流體力學(xué)基本概念和基礎(chǔ)知識

1、流體力學(xué)基本概念和基礎(chǔ)知識作者:日期:流體力學(xué)基本概念和基礎(chǔ)知識 （部分）1 .什么是粘滯性？什么是牛頓內(nèi)摩擦定律？不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛頓流 體還是非牛頓流體？流體內(nèi)部質(zhì)點間或流層間因相對運動而產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以反抗相對運動的性質(zhì)T Adu滿足牛頓內(nèi)摩擦定律的流體是牛頓流體請闡述液體、氣體的動力粘滯系數(shù)隨著溫度、壓強的變化規(guī)律。水的黏滯性隨溫度升高而減?。豢諝獾酿噪S溫度的升高而增大。（動力粘度 體 現(xiàn)黏滯性）通常的壓強對流體的黏滯性影響不大，但在高壓作用下，氣液的動力黏度 隨壓強的升高而增大。2.在流體力學(xué)當(dāng)中，三個主要的力學(xué)模型是指哪三個？并對其進(jìn)行說明。連續(xù)介質(zhì)（對流體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的

2、簡化）、無黏性流體（對流體物理性質(zhì)的簡化） 不可壓流體（對流體物理性質(zhì)的簡化）3.什么是理想流體？不考慮黏性作用的流體，稱為無黏性流體 （或理想流體）?4 .什么是實際流體？考慮黏性流體作用的實際流體5. 什么是不可壓縮流體?流體在流動過程中，其密度變化可以忽略的流動，稱為不可壓縮流動。6. 為什么流體靜壓強的方向必垂直作用面的內(nèi)法線流體在靜止時不能承受拉力和切力，所以流體靜壓強的方向必然是沿著作用面的內(nèi) 法線方向7. 為什么水平面必是等壓面？由于深度相等的點，壓強也相同，這些深度相同的點所組成的平面是一個水平面 ，可 見水平面是壓強處處相等的面，即水平面必是等壓面。&什么是等壓面？滿

3、足等壓面的三個條件是什么在同一種液體中，如果各處的壓強均相等由各壓強相等的點組成的面稱為等壓面。 滿足等壓面的三個條件是同種液體連續(xù)液體靜止液體。9.什么是阿基米德原理？無論是潛體或浮體的壓力體均為物體浸入液體的體積,也就是物體排開液體的體積。10.潛體或浮體在重力G和浮力P的作用，會出現(xiàn)哪三種情況？重力大于浮力，物體下沉至底。重力等于浮力，物體在任一水深維持平衡。重力小 于浮力，物體浮出液體表面，直至液體下部分所排開的液體重量等于物體重量為 止。11.等角速旋轉(zhuǎn)運動液體的特征有那些?（1）等壓面是繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)的拋物面簇；（2 ）在同一水平面上的軸心壓強最低, 邊緣壓強最高。12.什么是絕對壓

4、強和相對壓強 ？兩者之間有何關(guān)系？通常提到的壓強是指絕對壓強還是相對壓強?1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值以帕（Pa）、米水柱（mH2O）毫米水銀柱（mmHg） 表示，其值各為多少？絕對壓強：以毫無一點氣體存在的絕對真空為零點起算的壓強。相對壓強：當(dāng)?shù)赝叱痰拇髿鈮簭奱p為零點起算的壓強。壓力表的度數(shù)是相對壓強，通常說的也是相對壓強。1 atm=101 325 pa= 1 0 . 3 3mH2O= 60mm Hg .13. 什么叫自由表面？和大氣相通的表面叫自由表面。14. 什么是流線？什么是跡線？流線與跡線的區(qū)別是什么？流線是某一瞬時在流場中畫出的一條空間曲線，此瞬時在曲線上任一點的切線方向 與該點的速度方

5、向重合，這條曲線叫流線。區(qū)別：跡線是流場中流體質(zhì)點在一段時間 過程中所走過的軌跡線。流線是由無究多個質(zhì)點組成的，它是表示這無究多個流體質(zhì)點在某一固定瞬間運動方向的曲線。而跡線則是在時間過程中表示同一流體質(zhì)點運 動的曲線。15. 什么是流場？我們把流體流動占據(jù)的空間稱為流場16. 什么是歐拉法？什么是拉格朗日法 ？歐拉法：通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法 。拉格朗日法：通過描 述每一質(zhì)點的運動達(dá)到了解流體運動的方法。17. 什么是恒定流動？什么是非恒定流動？什么是均勻流？什么是非均勻流？什么 是急變流？什么是漸變流？ 運動平衡的流動，各點流速不隨時間變化，由流速決定的壓強、粘性力也

6、不隨時間 變化，這種流動稱之為恒定流動反之為非恒定流動。質(zhì)點流速的大小和方向均不變 的流動叫均勻流動，反之為非均勻流動。不均勻流動又按流速隨流向變化的緩急， 分為漸變流和急變流18. 應(yīng)用恒定總統(tǒng)能量方程時，為什么把過流斷面選在漸變流段或均勻流段?19.因為建立恒定總流的伯努利方程時，把（Z + P /p g）作為常熟提到積分號外面，只有漸變流斷面或均勻流斷面的（Z+P/pg ）=C。19. 在寫總流能量方程時，過流斷面上的代表點、基準(zhǔn)面是否可以任意選?。繛槭裁?？可以,因為漸變流斷面或均勻流斷面上（Z+P/pg ） =C20. 動能修正系數(shù)？動量修正系數(shù)？二者的大小和速度分布有何關(guān)系?動能修正

7、系數(shù)：總流有效斷面上的實際動能對按平均流速算出假象動能的比值，流速 分布越不均勻，值越大。動量修正系數(shù)：實際動量和按照平均流速計算的動量的比 值,流速分布越不均勻，值越大。21. 什么是沿程損失？什么是局部損失？紊流流態(tài)下，管內(nèi)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律？ 在沿程不變的管段上，流動阻力沿程也基本不變，稱這類阻力為沿程阻力，克服沿程 阻力引起的能量損失為沿程損失。在邊壁急劇變化的區(qū)域，阻力主要地集中在該區(qū) 域中及其附近，這種集中分布的阻力稱為局部阻力。克服局部阻力的能量損失為局部 損失。紊流光滑區(qū)（Re>4 000）f(Re)紊流過渡區(qū)f(RT紊流粗糙區(qū)22. 雷諾實驗揭示了流體存在兩種流態(tài)，

8、它們是如何定義的？判別流態(tài)的準(zhǔn)則是什 么？并闡述其物理意義。對有壓圓管流，判別準(zhǔn)則的臨界值為多少？ 層流：各液層間毫不相混，分層有規(guī)則的流動狀態(tài)。紊流：液體質(zhì)點的運動軌跡是極 不規(guī)則的，各部分流體相互劇烈摻混。用臨界雷諾數(shù)作為判斷準(zhǔn)則，圓管流臨界雷諾 數(shù)等于2 00 023.圓管層流流速分布規(guī)律？切應(yīng)力的分布規(guī)律?u-J(r0 r2)4容重J水力坡度；動力黏度;ro管半徑gR JR對應(yīng)的水力半徑 24.尼古拉茲實驗中，沿程阻力系數(shù)的變化曲線分為哪幾個區(qū)域？請分別闡述其 變化規(guī)律？湍流三個不同流區(qū)沿程阻力系數(shù)的影響因素以及形成不同流區(qū)的根本 原因。層流區(qū)；層，紊流過渡區(qū)；紊流光滑區(qū)；紊流過渡區(qū)；

9、紊流粗糙區(qū)25.相同的水力條件下，孔口自由出流的流量與管嘴出流的流量相比較，哪一個大 為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象？管嘴正常工作的條件是什么？在相同條件下，管嘴的過流能力是孔口的1.32倍。收縮斷面處真空起的作用。圓柱形外管嘴的正常工作條件：作用水頭 Hg9 .3m,管嘴長度1= （34） d .26. 什么叫孔口自由出流和淹沒出流?在容器側(cè)壁或底壁上開一孔口，容器中的液體自孔口出流到大氣中，稱為孔口自由 出流。如出流到充滿液體的空間，則稱為淹沒出流。27. 什么是有旋流動？什么是無旋流動?流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度不完全為零的流動稱為有旋流動 ，流場中各點旋轉(zhuǎn)角速度等 于零的運動，成為無旋運動。28. 在

10、流體力學(xué)中，拉格朗日分析法和歐拉分析法有何區(qū)別?拉格朗曰法著眼于流體中各質(zhì)點的流動情況跟蹤每一個質(zhì)點觀察與分析該質(zhì)點的運 動歷程然后綜合足夠多的質(zhì)點的運動情況以得到整個流體運動的規(guī)律。歐拉法著眼 于流體經(jīng)過空間各固定點時的運動情況它不過問這些流體運動情況是哪些流體質(zhì)點 表現(xiàn)出來的也不管那些質(zhì)點的運動歷程因此拉格朗曰分析法和歐拉分析法是描述流 體的運動形態(tài)和方式的兩種不同的基本方法。29. 什么叫流管、流束、過流斷面和元流?流線組成的管狀流面，稱為流管。流管以內(nèi)的流體，稱為流束。垂直于流束的斷面 稱為流束的過流斷面，當(dāng)流束的過流斷面無限小時，這根流束就稱為元流。30. 什么是入口段長度？對于層流

11、、紊流分別用什么表示 ？從入口到形成充分發(fā)展的管流的長度稱為入口段長度，以Xe表示。層流：Xe/d=O.028Re.紊流:X e/ d=50.31. 什么是單位壓能?壓力作功所能提供給單位重量流體的能量，稱為單位壓能32. 什么是幾何相似、運動相似和動力相似？什么是力學(xué)相似幾何相似是指流動空間幾何相似，即形成此空間任意相應(yīng)兩線段交角相同，任意相 應(yīng)線段長度保持一定的比例。運動相似是指兩流動的相應(yīng)流線幾何相似，即相應(yīng)點的 流速大小成比例，方向相同。動力相似是指要求同名力作用，相應(yīng)的同名力成比例。33. 要保證兩個流動問題的力學(xué)相似所必須具備的條件是什么如果兩個同一類的物理現(xiàn)象，在對應(yīng)的時空點上，

12、各標(biāo)量物理量的大小成比例，各向 量物理量除大小成比例外，且方向相同，則稱兩個現(xiàn)象是相似的。要保證兩個流動問 題的力學(xué)相似，必須是兩個流動幾何相似，運動相似，動力相似，以及兩個流動的邊界 條件和起始條件相似。34. 什么是因次（量綱）?什么是因次（量綱）分析法?因次是指物理量的性質(zhì)和類別。因次分析法就是通過對現(xiàn)象中的物理量的因次以及 因次之間互相聯(lián)系的各種性質(zhì)的分析來研究對象相似性的方法。35. 什么是量綱（因次）和諧原理 ？試舉例說明。完整的物理方程式中的各項的因 次應(yīng)相同的性質(zhì)36. 為什么虹吸管能將水輸送到一定的高度？因為虹吸管內(nèi)出現(xiàn)真空37. 什么是泵的揚程？泵所輸送的單位重量流量的流體

13、從進(jìn)口道出口能量的增值，也就是單位重量流量的流體通過泵所獲得的有效能量。38. 什么是水力半徑？什么是當(dāng)量直徑?水力半徑：過流斷面面積與濕周的比值。當(dāng)量直徑 =4乘以水力半徑。39. 什么是氣蝕現(xiàn)象？產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因是什么?氣蝕指浸蝕破壞材料之意，它是空氣泡現(xiàn)象所產(chǎn)生的后果。產(chǎn)生原因：泵的安裝位置 高出吸液面的高度太大；泵安裝地點的大氣壓太低；泵所輸送的液體的溫度過高。40. 試述沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律？什么是水力光滑？當(dāng)層流次層的厚度大于壁面粗糙度的尺寸時，粗糙凸出的尺寸淹沒在層流次層中, 絕對粗糙度對液流沒有影響，這種區(qū)域稱為水力光滑區(qū)。41. 什么是沿程損失？沿程阻力系數(shù)與哪些因素有關(guān)

14、在沿程不變的管段上，流動阻力沿程也基本不變，稱這類阻力為沿程阻力，克服沿程 阻力引起的能量損失為沿程損失。與雷諾數(shù)和管壁粗糙度有關(guān)42. 什么是滯止參數(shù)?氣流某斷面的流速，設(shè)想以無摩擦絕熱過程降低至零時 ，斷面各參數(shù)所達(dá)到的值，稱 為氣流在該斷面的滯止參數(shù)。滯止參數(shù)一下標(biāo)“ 0”表示43. 氣流速度與斷面的關(guān)系有哪幾種？MV1為亞音速流動，說明速度隨斷面的增大而減慢；隨斷面的減少而加快。M>1為超 音速流動，說明速度隨斷面的增大而加快；隨斷面的減少而減慢。M=1既氣流速度與 當(dāng)?shù)匾羲傧嗟龋藭r稱氣體處于臨界狀態(tài)。，橫截面積越來在自由紊流射流的主體段，射流各斷面上速度分布是相似的，軸線速度

15、越來越小 越大，質(zhì)量流量也越來越大；個橫截面上的動量守恒。45.何為自由射流？何為受限射流？試述兩種射流的結(jié)構(gòu)圖形，并對比有何異同?出流到無限大空間中，流動不受固體邊壁的限制，自由射流；反之為受限射流。,使其受限射流的射流半徑和流量不是一直增加，增大到一定程度后反而逐漸減小 邊界線呈橄欖形48.紊流中為什么存在粘性底層？其厚度與哪些因素有關(guān)？其厚度對紊流分析有何意在近壁處，因液體質(zhì)點受到壁面的限制，不能產(chǎn)生橫向運動，沒有混摻現(xiàn)象，流速梯 度du/dy很大，粘滯切應(yīng)力T =d u/d y仍然起主要作用。粘性底層厚度與雷諾數(shù)、質(zhì)點混摻能力有關(guān)。隨R e的增大,厚度減小。粘性底層很薄，但對能量損失有

16、極大的影響。49.紊流時的切應(yīng)力有哪兩種形式？他們各與哪些因素有關(guān)？各主要作用在哪些部粘性切應(yīng)力 附加切應(yīng)力位？主要作用在近壁處。 主要作用在紊流核心處，問薄紙是不動，靠攏,主要與流體粘度和液層間的速度梯度有關(guān)。 主要與流體的脈動程度和流體的密度有關(guān), 脈動程度較大地方。50.拿兩張薄紙，平行提在手中，當(dāng)用嘴順紙間縫隙吹起時 還是張開？為什么？ 靠攏，流速增大，壓強降低可對時均流動和脈動分別 ,就稱為恒定流。51.紊流研究中為什么要引入時均概念？紊流時，恒定流與非恒定流如何定義？ 把紊流運動要素時均化后，紊流運動就簡化為沒有脈動的時均流動， 加以研究。紊流中只要時均化的要素不隨時間變化而變化的

17、流動,這兩中說法是否正確？為52. “均勻流一定是恒定流”，”恒定流一定是均勻流“ 什么？ 兩句話都是錯誤的，在恒定流中，質(zhì)點流速的大小和方向均不變的流動為均勻流 動；在非恒定流中，相互平行的直線流動為均勻流53.什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性?255.試述恒定氣流能量方程中PiVl液體的可壓縮性是指：當(dāng)外界的壓強發(fā)生變化時液體的體積也隨之而發(fā)生改變的特 性。液體的可壓縮性在一般情況下可以不考慮 ，但是當(dāng)外界壓強變化較大，必須予 以考慮v22（ a ）（Z2 Zi） P2 甘Pli2靜壓，動壓，位壓,全壓,勢壓和總壓所代表的意義。靜壓:Pl , P2動壓:2 lVi222V2位壓:a ）（Z2 Zi）全壓：靜壓和動壓之和勢壓：靜壓和位壓之和a ）（Z2 Zi）總壓：靜壓，動壓和位壓之和5 6 .尼古拉茲實驗分區(qū)以及意義是什么 ？層流區(qū)臨界過渡區(qū)紊流光滑區(qū)紊流過度區(qū)紊流粗糙區(qū)意義：比較完整地反應(yīng)了沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律，揭示了沿程阻力系數(shù)變化的主要因素。57.濃差或溫差射流彎曲產(chǎn)生的原因