(流體力學(xué))第1～5章思考題解答

(流體力學(xué))第1～5章思考題解答LtD《工程流體力學(xué)》思考題解答第1章緒論1.1答：流體與固體相比，流體的抗剪切性能很差，靜止的流體幾乎不能承受任何微小的剪切力；在一般情況下，流體的抗壓縮性能也不如固體的抗壓縮性能強(qiáng)。液體與氣體相比，液體的壓縮性與膨脹性均很小，能夠承受較大的外界壓力，而氣體由于壓縮性和膨脹性都很大，所以氣體不能承受較大的外界壓力。氣體受壓時(shí)，變形通常會非常明顯?！?.7答：=4\*GB3④=1\*GB3①=4\*GB3④=1\*GB3①=4\*GB3④=4\*GB3④1.8正確。1.9錯(cuò)誤。第2章流體靜力學(xué)基礎(chǔ)思考題答：C答：D答：不能認(rèn)為壓強(qiáng)是矢量，因?yàn)閴簭?qiáng)本身只是流體內(nèi)部位置坐標(biāo)點(diǎn)的函數(shù)，與從原點(diǎn)指流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡線。答：=2\*GB3②答：（1）是恒定流，其中=1\*ROMANI、=3\*ROMANIII是均勻流，=2\*ROMANII是非均勻流。（2）非恒定流。（3）有關(guān)系。如果=2\*ROMANII段較長，則為漸變流；較短則為急變流。3.5答：與過流斷面上流速分布是否均勻沒有關(guān)系，存在非恒定均勻流和恒定急變流。3.6答：=3\*GB3③3.7答：=3\*GB3③3.8答：斷面平均流速：斷面各個(gè)點(diǎn)流速的平均值。采用一元流動分析法時(shí)必須引入此概念。3.9答：在同一過流斷面上，。答：=4\*GB3④答：（1），從能量方程分析，，而，，則，且，所以（2），從能量方程分析，，而，，且，所以。（3）不一定。同樣由能量方程分析，，式中，，且，，所以不一定小于。3.12答：讀數(shù)不會改變。因?yàn)?.13答：將閥門開大時(shí)，A點(diǎn)處的流速加大，壓強(qiáng)減小，出現(xiàn)負(fù)壓，此時(shí)玻璃管中的水會提升一個(gè)高度，當(dāng)閥門開大到一定程度時(shí)，提升的水柱高度會到達(dá)A點(diǎn)，則玻璃管中的水向上流動。3.14答：如果Q相等，則v一定相等。計(jì)算壓強(qiáng)時(shí)，用公式：，由于各點(diǎn)的位置高度和水頭損失不同，所以壓強(qiáng)不相同。答：=3\*GB3③答：答：下降；上升、水平或下降。答：=1\*GB2⑴c受力最大，a受力最小。=2\*GB2⑵當(dāng)時(shí)葉片受力最大。第4章流動阻力和水頭損失答：雷諾數(shù)的力學(xué)意義是表征流體質(zhì)點(diǎn)所受的慣性力和粘滯力作用之比。如果流動平穩(wěn)，沒有任何擾動，渦體不易形成，則雷諾數(shù)雖然達(dá)到一定的數(shù)值，也不可能產(chǎn)生紊流，所以自層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，上臨界雷諾數(shù)極不穩(wěn)定。反之，自紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)，只要雷諾數(shù)降低到一定數(shù)值，慣性力將不足以克服粘滯力，即使渦體存在，也不能摻入臨層，所以不管有無擾動，下臨界雷諾數(shù)都是比較穩(wěn)定的。這正是雷諾數(shù)能夠成為判斷流態(tài)類型的重要參數(shù)原由。答：決定流態(tài)三個(gè)參量：流速、管道面積、液體粘性，所以不能單獨(dú)用臨界流速作為判斷層流、紊流的依據(jù)。答：空氣更容易成為紊流，因?yàn)榭諝獾恼承员人『芏?，雷諾數(shù)要大很多。答：推導(dǎo)該方程是從力的平衡推導(dǎo)的，與層流、紊流沒有關(guān)系。答：紊流的主要特征：運(yùn)動要素表現(xiàn)為脈動、存在粘性底層、產(chǎn)生附加切應(yīng)力、斷面流速分布均勻化。紊流的恒定流是時(shí)均的恒定流，嚴(yán)格上講脈動與恒定兩者確實(shí)存在矛盾，但經(jīng)過時(shí)均化處理后，可以滿足流體力學(xué)的計(jì)算精度要求。答：紊流阻力除了層流阻力之外，還會產(chǎn)生附加切應(yīng)力。產(chǎn)生附加切應(yīng)力主要是因?yàn)闇u體產(chǎn)生的脈動而引起的升力。答：沒有。答：實(shí)驗(yàn)研究揭示，在靠近邊壁的流層內(nèi)，由于邊壁約束流體質(zhì)點(diǎn)基本不能垂直于邊壁方向運(yùn)動，而且流速梯度較大，粘滯切應(yīng)力起主導(dǎo)作用，該薄層稱為粘性底層（或?qū)恿鞯讓樱８鶕?jù)粗糙度的大小和粘性底層厚度的比較，可以將流道壁面分成三種類型：（1）水力光滑面。當(dāng)雷諾數(shù)Re較小或絕對粗糙度較小時(shí)，粘性底層厚度可以大于粗糙度若干倍，粘性底層能夠完全掩蓋住粗糙突體，流體在平直的粘性底層上滑動，象在光滑壁面上流動一樣，邊壁對流動的阻力只有粘性底層的粘滯阻力，粗糙度對紊流不起任何作用。這種壁面稱為水力光滑面（或光滑面）。（2）水力粗糙面。當(dāng)Re較大或較大時(shí)，粘性底層極薄，可以小于若干倍，紊流繞過突入到紊流區(qū)的粗糙體時(shí)會產(chǎn)生小漩渦，加劇了紊流的脈動作用。此時(shí)，邊壁對流動的阻力主要由這些小漩渦的橫向摻混運(yùn)動而形成，而粘性底層的粘滯阻力作用是十分微弱的，邊壁粗糙度對紊流的影響將起主導(dǎo)作用。這種壁面稱為水力粗糙面（或粗糙面）。（3）過渡粗糙面。粘性底層已不足以完全掩蓋住邊壁粗糙度的影響，但粗糙度還沒有起決定性作用，介于水力光滑與水力粗糙之間，這種壁面稱為過渡粗糙面。值得說明的是，水力光滑面或粗糙面并非完全取決于固體邊界表面本身是光滑還是粗糙，而必須依據(jù)粘性底層和絕對粗糙度兩者的相對大小來確定，即使同一固體邊壁，在某一雷諾數(shù)下可能是光滑面，而在另一雷諾數(shù)下又可能是粗糙面。答：（1）層流區(qū)。，理論公式是λ=64/Re。（2）層流到紊流的過渡區(qū)。由于過渡流態(tài)極不穩(wěn)定，因此實(shí)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)散亂。無成熟公式。（3）水力光滑區(qū)。λ只與Re有關(guān)而與無關(guān)，且隨Re的增大而減小，。（4）過渡粗糙區(qū)。λ既與Re有關(guān)，又與有關(guān)。。（5）水力粗糙區(qū)。λ只與有關(guān)，而與Re無關(guān)。，當(dāng)λ與Re無關(guān)時(shí)，由達(dá)西公式可見，沿程水頭損失與流速的平方成正比，因此水力粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)。答：將工業(yè)管道和人工管道在同樣試驗(yàn)條件下，進(jìn)行沿程水頭損失試驗(yàn)，把具有同一沿程阻力系數(shù)值的人工砂粒粗糙度作為工業(yè)管道的當(dāng)量粗糙度，也以表示。答：內(nèi)因：流體的粘性；外因：邊界形狀突變。答：2答：=2\*GB3②答：=2\*GB3②答：=1\*GB3①答：=1\*GB3①∵，從可知，當(dāng)相等時(shí)，流速v相等，∴由可知，。答：=3\*GB3③∵兩斷面的測壓管液面差h反映的是兩斷面間的測壓管水頭差ΔHp，要加上各自的流速水頭才代表兩斷面間的總水頭差ΔH，而（a）、（b）兩圖兩斷面的流速水頭不相等，∴只有圖（c）正確。第5章孔口、管嘴出流及有壓管流答：。主要是由于收縮斷面處出現(xiàn)真空，對容器內(nèi)的液體產(chǎn)生抽吸作用的緣故。5.2答：當(dāng)液流中壓強(qiáng)小于當(dāng)時(shí)氣溫下的汽化壓強(qiáng)時(shí)，液流便開始汽化，管嘴可能產(chǎn)生空蝕破壞；同時(shí)，收縮端面壓強(qiáng)較低時(shí)，會將空氣由管嘴出口吸入，從而破壞原來的真空狀態(tài)，管嘴內(nèi)的流動變?yōu)榭卓谧杂沙隽鳎隽髂芰档?。管嘴正常工作的收縮斷面最大真空度為7.0m，因此得到作用水頭必須滿足的條件為此外，當(dāng)管嘴長度小于時(shí)，收縮斷面與管嘴出口的距離太小，液流未充分?jǐn)U散以前便抵達(dá)出口，收縮斷面上不能形成真空，管嘴不能發(fā)揮作用；若管嘴長度過大，沿程損失增大，出流能力減小。所以，長度為的短管出流才稱為管嘴出流。所以圓柱形外管嘴的正常工作條件是：（1）作用水頭；（2）管嘴長度。答：=4\*GB3④答：=3\*GB3③答：=2\*GB3②答：=3\*GB3③答：=4\*GB3④答：=1\*GB3①答：=3\*GB3③答：=3\*GB3③答：=1\*GB3①答：=2\*GB3②答：=2\*GB3②答：=4\*GB3④答：=3\*GB3③為便于描述，引入阻抗S的概念：在紊流粗糙區(qū)，阻抗S與流量Q無關(guān)。在作用水頭不變的條件下，(1)式中：對于并聯(lián)管段2、3，水頭損失相等：代入（1）式：當(dāng)H、S1、S2、S4