大學(xué)流體力學(xué)簡述題7院版

/20XX年復(fù)習(xí)資料大學(xué)復(fù)習(xí)資料專業(yè)：班級：科目老師：日期：

簡述題第一章試解釋流體粘性產(chǎn)生的原因并說明溫度升高對水和氣體值的影響。答：粘性是流體阻止其發(fā)生剪切變形和角變形的一直特性，是流體的固有屬性。粘性阻力產(chǎn)生的物理原因是分子間內(nèi)聚力和分子熱運動造成的流體層之間的動量交換。隨著溫度升高，液體的值會降低，其原因是溫度升高液體分子間距離增大，液體的內(nèi)聚力減小，因而粘度降低；氣體值會升高，其原因是氣體粘性主要來自分子熱運動造成流體層之間的分子的質(zhì)量和動量的交換，溫度升高，分子熱運動加劇。試簡述流體力學(xué)質(zhì)點的定義及特點，簡述連續(xù)介質(zhì)假設(shè)并說明此假設(shè)的主要優(yōu)點。答：流體力學(xué)質(zhì)點是指一微小的流體團，即流體微團，它與所研究物體的特征尺寸相比微不足道，但與它分子的平均自由行程相比卻大得多，使連續(xù)介質(zhì)假設(shè)可以成立。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是指流體充滿一個體積時是不留任何空隙的，其中包括無真空，也無分子間的間隙和分子的運動，即把流體看作連續(xù)性的介質(zhì)。該假設(shè)的兩個主要優(yōu)點是1、不必研究大量分子的瞬時狀態(tài)，而只研究描述流體宏觀狀態(tài)的物理量；2、可以用以連續(xù)函數(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)分析方法處理流體力學(xué)問題。試簡述流體粘性的存在對流體受力、能量消耗方面的影響。答：當流體中發(fā)生層與層之間的相對運動時，由于粘性的存在，速度快的流體層對速度慢的流體層會產(chǎn)生一個拖動力，速度慢的流體層對速度快的流體層會有一個阻力，這兩個力是一對作業(yè)力與反作用力，稱為內(nèi)摩擦力或粘性力，要維持流體運動就必須消耗能量來克服內(nèi)摩擦力，從而造成能量損失。寫出粘性剪切應(yīng)力及剪切力的典型表達式并解釋其物理意義。答：剪切力：物理意義：流體內(nèi)摩擦力的大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，與流體的速度梯度和接觸面積成正比。粘性剪切應(yīng)力：物理意義：單位面積上的摩擦力，流體粘性剪切應(yīng)力大小與流體的性質(zhì)有關(guān)，與流體的速度梯度成正比，與接觸面積無關(guān)。第二章試說明等壓面的定義及特點，分別給出相對靜止的流體及加速度為a的流體等壓面與水平面的夾角。答：在靜止流體中，靜壓強相等的各點所組成的面稱為等壓面，等壓面具有三個重要特點：1.等壓面就是等勢面；2.在平衡流體中，通過某一點的等壓面必與該點所受的質(zhì)量力相互垂直；3.兩種密度不同而又互不相混的流體處于平衡時，他們的分界面必是等壓面。靜止0，加速度a時arctan(a/g)。試解釋置于流體中的平板受力大小、方向以及合力作用點與形心之間的關(guān)系。答：：靜止流體作用在平板上的合力等于該平板幾何中心處的壓強與平板面積的乘積，方向與平板垂直；：壓力中心總是在平板的幾何中心之下，這是因為液體壓強總是隨著深度的增加而增加，所以其合力作用點總是在幾何中心之下。第三章試簡述研究流體的拉格朗日方法和歐拉法，并以速度為例給出兩種方法的表達式。答：拉格朗日法是研究流場內(nèi)個別流體質(zhì)點在不同時刻的位置，流速，壓力等參數(shù)的變化。也就是用隨時間的變化來描述流體質(zhì)點運動參數(shù)，各質(zhì)點運動狀況的總和就構(gòu)成了整個流體的運動,用這種方法可以表示或了解流場中個別流體質(zhì)點的參數(shù)變化情況。；；歐拉法是研究整個流場內(nèi)不同時刻，不同位置上的流體質(zhì)點的參數(shù)。它把注意力集中在選定的空間點而不是流體質(zhì)點上。歐拉法確定的是占據(jù)流場中的全部流體質(zhì)點的瞬時流動參數(shù)。；；試解釋流線和跡線，并寫出二者的描述方程。答：跡線：跡線是流體質(zhì)點在某一時間段內(nèi)的運動軌跡線。流線：流線與跡線不同，它是某一瞬時流場中質(zhì)點的流動方向線。試給出隨流導(dǎo)數(shù)的定義式并簡述各項的物理意義。一般來說，用歐拉法表示的流體質(zhì)點的任何一個物理量N（x,y,z,t），不論其為矢量還是標量，它對時間的變化率都可以表示為：；式中稱為隨流導(dǎo)數(shù)，稱為當?shù)貙?dǎo)數(shù)，稱為遷移導(dǎo)數(shù)。試簡述流面、流管的定義，并分析流管與壁面的相同點和差別。流面：流面：在某一瞬時的流場中任取一非流線曲線L，通過L上每一點連續(xù)做流線，這些流線組成的曲面叫做流面。流管：在流場中取任意非流線封閉曲線L,通過曲線L上每一點連續(xù)地坐流線，則這些流線所構(gòu)成的管狀表面稱為流管。流管與壁面相同點：流體都不能穿過區(qū)別：流管是假想出來的，壁面是真實存在的；流管對流體沒有粘性力作用，壁面有。牛頓變形率揭示了什么樣的物理關(guān)系，試用有關(guān)公式表達出來。答：牛頓流體變形率揭示了粘性應(yīng)力和應(yīng)變率之間的關(guān)系，，試給出雷諾輸運定理表達式并簡述各項的物理意義。答：雷諾輸運定理的表達式為。其物理意義是某瞬時控制體內(nèi)流體所構(gòu)成的體系具有的隨流物理量總和對時間的變化率，等于同一瞬間控制體中同一隨流物理量之和對時間的變化率與單位時間內(nèi)該物理量通過控制面凈流出量之和。試給出不可壓縮流中廣義伯努利方程的表達式，并給出該方程的適用情況。答：；成立的條件是只有重力作用，理想的不可壓縮流體沿流線或無旋流場。試簡述四種流體運動形式并給出各運動形式的表達式。答：1.平移：在流場中取一流體微團，經(jīng)過dt時間后，微團處在不同的位置，但微團內(nèi)各點相對位置沒有改變，微團形狀也沒有發(fā)生變化。轉(zhuǎn)動：在流場中取一流體微團，經(jīng)過dt時間后，微團中一點O的位置沒有變化，其他點與O點的連線相對原來轉(zhuǎn)過一定角度。；角變形：在流場中取一流體微團，經(jīng)過dt時間后，微團中一點O的位置沒有變化，其他點與O點的連線相對原來轉(zhuǎn)過一定角度，但各點相對原來轉(zhuǎn)過角度不同，產(chǎn)生角變形。；體變形：流體微團中的點相對微團極點在各個方向有速度，導(dǎo)致微團在各方向伸長或收縮，叫做體變形。；第五章試敘述雷諾試驗反映的物理現(xiàn)象。答：雷諾試驗揭示了1.流體的流動存在兩種截然不同的流動狀態(tài)和2.不同流態(tài)與沿程水頭損失的關(guān)系。試給出雷諾數(shù)的定義并解釋其物理意義，并根據(jù)雷諾數(shù)變化分析流體流動為層流或湍流的原因。答：：雷諾數(shù)是反映流體流動的慣性力與粘性力之比的一個無因次參數(shù)；當時，流動為層流，時，流動為湍流。試從流動規(guī)則情況、速度分布、摩擦阻力和流動的機械能損失等方面簡述層流流動和湍流流動的差別。答：湍流流動與層流流動相比，在速度分布、摩擦阻力和流動的機械能損失等方面的差別表現(xiàn)為層流時，流體質(zhì)點除縱向運動外，不能在橫向作大范圍的遷移，摩擦阻力較小，流動的機械能損失??；湍流時，流體質(zhì)點在向前運動時，還有很大的橫向速度，橫向速度的大小和方向是不斷變化的。局部損失的類型有哪些？答：流道彎曲、流通截面突然擴大或縮小以及流體通道設(shè)置了各種各樣的物件。第七章對不可壓縮流動，試述在收縮管道和擴張管道中附面層形成和發(fā)展的區(qū)別。答：收縮管道中，流體進入之前，附面層已有相當發(fā)展，具有一定厚度。進入收縮管道后，由于主流區(qū)內(nèi)流體的加速而使壓力逐漸降低，附面層在順壓力的作用下逐漸變薄。在整個管道中，附面層是逐漸發(fā)展的。擴張管道中，由于流道截面逐漸增大，主流區(qū)中壓力不斷增高，知道動能不足以補充壓力能，對附面層內(nèi)流體能量供應(yīng)減弱，使附面層沿流動方向迅速增厚，最終出現(xiàn)倒流。在這種流動中，附面層不是連續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的。試寫出附面層位移厚度和動量損失厚度的表達式并分別解釋其物理意義。答：位移厚度：物理意義：由于附面層的存在，實際流過附面層內(nèi)流體流量的減少量動量損失厚度：物理意義：由于附面層的存在，單位時間內(nèi)通過附面層的流體的動量損失，認為其相當于主流流體單位時間內(nèi)通過厚度為的區(qū)域內(nèi)具有的動量。試給出附面層的定義并簡述附面層的提出帶來的好處。答：附面層：靠近物體表面速度梯度很大的一層好處：可以把流場分為兩個部分：一是附面層及尾流區(qū)，在這一區(qū)域必須按N-S方程求解，但這一區(qū)域很小，流動可看成是平行于物體表面的，使得N-S方程大大簡化；二是除附面層及尾流區(qū)以外的區(qū)域，可按照理想流體流動來計算。此外，附面層的計算對研究流動阻力，對流傳熱，物質(zhì)擴散等工程實際問題具有指導(dǎo)意義。第九章試述弱擾動在亞聲速流和超聲速流動中的傳播規(guī)律。答：弱擾動在亞聲速流動中，擾動會向上游傳播，其影響范圍是全流場的；超聲速流中，擾動不能向上游傳播，其影響范圍限于以擾動源為頂點，以通過該點氣流之流動方向為中心線的圓錐范圍。在等熵絕能收縮管道中，超聲速流動是減速的，而壓聲速流動是加速的，試用流量函數(shù)分析其原因。答：一維定常流動中，各截面流量相等，即等熵絕能管道中則有在收縮管道中，管道截面積減小，增大，超聲速氣流，由函數(shù)圖像可知，減小，氣流減速；亞聲速氣流，由函數(shù)圖像可知，增大，氣流加速。在等熵絕能擴張管道中，超聲速流動是加速的，而壓聲速流動是減速的，試用流量函數(shù)曲線分析其原因。答：同上。第十章試簡述產(chǎn)生膨脹波的條件及氣流經(jīng)過膨脹波后的參數(shù)變化趨勢。答：產(chǎn)生膨脹波條件：超聲速氣流繞外鈍角或凸壁流動。參數(shù)變化：氣流加速，壓強，密度下降。試簡述產(chǎn)生激波的條件及氣流經(jīng)過激波后的參數(shù)變化趨勢。答：產(chǎn)生激波的條件：超聲速氣流突然減速和轉(zhuǎn)向。參數(shù)變化：壓強，密度，溫度均升高，速度突然下降。馬赫數(shù)下降，總壓下降，總溫不變。第十一章一個管道將亞聲速流變?yōu)槌曀倭鞯臈l件是什么？答：一個管道將亞聲速流變?yōu)槌曀倭鞯臈l件是先收縮再放大。試簡述噴管和擴壓器的定義，并說明在超聲速來流和亞聲速來流情況下，兩種流動部件的形狀。答：使氣流加速的管道叫做噴管，使氣流壓強增大的管道叫做擴壓器。對于噴管，當為超聲速來流時，應(yīng)該為擴張管；當為亞聲速來流時，應(yīng)該是收縮管。擴壓器與之相反。收縮噴管有哪三種狀態(tài)，試簡述各狀態(tài)的流動特點。答：亞臨界流動狀態(tài)：噴管流動直到出口都是亞音流，反壓的變化引起的擾動可以向上游傳播。臨界流動狀態(tài)：噴管出口為音速，管內(nèi)流量最大。超臨界流動狀態(tài)：噴管出口為音速，反壓擾動不影響管內(nèi)流動。收縮噴管壅塞狀態(tài)是如何定義的？試簡述在收縮噴管壅塞狀態(tài)，提高來流總壓，收縮噴管中哪些參數(shù)發(fā)生變化，哪些參數(shù)不變。答：收縮噴管的雍塞狀態(tài)是指出現(xiàn)臨界截面，流量達到最大值的狀態(tài)。只提高來流總壓，噴管內(nèi)任一截面的M數(shù)，p/p*，T/T*都不變。收縮噴管壅塞狀態(tài)是如何定義的？在收縮噴管壅塞狀態(tài)，降低反壓，收縮噴管中參數(shù)如何變化？答：同上。拉瓦爾噴管工作狀態(tài)判據(jù)有哪些？這些判據(jù)如何計算？拉瓦爾噴管工作狀態(tài)由三個特征壓比，,來判別。,,拉瓦爾噴管狀態(tài)有哪些？各狀態(tài)的流動特性如何？答