流體力學簡答題總結

2021-10-21 18:41:05 字數 5105 閱讀 8081

第二章1.物質的物理屬性比較

在常溫常壓下,物質可以分為固體、液體和氣體三種聚集狀態。它們都具有下列物質的三個基本屬性:

(1)由大量分子組成,

(2)分子不斷地作隨機熱運動,

(3)分子與分子之間有相互作用力。

i 從巨集觀上看同體積內所包含的分子數目:氣體《液體《固體ii 同樣分子間距上的分子相互作用力:氣體《液體《固體

iii 固體、液體和氣體巨集觀的表象差異

固體有一定的體積也有一定的形狀;

液體有一定的體積而無一定的形狀;

氣體既無一定的體積也無一定的形狀。

iv 固體、液體和氣體力學效能比較:

固體可以承受拉力、壓力和切應力;

液體卻只能承受壓力,幾乎不能承受拉力,在極小的切應力作用下就會出現連續的變形流動,它只呈現對變形運動的阻力,不能自行消除變形。這一特性稱為流體的易流動性。

氣體與液體效能相近,主要差別是,可壓縮性的大小。氣體》液體

2.粘度的表示方法:動力粘度μ 、運動粘度ν 、恩氏粘度°e

3.粘度的變化規律

1) 液體粘度大小取決於分子間的距離和分子引力。當溫度公升高或壓強降低時液體膨脹,分子間距增加,分子引力減小,粘度降低。反之,溫度降低,壓強公升高時,液體粘度增大。

2)氣體分子間距較大,內聚力較小,但分子運動較劇烈,粘性主要**於流層間分子的動量交換。當溫度公升高時,分子運動加劇,所以粘性增大;而當壓強提高時,氣體的粘性增大。

第三章1.流體處於靜止狀態包括了兩種形式1)絕對靜止 2)相對靜止

2、常見的質量力:

重力δw = δmg、

直線運動慣性力δfi = δm·a

離心慣性力δfr = δm·rω2 。

3.表面力的作用機理:

周圍流體分子或固體分子對分離體表面的分子作用力的巨集觀表現。

*4.流體靜壓強的兩個特性:

i、流體靜壓強垂直於其作用面,其方向指向該作用面的內法線方向。

(利用靜止流體性質進行證明)

ii、靜止流體中任意一點處流體靜壓強的大小與作用面的方位無關,即同一點各方向的流體靜壓強均相等。

*5.等壓面的性質:

i、等壓面也是等勢面;

ii、等壓面垂直於單位質量力;

iii、兩種互不摻混液體的分介面也是等壓面。

7.流體靜力學基本方程的能量意義和幾何意義

1)能量意義:在重力場中,對均質連續不可壓縮平衡流體,任意一點單位質量流體的總勢能保持不變 。

2)幾何意義:在重力場中,對均質連續不可壓縮靜止流體,其靜力水頭為一確定值,換句話說靜力水頭的連線為一平行於某一基準面的水平線。

8.液面壓強的產生方式:外力施加於流體表面產生壓強。

一是通過固體對流體施加外力而產生壓強;

二是通過氣體使液體表面產生壓強;

三是通過不同質的液體使液面產生壓強

9.流體靜壓強的表示方法:表壓強、絕對壓強、真空度

*10.表壓強、大氣壓強、絕對壓強和真空度之間關係

絕對壓強 = 大氣壓強 + 表壓強

表壓強 = 絕對壓強大氣壓強

真空度 = 大氣壓強絕對壓強

11.靜壓強的計量單位

應力單位:pa、n/m2、bar

液柱高單位:mh2o、mmhg

標準大氣壓:1 atm = 760 mmhg =10.33 mh2o = 101325 pa ≈ 1bar

第四章(1)簡述層流和湍流的流態特徵。

*層流(滯流):不同徑向位置的流體微團各以確定的速度沿軸向分層運動,層間流體互不摻混。

——流速較小時

*湍流(湍流):各層流體相互摻混,流體流經空間固定點的速度隨時間不規則地變化,流體微團以較高的頻率發生各個方向的脈動。

——當流體流速增大到某個值之後

(2)什麼是「內摩擦力」?簡述不同流態流體中「內摩擦力」的產生機理。

內摩擦力是流體內部相鄰兩流體層的相互作用力,稱為剪下力單位面積上所受到的剪力稱為剪下應力

層流流動:基本特徵是分層流動,表現為各層之間相互影響和作用較小,剪應力主要是由分子運動引起的。

湍流流動:存在流體質點的隨機脈動,流體之間相互影響較大,剪應力除了由分子運動引起外,還由質點脈動引起。

(3)流體流動時產生阻力的根本原因是什麼?

流體具有粘性,所以流動時產生內摩擦力

產生形體阻力的主要原因:邊界層分離……形成尾流區……形體

(4)什麼情況下可用牛頓黏性定律計算剪下應力?牛頓型流體有哪些?

在純剪下流動中相鄰兩流體層之間的剪應力, 流體呈層流運動

牛頓流體:所有氣體和大多數低相對分子質量的液體均屬於此類流體,如水、汽油、煤油、甲苯、乙醇等

(5)簡述溫度和壓力對液體和氣體黏度的影響。

壓力:氣體的黏度隨壓強的公升高而增加,低密度氣體和液體的黏度隨壓強的變化較小。對常見的流體,如水、氣體等,黏度隨壓強的變化不大,一般可忽略不計

溫度:當溫度公升高時,液體的黏度減小,氣體的黏度增加

1.流線的特點:i、定常流動中,流線與跡線重合為一條。非定常流動中,流線的位置和形狀隨時間而變化,因此流線與跡線不重合。

ii、一般來講,在某一時刻,通過流場中的某一點只能作出一條流線。流線既不能轉折,也不能相交。

特例:駐點:速度為0的點;奇點:速度為無窮大的點(源和匯);流線相切的點。

2.對於圓管內的流動:

re<2000 時,流動總是層流型態,稱為層流區;

re>4000時,一般出現湍流型態,稱為湍流區;

20003.相鄰兩流體層具有相互作用力:流體具有「黏滯性」、流體具有「內摩擦」的作用、壁面摩擦力--流動阻力、流動的流體內部存在內摩擦力

4.流體內部:內摩擦力(剪下力)

固體壁面:壁面摩擦力(剪下力)

5.粘度的影響因素1)流體種類 2)壓強 3)溫度

6.實際流體的流動具有兩個基本特徵:

1)在固體壁面上,流體與固體壁面的相對速度為零,這一特徵稱為流動的無滑移(黏附)特徵

2)當流體之間發生相對運動時,流體之間存在剪下力(摩擦力).

7.工程上減少傳熱、傳質阻力的方法

1)適當的增大流體的運動速度,使其呈湍流狀態,以此降低邊界層中層流部分的厚度,從而強化傳熱和傳質

2)破壞邊界層的形成,在流道內壁做矩形槽,或在管外壁放置翅片,以此破壞邊界層的形成,減少傳熱和傳質阻力。

8.邊界層分離

1)過程:流道斷面變化……流速變化……壓強變化

2)條件:黏性作用和存在逆壓梯度是流動分離的兩個必要條件

3)在相同的逆壓梯度下,層流邊界層和湍流邊界層哪個更容易發生分離?

層流邊界層。由於層流邊界層中近壁處速度隨y的增長緩慢,逆壓梯度更容易阻滯靠近壁面的低速流體質點

9.形成湍流邊界層時,形體阻力大小?.

較小,因為分離點靠後,尾流較小

第五章1.緩變流動具有以下兩條主要特性:

(1)在緩變流動中,質量力只有重力。

(2)在同一緩變過流斷面上,任何點上的靜壓水頭都相等。

2.總流的伯努利方程應用條件

(1)恆定(定常)(2)理想流體(3)不可壓縮流體(4)重力場

(5)所選過流斷面流動均勻或漸變流

3.實際流體總流的伯努利方程的適用條件

(1)恆定流動

(2)沿流程流量保持不變(qv1= qv2 =qv3) ;

(3)不可壓縮流體( = constant);

(4)只在重力作用之下(質量力只有重力);

(5)所選用的過流斷面必須是緩變過流斷面。

4.總流的動量方程的物理意義是:在定常流動中,單位時間內,從控制面流出的動量減去流入的動量,等於作用在控制體上的外力和。

5.總流的動量矩方程的物理意義是:在定常流動中,單位時間內,從控制面流出的動量矩減去流入的動量矩,等於作用在控制體上所有的外力矩之和。

第七章1.不同流態下沿程水頭損失

當流動為層流時沿程水頭損失 hf為,hf&v(1.0

當流動為湍流時沿程水頭損失hf為,hf& v1.75~2.0。

2.圓管層流的斷面平均流速為最大流速的一半,這是層流的特徵之一。

3.層流的沿程摩阻因數僅是雷諾數的函式,與管壁粗糙程度無關。

4. 湍流的特性

1)湍流除了流體質點在時間和空間上作隨機運動的流動外,還有流

體質點間的摻混性和流場的旋渦性。因而產生的慣性阻力遠遠大於粘性阻力。所以湍流時的阻力要比層流時的阻力大得多。

2)湍流運動的複雜性給數學表達造成困難,對流體質點往往在對有限時間段取平均,稱為時均法來表示。

5.圓管中的湍流,可以分成三個區域:層流底層(粘性底層)、湍流核心及過渡層。

6. 引起區域性能量損失的原因主要是:

(1)截面變化引起速度的重新分布

(2)流體質點相互碰撞和增加摩擦;

(3)兩次流;

(4)流動分離形成渦旋。

第八章1.厚壁孔口只有內收縮而無外收縮,這是它與薄壁孔.口的區別之一。區別之二是厚壁孔口阻力損失由下列三部分組成:

一是入口阻力損失,二是c-c斷面後的擴大阻力損失,三是後半段上沿程能頭損失。因此

第九章1.明渠的底坡:正坡明渠、平坡明渠、逆坡明渠

2.均勻流產生條件:只有在順坡明渠中才有可能產生均勻流

3.明渠均勻流的特性:

1)過水斷面的形狀、尺寸及水深沿程不變。

2)過水斷面上的流速分布、斷面平均流速沿程不變;

因而,水流的動能修正係數及流速水頭也沿程不變。

3)總水頭線、水面線及底坡線三者相互平行

4.明渠均勻流產生的條件.

1)水流應為恆定流。

2)流量應沿程不變,即無支流的匯入或分出

3)渠道必須是長而直的稜柱體順坡明渠,粗糙係數沿

程不變4)渠道中無閘、壩或跌水等建築物的區域性干擾

5.水力最佳斷面.的條件:

6.允許流速

1)渠道中的流速 v 應小於不衝允許流速v`

2)渠道是的流速v應大於不淤流速 v`

3)不衝允許流速的大小決定於土質情況、護面材料、以及通過流量等因素;不淤允許流速是為防止懸浮泥沙的淤積,防止水草滋生,分別為0.4m/s、0.6m/s

第十章1.堰流及閘孔出流的水流狀態比較

1)堰流和閘孔出流的區別:堰流的水面線是光滑的降落曲線;閘孔出流的上下游水面是不連續的。由於邊界條件的這種差異,它們的水流特徵及過水能力也不相同。

2)堰流和閘孔出流的相同點:引起壅水,然後水面降落,是在重力作用下形成的一種水流運動,都是從勢能轉化為動能的過程。都屬於明渠急變流,主要是區域性水頭損失。

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