关 B、与管壁相对粗糙度有关C、与Re和有关 D、与和管长l有关7、速度V、长度l、时间t的无量纲组合是。 A、 B、 C、D、8、圆管断面直径由d1突然扩大到d2，若将一次扩大改为两级扩大,则该扩大的局部水头损失。A、减小 B、不变 C、增大9、在圆管流动中,层流的断面速度分布符合。 A、均匀规律 B、直线变化规律 C、抛物线变化规律 D、对数曲线规律10、流线与流线通常情况下。 A、能相交也能相切 B、仅能相交不能相切C、仅能相切不能相交 D、既不能相交也不能相切11、速度v,密度,压强p的无量纲集合是。 A、 B、 C、D、12、雷诺数代表的是之比。 A、惯性力与压力 B、惯性力与重力C、惯性力与表面张力 D、惯性力与粘性力 13、压力输水管模型实验,长度比尺为8,模型水管的流量应为原型输水管流量的。 A、 B、 C、 D、14、一维流动中，“截面积大处速度小,截面积小处速度大”成立的条件是。 A、理想流体 B、粘性流体 C、可压缩流体 D、不可压缩流体15、弹簧管压力表的读数是。 A、绝对压强 B、相对压强 C、绝对压强加当地大气压 D、相对压强加当地大气压 16、静水中斜置平面壁的形心淹没深hc与压力中心淹没深hD的关系是。 A、大于 B、小于 C、等于 D、无规律17、某风管的断面尺寸为，则该风管的当量直径是. A、 B、 C、 D、18、有一变直径管流，小管直径d1,大管直径d2=2d1,则两断面雷诺数的关系是。 A、 B、 C、D、19、下列流体哪个属于牛顿流体。A、汽油 B、纸浆 C、血液 D、沥青五、简答题。 1、流体静压强的特性是什么？流体静压强的方向是沿着作用面的内法线方向；在静止或相对静止的流体中,任一点流体静压强的大小作用面方向无关，只与该点的位置有关。 2、尼古拉兹实验分区级意义是什么？层流区 临界过渡区 紊流光滑区 紊流过度区 紊流粗糙区意义:比较完整地反应了沿程阻力系数的变化规律，揭示了沿程阻力系数变化的主要因素。 3、附面层提出的意义？在于将流场划分为两个计算方法不同的区域，即势流区和附面层.在附面层外的势流区按无旋流动理想流体能量方程或动量方程求解；在附面层内，按粘性有旋流动流体能量方程或NS方程求解； 4、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？浓差或温差射流由于浓度或温度不同，引起射流介质密度与周围其气体密度与周围气体密度不同,所受的重力与浮力不相平衡,使得整个射流将发生向上或向下的轴弯曲. 5、附面层分离的原因是什么？当流体绕流曲面体流动时，在减压增速区,流动维持原来的附面层；流动进入增压减速区时,流体质点受到与主流方向相反的压差作用，将产生方向的回流，而附面层外的流体仍保持原有的前进，这样，回流和前进这两部分运动方向相反的流体相接触，就形成旋涡.旋涡的产生使得附面层与壁面发生分离。 6、运动粘滞系数r的物理意义是什么?流体运动粘滞系数r表征单位速度梯度作用下的切应力对单位体积质量作用产生的阻力加速度，具有运动学要素。 7、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么？、流体动力粘滞系数u表征单位速度梯度作用下的切应力,反映了粘滞的动力性质。 8、元流的特性是什么?元流的特性：元流的边界由流线组成;流体质点不能出入元流；元流断面上的流速和压强是均匀分布。 9、伯努利方程常数中各项的物理意义？Z：断面对基准面高度,水力学中称位置水头,单位位能；在断面压强作用下,流体沿测压管所能上升的高度，压强水头，单位位能；断面以速度u为初速度的铅直向上射流所能达到的理论的高度，流速水头，单位位能。 10、管网水力计算遵循的原则是什么？任一节点流入和流出的流量相等；任一闭合环路中，如规定顺时针方向流动的阻力损失为正，反之为负，则各管段阻力损失的代数和必等于零。 11、水击（水锤）现象及产生的原因是什么？有压管路中运动着的液体,由于阀门或水泵突然关闭，使得液体的速度和动量发生急剧变化，从而造成液体压强骤然变化，该现象就是水击（水锤)现象，产生的原因液体的可压缩性管道材质的弹性.12、管嘴出流产生真空的原因和条件是什么？原因是流体质点流动时由于有惯性,因而流线不能成折线,是光滑的曲线，所以能够形成真空区域；条件是：管嘴长度为管径的34倍；作用水头H0极限值为. 13、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？在自由紊流射流的主体段，射流各断面上速度分布是相似的,轴线速度越来越小，横截面积越来越大,质量流量也越来越大；个横截面上的动量守恒。 14、射流弯曲产生的原因？在温差射流场中，由于气流密度与周围的气体的不同，射流气体所受的浮力与重力不相平衡，使整个射流发生向下或向上弯曲15、绕流升力产生的原因?当绕流物体为非对称形或虽为对称但其对称轴与来流方向不平行时,在绕流物体上部流线较密，流速大；下部流线较疏，流速小，则上部压强小,下部压强大，上、下部存在压强差,由此产生向上的力称为升力.16、毕托管是广泛应用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意图,并说明其工作原 .、（见第五版书P61） 17、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理.（略） 18、不可压缩流体NS方程中,各项的物理意义是什么？X：是作用在流体微团上的单位质量力.是作用在流体微团上单位质量流体的压力。是作用在流体微团上单位质量流体粘性偏应力的合力。是流体质点的加速度。1、简述液体与气体的粘性随温度的变化规律，并说明为什么？答: 温度升高时 液体的黏性降低，因为液体的粘性主要是分子间的内聚力引起的，温度升高时,内聚力减弱，故粘性降低,而造成气体粘性的主要原因在于气体分子的热运动,温度越高,热运动越强烈，所以粘性就越大2、请详细说明作用在流体上的力。作用在流体上的力按其性质可分为表面力和质量力，表面力是指作用在所研究流体表面上的力，它是由流体的表面与接触的物体的相互作用差生的,质量力是流体质点受某种力场的作用力，它的大小与流体的质量成正比3、简述连续介质假说。连续介质假说将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。从而使微观运动的不均匀性、离散性、无规律性与宏观运动的均匀性、连续性、规律性达到了和谐的统一.(宏观无限小 微观无限大)4、何谓不可压缩流体？在什么情况下可以忽略流体的压缩性?除某些特殊流动问题，工程实际中将液体看作是密度等于常数的不可压缩流体,当气体的速度小于70m/s 且压力和温度变化不大时也可近似地将气体当作不可压缩流体处理5、流体静压力有哪两个重要特征?特征一：在平衡的流体中，通过任意一点的等压面，必与该点所受的质量力互相垂直.特征二：当两种互不相混的液体处于平衡时,它们的分界面必为等压面。6、不同形状的敞开的贮液容器放在桌面上,如果液深相同,容器底部的面积相同，试问作用于容器底部的总压力是否相同？桌面上受到的容器的作用力是否相同?为什么?容器底部的总压力=液体压强x面积，而压强由液深决定（同种液体），所以作用于容器底部的总压力相同；桌面上所受力是整个储有液体容器的重力,桌面上受到的容器的作用力因容器总重量不同而不同.本题目也有漏洞:不同形状的敞开的贮液容器，体积关系不能确定,其总重量不一定相同或也不一定不同.7、相对平衡的液体的等压面形状与什么因素有关？质量力(在平衡点流体中，通过任意一点的等压面必须与该店所受的质量力互相垂直）8、静力学的全部内容适用于理想流体还是实际粘性流体?或者两者都可？为什么?流体处于静止或相对静止状态时，各流体质点间没有相对运动，速度梯度等于零，切向应力也等于零，这样流体的粘性就显现不出来了9、叙述帕斯卡原理，试举例说明它在工程中的应用。帕斯卡定律:加在密闭液体任一部分的压强能够大小不变的被液体向各个方向传递 公式：P1=P2即F1S1（F为施加的力）F2S2（S指大小活塞的面积)应用：千斤顶，液压机,液压制动10、何谓压力体？压力体由哪些面围成的？由于液体重量产生对物体表面压力的体积称为压力体压力体所论曲面；过曲面周界上一切点的铅垂线所构成的曲面;与液面重合的水平面.11、 试述文丘里管测量流量的原理，如果通过文丘里管的流量保持不变,试问管道倾斜放置与水平放置的两种情况，测得差压计的液面高差是否会改变？为什么?会改变12、简述沿程阻力系数随雷诺数的变化规律，并画出其趋势图.尼古拉兹实验揭示了沿程阻力系数的变化规律,文字表述或数学公式表述.层流:；水力光滑区:;过渡粗糙区：粗糙区（阻力平方区) :.13、流体在渐扩管道中,从截面1流向截面2，若已知在截面1处流体作层流流动。试问，流体在截面2处是否仍保持层流流动?为什么14、在串联管道、并联管道中，各管段的流量和能量损失分别满足什么关系？ 串联管路的特点：各条管路中的流量相等，等于总流量；各管的水头损失之和等于管路的总损失。并联管路的特点：各条管路中的流量之和，等于总流量；各管的水头损失之相等,等于管路的总损失.15、简述水力光滑管和水力粗糙管的定义.一根确定的管子是否永远保持为水力光滑管或水力粗糙管?为什么？水力光滑管：在紊流中存在层流底层,当层流底层厚度l5时，粗糙高度几乎全被层流底层淹没管壁对紊流区流体的影响很小，这与流体在完全光滑的管道中流动类似,这种情况的管子叫做水力光滑管.水力粗糙管:当层流底层厚度l0.3时,管壁上几乎所有的凸峰都暴露在紊流中，紊流去的流体质点与凸峰相互碰撞，阻力增加,此时的管子叫做水利粗糙管。16、简单叙述沿程阻力和局部阻力的定义，试分析产生这两种损失的原因。沿程阻力：再过流断面沿程不变的均匀流道中所受的流动阻力流体与壁面的摩擦产生 沿程损失原因：由于流体与壁面的摩擦而产生的.局部阻力:流体在流动过程中由于方向改变或速度改变以及经过管件而产生的阻力局部损失的原因：因流体与壁面的冲击和流体的质点之间的碰撞而形成的17、何谓缓变流和急变流?在缓变流截面上，压强分布有何规律?当流线的曲率半径很大或流体之间的夹角很小时，流线近似为平行直线,这样的流动称为缓变流，否则称为急变流。在接近于直线的流动中，沿法线方向的压力分布规律与平衡流体中的相同，均服从于流体静力学基本程18、写出总流伯努利方程，并简述其物理意义.中：Z 表示总流过流断面上某点(所取计算点)单位重量流体的平均位置势能 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均压强势能。 表示总流过流断面上某点（所取计算点）单位重量流体的平均动能。 表示总流过流断面上某点（所取计算点)单位重量流体的平均机械能损失，称为总流水头损失 代表总流过流断面上单位重量流体的平均势能代表总流过流断面上单位重量流体的平均机械能物理意义在符合限定条件下，单位重量流体的机械能(位能、压力能和动能)可以互相转化，但总和不变.19、简述流线的定义,并写出流线方程.流线就是在流场中某一瞬间作出的一条空间曲线，使这一瞬间在该曲线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合（同一时刻流场中连续各点的速度方向线)20、何谓系统和控制体？它们有何区别与联系？众多流体的质点的集合称为系统。控制体是指流场中某一确定的空间。区别:系统的位置和形状是可以变化的,而控制体是指流场中的某一确定的空间。联系:利用控制体可以推导出流体系统所具有的某种物理量随时间的变化率,得出流体力学中若干重要方程 一、名词解释。 1、雷诺数：是反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系. 2、流线：流场中,在某一时刻,该点的切线方向与通过该点的流体质点的流速方向重合的空间曲线称为流线。 3、压力体:压力体是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面，顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面,中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面. 4、牛顿流体：把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 5、欧拉法：研究流体力学的一种方法，是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。 6、拉格朗日法:通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。 7、湿周:过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。 8、恒定流动:流场中,流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。 9、附面层：粘性较小的流体在绕过物体运动时,其摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层内，这个薄层即为附面层。 10、卡门涡街：当流体经绕流物体时,在绕流物后面发生附面层分离，形成旋涡,并交替释放出来，这种交替排列、有规则的旋涡组合称为卡门涡街。 11、自由紊流射流:当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时，形成的流动即为自由紊流射流。 12、流场：充满流体的空间。 13、无旋流动：流动微团的旋转角速度为零的流动。 14、贴附现象:贴附现象的产生是由于靠近顶棚流速增大静压减少,而射流下部静压大,上下压差致使射流不得脱离顶棚。 15、有旋流动：运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。 16、自由射流：气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。 17、浓差或温差射流：射流介质本身浓度或温度与周围气体浓度或温度有差异所引起的射流. 18、音速：音速即声速，它是弱扰动波在介质中的传播速度. 19、稳定流动：流体流动过程与时间无关的流动。 20、不可压缩流体:流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。21、驻点：流体绕流物体迎流方向速度为零的点。22、自动模型区：当某一相似准数在一定的数值范围内，流动的相似性和该准数无关,也即原型和模型的准数不相等,流动仍保持相似，准数的这一范围称为自动模型区。五、简答题.1流体的相对密度定义为:某种流体的密度与（ )的密度的比值。A、标准大气压下4水 B、标准大气压下15水C、标准大气压下4空气 D、标准大气压下15空气2静水压强的大小与(）无关.A空间位置B作用面的方位 C液体种类 D淹没深度3下列说法中，正确的是(）。A、理想不可压缩均质重力流体作定常或非定常流动时，沿流线总机械能守恒B、理想不可压缩均质重力流体作定常流动时,沿流线总机械能守恒C、理想不可压缩均质重力流体作非定常流动时，沿迹线总机械能守恒D、理想可压缩重力流体作非定常流动时，沿流线总机械能守恒4在列伯努利方程时,方程两边的压强项必须（)A、均为表压强 B、均为绝对压强C、同为表压强或同为绝对压强 D、一边为表压强一边为绝对压强5当圆管中流体作层流流动时，动能修正系数等于（)A1B2C3D1.756在粘滞力作用下相似的流动，其（)准则数必然相等。A B C D7当某管路流动在紊流粗糙管平方阻力区范围内时，则随着雷诺数Re的增大，其沿程损失系数将（）。A增大 B减小 C不变 D增大或减小8判定流体流动是有旋流动的关键是看（)A流体微团运动轨迹的形状是圆周曲线 B流体微团运动轨迹是曲线C流体微团运动轨迹是直线D流体微团自身有旋转运动9对于理想流体的欧拉积分式与伯努力积分式的适用条件，其差别在于(）。A是否为不可压缩流体 B是有旋流动还是无旋流动C是否在有势的质量力作用下 D是否为定常流动10流体在管内作层流流动时，其沿程损失值与断面平均流速的()次方成正比.A1 B1。75 C1。752D211一块可动平板与另一块不动平板之间为某种液体,两块板相互平行，它们之间的距离A0。6mm.若可动平板以V03ms的水平速度向右移动，为了维持这个速度需要单位面积上的作用力为2N，则流体的粘度为（）A0.4PaS B250PaS C0。004 PaS D0。002 PaS12设计输水量为300m3/h的给水管道，流速限制在0。91。4m/s之间，并且规定管径必须为50mm的倍数，管径应为：（）A100mm B150mm C300mm D500mm13水在直径为的管中流动，流速是，水的运动粘度是，则水在管中呈何种流动状态(）A层流 B紊流 C不稳定流 D可能是层流,也可能是紊流14空气气流临界声速与滞止声速比（).A0.9129 B1。0954 C1。1952 D0。83671图1为U形管角速度测量仪,两竖管距离旋转轴为R1和R2，其液面高差为h,试求的表达式。如果R10.08m，R20。20m,h0。06m,求的值。2图2为多管式压强计，已知：，,，,水银的密度为，酒精的密度为.求容器B内的压强值.3、用汞U形管压差计与皮托管组合测定水管中的点流速v,当读数h=60mm时,流速为多少？（已知:水的密度，汞的密度）4、如图所示,消防水枪水平工作，水枪进口直径，出口直径,水枪工作水量，试确定水枪对消防队员的后坐力.5、过热水蒸汽的温度为430,压强为5106Pa，速度为525m/s,求水蒸汽的滞止参数。已知水蒸气气体参数：.6、已知二元流场的速度势为。求：（1)，并检验是否满足连续条件和无旋条件；（2）求流函数；（3）求通过A（1，0)，B（1,1）两点的两条流线之间的流量。7、,，, ，弯头=0。9，碟阀=10。8.（1）求时通过弯管的流量;(2） 如，水箱中水头为多少。1110