流体力学 1

流体力学 1
流体力学 1

流体力学的研究内容及处理方法(Research Content and Methodology of Fluid Mechanics) 华东理工大学化工学院陈晓祥

1 流体力学(动量传递)的研究内容

2 流体力学史的简单回顾

3 化工流体力学及其处理方法

4 简单应用实例

1流体力学(动量传递, Momentum Transfer) 1.1流体力学的世界(World of Fluid Mechanics)

动量传递构成了生机勃勃的世界。

※龙卷风(Tornado)是如何破坏建筑物的?※多姿多彩的美丽冰山为什么危机四伏?

冰山(Iceberg)的运动

积云(Cumulus)的形状

蒲公英(Dandelion)的飘落

蜻蜓(Dragonfly)的飞翔

海豚(Dolphin)游动的功率

土拨鼠(Prairie dog)洞的流体力学原理

1.2 人体生理的流体力学(Fluid Mechanics of Human Physiology)

心血管(Cardiovascular)系统肺(Pulmonary)器官

干眼综合症(Syndrome)

膝关节(Knee joint)的压膜润滑

处理脑积水的分流器

(A shunt for the treatment of hydrocephalus)

分流器开孔区的结构

(Detail of the perforated region of the shunt)

1.3 大气圈和水圈(The Atmosphere and the Hydrosphere)

空气和水:两种了解最多的流体,为万物生长提供了适宜的环境。

大气层:大部分距海平面15 km处,但其上

的小部分滤去了致命的高能太阳辐射。大气与太阳的相互作用维持了地面的温度高于无空气的星球,如月亮。

※ 何谓温室效应(Greenhouse effect)? (CO 2允许可见光穿透,可低温热散不出去。如大气中CO 2由0.03%增至0.06%,地球上的热量无法散失,两极冰山融化,海平面将升高60 m 。)

1.4 工程流体力学(Engineering Fluid

Mechanics)

跳伞(Skydiving)

训练

划艇(Kayak)

训练

气垫船(Air

cushion vehicle)

赛车(Race car)

气流偏导器(扰流器)(Spoiler)的用途

车辆行驶的风洞(Wind tunnel)试验

飞机航行的风洞(Wind tunnel)试验

1.5 基本定律 Newton 粘性定律—动量传递速率 dy u d dy du x x )(ρνμτ== 22

1u C A F D D ρ=

2 流体力学史的简单回顾

2.1 流体力学的形成与发展

古代文明:无任何数学和力学知识的经验积累。

古希腊和古罗马时期:古希腊数学家和发明家Archimedes (287 ~ 212 B.C.)第一次表述了流体静力学原理和浮力定律;古罗马复杂而完备的供水系统(公元前4世纪至公元早期)。 文艺复兴时期 (大约15世纪) :流体力学的科学基础开始形成,Leonardo da Vinci (1452 - 1519) ;Galileo Galilei (1564-1642)

7 ~ 8 世纪:Newton, Bernoulli, Euler, and d'Alembert 贡献杰出。

2.2 流体动力学(Hydrodynamics)和水力学(Hydraulics)

流体动力学:采用数学方法从理论上研究无摩擦理想流体的性能。

水力学:采用实验研究实际流体的性能。

至19世纪均取得丰硕成果,许多至今仍在运用。

2.3 现代流体力学的发展

Ludwig Prandtl (1857-1953) 提出边界层理论,流体动力学和水力学统一。

20世纪初,动力飞行的成功激发了对空气动力学的研究。

第一章-流体力学基础习题

1 第一章 流体力学 【1-1】 椰子油流过一内径为20mm 的水平管道,其上装有一收缩管,将管径逐渐收缩至12mm ,如果从未收缩管段和收缩至最小处之间测得的压力差为800Pa ,试求椰子油的流量。 【1-2】 牛奶以2×10-3m 3/s 的流量流过内径等于27mm 的不锈钢管,牛奶的粘度为×10- ,密度为1030kg/m 3,试确定管内流动是层流还是紊流。 【1-3】 用泵输送大豆油,流量为×10-4m 3/s ,管道内径为10mm ,已知大豆油的粘度为40×10-,密度为940kg/m 3。试求从管道一端至相距27m 的另一端之间的压力降。 【1-7】某离心泵安装在高于井内水面 5.5m 的地面上,吸水量为40m 3/h 。吸水管尺寸为4114?φmm ,包括管路入口阻力的吸水管路上的总能量损失为kg 。试求泵入口处的真空度。(当地大气压为×105 Pa ) 【1-9】每小时将10m 3常温的水用泵从开口贮槽送至开口高位槽。管路直径为357?φmm ,全系统直管长度为100m ,其上装有一个全开闸阀、一个全开截止阀、三个标准弯头、两个阻力可以不计的活接头。两槽液面恒定,其间垂直距离为20m 。取管壁粗糙度为0.25mm 、水的密度为1000kg/m 3、粘度为1×10-。试求泵的效率为70%时的轴功率。 【1-10】用泵将开口贮槽内密度为1060kg/m 3、粘度为×10-的溶液在稳定流动状态下送到蒸发器内,蒸发空间真空表读数为40kPa 。溶液输送量为18m 3/h 。进蒸发器水平管中心线高于贮槽液面20m ,管路直径357?φmm ,不包括管路进、出口的能量损失,直管和管件当量长度之和为50m 。取管壁粗糙度为0.02mm 。试求泵的轴功率(泵的效率为65%)。 【1-13】拟用一台3B57型离心泵以60m 3/h 的流量输送常温的清水,已查得在此流量下的允许吸上真空H s =5.6m ,已知吸入管内径为75mm ,吸入管段的压头损失估计为0.5m 。试求: 1) 若泵的安装高度为5.0m ,该泵能否正常工作该地区大气压为×104Pa ; 2) 若该泵在海拔高度1000m 的地区输送40℃的清水,允许的几何安装高度为若干米当地大气压为×104Pa 。

国开(电大)《流体力学》形考作业1-7参考答案

国开(电大)《流体力学》形考作业1-7参考答案 形考作业1 一、选择题 1.牛顿内摩擦定律适用于() A. 非牛顿流体 B. 牛顿流体 C. 任何流体 2.液体不具有的性质是() A. 粘滞性 B. 易流动性 C. 抗拉性 D. 压缩性 3.连续介质假定认为流体()连续。 A. 分子间 B. 在微观上 C. 原子间 D. 在宏观上 4.在国际制单位制中流体力学基本量纲不包括() A. 力 B. 质量 C. 长度 D. 时间 5.在静水中取一六面体,作用在该六面体上的力有() A. 正压力、重力 B. 切向力、重力 C. 切向力、正压力 D. 正压力、切向力、重力 6.下属那些力属于质量力()

A. 惯性力 B. 弹性力 C. 重力 D. 粘滞力 E. 表面张力 二、判断题 1.压强和切应力属表面力。(√) 2.流体惯性力与加速度方向相同。(╳) 3.粘滞性可以制止流体流动。(√) 4.理想流体与实际流体的区别仅在于理想流体具有不可压缩性。(√) 三、简答题 1.为什么要建立连续介质模型? 参考答案: 液体(气体)是由分子组成的,分子间有空隙,不连续。工程上研究的流体,关心的是流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体——连续介质模型,目的是建立描述流体运动的连续函数,便于应用数学工具,解决工程实际问题。 2.什么是流体的粘滞性?它对流体流动起什么作用? 参考答案: 流体具有的阻滞变形运动的特性——流体的粘滞性,它对流体流动产生阻力,造成能量损失。 3.动力粘滞系数μ和运动粘滞系数v 有什么区别? 参考答案: 两者都反映流体的粘滞性,μ为动力量,v为运动量,μ=ρv,量纲不同。4.容器内盛有液体,求下述不同情况时该液体所受单位质量力? (1)容器静止时; (2)容器以等加速度g垂直向上运动; (3)容器以等加速度g垂直向下运动。 参考答案:

第1章 流体力学的基本概念

第1章 流体力学的基本概念 流体力学是研究流体的运动规律及其与物体相互作用的机理的一门专门学科。本章叙述在以后章节中经常用到的一些基础知识,对于其它基础内容在本科的流体力学或水力学中已作介绍,这里不再叙述。 1.1 连续介质与流体物理量 1.1.1 连续介质 流体和任何物质一样,都是由分子组成的,分子与分子之间是不连续而有空隙的。例如,常温下每立方厘米水中约含有3×1022个水分子,相邻分子间距离约为3×10-8 厘米。因而, 从微观结构上说,流体是有空隙的、不连续的介质。 但是,详细研究分子的微观运动不是流体力学的任务,我们所关心的不是个别分子的微观运动,而是大量分子“集体”所显示的特性,也就是所谓的宏观特性或宏观量,这是因为分子间的孔隙与实际所研究的流体尺度相比是极其微小的。因此,可以设想把所讨论的流体分割成为无数无限小的基元个体,相当于微小的分子集团,称之为流体的“质点”。从而认为,流体就是由这样的一个紧挨着一个的连续的质点所组成的,没有任何空隙的连续体,即所谓的“连续介质”。同时认为,流体的物理力学性质,例如密度、速度、压强和能量等,具有随同位置而连续变化的特性,即视为空间坐标和时间的连续函数。因此,不再从那些永远运动的分子出发,而是在宏观上从质点出发来研究流体的运动规律,从而可以利用连续函数的分析方法。长期的实践和科学实验证明,利用连续介质假定所得出的有关流体运动规律的基本理论与客观实际是符合的。 所谓流体质点,是指微小体积内所有流体分子的总体,而该微小体积是几何尺寸很小(但远大于分子平均自由行程)但包含足够多分子的特征体积,其宏观特性就是大量分子的统计平均特性,且具有确定性。 1.1.2 流体物理量 根据流体连续介质模型,任一时刻流体所在空间的每一点都为相应的流体质点所占据。流体的物理量是指反映流体宏观特性的物理量,如密度、速度、压强、温度和能量等。对于流体物理量,如流体质点的密度,可以地定义为微小特征体积内大量数目分子的统计质量除以该特征体积所得的平均值,即 V M V V ??=?→?'lim ρ (1-1) 式中,M ?表示体积V ?中所含流体的质量。 按数学的定义,空间一点的流体密度为 V M V ??=→?0 lim ρ (1-2)

流体力学1

1-1何谓液压传动?其基本工作原理是怎样的?答:(1)液压传动是以液体为工作介质,利用液体的压力能来实现运动和力的传递的一种传动方式。(2)液压传动的基本原理为帕斯卡原理,在密闭的容器内液体依靠密封容积的变化传递运动,依靠液体的静压力传递动力。1-5液压传动的优点?列举五种液压传动的应用实例。优点:1、液压缸执行元件易于实现直线往复运动,并能输出较大的力。2、液压传动装置体积小,质量轻,功率与质量之比大。3、液压执行元件的机构响应速度快,加速能力较强。4、功率损失可以通过工作介质——液压油比较方便的带到热交换器和邮箱中去挥发。5、元件能自行润换,延长了使用寿命。应用实例:挖掘机,起重机,民用客机的起落架,发电设备,金属切削机船,机器人等。1-6液压传动系统有那几部分组成?液压能源:手摇泵;执行元件:液压缸;控制元件:单向阀、放油阀;液压辅件:油箱、连接件、管路。2-1液体粘性是什么及其物理意义?当液体在外力作用下流动时,由于液体分子间的吸引力而产生阻碍流体运动的内摩擦力,这种性质成为液体的粘性。2-7流量连续性方程的物理意义和适用条件?流量连续性方程表示了液体动力学中质量守恒这一客观规律,说明在定常流动中,通过所有过流断面上的流量都是相等的,并且断面平均流速是与断面面积成反比。适用条件必须是理想液体。2-8伯努利方程的物理意义?其理论式和实际式的区别?物理意义:理想液体再定常流动时,各界面上具有的总比能由比位能,比压能,和比动能组成,三者可相互转化,但三者之和保持不变。3-1液压泵在液压传动系统中的作用是什么?液压泵用来提供液压能,即具有一定压力和流量的液体。因此,液压泵又被称为液压能源元件。3-2简述液压泵的基本原理。通过进油口的单向阀只允许油液单向进入工作腔,排油口上的单向阀只允许油液从工作腔中排出。当柱塞右移,使柱塞和缸体间的密闭工作腔增大,产生真空,邮箱中的油液在大气压的作用下经进油口的单向阀进入密闭工作腔,这一过程为吸油。当柱塞左移,密闭工作腔减小,压力增大,油液受挤压经排油口单向阀排出,这一过程为排油。3-6 限压式变量叶片泵工作原理:单作用叶片泵每转人周所排出的液体体积与转子和定子之间的偏心距大小有关,因此,如果偏心距大小是可调节的,则称为单作用变量叶片泵。3-7单作用叶片泵和双作用叶片泵有何区别?单作用叶片泵可通过调整偏心距,改变流量和排量大小,但受力不平衡。双作用叶片泵受力平衡,使用寿命长,但排量不可变,且加工要求较高。3-14试比较齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的性能特点。齿轮泵:体积较小,结构较简单,工作可靠,能产生较高的液体压力,对油的清洁度要求不严,价格较便宜;但泵轴受不平衡力,磨损严重,泄漏较大。叶片泵:分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。这种泵流量均匀,运转平稳,排量大,效率高,噪音小,工作压力和容积效率比齿轮泵高,结构比齿轮泵复杂。柱塞泵:容积效率高,泄漏小,压力高,性能稳定,成本高,脉动最小,可以变量,常用在高压系统和工程机械上;但结构复杂,材料和加工精度要求高,价格贵,对油的清洁度要求高,它的自吸性能最差。一般在齿轮泵和叶片泵不能满足要求时才用柱塞泵。4-1液压执行元件有几类?各有什么作用?按运动形式不同,液压执行元件可分为两大类:作直线往复运动的液压缸和做旋转运动的液压马达。液压缸是将液压能转变为直线往复运动机械能的装置。液压马达能把液压能转变为马达轴上的转矩和转速运动输出,即把液流的压力能转变为马达轴上的转矩输出,把输入液压马达的液流流量转变为马达轴的转速运动。4-2单作用液压缸和双作用液压缸的区别。单作用液压缸只有一个工作腔,其外审运动是靠液压力的作用,而回程运动靠重力、外力或弹簧力等实现。双作用液压缸的伸出缩回都是利用液压油的操作来实现的。4-3液压缸的运动速度和工作压力如何确定?进入液压缸的液流流量等于液流截面面积和流速的乘积,液流截面即是液压缸工作腔的有效面积,液流的平均流速即是活塞的运动速度。工作腔的油液压力由活塞杆上的作用力和工作强的有效面积决定,即油液的工作压力取决于负载力。4-9列举三种不同类型的液压缸。单作用液压缸,单活塞杆双作用液压缸,双活塞杆双作用液压缸。4-11何谓伸缩液压缸?其主要应用场合是什么?伸缩液压缸也成多级液压缸,当输入压力油时,缸筒外伸是逐级进行的。随外伸缸筒直径的减小,工作压力升高,伸出速度加快。伸缩液压缸通常应用较多的是单作用伸缩液压缸,它只有一个通油口,液压缸靠油压力伸出,靠负荷和自重缩回。在自卸汽车中应用较广。双作用伸缩液压缸多应用与没有负载和自重推力的水平动作场合。伸缩液压缸结构紧凑,工作行程长,广泛应用于安装空间位置受限制而行程有比较长的应用场合,如工程机械,起重运输车辆等设备。4-12 单作用伸缩缸和双作用伸缩缸的应用场合有什么区别?单作用伸缩缸只有一个通口,靠油压力伸出,靠负荷和自重缩回,在自卸汽车中应用广泛。双作用伸

流体力学基本概念和基础知识..知识分享

流体力学基本概念和基础知识(部分) 1.什么是粘滞性?什么是牛顿内摩擦定律?不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体? 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质 dy du A T μ= 满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体 请阐述液体、气体的动力粘滞系数随着温度、压强的变化规律。 水的黏滞性随温度升高而减小;空气的黏滞性随温度的升高而增大。(动力粘度μ体现黏滞性)通常的压强对流体的黏滞性影响不大,但在高压作用下,气液的动力黏度随压强的升高而增大。 2.在流体力学当中,三个主要的力学模型是指哪三个?并对其进行说明。 连续介质(对流体物质结构的简化)、无黏性流体(对流体物理性质的简化)、不可压流体(对流体物理性质的简化) 3.什么是理想流体? 不考虑黏性作用的流体,称为无黏性流体(或理想流体) 4.什么是实际流体? 考虑黏性流体作用的实际流体 5.什么是不可压缩流体? 流体在流动过程中,其密度变化可以忽略的流动,称为不可压缩流动。 6.为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线? 流体在静止时不能承受拉力和切力,所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向 7.为什么水平面必是等压面?

由于深度相等的点,压强也相同,这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面,可见水平面是压强处处相等的面,即水平面必是等压面。 8.什么是等压面?满足等压面的三个条件是什么? 在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等压面的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? 无论是潜体或浮体的压力体均为物体浸入液体的体积,也就是物体排开液体的体积。 10.潜体或浮体在重力G和浮力P的作用,会出现哪三种情况? 重力大于浮力,物体下沉至底。重力等于浮力,物体在任一水深维持平衡。重力小于浮力,物体浮出液体表面,直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。 11.等角速旋转运动液体的特征有那些? (1)等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇;(2)在同一水平面上的轴心压强最低,边缘压强最高。 12.什么是绝对压强和相对压强?两者之间有何关系?通常提到的压强是指绝对压强还是相对压强?1个标准大气压值以帕(Pa)、米水柱(mH2O)、毫米水银柱(mmHg)表示,其值各为多少? 绝对压强:以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强:当地同高程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强,通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg. 13.什么叫自由表面?和大气相通的表面叫自由表面。 14.什么是流线?什么是迹线?流线与迹线的区别是什么? 流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线,此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合,这条曲线叫流线。区别:迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的,它是表示这无究多个流

流体力学第一章1

工程流体力学
中南大学 能源与动力工程学院 主讲教师: 陈 卓 Email: chenzhuo@https://www.360docs.net/doc/f318283645.html,
第一章 导论
绪言
? 什么是流体?
——液体、气体 ——在切向力作用下将产生无限变形(流动)的物质
第一章 导论
绪言
? 流体力学
——研究流体在外力作用下平衡和运动规律的科学 侧重点:流体在外力作用下的宏观机械运动,而非个别分 子的微观行为。
ü 力学的一个分支,与刚体力学、弹性力学、材料力学 并列为四大力学.
? 流体力学
l 流体力学的基础理论由三部分组成。
? 流体处于平衡状态时,各种作用在流体上的力之间关系 的理论,称为流体静力学;
? 流体处于流动状态时,作用在流体上的力和流动之间关 系的理论,称为流体动力学;
? 气体处于高速流动状态时,气体的运动规律的理论,称 为气体动力学。
? 流体力学
v 工程流体力学是研究流体(液体、气体)处于平衡状态和流 动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
v 研究范畴 —— 将流体流动作为宏观机械运动进行研究,而 不是研究流体的微观分子运动,主要研究流体的质量守恒、 动量守恒和能量守恒及转换等基本规律。
? 流体力学研究对象及其发展
ü 它的研究对象随着生产的需要与科学的发展在不断地更新、深化和扩大。
ü 60年代以前,它主要围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种 管路系统等方面。 à 研究流体运动中的动量传递问题,即局限于研究流体的运动规律,和它与固 体、液体或大气界面之间的相互作用力问题。
ü 60年代以后,能源、环境保护、化工和石油等领域中的流体力学问题逐 渐受到重视,这类问题的特征是:尺寸小、速度低,并在流体运动过程 中存在传热、传质现象。 à 流体力学除了研究流体的运动规律以外,还要研究它的传热、传质规律。同 样,在固体、液体或气体界面处,不仅研究相互之间的作用力,而且还需要 研究它们之间的传热、传质规律。
1

流体力学的一些思考题(含答案)[1]

思考题 1.雷诺数与哪些因数有关?其物理意义是什么?当管道流量一定时,随管径的加大,雷诺数是增大还是减小? 雷诺数与流体的粘度、流速及水流的边界形状有关。Re=惯性力/粘滞力,随d 增大,Re减小。 2.为什么用下临界雷诺数,而不用上临界雷诺数作为层流与紊流的判别准则? 答:上临界雷诺数不稳定,而下临界雷诺数较稳定,只与水流的过水断面形状有关。 3.当管流的直径由小变大时,其下临界雷诺数如何变化? 答:不变,临界雷诺数只取决于水流边界形状,即水流的过水断面形状。 1.圆管层流的切应力、流速如何分布? 答:直线分布,管轴处为0,圆管壁面上达最大值;旋转抛物面分布,管轴处为最大,圆管壁面处为0。 2.如何计算圆管层流的沿程阻力系数?该式对于圆管的进口段是否适用?为什么? 答:否;非旋转抛物线分布 3.为什么圆管进口段靠近管壁的流速逐渐减小,而中心点的流速是逐渐增大的? 答:连续性的条件的要求:流量前后相等(流量的定义)

1.紊流研究中为什么要引入时均概念?紊流时,恒定流与非恒定流如何定义? 把紊流运动要素时均化后,紊流运动就简化为没有脉动的时均流动,可对时均流动和脉动分别加以研究。紊流中只要时均化的要素不随时间变化而变化的流动,就称为恒定流。 2.瞬时流速、脉动流速、时均流速和断面平均流速的定义及其相关关系怎样? 瞬时流速u,为流体通过某空间点的实际流速,在紊流状态下随时间脉动;时均流速,为某一空间点的瞬时流速在时段T内的时间平均值;;脉动流速,为瞬时流速和时均流速的差值,;断面平均流速v,为过水断面上各点的流速(紊流是时均流速)的 断面平均值,。 3.紊流时的切应力有哪两种形式?它们各与哪些因素有关?各主要作用在哪些部位? 粘性切应力——主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关。主要作用在近壁处。 附加切应力——主要与流体的脉动程度和流体的密度有关,主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。 4.紊流中为什么存在粘性底层?其厚度与哪些因素有关?其厚度对紊流分析有何意义? 在近壁处,因液体质点受到壁面的限制,不能产生横向运动,没有混掺现象,流速梯度d u/d y 很大,粘滞切应力τ=μd u/d y仍然起主要作用。 粘性底层厚度与雷诺数、质点混掺能力有关。 随Re的增大,厚度减小。粘性底层很薄,但对能量损失有极大的影响。 5.紊流时断面上流层的分区和流态分区有何区别? 粘性底层,紊流核心:粘性、流速分布与梯度; 层流、紊流:雷诺数 6.圆管紊流的流速如何分布? 粘性底层:线性分布; 紊流核心处:对数规律分布或指数规律分布。

流体力学知识点总结

流体力学知识点总结 流体力学研究流体在外力作用下的宏观运动规律! 流体质点: 1.流体质点无线尺度,只做平移运动 2.流体质点不做随即热运动,只有在外力的作用下作宏观运动; 3.将以流体质点为中心的周围临街体积的范围内的流体相关特性统计的平均值作为流体质点的 物理属性; 流体元:就有线尺度的流体单元,称为流体“质元”,简称流体元。流体元可看做大量流体质点构 成的微小单元。 流体质点的物理量,不同时刻占据该空间点的流体质点不同。 速度场:速度场是由流体空间各个坐标点的速度矢量构成的场。速度场不仅描述速度矢量的空间 分布,还可描述这种分布随时间的变化。 定常流动:流动参数不随时间变化的流动。反之,流体参数随时间变化的流动称为不定长流动。迹线:流体质点运动的轨迹。在流场中对某一质点作标记,将其在不同时刻的所在位置点连成线 就是该流体质点的迹线。 流线:流线是指示某一时刻流场中各点速度矢量方向的假象曲线。 流面:经过一条非流线的曲线上各点的所有流线构成的面。 对于定常流场,流线也是迹线。 脉线:脉线是相继通过某固定点的流体质点连城的线。

流体线:在流场中某时刻标记的一串首尾相连接的流体质点的连线,称为该时刻的流体线。由于这一串流体质点由同一时刻的标记,每一个质点到达下一时刻的流体线位置时间相同,因此又称 为时间线。 流管:在流场中由通过任意非流线的封闭曲线上每一点流线所围成的管状面称为流管。 流束:流管内的流体称为流束。 总流:工程上还将管道和管道壁所围成的流体看做无数微元流束的总和,称为总流。 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,反之为非恒定流。 均匀流:若质点的迁移加速度为零,即流动是均匀流,反之为非均匀流。 内流:被限制在固体避免之间的粘性流动称为内流。 (质 空蚀的两种破坏形式: 1.当空泡离壁面较近时,空泡在溃灭是形成的一股微射流连续打击壁面,造成直接损伤; 2.空泡溃灭形成冲击波的同时冲击壁面,无数空泡溃灭造成连续冲击将引起壁面材料的疲劳破 坏; 边界层:当Re》1时,粘性影响区域缩小到壁面区域狭窄的区域内称为边界层。 边界层特点:1.厚度很小;2.随着沿平板流的深入,边界层的厚度不断增长; 边界层分离:边界层分离又称流动分离,是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象。 声速:声速是弹性介质中微弱扰动传播速度的总称。其传播速度金和仅和戒指的弹性和质量之比 有关。 激波:理论分析和实验都表明,当一个强烈的压缩扰动在超声速流场中传播是,在一定条件下降

流体力学第1~5章思考题解答

《工程流体力学》思考题解答 第1章 绪论 1.1 答:流体与固体相比,流体的抗剪切性能很差,静止的流体几乎不能承受任何微小的 剪切力;在一般情况下,流体的抗压缩性能也不如固体的抗压缩性能强。 液体与气体相比,液体的压缩性与膨胀性均很小,能够承受较大的外界压 力,而气体由于压缩性和膨胀性都很大,所以气体不能承受较大的外界压力。气 体受压时,变形通常会非常明显。 1.2 答:④ 1.3 答:① 1.4 答:④ 1.5 答:① 1.6 答:④ 1.7 答:④ 1.8 正确。 1.9 错误。 1.10 答:量纲:是物理量的物理属性,它是唯一的,不随人的主观意志而转移。而单位是 物理量的度量标准,它是不唯一的,能够受到人们主观意志的影响。本题中,时间、力、面积是量纲,牛顿、秒是单位。 1.11 基本,导出。 1.12 答:量纲的一致性原则。 1.13 答:若某一物理过程包含n+1个物理量(其中一个因变量,n 个自变量),即: q =f(q 1,q 2,q 3,…,q n ) 无量纲π数的具体组织步骤是: (1)找出与物理过程有关的n +1个物理量,写成上面形式的函数关系式; (2)从中选取m 个相互独立的基本物理量。对于不可压缩流体运动,通常取三个基本物理量,m=3。 (3)基本物理量依次与其余物理量组成[(n +1)-m ]个无量纲π项: c b a q q q q 3 2 1 = π 4 4432144c b a q q q q = π 5553 2 1 55c b a q q q q = π (1) ………… n n n c b a n n q q q q 321= π 式中a i 、b i 、c i 为各π项的待定指数,由基本物理量所组成的无量纲数π1=π2=π3 =1。

流体力学第1、2、3、4章课后习题答案

第一章习题答案 选择题 (单选题) 1.1 按连续介质的概念,流体质点是指: ( d ) ( a )流体的分子; ( b )流体内的固体颗粒; ( c )几何的点;( d )几何尺寸同流动空间相比是极小量,又含有大量分子的微元体。 1.2 作用于流体的质量力包括: ( c ) ( a )压力;(b )摩擦阻力;( c )重力;( d )表面张力。 1.3 单位质量力的国际单位是: ( d ) ( a ) N ;( b ) Pa ;( c ) N / kg ;(d ) m / s 2 。 1.4 与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是: ( b ) ( a )剪应力和压强; ( b )剪应力和剪应变率; ( c )剪应力和剪应变; ( d )剪应力和流速。 1.5 水的动力黏度 μ 随温度的升高: ( b ) ( a )增大;(b )减小;( c )不变;( d )不定。 1.6 流体运动黏度 的国际单位是: ( a ) 2 2 2 ( a ) ) N / m ;( ) ;( ) N s/ m 。 m / s b c kg / m d 1.7 无黏性流体的特征是: ( c ) ( a )黏度是常数; ( b )不可压缩;(c )无黏性;( d )符合 p RT 。 1.8 当水的压强增加 1 个大气压时,水的密度增大约为: ( a ) ( a ) 1/20000;( b ) 1/10000;( c ) 1/4000 ;( d ) 1/2000。 1.9 水的密度为 1000 kg/m 3 ,2L 水的质量和重量是多少? 解: m V 1000 ( kg ) 0. 002 G mg 2 9.807 19.614 ( N ) 答: 2L 水的质量是 2 kg ,重量是 19.614N 。 1.10 体积为 0.5 m 3 的油料,重量为 4410N ,试求该油料的密度是多少? 解: m G g 4 4 1 0 9 . 8 087 9 9 . 3 (58kg/m 3) V V 0 . 5 答:该油料的密度是 899.358 kg/m 3。 1.11 某液体的动力黏度为 0.005 Pa s ,其密度为 850 kg / m 3 ,试求其运动黏度。

流体力学1

第一章绪论 本章学习要点: 1.水力学的研究对象与任务 2.液体的连续介质模型。流体质点 3.量纲和单位 4.液体的主要物理性质:密度、重度、粘性、压缩性、 毛细现象、汽化压强 5.作用在液体上的力:表面力和质量力

1.1.1 水力学的任务及研究对象 ?液体的平衡规律 研究液体处于平衡状态时,作用于液体上的各种力之间的关系(水静力学)?液体的运动规律 研究液体处于运动状态时,作用于液体上的力与运动之间的关系,以及液体的运动特性与能量转化等(水动力学)

1.1.2 流体的连续介质模型 (一)连续介质模型的建立与假设 微观:流体是由大量做无规则运动的分子组成的,分子之间存在空隙,但在标准条件下,1立方毫米流体含有3×1021个左右的分子,分子 间距离是10-7cm。 宏观:考虑宏观特性,在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大的多。 1、定义 连续介质(Continuum Medium):质点连续地充满所占空间的流体或固体。

连续介质模型(Continuum Medium Model):把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质,且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型。u=u(t,x,y,z) 2、优点 1)排除了分子运动的复杂性。 2)物理量作为时空连续函数,则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。

1.1.3 流体力学的分类 1. 按其研究内容的侧重点不同: 理论流体力学(流体力学):主要采用严密的数学推理方法,力求准确性和严密性。 工程流体力学(应用流体力学):侧重于解决工程实际中出现的问题,而不去追求数学上的严密性。 2. 从历史发展角度分: 古典流体力学:在古典力学的基础上,运用严密的数学工具,建立有关理想流体及实际流体的基本运动方程,但理论中假设与实际不尽相符。 实验流体力学:工程技术人员用实验方法制定一些经验公式,满足工程需要,但有些公式缺乏理论基础。 现代流体力学:实验方法和理论分析相结合,实验和理论并重。

流体力学复习题一及答案

流体力学复习题一 一、单项选择题(本大题共 10小题,每小题2分,共20分) 1.流体在静止时( )。 A .既可以承受压力,也可以承受剪切力 B .既不能承受压力,也不能承受剪切力 C .不能承受压力,可以承受剪切力 D .可以承受压力,不能承受剪切力 2.如图所示,密闭容器上装有U 型水银测压计。在同一水平面上1、2、3点上的压强关系为( )。 A .p 1=p 2=p 3 B .p 1<p 2<p 3 C .p 1>p 2>p 3 D .p 1>p 2=p 3 3.恒定流一定是( )。 A .当地加速度为零 B .迁移加速度为零 C .向心加速度为零 D .质点加速度为零 4.在总流伯努利方程中,压强P 是渐变流过流断面上的( )。 A .某点压强 B .平均压强 C .最大压强 D .最小压强 5.圆管均匀流过流断面上切应力符合( )。 A .均匀分布 B .抛物线分布 C .管轴处为零、管壁处最大的线性分布 D .管壁处为零、管轴处最大的线性分布 6.如图所示,安装高度不同、其他条件完全相同的三根长管道的流量关系为( )。 A .Q 1=Q 2=Q 3 B .Q l <Q 2<Q 3 C .Q l >Q 2>Q 3 D .Q l <Q 2=Q 3 7.有压管流中,阀门瞬时完全关闭,最大水击压强?p 的计算公式为( )。 A .g cv 0 B .z gT l v 02 C .z T T cv 0ρ D .0cv ρ 8.只适用于明渠均匀流流动状态的判别标准是( )。 A .微波波速 B .临界底坡 C .弗劳德数 D .临界水深 9.矩形修圆进口宽顶堰在>H p 3.0的条件下,其流量系数( )。 A .m <0.32 B .m=0.32 C .m=0.36 D .m >0.36 10.用裘皮依公式分析普通完全井浸润线方程时的变量是( )。 A .含水层厚度 B .浸润面高度 C .井的半径 D .渗透系数

流体力学基本概念和基础知识

流体力学基本概念和基础知识(部分) 1.什么是粘滞性?什么是牛顿摩擦定律?不满足牛顿摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体? 流体部质点间或流层间因相对运动而产生摩擦力以反抗相对运动的性质 dy du A T μ= 满足牛顿摩擦定律的流体是牛顿流体 请阐述液体、气体的动力粘滞系数随着温度、压强的变化规律。 水的黏滞性随温度升高而减小;空气的黏滞性随温度的升高而增大。(动力粘度μ体现黏滞性)通常的压强对流体的黏滞性影响不大,但在高压作用下,气液的动力黏度随压强的升高而增大。 2.在流体力学当中,三个主要的力学模型是指哪三个?并对其进行说明。 连续介质(对流体物质结构的简化)、无黏性流体(对流体物理性质的简化)、不可压流体(对流体物理性质的简化) 3.什么是理想流体? 不考虑黏性作用的流体,称为无黏性流体(或理想流体) 4.什么是实际流体? 考虑黏性流体作用的实际流体 5.什么是不可压缩流体? 流体在流动过程中,其密度变化可以忽略的流动,称为不可压缩流动。 6.为什么流体静压强的方向必垂直作用面的法线? 流体在静止时不能承受拉力和切力,所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的法线方向 7.为什么水平面必是等压面?

由于深度相等的点,压强也相同,这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面,可见水平面是压强处处相等的面,即水平面必是等压面。 8.什么是等压面?满足等压面的三个条件是什么? 在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等压面的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? 无论是潜体或浮体的压力体均为物体浸入液体的体积,也就是物体排开液体的体积。 10.潜体或浮体在重力G和浮力P的作用,会出现哪三种情况? 重力大于浮力,物体下沉至底。重力等于浮力,物体在任一水深维持平衡。重力小于浮力,物体浮出液体表面,直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。 11.等角速旋转运动液体的特征有那些? (1)等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇;(2)在同一水平面上的轴心压强最低,边缘压强最高。 12.什么是绝对压强和相对压强?两者之间有何关系?通常提到的压强是指绝对压强还是相对压强?1个标准大气压值以帕(Pa)、米水柱(mH2O)、毫米水银柱(mmHg)表示,其值各为多少? 绝对压强:以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强:当地同高程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强,通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg. 13.什么叫自由表面?和大气相通的表面叫自由表面。 14.什么是流线?什么是迹线?流线与迹线的区别是什么? 流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线,此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合,这条曲线叫流线。区别:迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的,它是表示这无究多个流

最新流体力学课后习题答案第一章资料

第一章 1—1 水的密度为1000kg/m 3,2L 水的质量和重量是多少? 解:31000210229.819.6m v kg G mg N ρ-==??===?= 1—2 体积为0.5 m 3的油料,重量为4410N,试求该油料的密度是多少? 解;34410900/9.80.5 m G kg m v gv ρ====? 1—3 当空气的温度从0℃增加到20℃时,运动黏滞系数υ值增加15%,密度减少10%,问此时动力黏滞系数μ值增加多少? 解:000000010000(1.0351)0.035(115%)(110%) 1.035v v v v v μρρρμρρ=??-==+-= 因此增加了3.5% 1—4 为了进行绝缘处理,将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为0.8mm,涂料的动力黏滞系数0.02Pa s μ=?,模具的直径为0.9mm ,长度为20mm ,导线的牵 拉速度为50m/s 。试求所需牵拉力? 解:630.9500.02(2)210120.12 1.004810du T A dy N μπ--==??????=? 1—5 某底面积为6040cm cm ?的木块,质量5kg ,沿着一与水平面成20°的涂有润滑油的斜面下滑。油层厚度为0.6mm ,如以等速度U=0.84m/s 下滑时,求油的动力黏滞系数μ? 解:3sin 20sin 20/() =59.8sin200.610/(0.840.60.4) =0.05Pa du U G A A A dy h mg h U A s τμ μμ-====?????? 1—6 温度为20℃的空气,在直径为2.5cm 的管中流动,距管壁上1mm 处的空气速度为3cm/s 。求作用于单位长度管壁上的黏滞切力为多少? 解:因为T=200,故查表得51.8310Pa s μ -=? 2523633101.8310( 2.510)11043.10100.04310du T A dy T N μπ------?==??????=?=?

流体力学第一章答案

第一章习题简答 1-3 为防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,通常在水暖系统顶部设有膨胀水箱,若系统内水的总体积为10m 3,加温前后温差为50°С,在其温度范围内水的体积膨胀系数αv =0.0005/℃。求膨胀水箱的最小容积V min 。 锅炉 散热器 题1-3图 解:由液体的热胀系数公式dT dV V 1V = α , 据题意, αv =0.0005/℃,V=10m 3,dT=50°С 故膨胀水箱的最小容积 325.050100005.0m VdT dV V =??==α 1-4 压缩机压缩空气,绝对压强从4 108067.9?Pa 升高到5 108840.5?Pa ,温度从20℃升高到78℃,问空气体积减少了多少? 解:将空气近似作为理想气体来研究,则由 RT P =ρ 得出 RT P = ρ 故 () 34 111/166.120273287108067.9m kg RT P =+??==ρ () % 80841 .5166.1841.5/841.578273287108840.52121 211213 5 222=-=-=-=-=?=+??==ρρρρρρρm m m V V V V m kg RT P 1-5 如图,在相距δ=40mm 的两平行平板间充满动力粘度μ=0.7Pa·s 的液体,液体中 有一长为a =60mm 的薄平板以u =15m/s 的速度水平向右移动。假定平板运动引起液体流

动的速度分布是线性分布。当h=10mm时,求薄平板单位宽度上受到的阻力。 解:平板受到上下两侧黏滞切力T1和T2作用,由 dy du A Tμ =可得 12 U1515 T T T A A0.70.0684 0.040.010.01 U N h h μμ δ ?? =+=+=??+= ? -- ?? (方向与u相 反) 1-6 两平行平板相距0.5mm,其间充满流体,下板固定,上板在2 N/m2的力作用下以0.25m/s匀速移动,求该流体的动力黏度μ。 解:由于两平板间相距很小,且上平板移动速度不大,则可认为平板间每层流体的速 度分布是直线分布,则 σ μ μ u A dy du A T= =,得流体的动力黏度为 s Pa u A T u A T ? ? = ? ? = ? = =- - 4 3 10 4 25 .0 10 5.0 2 σ σ μ 1-7 温度为20°С的空气,在直径为2.5cm的管中流动,距管壁上1mm处的空气速度为3cm/s。求作用于单位长度管壁上的黏滞切力为多少? 解:温度为20°С的空气的黏度为18.3×10-6 Pa·s 如图建立坐标系,且设u=ay2+c 由题意可得方程组 ?? ? ? ? + - = + = c a c a 2 2 ) 001 .0 0125 .0( 03 .0 0125 .0 解得a= -1250,c=0.195 则u=-1250y2+0.195

流体力学(张爱民主编)一二章答案

第一章 有一底面积为60cm ×40cm 的平板,质量为5Kg ,沿一与水平面成20°角的斜面下滑,平面与斜面之间的油层厚度为,若下滑速度/m s ,求油的动力黏度μ。 解:平板受力如图。 沿s 轴投影,有: sin 200G T ?-= sin 20U T A G μ δ =?=?

∴3 2sin 2059.807sin 200.610 5.0100.60.40.84 G U A δμ--??????===????(kg m s ?) 答:油的动力黏度2 5.010 μ-=?kg m s ?。 图示为一水暖系统,为了防止水温升高时,体积膨胀将水管胀裂,在系统顶部设一膨胀水箱。若系统内水的总体积为83m ,加温前后温差为50℃,在其温度范围内水的膨胀系数V α=℃。求膨胀水箱的最小容积。 解:∵V V V T α?= ? ∴0.000518500.204V V V T α?=?=??=(m 3 ) 答:膨胀水箱的最小容积0.204m 3 。 汽车上路时,轮胎内空气的温度为20℃,绝对压强为395kPa ,行驶后轮胎内空气的的温度上升到50℃,试求这时的压强。 解:设满足理想气体方程,则有: 1223952732027350V p V pV R T === ++ 假设12V V =,可解得2323395 435.4293 p p ?===(kPa ) 答:这时的压强为435.4kPa 。

第二章 密闭容器,测压管液面高于容器内液面h =,液体的密度为850kg/m 3 ,求液面压强。 解:08509.807 1.8a a p p gh p ρ=+=+?? 相对压强为:15.00kPa 。 绝对压强为:116.33kPa 。 答:液面相对压强为15.00kPa ,绝对压强为116.33kPa 。 用多管水银测压计测压,图中标高的单位为m ,试求水面的压强0p 。

流体力学1(1)

化工原理(流体力学1)单元考试试题 一、 填空题: (本题9道小题,共18分) 1. 流体体积流量用_____来计算;质量流量用_____来计算;而流体流速用_____来计算。 2. 理想流体在变径管路中作稳定的连续流动时,在管子直径缩小的地方,其静压力 ___________。 3. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管 径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 4. 牛顿粘性定律表达式为________,其粘性系数 (粘度) 的物理意义是____________________。 5. 列柏努利方程所选取的截面所必须具备的条件是_____________,_______,___________,_____________。 *6. 当20℃的水(3.2.998-=m kg ρ,μ=1.005厘泊)在内径为100mm 的光滑管内流动时,若流速为 1.01 .-s m m.s 时,其雷诺准数e R 为______,直管摩擦阻力系数λ为_____. 7. 某长方形截面的通风管道, 其截面尺寸为30×20mm,其当量直径e d 为_____. 8. 1520mmHg 相当于__________atm ;__________________32.-cm kgf 相当于______k a P 。 *9. 孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于:前者是恒______,变_____;后者是恒_________,变_________。 二、选择题:(每小题4分,共8分) 1. 在稳定流动系统中,水由粗管连续地流入细管,若粗管直径是细管的2倍,则细管流速是粗管的 ( )倍。 A. 2 B. 8 C. 4 2. 理想流体在简单管路中作连续流动时,在管子直径小处,静压强就( )。 A. 大 B. 小 C. 不变 3. 流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为湍流时,平均流速与管中心的最大流速的关系为 ( ) A. m ax 5.0u u m = B. m ax 8.0u u m = C.m ax m ax 5.1u u = 4. 当流体在园管内流动时,管中心流速最大,若为滞流时,平均速度与管中心的最大流速的关系为 ( ) A. m ax 23u u m = B. m ax 8.0u u m = C. m ax 21u u m =

流体力学基本概念和基础知识

流体力学基本概念和基础知识

————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: ?

流体力学基本概念和基础知识(部分) 1.什么是粘滞性?什么是牛顿内摩擦定律?不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体? 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质 dy du A T μ= 满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体 请阐述液体、气体的动力粘滞系数随着温度、压强的变化规律。 水的黏滞性随温度升高而减小;空气的黏滞性随温度的升高而增大。(动力粘度μ体现黏滞性)通常的压强对流体的黏滞性影响不大,但在高压作用下,气液的动力黏度随压强的升高而增大。 2.在流体力学当中,三个主要的力学模型是指哪三个?并对其进行说明。 连续介质(对流体物质结构的简化)、无黏性流体(对流体物理性质的简化)、不可压流体(对流体物理性质的简化) 3.什么是理想流体? 不考虑黏性作用的流体,称为无黏性流体(或理想流体)? 4.什么是实际流体? 考虑黏性流体作用的实际流体 5.什么是不可压缩流体? 流体在流动过程中,其密度变化可以忽略的流动,称为不可压缩流动。 6.为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线? 流体在静止时不能承受拉力和切力,所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向 7.为什么水平面必是等压面?

由于深度相等的点,压强也相同,这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面,可见水平面是压强处处相等的面,即水平面必是等压面。 8.什么是等压面?满足等压面的三个条件是什么? 在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组成的面称为等压面。满足等压面的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? 无论是潜体或浮体的压力体均为物体浸入液体的体积,也就是物体排开液体的体积。 10.潜体或浮体在重力G和浮力P的作用,会出现哪三种情况? 重力大于浮力,物体下沉至底。重力等于浮力,物体在任一水深维持平衡。重力小于浮力,物体浮出液体表面,直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。 11.等角速旋转运动液体的特征有那些? (1)等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇;(2)在同一水平面上的轴心压强最低,边缘压强最高。 12.什么是绝对压强和相对压强?两者之间有何关系?通常提到的压强是指绝对压强还是相对压强?1个标准大气压值以帕(Pa)、米水柱(mH2O)、毫米水银柱(mmHg)表示,其值各为多少? 绝对压强:以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。相对压强:当地同高程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强,通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg. 13.什么叫自由表面?和大气相通的表面叫自由表面。 14.什么是流线?什么是迹线?流线与迹线的区别是什么? 流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线,此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合,这条曲线叫流线。区别:迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的,它是表示这无究多个流体质

相关文档
最新文档