流体力学题库
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名词解释
1.粘性:在外力作用下,流体微元间出现相对运动时,随之产生阻抗相对运动的摩擦力
2.压缩系数:在一定温度下,密度的变化率与压强的变化成正比
3.膨胀系数:在一定压强下,体积的变化率与温度的变化成正比
4.表面力:通常是指液体与气体交界面上的应力( 单位长度所受拉力(N/m) )
5.接触角:当液体与固体壁面接触时, 在液体,固体壁面作液体表面的切面, 此切面与固体壁在液体部所夹部分的角度θ称为接触角, 当θ为锐角时, 液体润湿固体, 当θ为钝角时, 液体不润湿固体。
6.时变导数:固定点物理量A随时间变化率,反映流场的不定常性。
7.位变导数:不同位置上物理量的差异引起的变化率,反映流场的不均匀性
8.流管:在液流中取一封闭的曲线,通过这一封闭曲线上每一点可以引出一条流线,这些流线形成一个封闭的管状体,称为流管。
9.总流:过流断面为有限大小的流束,它由无数元流构成
10.涡管:在给定瞬时,在涡量场中取一不是涡线得封闭曲线,通过曲线上每点做涡线,这些涡线形成一个管状表面,称为涡管,涡管中充满着做旋转运动的流体。
11.漩涡强度:面积dA,dA上流体质点的旋转角速度向量为ω,n为dA的法线方向,微元面积上的漩涡强度用dI表示,公式为:
对整个表面积A积分,总的漩涡强度为:
12.速度环量:假定某一瞬时,流场中每一点的速度是已知的,AB曲线上任一点的速度为V,在该曲线上取一微元段ds,V与ds之间的夹角为α,则称dГ=V·ds=V cos αds为沿微元线段ds上的环量。
简答题
拉格朗日法与欧拉法的区别与联系:
区别:拉格朗日法是以研究单个流体质点运动过程作为基础,综合所有质点的运动,构成整个流体的运动.——质点法
欧拉法是以流体质点流经流场中各空间点的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法.——流场法 它不直接追究质点的运动过程,而是以充满运动液体质点的空间——流场为对象.
联系:拉格朗日法和欧拉法只不过是描述流体运动的两种不同的方法,本质上是一样的。对于某一流体问题,既可用拉格朗日法描述,也可以用欧拉法描述,但欧拉法的应用较为广泛。
动量矫正系数与动能矫正系数:
动能矫正系数是过流断面流体流动的真实速度所表示的动能与过流断面平均速度所表示的
动能之比,用字母
表示,即
这说明用过流断面平均速度计算得到的动能要小于用过流断面真实速度计算所得到的动能。
是由于断面上速度分布不均匀引起的,不均匀性越大, 值越大。在工程实际计算中,由于
流速水头本身所占的比例较小,所以一般常取 动量矫正系数:由于流速在断面上呈不均匀分布,当引入断面平均流速时,必然导致动量的实际值与平均计算值间的差异,为此提出动量矫正系数,是指单位时间通过断面的实际动量与单位时间以相应的断面平均流速通过的动量的比值,在渐变流中,α的值为 1.02~1.05
(常采用α =1.0)。
恒定与非恒定流:
以时间为标准,若各空间点上的流动参数(速度、压强、密度等)皆不随时间变化,这样的流动是恒定流。在流体运动方程中表现为所有运动要素A 都满足
当流场液体质点通过空间点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而变,这种流动成
为非恒定流。在流体运动方程中表现为
均匀与非均匀流:
如果流动过程中运动要素不随坐标位置(流程)而变化,水流流线为相互平行的直线时,该水流称为均匀流。在流体运动方程中表现为 均匀流的特性:(1)均匀流的流线彼此是平行的直线,其过流断面为平面,且过流断面的形状和尺寸沿程不变。(2)均匀流中,同一流线上不同点的流速应相等,从而各过流断面上的流速分布相同,断面平均流速相等,即流速沿程不变。(3)均匀流过流断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同,即在同一过流断面上各点测压管水头为一常数。
流体的流速大小及方向沿程不断变化,水流的流线不是互相平行的直线,该水流称为非均匀流。这包括两个方面,流线虽互相平行但不是直线(如管径不变的弯管中的水流),或流线虽是直线但不互相平行(如管径呈缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流)。在流体运动方程中表现为
0=∂∂t A
≠∂∂t A ()0
=∇⋅A u
()0
≠∇⋅A u 13122>∆+=⎰
A dA u A v αα1
=αα
三、画图
1.压力体的绘制
2.静水压强
3.等势线与等流线
4.总水头与测压管水头
证明:
1.任一点静压强的大小与作用面的方位无关、(PPT二4)
2.流体平衡微分方程、(PPT二7)
3.连续性方程的微分形式推导、(PPT三22) ;书pg59 实质:质量守恒
4.斯托克斯定理的证明、(PPT三52)
取一微元矩形的封闭周线,各点速度大小如图:
5.流函数的主要性质的证明、(ppt63)
(1)流函数的等值线是流线;
(2)两条流线间通过的流量等于两流函数之差(3)流线族与等势线族正交
(4)只有无旋流动的流函数满足拉普拉斯方程
6.等强源汇流(用极坐标→直角坐标)(PPT三80)
模型:源流与汇流叠加(电偶极子)
7.等强源流(用极坐标→直角坐标)(PPT三84)
模型:两个源流叠加(两个同性电荷)
8.源环流——螺旋流(用极坐标)并求其等势线及等流线(PPT三86)模型:源流与环流叠加(水泵蜗壳的扩压流动)
9.恒定元流的伯努利方程推导
物理学中动能定理指出:运动物体在某一时段动能的增量等于各外力对物体所做的功之
和。
在理想流体恒定总流中的t 时刻任取一元流作为控制体,其的水流作为一个系统。
经过d t 时刻,该系统运移了一段距离,分析此时动能的改变及外力作功。
ΔEk =Ek 1’-2’–Ek 1-2=(Ek1’-2+Ek2-2’)–(Ek 1-1’+Ek 1’-2)
因为水流是恒定流,所以1’-2流段的动能保持不变,即Ek =Ek2-2’–Ek 1—1’
根据质量守恒原理流段1-1’和2-2’的质量应相等,即
d m =ρu 1d A 1d t = ρu 2d A 2d t =ρd Q d t
于是上式可以写为 ΔEk =
(1) 重力做的功 WG =d mg (z 1–z 2)=ρg d Q d t (z 1–z 2)
(2) 压力做的功
WP =p 1d A 1d s 1–p 2d A 2d s 2=p 1d A 1u 1d t –p 2d A 2u 2d t =d Q d t (p 1–p 2)
根据动能定理, W G+W P=ΔE K 可得 ρg d Q d t (z 1–z 2)+d Q d t (p 1–p 2)= 上式称理想流体恒定元流能量方程,即伯努利方程。
计算
等加速直线运动流体的平衡压强计算、匀速圆周运动流体的平衡压强计算、分析流场的运动
特征、速度环量的计算、流函数势函数的计算、能量方程与动量方程计算、流线迹线计算、
速度分析及加速度计算、静压强及压力计算
222221212221111()222()22dmu dmu dQdt u u u u gdQdt g g
ρρ-=-=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-g u g u gdQdt 222122ρ