研究生课程计算流体力学知识点复习题

一、问答题1. 什么是流体？什么是流体微团答：流体：在任何微小剪切力持续作用下连续变形的物质叫做流体（易流动性是命名的由来）。

流体微团(流体质点)：流体微团(流体质点)：在研究流体的机械运动中所取的最小流体单元，它的体积无穷小却又包含无数多个流体分子。

2. 什么是连续介质模型，该模型的引入对流体的研究有何意义？答：连续介质模型：认为流体是由无数质点（流体微团）组成、质点之间没有空隙、连续地充满其所占据空间的连续体。

物理意义：将流体看成是连续介质，描述流体运动的各物理要素可用连续函数来表征，从而利用微积分的方法研究流体的受力和运动规律。

3. 作用在流体上的力分为哪些、表达式，各有何特点？答：根据力的作用方式不同，作用在流体上的力分为质量力(体积力)和表面力（面积力）。

质量力：是作用在流体每一个质点（或微团）上与受作用流体的质量成正比的力，常采用单位质量力的坐标分量来表示，Zk Yj Xi f ++=4. 表面力：是作用在所考察的流体（或称分离体）表面上与受作用流体的表面积成正比的力，常用单位面积上表面力，分为切向力τ（内摩擦力）和法向力p （压强）来表示。

5. 什么是流体的粘性,粘性有何特征？答：流体的粘性：流体内部相邻质点间或流层间存在相对运动时，在其接触面上会产生内摩擦力（内力）以反抗（阻碍）其相对运动的性质。

粘性的特征：粘性是流体的固有属性，粘性阻碍或延缓液体相对运动的过程而不能消除，静止流体的粘性无法表现表现。

6. 牛顿内摩擦定律及其各项含义是什么？描述流体粘性的物理参数及其关系是什么？答：牛顿内摩擦定律：dy du /μτ=τ ：单位面积上的内摩擦力； dy du ：速度梯度，表示速度大小沿垂直于速度方向y 的变化率，单位为s -1；μ ：动力粘度（动力粘滞系数）。

单位N /（m 2·s ）或Pa ·s ，表征单位速度梯度时的切应力；ν ：运动粘度（运动粘滞系数），单位s m 2，ν = μ/ρ。

7. 流体力学中所定义的流体力学模型有哪些，各模型的概念、物理意义是什么？答：流体力学模型：（1）连续介质模型：将流体认为是充满其所占据空间无任何间隙的质点所组成的连续体。

连续介质模型是对物质结构的简化，使我们不再考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力作用下的宏观机械运动，并且在流体的研究中可以运用连续函数的数学分析工具。

（2）无粘性流体（理想流体）模型：不考虑流体的粘性。

无粘性流体（理想流体）模型是对流体物理性质的简化。

（3）不可压缩流体模型：不考虑流体的压缩性和热涨性，认为其密度为常熟的流体。

不可压缩流体模型是对流体物理性质的简化。

（4）一元流动模型：流场中流体的运动参数仅是空间坐标一个坐标分量的函数，如元流。

8. 静水压强的定义及其特性，静水压强函数的的表达式及其含义是什么？ 答：静水压强定义：作用在静止液体微元面积ΔA 上的静压力ΔP ，与作用面积ΔA 的比值A Pp ∆∆=，为平 均静水压强；当面积ΔA 无限缩小到a 点时，其比值的极限值为a 点的静压强。

特性：（1）静水压强的方向为垂直并指向受作用面（与受作用面的内法线方向一致）；（2）某点静水压强的大小和受压面方位无关（作用于某点上的静水压强沿各方向大小都相等）。

静水压强的基本方程：gh P P ρ+=0；P ——液体内某点的压强 ；0P __自由液面气体压强；ρ——液体的密度，m kg3；h ——某点在液面下的深度，m ，含义：静止液体中任意一点的压强是由液面气体压强和该点在液面下的深度与液体容重乘积两部分之 和所组成。

另一种形式：C gp Z =+ρ（常数） Z ——单位重量流体所具有的位能；gp ρ——单位重量流体所具有的压能； g p Z ρ+——单位重量流体具有的总势能； 含义：同种、连续、静止的均质流体中各点的测压管水头都相等；即单位重量流体具有的总势能相等。

9. 研究流体运动有哪两种方法？分别论述他们的概念与区别？答：描述流体运动的方法一般有拉格朗日法和欧拉法两种。

拉格朗日法：研究每个流体质点的运动情况，并通过综合各个流体质点的运动情况获得一定空间内整 个流体的运动规律；实质是利用理论力学中研究质点系运动的方法，又称质点系法（质点追踪法），适用 于云团、台风、波浪等的运动。

欧拉法：研究流场内固定空间点上液体质点的运动情况，又称定点观测法，适用于流体的一般运动。

10.什么是恒定流，非恒定流？答：恒定流：流场中各空间点上流体质点的所有运动要素均不随时间变化的流动；非恒定流：流场中各空间点上流体质点的运动要素随时间变化的流动；11.什么是流线和迹线，各自有何特点，相互关系如何？答：流线：是表示某一瞬间液体运动的流速场内流动方向的曲线；迹线：是某一液体质点运动的轨迹线；流线特征：1. 流线和迹线相重合。

2. 流线不能相交和分支。

3. 流线不能突然折转，是一条光滑的连续曲线。

4. 流线密集的地方，表示流场中该处的流速较大，稀疏的地方，表示该处的流速较小。

12.什么是随体导数、时变加速度和位变加速度？随体导数：表示流体质点在欧拉场内（见流体运动学）运动时所具有的物理量对时间的全导数。

位变加速度：同一时刻，不同空间点上流速不同，而产生的加速度。

时变加速度：同一空间点，不同时刻上因流速不同，而产生的加速度。

13.分别描述层流与湍流的性质与特点？层流：流体质点互不掺混，作有条不紊的有序的线性运动。

○1有序性：水流呈层状流动，各层的质点互不掺混，质点作有序的线性运动。

○2粘性占主要作用，遵循牛顿内摩擦定律，粘性抑制或约束质点作横向运动。

○3在流速较小且雷诺数Re较小时发生水头损失。

○4与流速的一次方成正比。

湍流：流体质点相互掺混，局部速度、压力等流动参数在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动。

○1无序性：流体质点相互掺混，运动无序，运动要素具有随机性。

○2耗能性：除了粘性耗能外，还有更主要的由于紊动产生附加切应力引起的耗能。

○3扩散性：除分子扩散外，还有质点紊动引起的传质、传热和动量传递等扩散特性。

○4高雷诺数：湍流运动的规律性同它的随机性是相伴存在的，通过运动参数的时均化，来求得其时间平均的规律性，使流体力学研究湍流运动的有效途径。

14.什么是理想流体、正压流体、外力有势流体？答：无粘性的流体称为理想流体。

内部任一点的压力只是密度的函数的流体，称为正压流体。

流体的体积或密度的相对变化量很小时，一般可以看成是不可压缩的，这种流体就被称为不可压缩流体。

质量力有势就是说,质量力的旋度为零15. 什么是定常场，均匀场，并用数学形式表达？答：如果一个场不随时间的变化而变化，则这个场就被称为定常场。

其数学表达式为：φ=φ(r)（向量r ）如果一个场不随空间的变化而变化，即场中不显含空间坐标变量r ，则这个场就被称为均匀场。

其数学表达式为：φ= (t)16. 理想流体运动时有无切应力？粘性流体静止时有无切应力？流体静止时无切应力，是否无粘性？为什么？答：理想流体无粘性，所以无切应力。

粘性流体静止时无切应力，因为dy du /μτ=，静止时为0不是，粘性是固有属性，只是没有表现出来17. 作用在流体微团上的力分为哪两种？应力τij 的两个下标分别表示什么含义？τij 的正负如何规定/18. 简述流体运动的Helmholtz 速度分解定理，并给出其表达式和物理意义。

19. 什么是流体的速度梯度张量？其对称张量和反对称张量的表达式和物理意义？20. 平面上应力和应力张量有什么关系？p nm =p mn 的物理含义是什么？21. 粘性流动和理想流动的壁面边界条件分别如何设置？22. 流动相似的条件是什么？简述π定理的内容。

23. 怎样判断流动是否有旋？涡度和速度环量有何关系？流动是否有旋与流体质点的运动轨迹有关系吗？举例说明。

24. 试说明粘性流动的三个基本特征。

他们与理想流体运动相比有何不同、25. 普朗特边界层的基本思想是什么？平板边界层厚度主要受哪些因素影响？26. 边界层分离的概念和原因是什么？分离点处的流动特征是什么？二、选择题1.随着计算机性能不断完善，容量不断扩大，你认为数值计算方法最终可以替代（C）（A）理论分析方法。

（B）实验方法。

（C）都不能。

2.连续介质假设不适用于稀薄气体是因为（B）（A）稀薄气体的分子数太少，无法取统计平均值；（B）要达到确定的统计平均值的临界体积与物体相比太大（C）其他3.流体内摩擦是两层流体之间的摩擦力，流体与固壁之间的摩擦力属于（B）（A）外摩擦力；（B）内摩擦力；（C）两者都不是。

4.液体（如甘油）加热后粘度减小主要是因为（a）分子运动加剧；（b）分子平均距离增大；气体（如空气）加热后粘度增大主要是因为（a）分子运动加剧；（b）分子平均距离增大。

请选择：（C）（A） a, a（B） a, b（C） b, a（D） b, b5.用不可压缩流体的模型分析流动的范围是很广泛的，但下列情况中哪些不符合不可压缩流体模型：（C）（A）原油在输油管道中的流动；（B）压缩空气的低速流动；（C）锅炉里的水蒸气流动。

(锅炉中温度变化大，水蒸气的密度变化大，要考虑其可压缩性)6.如下线变形速度，角变形速度和旋转角速度的表达式哪项正确：（D）（A）ε∂=∂yyyuy，εε∂⎛⎫∂==+⎪∂∂⎝⎭12y zxz zxu uz y，ω∂⎛⎫∂=-⎪∂∂⎝⎭12y xxu ux y；（B）ε∂=∂zzzuz，εε∂⎛⎫∂==+⎪∂∂⎝⎭12y xxy yxu ux y，ω∂⎛⎫∂=+⎪∂∂⎝⎭12y xzu ux y；（C）ε∂=∂zzzuz，εε∂⎛⎫∂==+⎪∂∂⎝⎭12y xxy yxu ux y，ω∂∂⎛⎫=-⎪∂∂⎝⎭12z xzu ux y；（D）ε∂=∂xxxux，εε∂⎛⎫∂==+⎪∂∂⎝⎭12y zyz zyu uz y，ω∂⎛⎫∂=-⎪∂∂⎝⎭12y xzu ux y；7.理想流体沿流线的伯努力方程的使用条件：（C）（A）定常，不可压；（B）定常，不可压，仅质量力；（C）定常，不可压，仅质量力，元流；（D）定常，仅质量力，元流；8.定常不可压圆管层流和无限大平板流动最大速度与平均速度的比值分别是：（B）（A）2，2；（B）2，1.5；（C） 1.5，1.5；9.下列哪些仪器设备是伯努力方程的直接应用：（D）（A）毕托管。

（B）文丘里流量计。

（C）拉法尔喷管。

（D）A和B都是。

10.下列哪项对湍流运动的描述是不正确的：（D）（A）质点的运动轨迹极不规则，各层质点相互掺混，呈现一种杂乱无章的状态。

（B ） 质点运动速度可以表示为平均速度和脉动速度之和。

（C ） 质点运动的脉动速度在时间足够长的范围内积分，积分值为0。

（D ） 质点运动的平均速度在时间足够长的范围内积分，积分值为0。