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华北科技学院工程流体力学期末复习题华北科技学院工程流体力学期末复习题 流体力学流体力学 一、名词解释。 1、流体流体：在静力平衡时，不能承受拉力或剪力的物体。 2、连续介质连续介质：由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点所组成 的一种绝无间隙的连续介质。 3、流体的黏性流体的黏性：流体运动时，其内部质点沿接触面相对运动，产生的内摩擦力 以阻抗流体变形的性质。 4、流体的压缩性流体的压缩性：温度一定时，流体的体积随压强的增加而缩小的特性。 5、流体的膨胀性流体的膨胀性：压强一定时，流体的体积随温度的升高而增大的特性。 6、不可压缩流体不可压缩流体：将流体的压缩系数和膨胀系数都看做零，称作不可压缩流体。/密度等于 常数的流体，称作不可压缩流体。 7、可压缩流体可压缩流体：流体的压缩系数和膨胀系数不等于零，称作可压缩流体。/密度不等于常数 的流体，称作可压缩流体。 8、质量力质量力：指与流体微团质量大小有关并且集中作用在微团质量中心上的力。 9、表面力表面力：指与流体表面积有关且分布作用在流体表面上的力。 10、等压面等压面：流体中压强相等的各点所组成的平面或曲面叫做等压面。 11、绝对压强绝对压强：以绝对真空或完全真空为基准计算的压强称绝对压强。 12、相对压强相对压强：以大气压强为基准计算的压强称相对压强。 13、真空度真空度：如果某点的压强小于大气压强时，说明该点有真空存在，该点压强 小于大气压强的数值称真空度。 14、 迹线迹线： 指流体质点的运动轨迹， 它表示了流体质点在一段时间内的运动情况。 15、流线流线：指流体流速场内反映瞬时流速方向的曲线，在同一时刻处在流线上所 有各点的流体质点的流速方向与该点的切线方向重合。 16、定常流动定常流动：如果流体质点的运动要素只是坐标的函数而与时间无关，这种流 动称为定常流动。 17、非定常流动：如果流体质点的运动要素，既是坐标的函数又是时间的函数， 这种流动称为非定常流动。 18、流面流面：通过不处于同一流线上的线段的各点作出的流线，则可形成由流线组 成的一个面称为流面。 19、流管流管：通过流场中不在同一流面上的某一封闭曲线上的各点做流线，则形成 由流线所组成的管状表面，称为流管。 20、微元流束微元流束：充满于微小流管中的流体称为微元流束。 21、总流总流：由无限多的微元流束所组成的总的流束称为总流。 22、点速点速：指流场中某一空间位置处的流体质点在单位时间内所经过的位移，称 为该流体质点经过此处时的速度，简称点速。 23、均速均速：在同一过流断面上，求出各点速度 u 与断面 A 的算术平均值，称为该 断面的平均速度，简称均速。 24、 过流断面过流断面： 与微元流束 （或总流） 中各流线相垂直的截面称为此微元流束 （总 流）的过流断面（过水断面） 。 25、运动流体的连续性运动流体的连续性：运动流体经常充满它所占据的空间（即流场） ，并不出 现任何形式的空洞或裂隙，这一性质称为运动流体的连续性。 26、急变流急变流：指流线之间的夹角很大或流线的曲率半径 r 很小的流动。 27、 缓变流： 指流线之间的夹角很小或流线的曲率半径很大的近乎平行直线或平行直线的流 动。 28、湿周湿周：过流断面与固体边界相接触的周界长，简称湿周。 29、均匀流动均匀流动：流体运动时的流线为直线，且相互平行的流动称为均匀流动。 30、非均匀流动非均匀流动：过流断面的大小、形状或方位沿流程发生了急剧的变化，流体运动的速度 也发生了急剧的变化，这种流动为非均匀流动。 31、沿程阻力沿程阻力：在均匀流动中，流体所受的阻力只有不变的摩擦力，称沿程阻力。 32、沿程损失沿程损失：由沿程阻力所做的功而引起的能量损失或水头损失与流程长度成正比，可称 为沿程水头损失，简称沿程损失。 33、局部阻力局部阻力：在非均匀流动中，流体所受到的阻力是各式各样的，但都集中在很短的流段 内，这种阻力称为局部阻力。 34、局部损失局部损失：由局部阻力所引起的水头损失则称为局部水头损失，简称局部损失。 35、层流底层层流底层：在靠近管壁处，由于管壁及流体黏性影响，有一层厚度为的流 体做层流运动，这一流体层称为层流底层。 36、紊流核心紊流核心：黏性影响在远离管壁的地方逐渐减弱，管中大部分区域是紊流的 活动区，称为紊流核心。 37、 短管短管：是指管路中局部损失和速度水头之和超过沿程损失或与沿程损失相差 不大，在计算时不能忽略局部损失与速度损失。 38、长管长管：是指是指管路中局部损失与速度水头之和与沿程损失相比很小，以至 于可以忽略不计。 39、串联管路串联管路：由直径不同的几段简单管道一次连接而成，这种管路称为串联管 路。 40、 并联管路并联管路：凡是两根或以上的简单管道在同一点分叉而又在另一点回合而组 成的管路称为并联管路。 41、欧拉法欧拉法：研究流体力学的一种方法，指通过描述物理量在空间的分布来研究 流体运动的方法。 42、 拉格朗日法拉格朗日法： 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。 43、汽蚀现象汽蚀现象：金属在机械剥蚀与化学腐蚀的作用下的加速损坏现象。 44、雷诺数雷诺数：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。 45、流场流场：充满流体的空间。 46、尼古拉兹实验尼古拉兹实验：选择不同直径，流速，黏度，长度，粗糙度的管道来测量 hf，计算，找出Re 的规律的实验叫作尼古拉兹实验。 二、简答。 1、等压面的性质？ 答： （1）等压面也是等势面； (2)等压面与单位质量力垂直； （3）两种不相混 合液体的交界面是等压面。 2、流线的特征？ 答： （1）流线不相交； （2）流线是长滑曲线，无折点； （3）定常流动时流线 形状不变，非定常流动时流线形状发生变化。 3、伯努利积分的使用条件？ 答： （1）质量力定常且有势； （2）流体是不可压缩的； （3）流体运动时定常 的。 4、总伯努利方程的使用条件？ 答： （1）流体是不可压缩的； （2）流体做定常流动； （3）作用于流体上的力只有重力； （4）过流断面上的流动必须是渐变流； （5）无能量输出。 5、黏度的变化规律？ 答：液体的运动黏度随温度的升高而减小，气体的运动黏度随温度的升高而增大。 6、尼古拉兹实验五个区域的特点和变化规律？ 答：管道中的流动可分为五个区域： 第区域层流区，雷诺数 Re2320（lgRe3.36） ，可得=64/Re。 第区域临界区。 层流开始转变为紊流， 2320Re4000 （lgRe=3.363.6） 的值不确定。 第区域紊流水力光滑管区。4000Re22.2（d/） 8/7。 第区域过渡区。由紊流水力光滑管开始转变为紊流水力粗糙管，雷诺数 22.2（d/） 8/7597（d/） 8/7。 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。 1、流体静压强的特性是什么？ 答：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。 3、附面层提出的意义？ 答：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 N-S 方程求解； 4、温差或浓差射流弯曲产生的原因是什么？ 答：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？ 答：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？ 答： 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？ 答：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。 9、伯努利方程 g2 u r p z 2 常数中各项的物理意义？ 答：Z：断面对基准面高度，水力学中称位置水头，单位位能； ： r p 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； ： g2 u 2 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。 13、自由紊流射流的运动、动力特征是什么？ 答：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？ 答：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。 18、下式不可压缩流体 N-S 方程中，各项的物理意义是什么？ dt du z u y u x u x p1 x 2 z 2 2 y 2 2 x 2 ）（ X 答：X：是作用在流体微团上的单位质量力。 ： x p1 是作用在流体微团上单位质量流体的压力。 ）：（ 2 z 2 2 y 2 2 x 2 z u y u x u 是作用在流体微团上单位质量流体粘性偏应力的 合力。 ： dt dux 是流体质点的加速度。 如图，横截面为椭圆形的长圆柱体置于风洞中，来流稳定、风速风压均匀并垂直绕过柱 体流动。 住体对流体的总阻力可通过测力天平测试柱体受力获得， 也可通过测试流场速度分 布获得。现通过后一种方法，确定单位长度的柱体对流体的总阻力 Fx。 解：由于柱体很长且来流均匀，可认为流动参数沿 z 方向（柱体长度方向）无变化，将绕柱 体的流动视为 x-y 平面的二维问题。 控制体：取表面 A1、A2、 A3、 A4并对应柱体单位长度的流场空间。 控制面 A1：柱体上游未受干扰，故有： 0 pp 0 pp 0 pp 0 uvx 0 uvx 0 pp ， 0 uvx，0 y v，于是控制面上 x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 01 bpF x ，budA A 0 1 nv，budAv A x 2 0 1 nv 控制面 A2：设在柱体下游一定距离处，与面 A1相距 l，此处压力基本恢复均匀分布，故有 0 pp 。 yvv xx 是需要测量的物理量； yvv yy 通常比 x v小得多，其精确测量较困 难，在计算 x 方向受力时用不到，控制面上 x 方向受力、质量流量和动量流量分别为： 02 bpF x ， 2/ 0 2/ 2/ 2 2 b x b b x A dyvdyvdAnv， 2/ 0 2 2 1 b x A x dyvdAvnv 控制面 A3： b 应取得足够大， 以使得面 A3上的流动受柱体影响较小， 故有 0 pp ， 0 uvx。 控制面上的质量流量由 y v确定，该量精确测定较为困难，计算结果最终不会用到该量，暂 设 xvv yy 为已知量。 0 3 x F， l y A dxvdA 0 22 3 nv， l y A x dxvudAv 0 0 22 3 nv 控制面 A4：为柱体横截面包络面，该面上流体所受表面力有正压力和摩擦力。由于流场相 对于 x 轴对称，所以表面力在 y 轴方向的合力为零，在 x 轴方向的合力 Fx即为流体受到的 总阻力（形体阻力与摩擦阻力） ，控制面上无流体输入和输出。 x F（待定） ，0 4 dA A nv，0 4 dAv A x nv 将上述各控制面 x 方向的受力和动量流量代入动量守恒方程，并考虑到稳态流动条件下 控制体内流动的栋梁变化率为零，可得： l y b xx l y b xx CS xx dxvudyvbuF dxvudyvbuFbpbp dAvF 0 0 2/ 0 22 0 0 0 2/ 0 22 000 22 0220 nv (a) 将上述各控制面质量流量代入质量守恒方程，并考虑稳态流动条件，得到; 2/ 0 0 0 0 2/ 0 0 22 022 0 4321 b x l y l y b x AAAA CS dyvbudxv dxvdyvbudA dA nv nv (b) 将式（b）代入式（a） ，得到： 2/ 0 0 2/ 0 0 2 0 2/ 0 22 0 222 b xx b x b xx dyvuvdyvubudyvbuF 解： 1控制体：1 和 2 截面之间的管道。 2液体的受力： （1）进出口压力 p1 和 p2 （2）重力 G （3）弯头内壁对液体的作用力的合力 F，其分量分别是 Fx和 Fy 3作用于流体上的力在 x 和 y 方向的合力为 cos 2211 ApFApF x x sin 22A pGFF y y 4x 和 y 方向动量在出口面上的输出流量与进口面上的输入流量 之差为 1 2 112 2 22111122221122 coscosAAAAqq mxmx sin0sin 2 2 2211122221122 AAAqq mymy 5由于流动是稳态的，控制体内的动量变化率为 0，所以有 11221