工程流体力学基础知识

工程流体力学复习题

第一章 流体的力学性质

1、连续介质（概念）、假设（质量分布、运动、内应力连续））

2、流体的主要物理性质

（a ）分类（固、液、气各自特点）

（b ）流动性

（c ）可压缩性和膨胀性

（d ）粘性（牛顿内摩擦定律、液体和气体（温度、压力））

（e ）表面张力（润湿和不润湿）

3、牛顿流体和非牛顿流体

第二章 流体运动学基本概念

1、流动分类（流体性质、流动状态、流动空间的坐标数目）

2、描述流体运动的两种方法

（a ）拉格朗日法和欧拉法基本思路

（b ）质点导数()v v t

v ∇⋅+∂∂ （c ）迹线和流线的意义及其求解（()()()t z y x v dt

dz t z y x v dt dy t z y x v dt dx z y x ,,,,,,,,,,,===，z

y x v dz v dy v dx ==） 3、有旋流动和无旋流动（概念及其基本性质）

涡量的连续性方程()0≡⨯∇⋅∇=Ω⋅∇v 、速度场有势的充要条件是流动无旋等

第三章 流体静力学

1、作用在流体上的力（质量力和表面力）

2、流体静止时质量力必须满足的条件

3、有势质量力场中静止流体的分界面上，既是等压面也是等势面。

4、静止的正压流场，其质量力必然有势；反之，质量力有势，非正压流场不可能处于静止

状态，处于静止状态的必然是正压流场。

5、重力场静止液体的压力分布和物体受力（0p gh p +=ρ、k gV F ρ=）

第四章 流体流动基本原理

1、系统和控制体的定义和区别

2、输运公式定义及其表达式（系统质量、动量、能量变化率）

3、质量守恒方程

（a ）定义（()0=∂∂+⋅⎰⎰⎰⎰⎰CV

CS dV t dA n v ρρ ，质量流量()dA n v ⋅ρ、质量通量()n v v ⋅=ρθρcos ）

（b ）特殊形式的应用（012=∂∂+

-t

m q q CV m m ，稳态、不可压缩） 4、动量守恒方程 （a ）定义（()⎰⎰⎰⎰⎰∑∂∂+⋅=CV

CS dV v t dA n v v F ρρ ，动量流量） （b ）应用

5、能量守恒方程

（a ）定义

（b ）伯努利方程（简化条件、公式22

2212112

2gz v p gz v p ++=++ρρ（理想不可压缩流体稳态流动）

第五章 不可压缩流体的一维层流流动

1、常见边界条件（固壁-流体、液体-气体、液体-液体）

2、流动条件说明（稳态、不可压缩、一维、层流、充分发展流动）

3、狭缝流动（概念、产生流动的因素——压差流、剪切流）

4、管内流动分析（切应力和速度分布规律）

5、降膜流动分析

第六章 流体流动微分方程——连续性方程和运动方程（了解）

1、连续性方程

()()()

=

∂

∂

+

∂

∂

+

∂

∂

+

∂

∂

z

v

y

v

x

v

t

z

y

x

ρ

ρ

ρ

ρ

不可压缩流体0

=

⋅

∇v

2、运动方程（以应力表示的运动方程→引入牛顿流体本构方程→N－S方程）

第八章流体力学的实验研究方法

1、流动相似（几何相似、运动相似、动力相似的定义和应用）

2、相似准则（至少四个相似准数及其物理意义、计算应用）

3、量纲分析（常见物理量的量纲、基本量纲（M、L、T）、量纲分析方法：瑞利（Rayleigh）方法和白金汉姆（Buckingham）方法）

第九章管内流体流动

1、流态的判定（指标、层流、过渡流、湍流）

2、圆管内充分发展的层流流动（阻力损失、阻力系数）

3、湍流的半经验理论（布辛聂斯克涡粘性假设、普朗特混合长度理论、壁面附近湍流的三个区域）

4、圆管内充分发展的湍流流动（光滑管、粗糙管（水力光滑管、过渡型圆管、水力粗糙管）沿程阻力系数）

5、圆管内流体流动的速度分布

6、沿程阻力损失的计算

7、圆管进口段流动分析

8、非圆形截面管内的流体流动（水力当量直径的计算）

参考公式

哈密尔顿算子

k

z

j

y

i

x

∂

∂

+

∂

∂

+

∂

∂

=

∇

速度梯度

()k

z

u

j

y

u

i

x

u

u

u

grad

∂

∂

+

∂

∂

+

∂

∂

=

∇

=

流体的散度()

z A y A x A A A div z y x ∂∂+∂∂+∂∂=⋅∇= 旋度 ()k y v x v j x v z v i z A y A A A rot x y z x y z ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=⨯∇= g

u D L g u D L u D g R Lu g p h m m m m f 2Re 6426482

22===∆=ρμρμρ g

u D L u u g u D L u g R L g p h m m m m f 2828222*2200⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆=ρτρτρ 012=∂∂+-t m q q CV m m ()⎰⎰⎰⎰⎰∑∂∂+⋅=CV CS dV v t dA n v v F ρρ

()()()⎰⎰⎰⎰⎰∑⨯∂∂+⋅⨯=CV

CS dV v r t dA n v v r M ρρ ()••

•+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∂∂+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-⎰⎰⎰⎰⎰μρρW dV gz v u t dA n v gz v h W Q CV CS s 222

2