流體力學簡答題

在連續(xù)介質的概念中，何為質點？流體質點是指體積小的可以看作一個幾何點，但它又包含有大量的分子，且具有諸如速度、密度及壓強等物理量的流體微團。什么是理想流體？正壓流體？當流體物質的粘度較小，同時期內部運動的相對速度也不大，所產(chǎn)生的粘性應力比起其他類型的力來說可以忽略不計時，可把流體近似看作是無粘性的，這樣無粘性的流體稱為理想流體。內部任一點的壓力只是密度的函數(shù)的流體，稱為正壓流體。什么是不可壓縮流體？流體的體積或密度的相對變化量很小時，一般可以看成是不可壓縮的，這種流體就被稱為不可壓縮流體。什么是定常場；均勻場。如果一個場不隨空間的變化而變化，即場中不顯含空間坐標變量r,則這個場就被稱為均勻場。如果一個場不隨時間的變化而變化，則這個場就被稱為定常場。簡述跡線的定義并用張量下標的形式標的。dx ()跡線時流體質點在空間運動過程中描繪出來的曲線。張量下表形式為寸=u/xi,七丿概述流線的定義及與跡線的不同。流線是流場中的一條曲線，曲線上每一點的速度矢量方向和曲線在該點的切線方向相同。與跡線的不同，流線在同一時刻和不同流體質點的速度矢量相切。脈線的定義，在定常流動與非定常流動中跡線、流線、脈線分別怎樣。脈線是把相繼經(jīng)過流場中同一空間點的流體質點在某瞬時順序連接起來得到的一條線。在非

定常流動中，跡線、流線、脈線一般來說是不相重合的。但在定常流動中跡線、流線、脈線三線合而為一。敘述有旋流動和無旋流動的定義，依據(jù)什么劃分的。若在整個流場中處處VX卩=0，則稱此流動為無旋流動，否則稱有旋流動。劃分依據(jù)為渦量是否為零。渦線定義及其微分方程。渦線是一條曲線，該曲線上每一點的切線方向與該點的渦線矢量方向相同。渦線是由同一時刻不同流體質點組成的，渦線上各流體質點都圍繞渦線的切線方向旋轉。dzdxdydz微分方程示=O'xy10．寫出雷諾運輸公式兩種形式。DDtat10．寫出雷諾運輸公式兩種形式。DDtat+V?dpJ6di=J—dp+J6u?ndADt —tp\t) p第二章1、 連續(xù)性方程的實質？答：連續(xù)性方程是基于物質守恒定律，流場中任取一流體系統(tǒng)，其大小、形狀、密度等發(fā)生連續(xù)變化但物質總質量保持不變所列出的守恒方程。2、 可壓縮流體和不可壓縮流體該如何判定？答：通常液體和低速流動氣體可看作不可壓縮流體，但在某些非定常流動條件下，液體也需當作可壓縮流體處理（密度變化不可忽略）如：水下爆炸、管路閥門突然啟閉等。3、請寫出納維-斯托克斯方程的依據(jù)、適用流體，及其矢量形式。答：納維-斯托克斯方程由動量定理推出，適用于任何一種流體。簡稱N-S方程矢量形式：P卞-=—Vp+V(XVgu)+Vg2卩S)+pfDt4、 列舉一些在非慣性系中處理流動問題更方便的場合？答：如研究大氣流動時常選用隨地球一起轉動的坐標系，研究葉輪式流體機械內部葉輪見的流動時常選用隨葉輪一起轉動的坐標系等，這些都是非慣性系。5、 試寫出角速度矢量在慣性系與非慣性系中的物質導數(shù)之間的關系答：角速度矢量在慣性系和非慣性系中的物質導數(shù)相同。6、 在拉格朗日參考系中，將一流體單元看作一熱力系統(tǒng)時，熱力學第一定律的闡述是？答：處于流動中的一個流體系統(tǒng)的總能量的變化率等于外力對該系統(tǒng)的做工功率與外界對該系統(tǒng)的傳熱功率之和。7、 流體流動過程中的表面力做功與質量力做功對流體總能量有何作用？答：流體流動過程中(無形變時)表面力與質量力做功只使流體動能增加，而對內能變化并無貢獻。8、 內能方程的實質？答：內能方程表示單位流體內能的變化率等于流體變形時表面力的做功功率和向流體的傳熱功率之和。9、 什么是耗損函數(shù)？答：耗損函數(shù)是流體變形時粘性力的做功功率，這部分機械能不可逆地轉化成為熱能，因此在一切流體和一切流動中總是大于零。10、邊界條件有哪幾種，分別是什么？答：1）液液分界面邊界條件2）固壁邊界條件3）液氣分界邊界條件4）無窮遠條件5）界面法向速度—-Vr.第三章1、何謂開爾文定理？答：對于正壓，體積力有勢的理想流體流動，沿任意封面的物質周線上的速度環(huán)量和通過任一物質面的渦通量在運動過程中守恒，這就是開爾文定理，也稱湯普遜定理。2、試寫出開爾文定理成立的幾大假設？答：正壓、理想流體、質量力有勢。放松其任一條件開爾文定理則不成立。3、試寫出引起速度環(huán)量和渦通量發(fā)生變化的幾大因素？答：粘性、非正壓流體、非保守力。4、開爾文定理的直接推論？答：正壓、理想流體在質量力有勢的情況下，如果某時刻部分流體內無旋，則在此以前和以后的任意時刻這部分流體皆為無旋。若某時刻部分流體有旋，則在此以前和以后的任意時刻這部分流體皆為有旋。5、伯努利方程成立的條件是什么？答：忽略流體粘性影響、質量力有勢、正壓流體、定常流動、方程沿同一條流線成立。6、勢流伯努利方程的成立條件？答：忽略流體粘性影響，正壓流體，質量力有勢，無旋流動。7、在理想、正壓和質量力有勢的條件下，通過渦管橫截面的渦通量，即渦管強度在運動過程中恒定不變，這一原理被稱為 。亥姆霍茲第二原理8、 在運動過程中渦管會發(fā)生變形，當渦管被拉伸時，渦量會 。增大9、 同一渦管任一截面的渦通量均相等，即 在空間上守恒。渦管強度10、 當滿足開爾文定理時，渦管強度同事具有時間和空間上的守恒性，即渦管強度 。不隨時間而變化11、 在一定條件下，動量方程可以積分得到 ，其在工程上有廣泛應用。伯努利方程12、 歐拉方程左側的速度矢量導數(shù)可以分解為當?shù)貙?shù)與 之和。對流導數(shù)第四章 指這樣一種流動狀態(tài)，即流場中各流體質點的速度都平行于某一個固定平面,并且各物理量在此平面的垂直方向上沒有變化。平面流動平面勢流流動的速度分量既可以用速度勢函數(shù)也可以用 來表達。流函數(shù)TOC\o"1-5"\h\z用復位勢來描述勢流流動時，一個重要的物理量 。F(z)對z的導數(shù)復位勢F(z)可以相差一任意常數(shù)而不影響 。其所代表的流場復速度沿封閉曲線l的積分，實部等于 ，虛部等于 。繞該封閉曲線的環(huán)量 穿過該封閉曲線流出的流體體積流量6?均勻流的流線和等勢線都是直線，并且互相 。垂直點源流動的等勢線 ，流線是 。只=常數(shù)的同心圓族 自原點出發(fā)的徑向射線族點渦的等勢線是 ，流線是 。從原點出發(fā)的射線族 同心圓族只=常數(shù)一對強度相同的源和匯在平面上無限靠近，而源匯強度與源匯間的距離的乘積有去想一個有限值，這一對源和匯組成一個 。偶極子對于理想不可壓縮流體的勢流動，無滑移動邊界條件不再適用，此時固體壁面是一條流線，這一條件可以通過 來實現(xiàn)。AA-—r-第五章1、何謂空間勢流？答：空間勢流是指發(fā)生在三維空間的勢流，與平面勢流在流動現(xiàn)象方面并無本質區(qū)別，但在三維空間內，復變函數(shù)方法不再適用必須直接求解偏微分方程以得到空間勢流運動的解。2、何謂斯托克斯流函數(shù)？答：平面流動的流函數(shù)自動滿足連續(xù)方程。在一般的三維流動中無法找到一個標量函數(shù)能夠滿足連續(xù)方程，但對于軸對稱運動，這樣的流函數(shù)是存在的，即為斯托克斯流函數(shù)。3、斯托克斯流函數(shù)的性質答1)=常數(shù)是流面子午面內的曲線AB繞對稱軸旋轉形成曲面，通過此曲面的流體體積流量Q等于B點和A點流函數(shù)的差值乘以2。4、 寫出勒讓德方程的表達式—d(sin0dT)+1(l+1)T二0sin0d0 d05、 巴特勒球定理成立的條件？答：1)在r=a處=常數(shù)，即球面為流面。e=e0在r〉a的區(qū)域中應有相同的奇點，即引入圓球后在球外區(qū)不添加奇點。在無窮遠處與具有相同的流動狀態(tài)。表示的流動仍然是勢流流動。6、什么是巴特勒定理？答：設無界不可壓縮流體軸對稱勢流流動的流函數(shù)為e(r,e)并且在r遠小于a的區(qū)域內沒有奇點，00(0,e)二0如將一個r=a的求放入流場中，貝y球外區(qū)域中流函數(shù)為：0(r,e)=0(r,0)+?*(r,0)=?(r,9)-?( ,9)0 0 0 a0r7、 球面為流面的必要條件？答：無流體流入流出球面8、 為什么說一個給定物體的虛擬質量只與該物體的形狀和方位有關而與其運動速度、角速度、加速度無關？答：對于任意形狀的物體，其擾動速度勢函數(shù)取決于該物體的形狀和運動方向。幾種典型的漩渦運動？答：渦絲，渦環(huán)、渦列、渦街和渦層渦絲概念？答：有時渦量可能集中在很細的一根渦管中，此時可近似將此渦管看成幾何上的一條線，稱之為渦絲切向速度間斷面概念？答：一個尖尾緣翼型在流體中作變速或變攻角運動，當雷諾數(shù)很大時。流體繞過上、下翼面將以不同的速度在后緣處重新匯合，形成一個切向速度劇烈變化的薄層，稱為切向速度間斷面。亥姆霍茲第一定理答：當渦管截面非常小趨于零時，渦管可以看作渦線，于是也可以說渦線始終由同一些質點所組成，這就是亥姆霍斯茲第一定理渦層概念？答：渦量局限在很薄的一層曲面中，而在曲面外很小的鄰域內，其值迅速下降到零，則稱此曲面為渦層。渦層局部特征量？Y=limeQ y稱為渦層強度，它是渦層的局部特征量?！?渦形成的原因？答：間斷面的變形、破裂是渦形成的原印之一。平面流場？答：無限長的直渦絲的誘導速度場是平面流場第七章討論斯托克斯方程精確解的意義？如果實際流動與精確解的流動情況相近，可用攝動法求解流動問題，精確解構成這種方法的基礎用來檢驗數(shù)值計算的結果校核測試儀器的精確度什么是庫埃特流動？使兩板中的一板沿板面方向等速運動的流動3．什么是泊肅葉流動？等截面直通道中的定常粘性流動泊桑方程對哪些特殊形狀截面通道有解？圓形截面通道，橢圓形截面通道，正方形截面通道非定常的平行剪切流動有哪幾種？突然加速無界平板附近的流動，無界振動平板附近的流動，平行壁面間的振蕩流動什么是突然加速無界平板附近的流動，也叫斯托克斯第一問題？一無限大平板，其上部存在流體，初始時刻平板與流體都處于靜止狀態(tài)。某瞬時，平板突然加速，在自身平面內以速度U等速運動，從而帶動其上部流體運動。什么是無界振動平板附近的流動，也叫斯托克斯第二問題？平板不作等速直線運動，而是隨時間作簡諧振動。什么時候筒間的流動可以看作平面流動？圓筒的軸長度與直徑相比很大時。為什么滯止區(qū)域流動問題很重要？繞流問題總存在流動的滯止區(qū)域滯止流動分類滯止流動可以是三維.軸對稱或平面流動，也可以是定?；蚍嵌ǔＡ鲃拥诎苏率裁词切±字Z數(shù)流動？流動的慣性力與粘性力相比可以忽略不計，或只占次要地位。嚴格來講在什么情況下斯托克斯方程才成立？當雷諾數(shù)趨近零時才成立什么是斯托克斯流動？滿足斯托克斯方程和連續(xù)方程的流體運動什么是斯托克斯佯繆？斯托克斯方程雖然對圓球繞流有解而對圓柱繞流無解什么是懷特赫德佯繆？假設真實流動的解等于這個解加上一個小擾動，代回N-S方程用攝動方法來求解擾動，發(fā)現(xiàn)對圓球因無法同時滿足全部條件而失敗?？紫堵实亩x?任取一宏觀上足夠小但又包含大量孔隙的體積A,其中孔隙所占體積為Aa,則孔隙率定義為Aa/A斯托克斯阻力公式使用條件？雷諾數(shù)小于1時適用,當雷諾數(shù)大于1時誤差越來越大.不再適用第九章簡述邊界層的定義答：由于在物面上要滿足無滑移動邊界條件,流體速度在很小的距離內由外流的速度值降至物面處的零值,因此存在很強的粘性影響,這一薄層就是邊界層,或稱為內流,簡述尾跡的形成答：邊界層向物體尾部流動時會遇到逆壓梯度,即沿流動方向壓強增大,這會引起流體從物面分離并在物體下游形成所謂的尾跡（或尾流）。

30邊界層有那幾個厚度答：這些厚度中用的最多是名義邊界層厚度，簡稱邊界層厚度；另一類厚度稱為位移厚度或排擠厚度，記作5*；第三個常用的厚度是動量損失厚度或簡稱為動量厚度，記作031請寫出拉布修斯方程最后表達式f‘”+1ff”二0232.請寫出當?shù)乩字Z數(shù)表達式t(x)_2f''(0)0—-pU2 <Re233求邊界層方程的相似解的步驟一；選擇a和0的值確定U(x)和g(x).—(Ug2)—u(2確定U(x)和g(x).；利用方程dUg2 —pudx;確定函數(shù)f⑴)滿足福克納-斯坎方程及其定解條件四；由函數(shù)f(耳)U(x)g(x)得邊界層流動的流函數(shù)，速度分布以及其他流動細節(jié)動量積分方程求邊界層近似解的基本思路答：將邊界層方程沿y方向積分，得到的方程表示在任一x位置的平均慣性力和粘性力的平衡，由這種近似方法得到的結果，在大多數(shù)情況下都是足夠精確的。邊界層流動滿足的條件答：在邊界層內邊界上，必須滿足無滑移條件，在邊界層外邊界上必須滿足速度相等且應力相等。用公式表示自然邊界條件du(x,5)U(x,O)=O;u(x,5)=U, =0dy概括鈍形物體繞流出現(xiàn)壓差阻力的原因答：尾流區(qū)的漩渦造成能量損失，該區(qū)壓強較理想流體流動為低。舉例分離會給工程帶來哪些危害？答：比如流體分離可能造成機翼表面失速，阻力劇增；在葉輪機械或擴壓器中，分離不僅帶來大的機械能損失，還可能引起劇烈的喘振和旋轉失速，甚至造成結構破壞。簡述層流穩(wěn)定性理論的主要內容答：主要內容是尋找在各種流動情況下層流對小擾動失去抑制能力時的雷諾數(shù)，也就是臨界雷諾數(shù)Recr對于平板邊界層流動，滿足什么條件層流邊界層將轉換為紊流邊界層？答：當流動雷諾數(shù)大于520時，層流邊界層將轉換為紊流邊界層。第十章寫出紊流的概念:流體運動的一種不規(guī)則情形，各物理量隨時間和空間坐標呈隨機變化，其具有明確的統(tǒng)計平均值。寫出紊流的統(tǒng)計平均方法及適用范圍：1)時間平均法只適用于定常紊流場

2）空間平均法只適用于均勻紊流場3）統(tǒng)計平均法對于非定常、非均勻的流場3.寫出連續(xù)方程時均化：時均運動的連續(xù)性方程：du-=02）空間平均法只適用于均勻紊流場3）統(tǒng)計平均法對于非定常、非均勻的流場3.寫出連續(xù)方程時均化：時均運動的連續(xù)性方程：du-=0，脈動運動的連續(xù)性方程:oxi巴二0oxi4.寫出不可壓縮流體的紊流時均運動微分方程\o"CurrentDocument"Ou Ouu10p 02ui+ij=— +U i—Ot Ox pOx OxOxj i ijOu'u'Oxj5.寫出雷諾應力的表示—pu'2t'=—pu'u'=ij ijpu'v'pu'w'pu'v' —pu'w'—pv'2 —pv'w'pv'w' —pw'2什么是混合長度普朗特假設在紊流運動中，流體微團也是在運動某一距離后才和周圍其他的流體微團相互摻混，失去原有的流體特征，而在運動過程中流體微團保持其原有流動特征不變。流體微團運動的這個距離稱為混合長度第十一章寫出小擾動傳播的特征線和黎曼不變量：uu由一+—=吊數(shù)（沿x—a二吊數(shù)）；——二二吊數(shù)（沿x+a二吊數(shù)）ap 0 ap 00000直線x—a—常數(shù)和x+a—常數(shù)稱特征線，而—+上~和—-上~稱為黎曼不變量0 0 apap0000寫出一維不定常運動的連續(xù)方程、動量方程和能量方程：txxuu1pu 0txx上C什么是馬赫數(shù)和臨界參數(shù)？uTOC\o"1-5"\h\z馬赫數(shù)定義為流體速度與當?shù)匾羲俚谋戎?，即M —a當M=1時的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)，臨界狀態(tài)下的氣體狀態(tài)參數(shù)稱為臨界參數(shù)4.寫出運動正激波的運動速度％i11 1Pua 21 1 2 2pI 1第十二章小擾動理論的適用場合？答：小擾動理論既適用于亞音速流動，也適用于超音速流動，但只限于細長物體繞流的場合。什么是馬赫錐？如何區(qū)分受擾區(qū)和未擾動區(qū)？答：由于超音速氣流U〉a，在不同時刻產(chǎn)生的球面波都將局限于以該點源為頂點的圓錐形區(qū)域內，該圓錐面稱為馬赫錐。馬赫錐以內的區(qū)域為受擾區(qū)，馬赫錐以外為未擾動區(qū)。什么是波阻？答：在超音速流動中，壁面壓強分布與壁面波形的相位差為90°，壓強分布對于波峰或波谷不對稱，因此在X方向上產(chǎn)生壓差阻力。稱為波阻。什么是斜激波？答：超音速氣流流經(jīng)經(jīng)過一個楔形體，如果尖楔的頂角足夠小。在其頭頂部就會形成附體激波，氣流和激波斜交，穿過激波后氣流向激波方向轉折一個角度，然后沿著與固壁平行的方向流動。稱這種與氣流方向不垂直的平面激波為斜激波。在給定來流馬赫數(shù)的