流體力學C復習

流體力學復習內(nèi)蒙古科技大學能源與環(huán)境學院2024.10一、名詞解釋1、壓力體：是指三個面所封閉的流體體積，即底面是受壓曲面，頂面是受壓曲面邊界線封閉的面積在自由面或者其延長面上的投影面，中間是通過受壓曲面邊界線所作的鉛直投影面。2、歐拉法：研究流體力學的一種方法，是指通過描述物理量在空間的分布來研究流體運動的方法。3、拉格朗日法：通過描述每一質(zhì)點的運動達到了解流體運動的方法稱為拉格朗日法。4、恒定流動：流場中，流體流速以及由流速決定的壓強、粘性力、慣性力等也不隨時間變化的流動。5、流線:流場中，在某一時刻，各點的切線方向與通過該點的流體質(zhì)點的流速方向重合的空間曲線稱為流線。6、跡線：跡線是單個質(zhì)點在連續(xù)時間過程內(nèi)的流動軌跡線。跡線是拉格朗日法描述流動的一種方法。跡線只與流體質(zhì)點有關(guān)，對不同的質(zhì)點，跡線的形狀可能不同。但對一確定的質(zhì)點而言，其跡線的形狀不隨時間變化。7、均勻流：對于恒定流，若同一流線上各點的運動要素均相等，也就是說運動要素與流程無關(guān)，這種水流稱為均勻流；否則稱為非均勻流。對于均勻流來說，液體質(zhì)點速度的大小和方向沿流程保持不變，即遷移加速度為零，質(zhì)點只能沿流線作勻速直線運動。對于斷面形狀和尺寸及邊界條件沿程不變的長直渠道或管道中的水流運動，都屬于均勻流。8、沿程阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時，由于流體內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生的阻力，阻力的大小與路程長度成正比。沿程阻力（直管阻力）損失的計算式中λ——摩擦系數(shù)，與雷諾數(shù)Re和管壁粗糙度ε有關(guān)，可實驗測定，也可計算得出。9、局部阻力：流體的邊界在局部地區(qū)發(fā)生急劇變化時，迫使主流脫離邊壁而形成漩渦，流體質(zhì)點間產(chǎn)生劇烈的碰撞，所形成的阻力稱為局部阻力。10、層流：層流是流體的一種流動狀態(tài)。當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，或稱為片流11、紊流：當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流12、雷諾數(shù)：是反應(yīng)流體流動狀態(tài)的數(shù)，雷諾數(shù)的大小反應(yīng)了流體流動時，流體質(zhì)點慣性力和粘性力的對比關(guān)系。二、填空1mmH2O=________N/m2.(9.8或9.8079.8110)流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高液體的粘滯性；溫度降低氣體的粘滯性。3、描述流體運動的方法有______________和______________.(歐拉法、拉格朗日法)4、流體的主要力學模型是指___________、__________和不可壓縮性.(連續(xù)介質(zhì)、無粘滯性)5、雷諾數(shù)是反映流體流動狀態(tài)的準數(shù)，它反映了流體流動時_________與___________的對比關(guān)系.(慣性力粘性力)6、一元流動連續(xù)性方程推導的理論依據(jù)是守恒定律。7、理想流體伯努力方程＝常數(shù)中，其中表示水頭，表示水頭，表示水頭，稱為水頭。8、恒定流流動中，流線和跡線。9、紊流的運動特征是，較合適的處理方法是，在高紊流運動狀態(tài)下，流體紊流切應(yīng)力主要是。10、一元流動伯努利方程推導的理論依據(jù)是守恒定律。11、水在圓管中作層流運動，則過流斷面速度分布是，軸心速度和平均速度的關(guān)系是。流體在管道中流動時，流動阻力包括和。（沿程阻力、局部阻力）等等，類似于這樣的填空例題！三、判斷題1、處于靜止或相對平衡液體的水平面是等壓面答：錯。靜止液體內(nèi)水平面是等壓面；作等角速度旋轉(zhuǎn)運動液體內(nèi)的水平面不是等壓面；作等加速直線運動液體內(nèi)的水平面不是等壓面。2、流體的粘滯性隨溫度變化而變化，溫度升高粘滯性減小；溫度降低粘滯性增大答：錯。流體的粘滯性隨溫度變化而變化。對于液體，溫度升高粘滯性減?。粶囟冉档驼硿栽龃?；但對于氣體，溫度升高粘滯性增大；溫度降低粘滯性減小。3、層流、均勻流是恒定流，紊流、急變流或漸變流是非恒定流答：錯。都是恒定流。4.相對壓強是指以海平面大氣壓為零點起算的壓強；答：錯，相對壓強是指以當?shù)卮髿鈮簽榱泓c起算的壓強5、氣體在管路中流動時，沿流動方向管道截面積增大，流速減?。唤孛娣e減小，流速增大答：錯。氣體在管路中流動，當流速小于當?shù)匾羲贂r，沿流動方向管道截面積增大，流速減??；截面積減小，流速增大。氣體在管路中流動，當流速大于當?shù)匾羲贂r，沿流動方向管道截面積增大，流速增大；截面積減小，流速減小。6、流體流動時切應(yīng)力與流體的粘性有關(guān)，與其它無關(guān)；答：錯。層流時，切應(yīng)力主要與流體的粘性有關(guān)；紊流時主要與流體的慣性力有關(guān)。7.懸浮速度是指顆粒所受的浮力、重力和繞流阻力平衡情況下的氣流速度。答：正確。8、管嘴出流流動時，在管嘴中能夠形成真空區(qū)域，由此能夠促使出流流量增大；答：正確。9、管流處于層流流動時，沿程阻力系數(shù)只與Re有關(guān)，而阻力平方區(qū)，沿程阻力系數(shù)與Re無關(guān)；答：正確。10、作用在流體上的力，不僅有表面力和質(zhì)量力，還有重力和摩擦切應(yīng)力；答：錯。11.平衡流體中任一點靜壓強的大小與作用面的方位有關(guān)，與空間位置無關(guān)。答：錯。等等，類似于這樣的例題，自己看書總結(jié)復習！四、簡答題1、流體靜壓強的特性流體靜壓強的方向是沿著作用面的內(nèi)法線方向；在靜止或相對靜止的流體中，任一點流體靜壓強的大小與作用面方向無關(guān)，只與該點的位置有關(guān)。2、伯努利方程：Z+P/r+u2/2g=常數(shù)中各項的意義Z：斷面對基準面高度，水力學中稱位置水頭，單位位能；P/r：在斷面壓強作用下，流體沿測壓管所能上升的高度，壓強水頭，單位壓能；u2/2g：斷面以速度u為初速度的鉛直向上射流所能達到的理論高度，流速水頭，單位動能。3、畢托管是廣泛用于測量水流和氣流的一種儀器，試畫出其示意簡圖，并說明其工作原理畢托管示意簡圖如下：以測試液體水為例，如圖所示，液體流進a端開口，水流最初從開口處流入，沿管上升，a端壓強受上升水柱的作用而升高，直到該點處質(zhì)點流速降低到0，abbuuabu其壓強為Pa,然后由a分路流經(jīng)b端開口，流速迅速恢復原有速度u，壓強也降至原有壓強Pb。沿ab流線寫元流能量方程：Pa/r+0=Pb+u2/2g解方程得：由此可計算出水流速度。由于畢托管的構(gòu)造和加工以及使用等原因，使測試結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此需要作修正。4、文丘里流量計測速原理（略）答案參見教材第53頁圖3-16文丘里流量計及其內(nèi)容講解5、管嘴出流產(chǎn)生真空現(xiàn)象的原因和條件：原因是流體質(zhì)點流動時由于有慣性，因而流線不能成折線，是光滑的曲線，所以能夠形成真空區(qū)域；條件是：管嘴長度為管徑的3～4倍；作用水頭H0的極限值為9.3m五、計算題1、如圖所示，在兩塊相距20mm的平板間充滿動力粘滯系數(shù)0.065N·s/m2的油，如果以1m/s的速度拉動距上平板為5mm處，面積A為0.5m2的薄板，求所需要的拉力。5mmA15mm油解：根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律得：類似例題如;教材P13習題1-52、如圖所示，一底面積為40cm×45cm，質(zhì)量為5kg的木塊，沿著涂有潤滑油的斜面等速向下運動，速度為1m/s,mm，試求潤滑油的動力粘滯系數(shù)。135 12vG解：木塊重力在斜面方向的分力就是摩擦切應(yīng)力，根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律得;pa(0.105pa)3、一鉛直矩形閘門，如圖所示，頂邊水平，所在水深h1=1m，閘門高h=2m，寬b=1.5m，試求閘門中心點的壓強和閘門所受的水壓力。h1bh解：采用相對壓強：閘門中心點的壓強為：p=rh=9.8×(1+2/2)=19.6kN/m2閘門所受的水壓力為：P=rhcA=9.8×(1+2/2)×2×1.5=58.8kN4、一弧形閘門AB，寬b=4m，圓心角α=45°半徑r=2m，閘門轉(zhuǎn)軸恰與水平面平齊，求作用于閘門的水靜壓力。▽AroαhB解：如題中圖所示▽ACroαhBh=rsin45°=mOC=h=mFx=hrhb=××9.8××4=39.2kNFy=rb(×3.14r2-hh)=9.8×4×(×3.14×22-)=22.3kNF==45.1kNθ=arctg=29.6°FyFθFx一圓管的直徑為2cm，管內(nèi)水平均速度為12cm/s，水的運動粘滯系數(shù)為0.013cm2/s，求管長為20m時的沿程阻力。解：先求雷諾數(shù)Re=vd/r=12×2/0.013=1846〈2000由此可知流動為層流所以，沿程阻力系數(shù)為：λ=64/Re=64/1846=0.0347沿程阻力損失為：h=λL/d×v2/2g=0.03467×2000/2×122/2×980=2.5cm6、有一直徑為50mm上水管，水運動粘滯系數(shù)為1.3×10-6m2/s，求管內(nèi)水流保持紊流的最小流速。解：紊流時最小雷諾數(shù)為2000，因此有：其中d=50mm=0.05m；1.3×10-6m2/sv=0.052m/s(或5.2cm/s)類似例題如;教材P71例4-17、為了測定90°彎頭的局部阻力系數(shù)，可采用如圖所示的裝置。已知AB段管長為10m，管徑為50mm，沿程阻力系數(shù)0.03，實測數(shù)據(jù)為AB兩段面測壓管水頭差為△h=0.629m，經(jīng)兩分鐘流入量水箱的水量為0.329m3。求該彎頭的局部阻力系數(shù)。解：根據(jù)題意可得，管路流量為以B管軸心線為基準面列A-B斷面的伯努利方程解得8、如下圖所示：水流由水箱經(jīng)前后各為50m長相接的兩管流出，已知d1=100mm，d2=75mm，H=8m，沿程阻力系數(shù)λ1=0.01，λ2=0.02，水箱與管道連接處ξ1=0.5，兩管連接處ξ2=0.3，求：圖中后一管道中點M處的壓強、流速和流量。11Hd1d2M1m22解：根據(jù)題目給定條件，以出口所在平面為基準面列1--2斷面的伯努利方程Z1+P1/r+v12/2g=Z2+P2/r+v22/2g+hh=ξ1+λ1L1/d1×+ξ2+λ2L2/d2×因此：8+0+0=0+0++ξ1+λ1L1/d1×+ξ2+λL2/d2×16g=+0.5+0.01×50/0.1×+0.3+0.02×50/0.075×16g=5.5+14.63根據(jù)連續(xù)性方程得：A1v1=A2v2v1=9/16v2=0.5625v216g=5.5×0.56252+14.6316×9.8=16.37v22v2=3.1m/sv1=1.74m/sQ=1/4×3.14(75/1000)2×3.1=0.0136m3/s以出口所在平面為基準面列M--2斷面的伯努利方程ZM+PM/r+v22/2g=Z2+P2/r+v22/2g+λL2/d2××1/21+PM/r+3.12/2×9.8=0+0+3.12/2×9.8+0.02×50/0.075×3.12/2×9.8×1/2PM/r=2.27m（類似例題如;講解過的例題）9、如下圖所示，測定一閥門的局部阻力系數(shù)，在閥門的上下游裝設(shè)了3個測壓管，其間距L1=1m，L2=2m，若管徑為50mm，H1=150cm，H2=125cm，H3=40cm，管道中水流速為3m/s，求該閥門阻力系數(shù)和管道中水流量。H1H2H3123123QL1L2解：如圖所示：以管道軸心線為基準面，列1-2斷面的伯努利方程，并取，因此：0+H1=0+H2+==0.0273以管道軸心線為基準面，列1-3斷面的伯努利方程，并取，(列2-3斷面的伯努利方程也可)+由于因此0+H1=0+H3+（H1-H3）=()-=2.395-1.638=0.757(或0.76)管道中水流量:=0.00588m3/s(或5.88L/s)10、一高壓管末端接噴嘴，如下圖所示，已知噴嘴出口直徑為10cm，管道直徑為40cm，水在管中流量Q為0.4m3/s，求管嘴對水流的作用力。Q解：如圖所示，