完整版)流體力學(xué)簡答題

1、流體力學(xué)1流體的粘滯性（1）流體粘性概念的表述 運(yùn)動(dòng)流體具有抵抗剪切變形的能力，就是粘滯性，這種抵抗體現(xiàn)在剪切變形的快慢（速率）上。 發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的流體質(zhì)點(diǎn) （或流層）之間所呈現(xiàn)的內(nèi)摩擦力以抵抗剪切變形（發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)）的物理特性稱為流體的黏性或黏滯性。 黏性是指發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)流體內(nèi)部呈現(xiàn)的內(nèi)摩擦力特性。在剪切變形中，流體內(nèi)部出現(xiàn)成對的切應(yīng)力 ，稱為內(nèi)摩擦應(yīng)力，來抵抗相鄰兩層流體之間的相對運(yùn)動(dòng)。 粘性是流體的固有屬性。但理想流體分子間無引力，故沒有黏性；靜止的流體因?yàn)闆]有相對運(yùn)動(dòng)而不表現(xiàn)出黏性。2毛細(xì)管現(xiàn)象 將直徑很小兩端開口的細(xì)管豎直插入液體中，由于表面張力的作用， 管中的液面會(huì)發(fā)生上升或下降

2、的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)管現(xiàn)象。 毛細(xì)管現(xiàn)象中液面究竟上升還是下降，取決于液體與管壁分子間的吸引力（附著力）與液體分子間的吸引力（內(nèi)聚力）之間大小的比較：附著力 內(nèi)聚力，液面上升；附著力 內(nèi)聚力，液面下降。 由液體重量與表面張力的鉛垂分量相平衡，確定毛細(xì)管中液面升降高度h， 為減小毛細(xì)管現(xiàn)象引起誤差，測壓用的玻璃管內(nèi)徑應(yīng)不小于10mm。3流體靜壓強(qiáng)的兩個(gè)基本特性 靜壓強(qiáng)作用的垂向性： 靜止流體的應(yīng)力只有內(nèi)法向分量一靜壓強(qiáng)（靜止流體內(nèi)的壓應(yīng)力）。 靜壓強(qiáng)的各向等值性：靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無關(guān)一靜壓強(qiáng)是標(biāo)量函數(shù)。4平衡微分方程的物理意義（1 ）靜壓強(qiáng)場的梯度 p 的三個(gè)分量是壓強(qiáng)在三個(gè)坐標(biāo)軸方向的方

3、向?qū)?shù)，它反映了標(biāo)量場p在空間上的不均勻性 （inhomogeneity）。（2）流體的平衡微分方程實(shí)質(zhì)上反映了靜止（平衡）流體中質(zhì)量力和壓差力之間的平衡。（3）靜壓強(qiáng)對流體受力的影響是通過壓差來體現(xiàn)的5測壓原理（1）用測壓管測量測壓管的一端接大氣，可得到測壓管水頭，再利用液體的平衡規(guī)律，可知連通的靜止液體區(qū) 域中任何一點(diǎn)的壓強(qiáng)，包括測點(diǎn)處的壓強(qiáng)。 如果連通的靜止液體區(qū)域包括多種液體，則須在它們的分界面處作過渡6拉格朗日法：著眼于流體質(zhì)點(diǎn)，跟蹤質(zhì)點(diǎn)描述其運(yùn)動(dòng)歷程。 以研究單個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程作為基礎(chǔ)，綜合所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)。 拉格朗日法是質(zhì)點(diǎn)系法，它定義流體質(zhì)點(diǎn)的位移矢量為：，

4、a,b,c是拉格朗日變數(shù)，即t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的空間位置，用來對連續(xù)介質(zhì)中無窮多個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，作為質(zhì)點(diǎn)標(biāo)簽。 流體在運(yùn)動(dòng)過程中其它運(yùn)動(dòng)要素和物理量的時(shí)間歷程也可用拉格朗日法描述7歐拉法：著眼于空間點(diǎn)，研究質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)空間各固定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性。 以研究流場中各個(gè)空間點(diǎn)上運(yùn)動(dòng)要素的變化情況作為基礎(chǔ)，綜合所有的空間點(diǎn)的情況， 構(gòu)成整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)。 歐拉法是流場法，它定義流體質(zhì)點(diǎn)的速度矢量場為：（場點(diǎn)）的位置坐標(biāo)，稱為歐拉變數(shù)。流速u是在t時(shí)刻占據(jù)（” x yz）的那個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的速度矢量。 流體的其它運(yùn)動(dòng)要素和物理特性也都可用相應(yīng)的時(shí)間和空間域上的場的形式表達(dá)。度場、壓強(qiáng)場等：（）x,y, z,taa， （） p

5、 px,y, z,t。 如果流場的空間分布不隨時(shí)間變化，其歐拉表達(dá)式中將不顯含時(shí)間 恒定流。否則稱為非恒定流。 歐拉法把流場的運(yùn)動(dòng)要素和物理量都用場的形式表達(dá)，場論的數(shù)學(xué)知識(shí)創(chuàng)造了便利條件。8恒定流、非恒定流（定常流、非定常流） 若流場中各空間點(diǎn)上的任何運(yùn)動(dòng)要素均不隨時(shí)間變化，流。 恒定流中，所有物理量的歐拉表達(dá)式中將不顯含時(shí)間，變導(dǎo)數(shù)為零。 恒定流的時(shí)變加速度為零，但位變加速度可以不為零。 流動(dòng)是否恒定與所選取的參考坐標(biāo)系有關(guān)，因此是相對的概念(,)x yzt uu ，, x yz 是空間點(diǎn)如加速t，這樣的流場稱為為在分析流體力學(xué)問題時(shí)直接運(yùn)用稱流動(dòng)為恒定流。否則，為非恒定它們只是空間位置坐

6、標(biāo)的函數(shù)，時(shí)9跡線和流線（1）跡線 定義：表示某一流體質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡線，是單個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中課件位置隨時(shí)間t連續(xù)變化后留下的軌跡。 跡線是流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，是與拉格朗日觀點(diǎn)相對應(yīng)的概念。 拉格朗日法中位移表達(dá)式（,，,）abet rr即為跡線的參數(shù)方程。t是變數(shù)，a,b,c是參數(shù)。 在歐拉觀點(diǎn)下求跡線，因須跟定流體質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)歐拉變數(shù),x yz成為t的函數(shù)2）流線 定義：表示某瞬時(shí)流動(dòng)方向的曲線，流線上各點(diǎn)的流速矢量均與流線相切。 流線是流速場的矢量線，是某瞬時(shí)對應(yīng)的流場中的一條曲線，該瞬時(shí)位于該曲線上的流體質(zhì)點(diǎn)之速度矢量都和曲線相切。流線是與歐拉觀點(diǎn)相對應(yīng)的概念。利用流線

7、可以形象化地描繪流場的空間分布情況。 流線的性質(zhì)：除非流速為零或無窮大處， 流線不能相交，也不能轉(zhuǎn)折；在非恒定流情況下， 流線一般會(huì)隨時(shí)間變化。在恒定流情況下，流線不隨時(shí)間變，流體質(zhì)點(diǎn)將沿著流線走，跡線與流線重合。 跡線和流線最基本的區(qū)別是：跡線是同一流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位移曲線，與拉格朗日觀點(diǎn)對應(yīng)；而流線是同一時(shí)刻、不同流體質(zhì)點(diǎn)速度矢量與之相切的曲線，與歐拉觀點(diǎn)相對應(yīng)。即使是在恒定流中，跡線與流線重合，兩者仍是完全不同的概念。10流管和流量（1）流管、過流斷面、元流和總流 在流場中，取一條不與流線重合的封閉曲線L,在同一時(shí)刻過L上每一點(diǎn)作流線，由這些流線圍成的管狀曲面稱為流管。 流管的性質(zhì)：

8、與流線一樣，流管是瞬時(shí)概念，在對應(yīng)瞬時(shí)，流體不可能通過流管表面流出或流入。 過流斷面：與流動(dòng)方向正交的流管的橫斷面。 過流斷面為面積微元的流管叫元流管，其中的流動(dòng)稱為元流。 過流斷面為有限面積的流管中的流動(dòng)叫總流?？偭骺煽醋鳠o數(shù)個(gè)元流的集合?？偭鞯倪^流斷面一般為曲面。11均勻流、非均勻流；漸變流、急變流（1）均勻流與非均勻流判別：根據(jù)位變加速度（）0uu是否滿足來判斷？例如， （）,0 xx y z uuyu u是均勻流。要么是不相平行的直u相區(qū)別，前者是流斷面形狀不變，且水 均勻流的流線必為相互平行的直線，而非均勻流的流線要么是曲線,線。 應(yīng)注意將均勻流與完全不隨空間位置而變的等速直線流動(dòng)c

9、on st動(dòng)沿著流線方向不變，后者是流動(dòng)沿著空間任何方向不變。后者是均勻流的一個(gè)特例。 在實(shí)際流動(dòng)中，經(jīng)常會(huì)見到均勻流，如等截面的長直管道內(nèi)的流動(dòng)、 深不變的長直 渠道內(nèi)的流動(dòng)等。 恒定均勻流的時(shí)變加速度和位變加速度都為零，即流體質(zhì)點(diǎn)的慣性力為零，將作勻速直線運(yùn)動(dòng)。若總流為均勻流，其過流斷面是平面。均勻流的這些運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，給相關(guān)的動(dòng)力學(xué)問題的處理帶來 便利，因此在分析流動(dòng)時(shí)，應(yīng)特別關(guān)注流動(dòng)是否為均勻流的判別。（2）漸變流、急變流 判別：根據(jù)是否接近均勻流？ 漸變流流線雖不平行，但夾角較??；流線雖有彎曲，但曲率較小。 急變流流線間夾角較大；流線彎曲的曲率較大。 漸變流和急變流是工程意義上對流動(dòng)是

10、否符合均勻流條件的劃分，兩者之間沒有明顯的、 確定的界限，需要根據(jù)實(shí)際情況來判定12理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程（歐拉方程）的伯努利積分：理想、恒定、不可壓、質(zhì)量力有勢 恒定總流能量方程的應(yīng)用條件流動(dòng)必須是恒定流，并且流體是不可壓縮的。作用于流體上的質(zhì)量力只有重力。所取的上下游兩個(gè)斷面應(yīng)在漸變流（近似于均勻流）段中，以符合斷面上測壓管水頭等于常數(shù)這一條件。但在兩個(gè)斷面之間流動(dòng)可以不是漸變流。斷面應(yīng)選在已知條件較多的位置。在漸變流斷面上取任何一點(diǎn)的測壓管水頭值都可作為整個(gè)斷面的平均值，為簡便通常取管道中心點(diǎn)或渠道水面 點(diǎn)。13尼古拉茲實(shí)驗(yàn)根據(jù)尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線，圓管均勻流動(dòng)的沿程阻力特性可分成五個(gè)區(qū)域：層

11、流區(qū)、流態(tài)過渡區(qū)、湍流光滑區(qū)、過渡粗糙區(qū)、湍流粗糙區(qū)。 Re4000，湍流光滑區(qū)，=f (Re)，沿程損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)。 過渡粗糙區(qū)，=f (Re , ks/d)，沿程損失系數(shù)與雷諾數(shù)和粗糙度都有關(guān)。 湍流粗糙區(qū)，=f (ks/d)。沿程損失系數(shù)僅與粗糙度有關(guān)。沿程水頭損失將與平均流速的平方成正比， 通常也叫做“阻力平方區(qū)”1試說明伯努利方程成立的條件。理想流體；不可壓縮；質(zhì)量力只有重力；定常流動(dòng)；方程沿流線成立。2.簡述勢函數(shù)和流函數(shù)的性質(zhì)。勢函數(shù)：調(diào)和函數(shù)，任一曲線的速度 環(huán)量為兩端點(diǎn)勢函數(shù)之差；流函數(shù)：滿足連續(xù)性方程；調(diào)和函數(shù)；任兩條曲線間的流量等于流函數(shù)之差；3.簡述水力光滑管與水力粗糙管的含義。粘性底層的厚度，管壁的絕對粗糙度，如果 ，說明管壁的粗糙度對水流的阻力影響很小為水力光滑管，反之為水力粗糙 管。(1)什么是理想液體？為什么要引入理想液體的概念？答案：理想液體是指沒有粘滯性的液體。實(shí)際液體都具有粘滯性，在液體流動(dòng)時(shí)會(huì)引起能量損失，給分析液體運(yùn)動(dòng)帶來很大困難。為了簡 化液體運(yùn)