工程流体力学 绪论 华中科技大学 莫乃榕主编
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第一章绪论
1、什么叫流体?流体与固体的区别?
流体是指可以流动的物质,包括气体和液体。
与固体相比,流体分子间引力较小,分子运动剧烈,分子排列松散,这就决定了流体不能保持一定的形状,具有较大流动性。 2、流体中气体和液体的主要区别有哪些?
(1)气体有很大的压缩性,而液体的压缩性非常小;
(2)容器内的气体将充满整个容器,而液体则有可能存在自由液面。 3、什么是连续介质假设?引入的意义是什么?
流体充满着一个空间时是不留任何空隙的,即把流体看作是自由介质。
意义:不必研究大量分子的瞬间运动状态,而只要描述流体宏观状态物理量,如密度、质量等。
4、何谓流体的压缩性和膨胀性?如何度量?
压缩性:温度不变的条件下,流体体积随压力变化而变化的性质。用体积压缩系数βp表示,单位Pa-1。
膨胀性:压力不变的条件下,流体体积随温度变化而变化的性质。用体积膨胀系数βt表示,单位K-1。
5、何谓流体的粘性,如何度量粘性大小,与温度关系?流体所具有的阻碍流体流动,即阻碍流体质点间相对运动的性质称为粘滞性,简称粘性。
用粘度µ来表示,单位N·S/m2
或Pa·S。
液体粘度随温度的升高而减小,气体粘度随温度升高而增大。 6、作用在流体上的力怎样分类,如何表示?
(1)质量力:采用单位流体质量所受到的质量力f表示;(2)表面力:常用单位面积上的表面力Pn表示,单位Pa。 7、什么情况下粘性应力为零?
(1)静止流体(2)理想流体
第二章流体静力学
1、流体静压力有哪些特性?怎样证明?
(1)静压力沿作用面内法线方向,即垂直指向作用面。
证明:○1流体静止时只有法向力没有切向力,静压力只能沿法线方向;
○2流体不能承受拉力,只能承受压力;
所以,静压力唯一可能的方向就是内法线方向。
(2)静止流体中任何一点上各个方向静压力大小相等,与作用方向无关。
证明:
2、静力学基本方程式的意义和使用范围?静力学基本方程式:Z+gP=C 或 Z1+gP
1=Z2+gP 2
(1)几何意义:静止流体中测压管水头为常数
物理意义:静止流体中总比能为常数(2)使用范围:重力作用下静止的均质流体 3、等压面及其特性如何?
在充满平衡流体的空间里,静压力相等的各点组成的平面称为等压面。性质:静止流体中,等压力与质量力相互垂直。
4、静力学基本公式说明哪些问题?它的适用条件是什么?
(1)表明:○1重力作用下均质流体内部静压力与深度h呈线性关系;
○2静止流体内部任意点的静压力由液面上静压力P0和液柱形成静压力gh
两部分组成,深度h相同的点静压力相等。
○3静止流体边界上压力的变化将均匀的传递到流体中每一点(帕斯卡定律)。(2)适用条件:绝对静止和相对静止。
5、绝对压力、表压和真空度的意义及其相互关系如何?
绝对压力:以物理真空为零点的标准称为绝对标准,按照绝对标准计量的压力称为绝对压力,用Pab表示。
表压:以当地大气压为零点的标准称为相对标准,按照相对标准计量的压力称为相对压力,用PM表示。绝对压力大于当地大气压力时,相对压力大于零,称为表压。
真空度:绝对压力小于当地大气压力时,相对压力小于零,称为真空压力或真空度。关系:表压是绝对压力比当地大气压力大多少,真空度是绝对压力比当地大气压力小多少。
6、液式测压计水力原理是什么?工作液的选择与量程、精度关系?
(1)原理:采用等压面法,即静止的、相互连通的同种液体,同一高度压力相等。(2)关系:工作液密度越大,量程越大,精度越低。 7、何谓相对静止流体,与绝对静止流体有什么共性?
流体整体对地球有相对运动,但是流体质点之间没有相对运动,称为相对静止;流体整体对地球没有相对运动,称为绝对静止。共性:流体质点间都没有相对运动的状态。 8、何谓压力中心?
总压力的作用点称为压力中心。
9、何谓压力体?确定压力体的方法与步骤?
压力体:是由受力曲面、液体表面(或其延长线)以及两者之间的铅垂面所围成的封闭体积。步骤:(1)将受力曲面根据具体情况分成若干段(2)找出各段的等效自由面(3)画出每一段的压力体并确定虚实
(4)根据虚实相抵原则将各段压力体合成,得到最终压力体。 10、潜体和浮体平衡条件?(略)
第三章流体运动学
1、描述流动的拉格朗日法和欧拉法有什么区别?为什么常用欧拉法?
拉格朗日法是从分析单个流体质点的运动着手,来描述整个流体的流动。它着眼流体质点,设法描述单个流体质点的运动过程,研究流体质点的速度、加速度、密度、压力等参数随时间变化规律,以及相邻流体质点之间这些参数的变化规律。欧拉法是从分析流体所占据的空间中各固定点处质点运动着手,来研究这个流体的流动。它着眼的不是流体质点,而是空间点,即设法描述出空间点处质点的运动参数,如速度和加速度随时间变化的规律,以及相邻空间点之间这些参数的变化规律。
由于欧拉法只需要研究描述流体运动的物理量在空间的分布函数,这样便可以运用数学分析理论和场论的方法来研究流场,在数学上欧拉法要比拉格朗日法方便的多。 2、欧拉法中加速度如何表示?什么是当地加速度和迁移加速度?
3、为什么要对流动进行分类?通常根据什么将流动分为稳定流和不稳定流?针对不同的
流动有不同的研究方法,所以要对流体流动进行分类。根据流动状态,将流动分为稳定流和不稳定流。
4、什么是迹线、流线、流束、有效断面、平均流速和流量?迹线:流体质点在不时刻的运动轨迹称为迹线。
流线:用来描述流场中各点流动方向的曲线,即矢量场的矢量线。流束:充满流管内部的流体的集合称为流束。
有效断面:流束或总流上垂直于流线的断面,称为有效断面。平均流速:有效断面上速度的平均值。
流量:单位时间内流经有效断面的流利量,称为流量。 5、流线有何特点?它与迹线有何区别?特点:(1)流线不能相交,但流线可以相切;
(2)流线在驻点(u=0)或奇点(u趋向于无穷大)处可以相交;
(3)稳定流动时流线的形状和位置不随时间变化,迹线与流线重合;
(4)不稳定流动,如果不稳定仅仅是由速度的大小随时间变化引起的,则流线形状和位置不随时间变化,迹线与流线重合;如果不稳定是由速度的方向随时间变化引起的,则流线的形状和位置随时间变化,迹线不会与流线重合。
(5)流线疏密程度反映出流速的大小。流线密的地方速度大,流线疏的地方速度小。
区别:(1)稳定流动时流线的形状和位置不随时间变化,迹线与流线重合;
(2)不稳定流动,如果不稳定仅仅是由速度的大小随时间变化引起的,则流线形状和位置不随时间变化,迹线与流线重合;如果不稳定是由速度的方向随时间变化引起的,则流线的形状和位置随时间变化,迹线不会与流线重合。 6、质量流量和体积流量之间有何关系?常用单位是什么?
质量流量:单位时间内流经有效断面的流体质量,用Qm表示,单位Kg/s。
体积流量:单位时间内流经有效断面的流体体积,用Q表示,单位m3
/s。关系:Qm=Q
7、连续性方程的物理意义是什么?一元稳定流动的连续性方程:
(1)一个进口和一个出口:沿一元稳定流动的流体质量流量不变;(2)多个进出口:稳定流动中,流入与流出控制体的流量代数和为零。空间运动的连续性方程:
按照质量守恒定律,净流量与控制体内流体质量的变化值的和为零。 8、流体微团的运动包括几种?它与固体运动有何区别?运动方式:平动、转动、线变形、角变形
区别:刚体运动只有平移运动和旋转运动,微团运动还包括线变形和角变形。
8、流体微团的运动包括几种?它与固体运动有何区别?运动方式:平动、转动、线变形、角变形
区别:刚体运动只有平移运动和旋转运动,微团运动还包括线变形和角变形。
关系:Qm=Q
7、连续性方程的物理意义是什么?一元稳定流动的连续性方程:
(1)一个进口和一个出口:沿一元稳定流动的流体质量流量不变;(2)多个进出口:稳定流动中,流入与流出控制体的流量代数和为零。空间运动的连续性方程:
按照质量守恒定律,净流量与控制体内流体质量的变化值的和为零。 8、流体微团的运动包括几种?它与固体运动有何区别?运动方式:平动、转动、线变形、角变形
区别:刚体运动只有平移运动和旋转运动,微团运动还包括线变形和角变形。
第四章流体动力学
1、欧拉微分运动方程使用条件是什么?所有理想流体流动。
2、理想流体伯努利方程中各项的意义及应用条件?
理想流体伯努利方程:Z+gP+g