流体力学基本概念和基础知识

流体力学的基本概念和基础知识(部分)1 .什么是粘性？ 什么是牛顿摩擦定律？ 不符合牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体？在流体内部的质点间和流层间通过相对运动产生内摩擦力，抵抗相对运动的性质满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体请说明液体、气体的动力粘性系数随温度、压力的变化规律。水的粘性随温度升高而减少的空气的粘性随温度升高而增大。 (动力粘度显示粘性)通常的压力对流体的粘性没有什么影响，但在高压的作用下，气液的动力粘度随着压力的上升而增大。在流体力学中，三个主要的力学模型指的是哪三个呢？连续介质(流体物质结构的简化)、无粘性的流体(流体的物理性质的简化)、无压力的流体(流体的物理性质的简化)3 .什么是理想流体？不考虑粘性作用的流体称为无粘性流体(或理想流体)4 .什么是实际流体？ 考虑粘性流体作用的实际流体5 .什么是非压缩流体？在流体流动过程中，可忽略其密度变化的流动称为非压缩流动。6 .为什么流体静压的方向垂直于作用面的内法线？由于流体在静止时不能承受拉力和剪切力，因此流体静压的方向必然沿着作用面的内法线方向为什么水平面必须是等压面？可知深度相等的点、压力也相同，由这些深度相同的点构成的平面是水平面，水平面是压力随处相等的面，即水平面必定是等压面。什么是等压面？ 满足等压面的三个条件是什么？相同液体，由各压力相等的点构成的面称为等压面。 满足等压面三个条件是同种液体连续液体静止液体.9 .什么是阿基米德原理？潜在体或浮子体压力体是物体浸入液体的体积，即物体排出液体的体积。10 .潜体或浮子作用于重力g和浮力p，会发生什么情况？重力大于浮力，物体下沉到底部。 重力等于浮力，物体在任何水深处保持平衡。 重力小于浮力，物体漂浮在液体表面，直到排出液体下部的液体重量等于物体的重量。等角速度旋转运动的液体特征有那些吗？(1)等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇(2)同一水平面上的轴心压力最低，边缘压力最高。12 .什么是绝对压力和相对压力？ 两者的关系如何？ 一般压力是指绝对压力还是相对压力。一个标准大气压值以Pa、m水柱(mH2O )、mm水银柱(mmHg )表示，每个值是多少？绝对压力：不存在气体的绝对真空从零点开始的压力。 相对压力：当地同海拔的大气压力ap从零点开始计算的压力。 压力计的度数是相对压力，通常是相对压力。 1atm=pa=10.33mH2O=760mmHg什么是自由表面？通向大气的表面叫自由表面。什么是流线？什么是航迹？ 流线和迹线的区别是什么？流线是某个瞬间在流场上描绘的空间曲线，这个瞬间曲线的任意点的切线方向和该点的速度方向重合的曲线叫做流线。 差异：迹线是流场流体质点在一定时间内通过的轨迹线。 流线由无数质点构成，这是表示无数流体质点在某一定瞬间运动的方向的曲线。 跟踪是一条曲线，表示相同流体在一段时间内的质点运动。15 .什么是流场？ 我们把流体流动所占据的空间称为流场16 .什么是欧拉法？ 什么是拉格朗日法？欧拉法：通过描述物理量在空间中的分布来研究流体运动的方法。 拉格朗日法：通过记述各质点的运动，达到了知道流体运动的方法。17 .什么是稳定流动？ 什么是一定的趋势？ 什么是均匀流？ 什么是不均匀的流动？ 什么是突变流，什么是渐变流？运动平衡的流动，各点的流速不随时间变化，由流速决定的压力、粘性力也不随时间变化，该流动称为稳定流动，相反称为非稳定流动。 质点流速的大小和方向不变的流动称为均匀流动，相反，称为不均匀流动。 不均匀的流动也可根据流速随流动变化的缓急分为渐进流和急流18 .应用一定的总统能量方程式时，为什么选择过流截面为渐变流段或均匀流段？19 .在建立恒定总流的伯努利方程式时，(z P/pg )通常被提到积分符号之外，并且只有渐变流截面或均匀流截面的(Z P/pg)=C。19 .写总流能量方程式时，过流截面上的代表点、基准面可以任意选择吗？ 为什么？于是，在渐变流截面或均匀流截面上(Z P/pg)=C20 .动能修正系数？ 动量校正系数？ 两者的大小和速度分布有什么关系？动能修正系数：流速分布越不均匀，总流有效截面上的实际动能相对于根据平均流速计算出的虚拟动能的比率值越大。 动量修正系数：根据实际动量和平均流速计算出的动量之比，流速分布越不均匀，值越大。21 .什么是沿途损失？ 什么是局部损失？ 湍流流动状态下管内沿道阻力系数变化规律？在沿路不变的管段中，流动阻力沿路也几乎不变。 这样的阻力称为沿路阻力，克服沿路阻力的能量损失称为沿路损失。 在边壁急剧变化的区域，电阻主要集中在该区域及其附近，该集中分布的电阻称为局部电阻。 克服局部电阻的能量损失是局部损失。湍流光滑区(Re4000 )湍流过渡区域湍流粗糙度区域22 .雷诺实验表明流体中存在两种流动状态，它们是怎么定义的？ 判别流态的标准是什么？阐述其物理意义。 关于有压圆管流，标准的阈值是多少？层流：各液层间不混，层有规律的流动状态。 湍流：液体质点运动轨迹极不规则，各部分流体剧烈混合。 以临界雷诺数为判断基准，圆管流临界雷诺数等于200023 .圆管层流流速分布规律？ 剪应力的分布规律？容积重J水力梯度动力粘度； 管半径对应于的水力半径24 .尼古拉斯实验沿行程阻力系数变化曲线分为哪些区域，分别阐述变化规律；湍流三个不同流域沿道阻力系数的影响因素和形成不同流域的根本原因。层流区层、湍流过渡区湍流平滑区湍流过渡区湍流粗杂区25 .在相同的水力条件下，节流孔自由流出的流量和喷嘴流出的流量相比较，哪个更大？ 为什么会发生这种现象？ 喷嘴正常工作的条件是什么？在相同条件下，喷嘴的过流能力是节流孔的1.32倍。 收缩截面上的真空作用。 圆柱形外管喷嘴正常动作条件：作用水头H09.3m，喷嘴长度l=(34)d26 .什么是节流孔自由流失和淹没流失？容器的侧壁或底壁有开口部，容器内的液体从开口部向大气中流出，称为开口部自由流出。 流出充满液体的空间，就叫做淹没流出。27 .什么是回旋流？ 什么是不旋转的流动？流体微小团的旋转角速度不完全为零的流动称为回旋流，在流场各点的旋转角速度为零的运动成为无回旋运动。在流体力学中，拉格朗日分析法和欧拉分析法的区别是什么拉格朗日法着眼于流体中各质点的流动状况，跟踪并分析各质点的运动历史，然后综合充分的质点运动状况得出流体运动规律。 欧拉法着眼于流体通过空间各固定点时的运动状况，不过这些流体的运动状况只是用什么样的流体质点来表现，与其质点的运动历史无关，拉格朗日说分析法和欧拉分析法是记述流体运动形态和方式的两种不同的基本方法。29 .流管、流束、过流截面和元流是什么？由流线构成的管状流面称为流管。 流管内的流体称为流束。 与流束垂直的截面称为流束的过流截面，当流束的过流截面无限小时，该流束称为原流。30 .什么是入口段长度？ 层流、湍流分别用什么表示？从入口到形成充分发达的管流的长度称为入口段长，用Xe表示。 层流： Xe/d=0.028Re .湍流： Xe/d=5031 .什么是单位压力能量？压力作用功能能够供给每单位重量的流体的能量称为单位压力能量32 .什么是几何相似、运动相似和动力相似？ 什么是力学相似？几何相似是流动空间的几何相似，即形成该空间的任何对应的两个线段的交角相同，任何对应线段的长度保持恒定比例。 运动类似是指两个流各自的流线在几何上类似，即对应点的流速大小成比例，方向相同。 动力相似是指要求同名的力起作用，相应的同名的力成比例。33 .保证两个流动问题的力学类似的必要条件是什么？如果两个相同种类的物理现象在对应的时空点，除了各标量物理量的大小成比例，各矢量物理量的大小成比例以外，方向相同，则两个现象相似。 要保证两个流动问题的力学相似性，两个流动几何相似性、运动相似性、动力相似性以及两个流动的边界条件和起始条件必须相似。34 .原因是什么？什么是原因次分析法？下面是物理量的性质和类别。 原因次分析法是通过分析现象中物理量的原因次数和原因次数之间相互关系的各种性质来研究对象类似性的方法。35 .什么是测量纲(原因次)的协调原理？ 举例说明。 完整物理方程各项原因必须具有相同的性质36 .虹吸管为什么能把水输送到一定的高度呢？因为虹吸管内是真空的37 .什么是泵扬程？ 从泵送出的每单位重量流量的流体入口的出口能量的附加价值，也就是每单位重量流量的流体通过泵得到的有效能量。38 .什么是水力半径？ 什么是等效直径？水力半径：过流截面积与湿周之比。 等效直径=4乘以水力半径。39 .什么是气穴？ 空化的原因是什么？空化是指侵蚀材料，气泡现象的结果。 原因：泵的安装位置大于液面高度泵设置场所的大气压过低，泵输送的液体温度过高。40 .什么是测试沿途阻力系数变化规律的水力平滑度？层流二次层的厚度大于壁面粗糙度时，粗糙凸起的尺寸埋没在层流二次层中，绝对粗糙度不影响液流，该区域称为水力平滑区域。41 .什么是沿途损失？ 沿路阻力系数与什么因素有关？在沿路不变的管段中，流动阻力沿路也几乎不变。 这样的阻力称为沿路阻力，克服沿路阻力的能量损失称为沿路损失。 与雷诺数和管壁粗糙度有关42 .什么是滞后参数？设想有气流的截面的流速在无摩擦的绝热过程中降低到零，截面的各参数所达到的值称为该截面上的气流的停滞参数。 将滞后参数加上“0”后显示气流速度和截面有多少种关系？m-1是亚音速的流动，随着截面变大，速度变慢，随着截面的减少而加速。 m-1是超音速的流动，随着截面变大，速度变快，随着截面的减少而变慢。 M=1表示气流速度与当地声速相等，此时气体处于临界状态。44 .自由湍流射流的运动、动力特征是什么？在自由湍流射流的主体部分，射流的各截面的速度分布相似，轴线速度越来越小，截面积越来越大，质量流量也越来越大，截面上的运动量被保存。什么是自由喷气？ 什么是限制射流？ 试制两种射流的结构图，比较哪些区别？向无限大的空间流出，流动不受固体的边壁的限制，自由喷射相反是限制喷射。受限射流的射流半径和流量并非一直增加，在一定程度上增大后，反而逐渐减小，使其边界成为橄榄形48 .湍流中为何存在粘性层？ 那个厚度是和什么样的因素有关系的？ 其厚度对湍流分析有什么意义？在近壁，由于液体质点受壁面限制，不发生横向运动，无混合现象，流速梯度du/dy大，粘性剪切应力=du/dy仍起着主要作用。 粘性底层厚度与雷诺数、质点配合能力有关。 随着Re的增大，厚度变小。 粘性基础薄，但对能量损失有很大影响。湍流时的剪切应力有什么形状？他们与什么因素有关？ 主要角色是什么？粘滞剪应力主要与流体粘度和液体层之间的速度梯度有关。 主要作用于近壁。 附加剪切应力主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在湍流中心部的脉动程度大的部位。50 .拿着两张纸巾，并行拿在手里，用嘴沿着纸缝吹起来，为什么问纸巾不动、靠近还是打开？接近、流速增大、压力降低51 .为什么在湍流研究中引入时均概念？ 对于湍流，定常流和非定常流是如何定义的？将湍流运动要素时平均化，湍流运动简化为无脉动的时平均流动，可分别研究时平均流动和脉动。 湍流中时间均匀化的要素不随时间变化的流动叫做恒定流。52 .“均匀的流动一定是恒定的流动”和“恒定的流动一定是均匀的流动”这两种说法正确吗两个词都错了，在一定的流动中，质点流速的大小和方向不变的流动是均匀的流动在非定常流中，相互平行的直线流成为均匀的流动53 .什么是液体的压缩性？ 在什么情况下需要考虑液体的压缩性？液体的压缩性是指外界的压力变化时液体的体积也变化的特性。 液体的压缩性一般可以不考虑，但在外部压力变化大的情况下必须考虑55 .试验稳态气流能量方程的静压、动压、位置压、全压、势压和总压所代表的意义。静压：动压：位压力：全压：静压与动压之和压力：静压与压力之和总压：静压、动压和位置压之和56 .尼古拉斯的实验分区和意义是什么？层流区临界过渡区湍流光滑区湍流过度区湍流粗糙区意思：比较完全地反映了沿道阻力系数的变化规律，揭示了沿道阻力系数变化的主要因素。57 .产生浓淡差和温差喷流弯曲的原