工程流體力學簡答題

1.什么是黏性?當溫度變化時,黏性如何變化?為什么？當流體內部存在相對運動時，流體內產生內摩擦力阻礙相對運動的屬性。氣體的粘性隨溫度的升高而升高；液體的粘性隨溫度的升高而降低。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因。溫度的升高，分子間距離增大，引力減小。分子作混亂運動時不同流層間動量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高，混亂運動強烈，動量交換頻繁，氣體粘度越大2.解釋：牛頓流體、理想流體牛頓流體：切應力與速度梯度成正比的流體理想流體：沒有粘性的流體3.流體靜壓強的兩的特性是什么？流體靜壓強的方向是作用面內法線方向，即垂直指向作用面。流體靜壓強的大小與作用面方位無關，是點坐標的函數(shù)4、畫出以下曲面對應的壓力體?！?分〕★5.分別畫出以下圖中曲面A、B、C對應的壓力體〔6分〕6.寫出不可壓縮粘性流體總流的能量方程式，并說明各項的物理意義和應用條件。單位重量流體的動能單位重量流體的壓能單位重量流體的位能單位重量流體的兩斷面間流動損失不可壓縮粘性流體在重力場中定常流動，沿流向任兩緩變流過流斷面7.什么是流線？它有那些根本特性？流場中某一瞬時一系列流體質點的流動方向線。一般流線是一條光滑曲線、不能相交和轉折定常流動中，流線與跡線重合。8.解釋：定常流動、層流流動、二元流動。定常流動：運動要素不隨時間改變層流流動：流體分層流動，層與層之間互不混合。二元流動：運動要素是兩個坐標的函數(shù)。9.解釋：流線、跡線流線：流場中某一瞬時，一系列流體質點的平均流動方向線。曲線上任意一點的切線方向與該點速度方向一致。跡線：流場中一時間段內某流體質點的運動軌跡。10.描述流動運動有哪兩種方法，它們的區(qū)別是什么？歐拉法，以流體空間點為研究對象拉格朗日法：以流體質點為研究對象11.什么是量綱？流體力學中的根本量綱有哪些？寫出壓強、加速度的量綱。物理量單位的種類，長度、時間、質量、壓強ML-1T-2，加速度LT-212.在量綱分析中，定理的內容是什么？如果一物理過程涉及n個物理量，包含m個根本量綱，那么該過程一定可以用n個物理量組成的n-m個無量綱來描述。，14.對于給定的管道，水力光滑管是否可以變?yōu)樗Υ植诠?？為什么？可以。粘性底層的厚度大于絕對粗糙度，水力光滑。粘性底層的厚度小于絕對粗糙度，水力粗糙。對給定管道，粘性底層的厚度隨雷諾數(shù)變化。速度增大，Re增大，粘性底層的厚度變小，水力光滑變?yōu)樗Υ植凇?5.解釋管道水力計算中的兩個概念：水力光滑管、短管水力光滑管：粘性底層的厚度大于管壁的絕對粗糙度，凹凸不平淹沒在粘性底層中，流體主流感受不到管壁粗糙的影響，就像在光滑的管中流動。短管：水力計算中，局部損失占有相當比例，不能忽略的管道系統(tǒng)。16.流體在管內流動的流動損失有哪兩種？是如何產生的？計算公式如何？沿程損失；發(fā)生在緩變流動中，由于流體的粘性摩擦；局部損失；發(fā)生在急變流動中，由于流體的碰撞、速度調整、產生漩渦；17.寫出當量直徑與當量管長的定義公式。18.什么是紊流？圓管中的紊流流動由哪幾局部構成？流體質點作復雜不規(guī)那么運動，相互干擾和摻混。粘性底層、紊流核心區(qū)和過渡區(qū)19.尼古拉茲試驗曲線中，流體的流動可以分為幾個區(qū)域？各區(qū)的沿程損失系數(shù)有何特點？五個層流區(qū)λ=f(Re)過渡區(qū)不穩(wěn)定，實驗點分散λ=f(Re)紊流光滑管區(qū)λ=f(Re)紊流粗糙管過渡區(qū)λ=f(Re，ε/d)紊流粗糙管平方阻力區(qū)λ=f(ε/d)20.什么是水擊？如何減小水擊作用力？管內有壓流動，由于外界某種原因，引起流速突然變化，從而局部壓強突然變化，壓力波在管內往復波動，引起管道振動的現(xiàn)象。延長操作時間；降低管長、減小管壁厚度、增大管徑、減小管壁彈性模量、保護措施21.證明：層流時沿程能量損失hf與管內流體的平均流速v的一次方成正比。22.流體在圓管內層流流動，速度分布、切應力分布有何特點？〔畫圖并說明〕切應力線性分布，管道中心最小，為零。速度拋物線分布，管道中心最大，平均流速是最大流速的一半23.當流動處于紊流粗糙管區(qū)時，雷諾數(shù)增大，沿程阻力系數(shù)是否增大，沿程阻力損失是否增大？為什么？雷諾數(shù)增大，沿程阻力系數(shù)不增大，只與相對粗糙度有關。沿程阻力損失增大。雷諾數(shù)增大，速度增大。24.什么是紊流？紊流速度如何表示？式中各符號的含義如何？寫出紊流時均速度的定義式。紊流：流體質點作復雜不規(guī)那么運動，流體質點相互干擾、摻混。瞬時值、時均值、脈動值25.理想不可壓縮流體繞流葉型時為什么會產生升力？下外表流體繞過后緣點時速度高、壓強低，流向上外表的后駐點時，氣流發(fā)生別離，產生逆時針的漩渦，葉型上必然同時產生一強度相等、方向相反的順時針漩渦。由于漩渦產生，后駐點向后緣點移動，形成下游的啟動渦和葉型上的附著渦。順時針漩渦使上層速度加快、壓強降低；下層速度減小，壓強增高。上下外表的壓強差對葉型產生了升力。26．粘性流體繞流物體的阻力可分為哪兩種？如何減?。磕Σ磷枇Α翰钭枇Α残螤钭枇Α碁闇p小摩擦阻力，使該物體的層流邊界層盡可能延長，或使層流邊界層轉變紊流邊界層的轉變點盡可能往后推移。為減小壓差阻力，使邊界層別離點盡量后移。27.試解釋：對于圓球，在Re3時，繞流阻力系數(shù)急劇下降的原因。邊界層由處于紊流，別離點后移，漩渦區(qū)顯著減小，壓差阻力大大降低，雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大幅降低。28.邊界層有何特點？發(fā)生邊界層別離的必要條件是什么？很?。谎亓鲃臃较蛑饾u增厚；速度梯度大；層流、紊流兩種流態(tài)；粘性力不可忽略；壓強等于外邊界上的壓強。減速增壓粘性流體29.理想的不可壓縮流體繞流翼型，產生升力的原因是什么？下外表流體繞過后緣點時速度高、壓強低，流向上外表的后駐點時，氣流發(fā)生別離，產生逆時針的漩渦，葉型上必然同時產生一強度相等、方向相反的順時針漩渦。由于漩渦產生，后駐點向后緣點移動，形成下游的啟動渦和葉型上的附著渦。順時針漩渦使上層速度加快、壓強降低；下層速度減小，壓強增高。上下外表的壓強差對葉型產生了升力。30．假設要將亞聲速氣流加速為超聲速氣流，管道截面積應如何變化？先收縮后擴大亞音速：Ma＜1，dv＞0，dA＜0超音速：Ma＞1，dv＞0，dA＞031.討論超音速氣流經(jīng)過膨脹波與壓縮波后氣流的速度、壓強及溫度的變化規(guī)律。超音速氣流經(jīng)過膨脹波：速度增加、壓強降低、溫度降低超音速氣流經(jīng)過壓縮波：速度減低、壓強、溫度升高32.氣體等熵流動中，什么是滯止狀態(tài)？什么是極限狀態(tài)？什么是臨界狀態(tài)？滯止狀態(tài)：等熵流動變化到速度為零極限狀態(tài)：等熵流動變化到速度最大臨界狀態(tài)：等熵流動變化到速度等于當?shù)芈曀?3.亞聲速氣流通過漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么？亞音速：Ma＜1，漸縮dA＜0成立，dv＞0，加速至音速，馬赫數(shù)最大為134.簡要說明微弱擾動波在靜止、亞聲速、聲速、超聲速氣流中傳播的特點。微弱擾動波在靜止氣流中傳播無界微弱擾動波在亞聲速氣流中傳播無界微弱擾動波在聲速氣流中傳播有界，半個空間微弱擾動波在超聲速氣流中傳播有界，馬赫錐35.假設想將氣流加速，通道的截面積應如何變化？亞音速：Ma＜1，dv＞0，dA＜0收縮超音速：Ma＞1，，dv＞0，dA＞0擴大36、請說出：牛頓流體、重力流體、不可壓縮流體、理想流體、正壓性流體這樣五個概念的定義。牛頓流體：切應力與速度梯度成正比的流體。重力流體：質量力只有重力的流體。不可壓流體：密度保持不變的流體。理想流體：沒有粘性的流體正壓性流體：密度只隨壓強變化的流體37、什么是虹吸現(xiàn)象？虹吸流動的動力是什么？虹吸現(xiàn)象：流體自動地從高位液面，經(jīng)過高于液面的管道流向低位液面的現(xiàn)象。動力為上下液面的高度差。38、現(xiàn)象一：1940年美國華盛頓州，一座懸索橋在19m/s的風中倒塌?，F(xiàn)象二：火車開過時，必須遠離，否那么有被卷入的危險。試用所學的流體力學知識解釋這兩個現(xiàn)象?，F(xiàn)象一：卡門渦街。流體繞過圓柱或鈍形物體，當雷諾數(shù)到達某一值時，物體尾部出現(xiàn)對稱交錯排列的漩渦組合。卡門渦街的振動頻率與物體的頻率合拍，共振，造成破壞?，F(xiàn)象二。伯努利方程〔能量方程〕。動能增加，壓能降低，負壓〔真空〕，卷入。39、流體在圓管內紊流流動，在截面上，1、2、3分別表示什么區(qū)域？水力光滑管是如何定義的？水力光滑管的沿程損失系數(shù)有何特點？粘性底層，過渡區(qū)，紊流核心區(qū)。粘性底層的厚度大于管壁的絕對粗糙度，凹凸不平淹沒在粘性底層中，流體就像在光滑的管仲流動一樣，這樣的管道稱水力光滑管，沿程損失系數(shù)只與雷諾數(shù)有關。40、畫出以下曲面所對應的壓力體，并標曲面所受垂直分力的方向。1、41、液體在一粗細不勻的水平管中穩(wěn)定流動，壓強計中水銀液面能否出現(xiàn)如圖高度差？假設能，其流動方向如何，為什么？假設不能，其原因又何在？能，從右往左流動根據(jù)壓力計，右側壓強大；根據(jù)連續(xù)性方程，右側速度大。右側能量高于左側，從右往左流動。42、在風洞中做流體繞流圓球試驗，當時，繞流阻力系數(shù)。假設在圓球前部加一細絲，同一雷諾數(shù)下，測得阻力系數(shù)為。試問阻力系數(shù)迅速減小的原因?！城?，高雷諾數(shù)下，壓差阻力為主。假設在圓球前部加一細絲，流動紊流，紊流摻混作用，邊界層別離點后移，壓差阻力變小。雖然摩擦阻力有所增加，但總阻力大大變小。、43、名詞解釋：當量直徑；當量長度；激波當量直徑：4倍的有效截面積與濕周的比當量長度：局部損失等值折合成某一長度上的沿程損失，該長度稱當量長度。激波：強壓縮波44、從力學角度，流體的定義是什么？流體的根本物理屬性有哪些？在任何微小剪切力作用下，都能連續(xù)變形的物體流動性，粘性，壓縮性、膨脹性、慣性45.什么是流線？流線是否可以相交或轉折？不可壓理想流體平面流動，沿彎曲流線切線方向與主法線方向，如速度變大，壓強分別如何變化？流場中一系列流體質點的流動平均方向線，曲線上任意一點的切線方向與該點速度方向一致。一般不能相交轉折，速度為零的點和無窮大的點除外。如：繞流和點源流動等沿流線切線、法線方向，速度增大，壓強變小。46、什么是邊界層，邊界層別離的必要條件是什么？從邊界層控制角度，談談如何減小繞流的阻力。大雷諾數(shù)下，粘性流體繞過物體，緊靠物體外表上的速度從零迅速增大到來流速度的速度梯度較大的薄層。減速增壓。減小摩擦阻力，邊界層層流，或層流紊流的轉變點后移。減小壓差阻力，邊界層紊流，或邊界層別離點前移47、在管內流動中，什么是局部損失？常見的發(fā)生局部損失的部位有哪些？如何減小局部損失？發(fā)生在急變流中的，由于流體碰撞，旋渦速度調整造成的損失。管道進出口，彎管，管道突然擴大突然縮小處，分流合流處；閥門、表計等局部部件處。改善進口條件，流線型入口；漸縮漸擴；導流板；減小分流合流角；合理布置管道附件。48.試述流體粘性產生的物理原因。分子間的引力和不同流層間動量交換是粘性產生的原因。分子間的引力是形成液體粘性的主要原因。溫度的升高，引力減小。分子作混亂運動時不同流層間動量交換是形成氣體粘性的主要原因。溫度的升高，混亂運動強烈，動量交換頻繁，氣體粘度越大49、削弱水擊的方法有哪些?(1)、增大管徑減小流速，可以局部地減小水擊壓強。(2)、縮短管道長度。(3)、設置調壓室。(4)、延長閥門關閉時間。(5)、采取合理的閥門關閉規(guī)律，控制水擊壓強的上升速度，使其值最小。(6)、安裝減壓閥。50、什么是邊界層別離現(xiàn)象?其產生的條件是什么?是指原來緊貼壁面流動的邊界層脫離壁面的現(xiàn)象。邊界層別離的根本原因是粘性的存在〔無粘性沒有別離現(xiàn)象〕，別離的條件是逆壓梯度的存在，別離的實際發(fā)生那么是由流體元的滯止和倒流引起的。51、亞聲速氣流通過漸縮噴管出口馬赫數(shù)最大為多少？為什么？最大為1.漸縮噴管dA<0，dv＞0，加速至聲速，Ma＝1.１、“截面積大處速度小，截面積小處速度大〞對嗎？為什么？一維流動的連續(xù)方程成立的條件是不可壓縮流體，倘假設是可壓縮流體，那么連續(xù)方程為52、兩恒定流流動相似應滿足哪些條件？答：應滿足幾何相似，動力相似，運動相似及初始條件、邊界條件相似。３、同一管道中的流體流動，是否既可以處于水力光滑管，也可以處于水力粗糙管狀態(tài)？為什么？是，在同一管道中假設水流速度在某兩處不，對應的Re數(shù)不同，那么這兩處的粘性底層會有所不同，可能出現(xiàn)的情況。53、試述庫塔條件及庫塔－儒可夫斯基升力公式的內容？并簡要說明升力如何產生？FL=Fy=-ρv∞Г。理想流體均勻等速繞流圓柱體有環(huán)流的流動中，在垂直來流的方向上，流體作用在單位圓柱長度上的升力大小等于來流密度、來流速度和速度環(huán)量三者的乘積，升力的方向為來流速度矢量沿反速度環(huán)流的方向旋轉90°。機翼一般是不對稱的，上外表比擬凸，而下外表比擬平，流過機翼上外表的氣流流速較快，而流過機翼下外表的氣流正好相反，流速較上外表的氣流慢。流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小，這樣機翼下外表的壓強就比上外表的壓強高，換一句話說，就是大氣施加與機翼下外表的壓力方向向上比施加于機翼上外表的壓力大，二者的壓力差便形成了飛機的升力。