流体力学期末复习资料

1 流体运动粘度的国际单位为 m 2 s 2 流体流动中的机械能损失分为 沿程损失 和 局部损失 两大类 3 当压力体与液体在曲面的 同侧 时 为实压力体 4 静水压力的压力中心总是在受压平面形心的 下方 5 圆管层流流动中 其断面上切应力分布与管子半径 的关系为 线性关系 6 当流动处于紊流光滑区时 其沿程水头损失与断面 平均流速的 1 75 次方成正比 7 当流动处于湍流粗糙区时 其沿程水头损失 与断面平均流速的 2 次方成正比 8 圆管层流流动中 其断面平均流速与最大流速的比值为 1 2 9 水击压强与管道内流动速度成 正比 关系 10 减轻有压管路中水击危害的措施一般有 延长阀门关闭时间 采用过载保护 可 能时减低馆内流速 11 圆管层流流动中 其断面上流速分布与管子半径的关系为 二次 抛物线 12 采用欧拉法描述流体流动时 流体质点的加速度由当地加速度 和 迁移加速度 组成 13 流体微团的运动可以分解为 平移运动 线变形运动 角变形运动 旋转运动 14 教材中介绍的基本平面势流分别为 点源 点汇 点涡 均匀直线流 15 螺旋流是由 点涡 和 点汇 两种基本势流 所组成 16 绕圆柱体无环量流动是由 偶极流 和 平面均匀流 两种势流所组成 17 流动阻力分为 压差阻力 和 摩擦阻力 18 层流底层的厚度与雷诺数成 反比 19 水击波分为 直接水击波 和 间接水击波 20 描述流体运动的两种方法为 欧拉法 和 拉格朗日法 21 尼古拉兹试验曲线在对数坐标中的图像分为 5 个区域 它们依次为 层流层 层流到紊流过渡区 紊流区 紊流水力粗糙管过渡区 紊流水力粗糙管平方阻力区 22 绕流物体的阻力由 和 两 部分组成 二 名词解释二 名词解释 1 流体 在任何微小剪力的持续作用下能够连续不断变形的物质 2 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 3 等压面 在流体中 压强相等的各点所组成的面称为等压面 4 流线 流线是某一瞬时在流场中所作的一条曲线 在这条曲线上的各流体的速度方向都 与该曲线相切 5 流管 过流管横截面上各点作流线 则得到充满流管的医术流线簇 6 迹线 流场中某一质点的运动轨迹 7 控制体 假定平面边界内流动是定常的 并忽略质量力 在边界层的任一处 取单位 宽度 沿边界层长度为 dx 的微元断 8 压力管路 在一定压差下 流体充满全管的流动管路 9 有旋流动 在流体流动中 如果流场中有若干处微元团具有绕过其自身轴线的旋转运 动 则称为有旋流动 10 层流底层 粘性流体在管道中做紊流流动时 管壁上的流速为零 从管壁起的流速将 从零迅速增大 在紧贴管壁的一极薄层内 速度梯度很大 黏性摩擦很大 黏性摩擦切应 力其主要作用 处于层流状态 称为层流底层 11 紊流核心 距管壁稍远出有一黏性摩擦切应力和紊流附加切应力同时起作用的薄层 称之为过渡区 之后发展称为完全紊流 称之为紊流核心 12 光滑管 管壁粗糙度对流动不起任何影响 流体好像在完全光滑的管道中流动一样 这种情况下的管道称为光滑管 13 粗糙管 当流体流过凸出部分是 在凸出部分后面将引起漩涡 增加了能量损失 管 壁粗糙度对紊流流动发生影响 14 边界层 边界层是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力补课忽略的流动薄层 15 定常流动 流体中任一点的流体质点的流动参数均不随时间变化 而只最空间点位置 不同而变化的流动 水和空气等粘度很小的流体 在大雷诺数下绕物体流动时 黏性对流 动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中 而这一薄层外黏性影响很小 完成可以忽略不计 16 沿程压强损失 17 沿程水头损失 18 入口段 19 充分发展段 三 单项选择题三 单项选择题 选择正确答案的字母填入括号 流体的密度与 D 有关 流体种类 温度 体积等 温度 压力 体积等 流体种类 压力 体积等 流体种类 温度 压力等 流体的动力黏度与 A 有关 流体种类 温度 压力等 流体种类 温度 体积等 流体种类 压力 体积等 温度 压力 体积等 理想流体是指 C 平衡流体 运动流体 忽略粘性的流体 忽略密度变化的流体 流体静压强的作用方向为 D 垂直受压面 平行受压面 指向受压面 垂直指向受压面 5 在流体力学中 单位质量力是指作用在单位 D 流体上的质量力 重量 体积 面积 质量 6 相对压强的计量基准为 C 绝对真空 标准大气压 当地大气压 液面压强 7 在平衡液体中 质量力恒与等压面 B 重合 正交 相交 平行 8 已知不可压缩流体的速度场为 则该流动为 B 一维流动 三维流动 二维流动 均匀流 9 过流断面是指与 C 的横断面 迹线正交 流线斜交 流线正交 迹线斜交 10 在恒定流中 流线与迹线 D 相交 正交 平行 重合 11 非恒定流动中 流线和迹线 C 一定重合 B 一定不重合 特殊情况下可以重合 一定正交 12 一维流动的连续方程 成立的条件是 A 不可压缩流体 粘性流体 可压缩流体 理想流体 13 伯努利方程中 表示 B 单位质量流体所具有的机械能 B 单位重量流体所具有的机械能 单位体积流体所具有的机械能 通过过流断面流体的总机械能 14 关于水流流向的正确说法是 B 水一定是从高处往低处流 水一定是从机械能大处往机械能小处流 水一定是从测压管水头高处往测压管水头低处流 水一定是从流速大处往流速小处流 15 毕托管是一种测量 D 的仪器 压强 断面平均流速 流量 点流速 16 均匀流过流断面上各点的 B 等于常数 17 文丘利管是一种测量 A 的仪器 流量 压强 密度 点流速 18 若在同一等径长直管道中用不同流体进行实验 当流速相等时 其沿程水头损失在 D 是相同的 层流区 紊流光滑区 紊流过渡区 紊流粗糙区 19 雷诺数的物理意义在于它反映了 D 的比值 重力与粘滞力 惯性力与粘滞力 惯性力与重力 重力与压力 20 若圆管内水流为层流运动 则有 C 21 已知某圆管流动的 雷诺数 则该管的沿程阻力系数 A 0 032 0 064 0 128 0 256 22 圆管层流流动 断面流速为 B 分布 线性 抛物线 双曲线 对数 23 圆管紊流流动 断面流速为 D 分布 线性 抛物线 双曲线 对数 24 根据尼古拉兹实验成果知 紊流过渡区的沿程阻力系数与 C 有关 25 有压管道的管径 d 与相应的水力半径 d R 之比 D 1 2 3 4 26 同一管道的粘性底层厚度随雷诺数的增加而 B 增加 减小 不变 难以确定 27 长管水力计算的特点是 B 28 短管水力计算的特点是 D 29 当流动处于紊流水力光滑管区时 沿程损失与平均流速的 C 次方成正比 1 2 1 75 0 5 30 圆管紊流流动过流断面上的切应力分布为 C 管壁处为零 向管轴线线性增大 在过流断面上为常量 管轴线处为零 且与半径成正比 按抛物线分布 31 若圆管内水流为紊流运动 则有 C 32 突然扩大管段的局部水头损失 B 33 沿程压强损失是 C 单位质量流体的沿程损失 单位重量流体的沿程损失 单位体积流体的沿程损失 以平均流速计算的沿程损失 34 下列关于长管水力计算的说法中 不正确的有 B 串联管路的总水头损失等于各支路的水头损失之和 串联管路的总流量等于各支路的流量之和 并联管路各支路的水头损失相等 并联管路两节点间的总水头损失等于各支路的水头损失 35 在恒定流的动量方程 中 不应包括 D 压力 重力 惯性力 粘滞力 36 从本质上讲 紊流应属于 B 恒定流 非恒定流 均匀流 渐变流 D 四 问答题 1 写出理想流体微元流束伯努利方程式 指出其中各项的物理意义 并给出该方程式的适 用条件 答 Z P 各项物理意义 第一项 Z 表示单位质量流体所具有的位势能 第二项 表示单位质量 流体的压强势能 第三项 V 2 2g 表示单位质量流体具有的动能 适用范围 理想的不可压缩均质流体在质量力作用下做定常流动 并沿同一流线 或微元 流束 2 写出两过流断面间无分流或汇流 但有能量输入或输出的实际流体总流伯努利方程 并 简述其应用条件 答 适用范围 重力作用下不可压缩粘性流体定常流动的任意两个缓变流的有效截面 至于两 个有效截面之间是否有缓变流则无关系 3 何为水击 水锤 现象 减小水击危害的措施 答 工业水管中流动着有一定压强的水 当管道中的阀门迅速关闭时 水受阻而流苏突然 变小 水的惯性是局部压强突然升高 这种突然升高的压强首先出现在紧贴阀门上游的一 层流体中 而后迅速的向上游传播 并在一定条件下发射回来 产生往复波动 这种现象 为水击现象 减小水击的措施 1 延长阀门关闭时间 可避免产生直接水击 也可减小间接水击 2 采用过载保护 在可能产生水击的管道中设置蓄能器 调压塔或安全阀等以减 缓冲水压强 3 可能时减低管内流速 缩短管长 使用弹性好的管道 4 边界层有哪些基本特征 边界层内沿厚度 存在很到的流速梯度 5 简述产生局部水头损失的原因 并写出用于计算管路突然扩大的局部水头损失的公式 6 一般情况下 流体微团的运动可分解为哪几种运动 7 管道水力计算采用的基本公式有哪几个 8 简述曲面边界层的分离现象 9 尼古拉兹试验曲线将流动分为几个区 各区的沿程阻力系数与什么有关 10 管道水力计算的任务是什么 答 4 写出不可压缩均质实际流体的运动微分方程 即纳维 斯托克斯方程 为什么说此 方程是不可压缩均质流体的普遍方程 五 计算 分析题 五 计算 分析题 每题 8 分 1 在盛有汽油的容器的底上有一直径的圆阀 该阀用绳系于直径mmd15 2 的圆柱形浮子上 如图 1 所示 设浮子及圆阀的总质量 汽油相mmd120 1 gm110 对密度 绳长 问圆阀将在油面高度为多少时开启 75 0 mmZ120 H 图 1 解 0 4 4 2 2 2 1 gH d mgZHg d 04 2 1 2 2 2 1 ZdmHdd 135 135 0 12 0 015 0 12 0 12 0 750 015 0 12 0 101104 4 22 2 22 3 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 mmm Z dd d dd m H 2 图 2 所示为绕铰链转动的倾斜角的自动开启式水闸 当水闸一侧的水位O 60 II 2m 另一 侧的水位时 闸门自动开启 试求铰链至水闸下端的距离 mh4 0 x 图 2 解 2 H Hc 2 h hc sin 1 bHA sin 2 bhA sin2 sin 22 2 11 bgH bH H gbl H gAgHP CH sin2 sin 22 2 22 bgh bh h gbl h gAghP Ch hH PPP sin2 22 hH gb 压力中心坐标 l lbl bl l Ay J yy C C CD 3 2 2 12 2 3 故 sin3 2 3 2 11 H lyD sin3 2 3 2 22 h lyD sin3 1 sin3 1h P H PPx hH 7955 0 sin 3 sin sin2 3 sin2 sin3 22 22 33 m hH hHhH hH gb hH gb P hPHP x hH 3 如图 3 所示 已知离心泵的提水高度 抽水体积流量 效率mZ20 sLQ 35 若吸水管路和压水管路总水头损失 电动机的效率 82 0 1 OmHhw 2 5 1 95 0 2 试求 电动机的功率 P 图 3 解 w h g v g p ZH g v g p Z 22 2 22 2 2 11 1 则 0 1 ZZZ 2 0 0 21 vv0 21 pp 5 215 120mhZH w 467 9 6 9466 95 082 0 5 218 910001035 3 21 kWW gHQ P 4 图 4 所示离心泵以的流量将相对密度的油品从地下罐送到山上洞库油罐 hm 25 3 82 0 地下罐油面压力 洞库油罐油面压力 设泵的效率 电动机效率MPa02 0 MPa03 0 81 0 两罐液面差 全管路水头损失设为 求泵及电动机的额定功率 即输91 0 mH40 m5 入功率 应为多少 图 4 解 w h g v g p ZH g v g p Z 22 2 22 2 2 11 1 w h g v g v g p g p ZZH 22 2 1 2 212 12 0 1 Z 40 2 mZ 0 0 21 vvPapPap 6 2 6 1 1003 0 1002 0 则 5 mhW 24 465 8 982 0 1000 1002 0 1003 0 40 66 mH 5 3 3500 91 0 81 0 24 468 982 010003600 25 21 kWW gHQ P 5 内径的钢管输送水流量 0 01 水的运动粘度md2 0 smQ 04 0 3 钢管内壁的绝对粗糙度 求 l 000m 管道上的沿程水sm 10007 1 26 mme04 0 头损失 f h 解 首先确定流态 即计算雷诺数Re 0 3175 smsm A Q v 27 1 1 0 04 0 2 63059 252234 10007 1 2 027 1 Re 6 vd 流动非层流 进一步计算知 流动在紊流光2320Re 7 8 98 26Re4000ed 滑区 故 0148 0 Re 221 0 0032 0 237 0 02 0 Re 3164 0 25 0 mm g v d l hf09 6 8 92 27 1 2 0 1000 0148 0 2 22 mm g v d l hf513 0 8 92 3175 0 2 0 1000 02 0 2 22 6 今要以长 内径的水平光滑管道输油 若输油流量mL800 mmd50 用以输油的油泵扬程为多大 设油的密度 粘度min 135LQ 3 920mkg sPa 056 0 解 首先确定流态 即计算雷诺数Re smsm A Q v 146 1 05 0 4 60 10135 2 3 2320941 056 0 92005 0 146 1 Re vd 流动为层流 068 0 941 64Re 64 mm g v d l hf92 72 8 92 146 1 05 0 800 068 0 2 22 油柱 mhH fM 92 72 7 一水射流以速度对弯曲对称叶片的冲击如图 6 所示 试求下面两种情况下射流对叶片v 的作用力 1 喷嘴和叶片都固定 2 喷嘴固定 叶片以速度后退 u 图 6 解 1 射流四周均为大气压 且不计重力 由伯努利方程 各 断面上的流速均相同 取封闭控制面如图所示 并建立坐标 当叶片喷嘴均固定时 xoy 设流体受到叶片的作用力为 F 根据动量定理可知 方向 x vdAvF A nX 即 1coscos 2 2 Qvv Q vQF 得 cos1 4 2