最新杜廣生工程流體力學(xué)思考題答案

1、1 12精品文檔牛頓流體 作用在流體上的切向應(yīng)力與它所引起的角變形速度之間的關(guān)系符合牛頓內(nèi)摩擦定 律的流體，1-2: 什么是連續(xù)介質(zhì)模型？為什么要建立？1） 將流體作為由無窮多稠密、沒有間隙的流體質(zhì)點構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)，于是可將流體視為 在時間和空間連續(xù)分布的函數(shù)。2） 可以不考慮流體復(fù)雜的微觀粒子運動，只考慮在外力作用下的微觀運動；可以用連續(xù)函數(shù)的解析方法等數(shù)學(xué)工具去研究流體的平衡和運動規(guī)律。 1-3：流體密度、相對密度概念，它們之間的關(guān)系？1） 密度：單位體內(nèi)流體所具有的質(zhì)量，表征流體的質(zhì)量在空間的密集程度。相對密度：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下流體的密度與 4時純水的密度的比值。關(guān)系： d r rf w1

2、-4：什么是流體的壓縮性和膨脹性？1） 壓縮性：在一定的溫度下，單位壓強增量引起的體積變化率定義為流體的壓縮性系 數(shù)，其值越大，流體越容易壓縮，反之，不容易壓縮。2） 膨脹性：當(dāng)壓強一定時，流體溫度變化體積改變的性質(zhì)稱為流體的膨脹性1-5：舉例說明怎樣確定流體是可壓縮還是不可壓縮的？氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體時為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。 水下爆炸：水也要時為可壓縮流體；當(dāng)氣體流速比較低時也可以視為不可壓縮流體。1-6：什么是流體的黏性？靜止流體是否有黏性？1） 流體流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)程為流體的黏性2） 黏性是流體的本身屬性，永遠(yuǎn)存在。3） 形成黏性的原因：1 流體分子間

3、的引力，2 流體分子間的熱運動1-7：作用在流體上的力有哪些？質(zhì)量力、表面力。表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力 毛細(xì)現(xiàn)象：由于內(nèi)聚力和附著力的差別使得微小間隙的液面上升和下降的現(xiàn)象。上升和下降的高度與流體的種類，管子的材料、液體接觸的氣體種類和溫度有關(guān) 2-1: 流體靜壓強有哪些特性 ？1） 特性一：流體靜壓強的作用方向沿作用面的內(nèi)法線方向特性二：靜壓強與作用面在空間的方位無關(guān)，只是坐標(biāo)點的連續(xù)可微函數(shù)2-2：流體平衡微分方程的物理意義是什么？在靜止流體內(nèi)的任一點上，作用在單位質(zhì)量流體上的質(zhì)量力與靜壓強的合力相平衡 2-3：什么是等壓面？等壓面的方程

4、是什么？有什么重要性質(zhì)？1） 在流體中壓強相等的點組成的面。2）f dx +f dy +f dz = 0 x y z3） 性質(zhì)：在靜止流體中，作用于任意點的質(zhì)量力垂直于經(jīng)過該點的等壓面。水頭:單位重量流體所具有的能量也可以用液柱高來表示帕斯卡原理：施于在重力作用下不可壓縮流體表面上的壓強，將以同樣大小傳到液體內(nèi)部任 意點上2-4：寫出流體靜力學(xué)基本方程的幾種表達式。說明流體靜力學(xué)基本方程的適用范圍以及物 理意義、幾何意義。p p p z + = c ； z + 1 = z + 2rg rg rg 精品文檔適用于不可壓縮重力流體的平衡狀態(tài)；精品文檔物理意義：當(dāng)連續(xù)不可壓縮的重力流體處于平衡狀態(tài)時

5、,在流體中的任意點上,單位重 量流體的總勢能為常數(shù)。幾何意義：不可壓縮的重力流體處于平衡狀態(tài)時,靜水頭線或者計示靜水頭線為平行 于基準(zhǔn)面的水平線。2-5：什么是絕對壓強、計時壓強和真空？它們之間有什么關(guān)系？1） 絕對壓強：以完全真空為基準(zhǔn)計量的壓強。2） 計示壓強：（相對壓強，表壓強）以當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姙榛鶞?zhǔn)計量的壓強。3） 大氣壓強4） 真空：當(dāng)被測流體的絕對壓強低于大氣壓強時，測得的計示壓強為負(fù)值，此時，流 體處于真空狀態(tài)。真空的大小，與半徑，旋轉(zhuǎn)角度，流體密度有關(guān)。2-6：不同形狀的儲液容器，若深度相同，容器底面積相同，試問液體作用在底面的總壓力 和液體的重力是否相同？為什么？總壓力相等，總

6、壓力的大小與容器的形狀和榮瓊內(nèi)所盛液體的多少無關(guān),僅取決于底面積和淹深.液體的重力不一定相同，2-7 什么是壓力中心？什么是壓力體？它有何用途？什么是實壓力體和虛壓力體？1） 總壓力的作用線和平面的交點 稱壓力中心。2） 曲面和自由液面或者自由液面的延長面包容的體積。3） 壓力體用途：用來計算作用在曲面上的靜水總壓力的垂直分力。-？4） 實壓力體：壓力體充滿液體；虛壓力體 ：壓力體中沒有液體2-8：有一傾斜平板浸沒在靜止液體中，當(dāng)此平板繞其形心轉(zhuǎn)動時，其作用于此傾斜平板上 的總壓力是如何變化的？總壓力大小不變。3-1：拉格朗日法和歐拉法在分析流體運動上有什么區(qū)別？為什么常用歐拉法？1） 拉格朗

7、日法是以流體中的一個質(zhì)點為研究對象，歐拉法是以流動空間中的某一點為 研究對象。2） 應(yīng)用拉格朗日方法研究問題在數(shù)學(xué)上存在很多困難，而且在實際問題中，需要了解 的是流動參數(shù)在空間的分布規(guī)律，一般不需要了解流體質(zhì)點詳細(xì)的時變過程。3-3：流線和跡線有何區(qū)別？在什么條件下流場中的流線和跡線相重合？1）跡線是同一流體質(zhì)點在不同時刻的位移曲線，流線是同一時刻、不同流體質(zhì)點速度向量的包絡(luò)線，流線是流場中某一順勢的光滑曲線，該 曲線上的流體質(zhì)點的運動方向和該曲線相切。1 流線不能彼此相交和轉(zhuǎn)折，只能平滑過渡。2 流線越密集流速越大。3 在定常流動中，流線不隨時間改變其位置和形狀，流線和跡線重合。3-4：什么

8、是定常流動？什么是非定常流動？舉例說明不同之處。1）2）流場中流動參量均不隨時間發(fā)生變化的流動稱為定常流動，否則稱為非定常流動。 3）當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速不變時，進水管和出水管中的流動就是定常的。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速變化時，進水管和出水管中的流動就是非定常的。3-5 什么是當(dāng)量直徑？為什么要引入當(dāng)量直徑？1） 把水力半徑相等的圓管直徑定義為非圓管的當(dāng)量直徑。2） 為了是模仿圓的直徑。精品文檔nefrreeucamawesr精品文檔3-6：什么是系統(tǒng)？什么是控制體？說明輸運公式的意義。1） 一群流體質(zhì)點的集合。2） 特定的空間體積。3） 任一瞬時系統(tǒng)內(nèi)物理量 n （如質(zhì)量、動量和能量等）隨時間的變化率等于該瞬時

9、 其控制體內(nèi)物理量的變化率與通過控制體表面的凈通量之和。3-7：連續(xù)方程的物理意義是什么？單位時間內(nèi)控制體內(nèi)流體質(zhì)量的增量，等于通過控制體表面的質(zhì)量的凈通量。 3-8：應(yīng)用動量方程時應(yīng)注意什么問題？1 動量方程是一個矢量方程，每一個量均具有方向性，必須根據(jù)建立的坐標(biāo)系判斷 各個量在坐標(biāo)系中的正負(fù)號。2 根據(jù)問題的要求正確地選擇控制體，選擇的控制體必須包含對所求作用力有影響 的全部流體。3 方程左端的作用力項包括作用于控制體內(nèi)流體上的所有外力，但不包括慣性力。 方程只涉及到兩個流入、流出截面上的流動參數(shù)，而不必顧及控制體內(nèi)是否有間斷面存在。3-9：論述理想流體微元流束伯努利方程中各項的物理意義和

10、幾何意義，并說明方程適用范 圍。1）u22gp z + = hrg式中左邊各項的物理意義分別為單位重量流體的動能、位置勢能和壓強勢能， 幾何意義分別為單位重量流體的速度水頭、位置水頭、壓強水頭。3） 理想不可壓縮的重力流體作一維定常流動時的一條流線或者一個微元流管上。 4-1：什么是幾何相似、運動相似、動力相似？1） 幾何相似：模型和原型的全部對應(yīng)線形長度的比值為一定常數(shù)。2） 運動相似：滿足幾何相似的流場中，對應(yīng)時刻、對應(yīng)點流速（加速度）的方向一 致，大小的比例相等，即它們的速度場（加速度場）相似。3） 動力相似：兩個運動相似的流場中，對應(yīng)空間點上、對應(yīng)瞬時作用在兩相似幾何 微團上的力，作用

11、方向一致、大小互成比例，即它們的動力場相似。4-2：常用的相似準(zhǔn)則數(shù)有哪些？分別闡述每個準(zhǔn)則數(shù)的物理意義。1） 牛頓數(shù) ：作用力與慣性力的比值2） 弗勞德數(shù) ：慣性力與重力的比值3） 雷諾數(shù) ：慣性力與粘性力的比值4） 歐拉數(shù) ：總壓力與慣性力的比值5） 柯西數(shù) ：慣性力與彈性力的比值6） 馬赫數(shù) ：慣性力與彈性力的比值7） 韋伯?dāng)?shù) ：慣性力與表面張力的比值8） 斯特勞哈爾數(shù) ：當(dāng)?shù)貞T性力與遷移慣性力的比值4-3：應(yīng)用動力相似進行模擬實驗時，如何決定模型尺寸？如何安排實驗條件？1） 根據(jù)定性準(zhǔn)則的需要決定。_? ? ?2） 任何相似的流動都是屬于同一類的流動，相似流場對應(yīng)點上的各種物理量，都應(yīng)

12、 為相同的微分方程所描述；相似流場對應(yīng)點上的各種物理量都有唯一確定的解，即流動滿足單值條件； 由單值條件中的物理量所確定的相似準(zhǔn)則數(shù)相等是流動相似也必須滿足的條件。精品文檔精品文檔4-4：什么是量綱一致性原則？量綱分析法有何用處？1） 物理方程中要求每一項量綱都相同。2） 通過量綱分析，能將影響物理現(xiàn)象的各種變量合理組合，使問題大大簡化。4-5：常用的量綱分析法有哪些？瑞利法、 定理5-1：黏性流體總流的伯努利方程和理想流體微元流束的伯努利方程有何不同？應(yīng)用條件是 什么？1） 黏性流體總流伯努利方程的動能項需要乘以一個動能修整系數(shù)；還需要加上機械能 的損失。層流 =2，=4/3；紊流，都為 1

13、2） 流動為定常流動；2 流體為黏性不可壓縮的重力流體；3 方程的兩過流斷面必須是緩變流截面，而不必顧及兩截面間是否有急變流。 5-2：什么是層流？什么是紊流？圓管中，怎樣判別流層或紊流狀態(tài)?1） 流體在管內(nèi)流動時，其質(zhì)點沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動，這種流動狀態(tài) 稱為層流。流速小于臨界流速，層流，沿程損失與平均流速的一次方成正比2） 當(dāng)流速超過臨界流速時，流線不再清楚可辨，稱為紊流。沿程損失與平均流速的 1.752 次方成正比3） 實際工程中，當(dāng) re2000 時，流動為層流；當(dāng) re2000 時，即認(rèn)為流動是紊流。 4） 臨界流速與流體的黏度成正比，和管子的直徑成反比。5-3 試從流

14、動特征、流速分布、切應(yīng)力分布以及水頭損失等方面來比較圓管中的層流和紊流 特性。1 圓管中的層流：平穩(wěn)有規(guī)律的流動狀態(tài)；流速分布規(guī)律為旋轉(zhuǎn)拋物面；同一截面上的 切向應(yīng)力的大小與半徑成正比；沿程損失與平均流速的一次方成正比。2 圓管中的紊流：極不規(guī)則的流動狀態(tài)；層流底層內(nèi)的速度分布呈線性分布，湍流核心 區(qū)速度分布呈對數(shù)分布規(guī)律；？表征流體運動狀態(tài)的各種物理量也表現(xiàn) 出不同程度的躍變和隨機性。？5-4：輸水管道的流量一定時，隨著管徑增加，雷諾系數(shù)是增加還是減??？雷諾數(shù)u dv,當(dāng)流量u一定時，有u=，所以 ，當(dāng) d 增加時，雷諾數(shù)減小。5-5 為什么采用雷諾數(shù)來判別流態(tài)？雷諾數(shù)是衡量慣性力與粘性力相

15、對強弱的一個無量綱數(shù)。雷諾數(shù)較小時，黏滯力對流體 的影響大于慣性力，流體表現(xiàn)為層流。若雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯 力，流體表現(xiàn)為紊流。5-7：什么叫水力光滑管和水力粗糙管？與哪些因素有關(guān)？由于靠近管壁湍流脈動受到限制 , 黏滯力的作用增強 , 在緊貼管壁很薄的流層中湍流脈動 消失 , 黏滯力的阻滯作用使流速急劇下降 , 速度分布比較陡峭 , 速度梯度大 .這一流體薄層稱 黏 性底層。1 水力光滑管：黏性底層完全淹沒了管壁的粗糙凸出部分，對流體沒有阻力。與雷諾數(shù)有 關(guān)2 水力粗糙管：管壁的粗糙度對紊流有影響。與雷諾數(shù)和粗糙度有關(guān)。5-8：按照尼古拉茲實驗曲線習(xí)慣將流體分為幾個區(qū)域?

16、各區(qū)域有什么特點？如何判別？沿程 阻力系數(shù)如何確定？1）5 個精品文檔精品文檔2）層流區(qū)：在對數(shù)圖中為一斜直線；過度區(qū)：情況復(fù)雜，無一定規(guī)律。相對粗糙度對沿程損失系數(shù)無影響紊流光滑管區(qū)：該區(qū)沿程損失系數(shù)與相對粗糙度無關(guān)，只與雷諾數(shù)有關(guān)；紊流粗糙管過渡區(qū)：隨著雷諾數(shù)的增大，黏性底層逐漸減薄，水力光滑管逐漸變?yōu)樗?力粗糙管。紊流粗糙管平方阻力區(qū)：該區(qū)沿程損失系數(shù)只與粗糙度有關(guān)，這一區(qū)域內(nèi)流動的能量 損失與流速的平方成正比。5-9：如何使用莫迪圖求圓管內(nèi)程阻力系數(shù)流動的沿程阻力系數(shù)？首先確定流動的雷諾數(shù) re，到莫迪圖上查對應(yīng)橫坐標(biāo)，再用粗糙度 除以管道直徑 d，如果 是非圓管道，則除以當(dāng)量直徑 d

17、，這個值對應(yīng)著莫迪圖的右邊縱坐標(biāo)和對應(yīng)的曲線，找到橫 坐標(biāo) re 與曲線的交點，對應(yīng)到莫迪圖左邊的縱坐標(biāo)求得沿程阻力系數(shù)沿程能量損失 發(fā)生在緩變流整個流程中的能量損失，是由于流體的黏滯力造成的損失。 局部能量損失 發(fā)生在流動狀態(tài)急劇變化的急變流中的能量損失，是在管件附近的局部范圍內(nèi)主要由于流體微團的碰撞、流體中產(chǎn)生的旋渦等造成的損失。流體在彎管中的流動損失的三部分：一是由切向應(yīng)力產(chǎn)生的沿程損失，二是形成漩渦所產(chǎn)生的損失；三是由二次流形成的雙螺旋 流動所產(chǎn)生的損失。5-10：串聯(lián)管路與分支管路的異同是什么？異：串聯(lián)管路中各管段的流量相同，分支管路則不一定相同。同：管道損失等于各管段損失的總和。-5-11：管道系統(tǒng)是怎樣分類的？管道水力計算的任務(wù)是什么？1）1） 串聯(lián)管道（管徑相同，粗糙度相同）、并聯(lián)管道（不同管徑，不同粗糙度，不同長 度）、分支管道、管網(wǎng)1）4） 根據(jù)給定的流量和允許的壓強損失確定管道直徑和管道布置。2 根據(jù)給定的管徑和流量，計算壓強損失及管道