流體力學(xué)C復(fù)習(xí)

流體力學(xué)復(fù)習(xí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院2024.10一、名詞解釋1、壓力體：是指三個(gè)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(zhǎng)面上的投影面，中間是通過(guò)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(xué)的一種方法，是指通過(guò)描述物理量在空間的分布來(lái)研究流體運(yùn)動(dòng)的方法。3、拉格朗日法：通過(guò)描述每一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)達(dá)到了解流體運(yùn)動(dòng)的方法稱為拉格朗日法。4、恒定流動(dòng)：流場(chǎng)中，流體流速以及由流速?zèng)Q定的壓強(qiáng)、粘性力、慣性力等也不隨時(shí)間變化的流動(dòng)。5、流線:流場(chǎng)中，在某一時(shí)刻，各點(diǎn)的切線方向與通過(guò)該點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的流速方向重合的空間曲線稱為流線。6、跡線：跡線是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間過(guò)程內(nèi)的流動(dòng)軌跡線。跡線是拉格朗日法描述流動(dòng)的一種方法。跡線只與流體質(zhì)點(diǎn)有關(guān)，對(duì)不同的質(zhì)點(diǎn)，跡線的形狀可能不同。但對(duì)一確定的質(zhì)點(diǎn)而言，其跡線的形狀不隨時(shí)間變化。7、均勻流：對(duì)于恒定流，若同一流線上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素均相等，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)要素與流程無(wú)關(guān)，這種水流稱為均勻流；否則稱為非均勻流。對(duì)于均勻流來(lái)說(shuō)，液體質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)只能沿流線作勻速直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)于斷面形狀和尺寸及邊界條件沿程不變的長(zhǎng)直渠道或管道中的水流運(yùn)動(dòng)，都屬于均勻流。8、沿程阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時(shí)，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(zhǎng)度成正比。沿程阻力（直管阻力）損失的計(jì)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(shí)驗(yàn)測(cè)定，也可計(jì)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(shí)，迫使主流脫離邊壁而形成漩渦，流體質(zhì)點(diǎn)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(dòng)狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱為層流，或稱為片流11、紊流：當(dāng)流速增加到很大時(shí)，流線不再清楚可辨，流場(chǎng)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(dòng)狀態(tài)的數(shù)，雷諾數(shù)的大小反應(yīng)了流體流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)慣性力和粘性力的對(duì)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(yùn)動(dòng)的方法有______________和______________.(歐拉法、拉格朗日法)4、流體的主要力學(xué)模型是指___________、__________和不可壓縮性.(連續(xù)介質(zhì)、無(wú)粘滯性)5、雷諾數(shù)是反映流體流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)數(shù)，它反映了流體流動(dòng)時(shí)_________與___________的對(duì)比關(guān)系.(慣性力粘性力)6、一元流動(dòng)連續(xù)性方程推導(dǎo)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(dòng)中，流線和跡線。9、紊流的運(yùn)動(dòng)特征是，較合適的處理方法是，在高紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，流體紊流切應(yīng)力主要是。10、一元流動(dòng)伯努利方程推導(dǎo)的理論依據(jù)是守恒定律。11、水在圓管中作層流運(yùn)動(dòng)，則過(guò)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(dòng)時(shí)，流動(dòng)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(duì)平衡液體的水平面是等壓面答：錯(cuò)。靜止液體內(nèi)水平面是等壓面；作等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)液體內(nèi)的水平面不是等壓面；作等加速直線運(yùn)動(dòng)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??；溫度降低粘滯性增大答：錯(cuò)。流體的粘滯性隨溫度變化而變化。對(duì)于液體，溫度升高粘滯性減??；溫度降低粘滯性增大；但對(duì)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(cuò)。都是恒定流。4.相對(duì)壓強(qiáng)是指以海平面大氣壓為零點(diǎn)起算的壓強(qiáng)；答：錯(cuò)，相對(duì)壓強(qiáng)是指以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榱泓c(diǎn)起算的壓強(qiáng)5、氣體在管路中流動(dòng)時(shí)，沿流動(dòng)方向管道截面積增大，流速減??；截面積減小，流速增大答：錯(cuò)。氣體在管路中流動(dòng)，當(dāng)流速小于當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，沿流動(dòng)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(dòng)，當(dāng)流速大于當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，沿流動(dòng)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(dòng)時(shí)切應(yīng)力與流體的粘性有關(guān)，與其它無(wú)關(guān)；答：錯(cuò)。層流時(shí)，切應(yīng)力主要與流體的粘性有關(guān)；紊流時(shí)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(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(wú)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(cuò)。11.平衡流體中任一點(diǎn)靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位有關(guān)，與空間位置無(wú)關(guān)。答：錯(cuò)。等等，類似于這樣的例題，自己看書總結(jié)復(fù)習(xí)！四、簡(jiǎn)答題1、流體靜壓強(qiáng)的特性流體靜壓強(qiáng)的方向是沿著作用面的內(nèi)法線方向；在靜止或相對(duì)靜止的流體中，任一點(diǎn)流體靜壓強(qiáng)的大小與作用面方向無(wú)關(guān)，只與該點(diǎn)的位置有關(guān)。2、伯努利方程：Z+P/r+u2/2g=常數(shù)中各項(xiàng)的意義Z：斷面對(duì)基準(zhǔn)面高度，水力學(xué)中稱位置水頭，單位位能；P/r：在斷面壓強(qiáng)作用下，流體沿測(cè)壓管所能上升的高度，壓強(qiáng)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(dá)到的理論高度，流速水頭，單位動(dòng)能。3、畢托管是廣泛用于測(cè)量水流和氣流的一種儀器，試畫出其示意簡(jiǎn)圖，并說(shuō)明其工作原理畢托管示意簡(jiǎn)圖如下：以測(cè)試液體水為例，如圖所示，液體流進(jìn)a端開(kāi)口，水流最初從開(kāi)口處流入，沿管上升，a端壓強(qiáng)受上升水柱的作用而升高，直到該點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)流速降低到0，abbuuabu其壓強(qiáng)為Pa,然后由a分路流經(jīng)b端開(kāi)口，流速迅速恢復(fù)原有速度u，壓強(qiáng)也降至原有壓強(qiáng)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(jì)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(cè)試結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此需要作修正。4、文丘里流量計(jì)測(cè)速原理（略）答案參見(jiàn)教材第53頁(yè)圖3-16文丘里流量計(jì)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(diǎn)流動(dòng)時(shí)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(zhǎng)度為管徑的3～4倍；作用水頭H0的極限值為9.3m五、計(jì)算題1、如圖所示，在兩塊相距20mm的平板間充滿動(dòng)力粘滯系數(shù)0.065N·s/m2的油，如果以1m/s的速度拉動(dòng)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(xí)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(rùn)滑油的斜面等速向下運(yùn)動(dòng)，速度為1m/s,mm，試求潤(rùn)滑油的動(dòng)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(yuǎn)=2m，寬b=1.5m，試求閘門中心點(diǎn)的壓強(qiáng)和閘門所受的水壓力。h1bh解：采用相對(duì)壓強(qiáng)：閘門中心點(diǎn)的壓強(qiáng)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(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)為0.013cm2/s，求管長(zhǎng)為20m時(shí)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(cè)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(zhǎng)為10m，管徑為50mm，沿程阻力系數(shù)0.03，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為AB兩段面測(cè)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(zhǔn)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(zhǎng)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(diǎn)M處的壓強(qiáng)、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(zhǔn)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(zhǔn)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(guò)的例題）9、如下圖所示，測(cè)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(gè)測(cè)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(zhǔn)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(zhǔn)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(duì)水流的作用力。Q解：如圖所示，