5.流体力学
流体力学流体力学试卷及答案(期末考试)

流体力学流体力学试卷及答案(期末考试)一、选择题(每题3分,共30分)1. 流体力学研究的对象是()A. 固体B. 液体C. 气体D. 液体和气体答案:D2. 在流体力学中,连续介质假设是指()A. 流体是连续分布的B. 流体是离散分布的C. 流体是不可压缩的D. 流体是可压缩的答案:A3. 流体的密度是()A. 质量与体积的比值B. 质量与时间的比值C. 体积与时间的比值D. 压力与体积的比值答案:A4. 流体的粘度表示()A. 流体的粘稠程度B. 流体的压缩性C. 流体的膨胀性D. 流体的稳定性答案:A5. 下列哪个物理量表示单位体积流体的动量变化率?()A. 动量通量B. 动量守恒定律C. 动量方程D. 动量矩答案:A6. 在伯努利方程中,流速增加时,静压力()A. 增加B. 减少C. 不变D. 无法确定答案:B7. 流体的层流与湍流的主要区别是()A. 流速大小B. 流体粘度C. 流线形状D. 流动稳定性答案:D8. 下列哪个方程描述了流体的运动轨迹?()A. 流线方程B. 流网方程C. 欧拉方程D. 拉格朗日方程答案:A9. 在不可压缩流体的流动中,下列哪个物理量是守恒的?()A. 动量B. 动能C. 动量矩D. 流量答案:D10. 下列哪个方程描述了流体在重力作用下的流动?()A. 欧拉方程B. 纳维-斯托克斯方程C. 伯努利方程D. 雷诺方程答案:C二、填空题(每题3分,共30分)1. 流体力学中的连续介质假设认为流体是______分布的。
答案:连续2. 流体的密度定义为质量与______的比值。
答案:体积3. 流体的粘度表示流体的______程度。
答案:粘稠4. 伯努利方程描述了流体在流动过程中______、______和______之间的关系。
答案:流速、压力、高度5. 层流和湍流的判据是______。
答案:雷诺数6. 流体的流动稳定性与______有关。
答案:粘度7. 不可压缩流体的流动中,流量守恒意味着______。
流体力学知识点范文

流体力学知识点范文流体力学是研究流体静力学和流体动力学的一个学科,涉及到流体的运动、力学性质以及相关实验和数值模拟方法。
流体力学的应用广泛,包括气象学、海洋学、土木工程、航空航天工程等领域。
以下是流体力学的一些重要知识点。
1.流体的性质流体是一种能够自由流动的物质,包括气体和液体。
与固体不同,流体具有可塑性、可挤压性和物质变形后恢复自然形状的性质。
流体的密度、压力、体积、温度和粘度是流体性质的基本参数。
2.流体的运动描述流体的运动包括膨胀、收缩、旋转和流动等。
为了描述流体的运动,需要引入一些描述流体运动的物理量,如速度、流速、加速度和流量。
流体的速度矢量表示流体粒子的运动方向和速度大小。
3.流体静力学流体静力学研究的是在静压力的作用下,流体内各点之间的静力平衡关系。
流体的静力压力与深度成正比,由于流体的可塑性,静压力会均匀传输到容器中的各个部分。
流体静力学应用于液压系统、液态储存设备和液压机械等领域。
4.流体动力学流体动力学研究的是流体在外力作用下的运动行为。
流体动力学分为流体动力学和流体动量守恒两个方面。
流体动力学研究的是流体的速度和加速度,以及流体流动的力学性质。
流体动量守恒研究的是流体在内外力作用下动量的转移和守恒。
流体动力学应用于气象学、水力学、航空航天工程等领域。
5.流体的流动方程流体力学的基本方程是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体的质量守恒原理,即质量在流体中是守恒的。
动量守恒方程描述了流体的动量守恒原理,即外力对流体的动量变化率等于流体的加速度乘以单位质量的流体体积。
能量守恒方程描述了流体的能量守恒原理,即流体在流动过程中能量的转化和传输。
6.流体力学问题的数值模拟由于流体力学问题具有复杂性和非线性性,很多问题难以通过解析方法得到解析解。
因此,数值模拟成为解决流体力学问题的一种重要方法。
数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法通过将流体力学问题离散化为一组代数方程来进行数值求解。
5.流体力学-实际流体动力学基础-wyj

学习重点
➢掌握实际流体能量方程、动量方程; ➢掌握流体运动总流的分析方法,能熟练运用
三大运动方程解决实际问题;
➢了解N—S 方程。
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学习内容
伯努利方程 (能量方程)
动量方程
实际流体运 动微分方程
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§5—1 实际流体运动微分方程
一、以应力表示的实际流体运动微分方程
式 5—5
13
三、N—S 方程
将以上关系式5—3、5—5代入实际流体运动微分方程 5—1,结合不可压缩、均质流体连续性微分方程整理即可
得N—S方程(p166 5—6式)。
此 N—S方程 + 连续性微分方程
共 4 个方程,解 4 个未知量。
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四、实际流体运动微分方程积分
1、积分条件:
( uz
y
u y z
)
zx
xz
( uz
x
ux z
)
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实际流体切 应力普遍表达 式,也称广义 的牛顿内摩擦
定律。
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2、压应力的特性和大小: px= p+ px’ p y= p+ py’ pz= p+ pz’
p ——平均压应力
p=
1 3
(px+py+pz
)
切应力互等定律。原 方程减少3个变量。
4>列动量方程求解。
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几点说明:
1>方程是矢量式,正确取好外力和速度的正负号;
2> 建立坐标系应尽量使问题简化;
3> 计算断面为渐变流断面(中间可为急变流);
流体力学课件(全)

Y 1 p 0 y
欧拉平衡方程
Z 1 p 0 z
p p( , T )
t
1 V V T p
1 V V p T
p p(V , T )
1 t T p
p
p
1 p T
V
p y = pn pz = pn
px = p y = pz = pn = p
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第二章
流体静力学
§1 静压强及其特性 §2 流体静力学平衡方程 §3 压力测量 §4 作用在平面上的静压力 §5 作用在曲面上的静压力 §6 物体在流体中的潜浮原理
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§2流体静力学平衡方程
通过分析静止流体中流体微团的受力,可以建立 起平衡微分方程式,然后通过积分便可得到各种不同 情况下流体静压力的分布规律。 why 因此,首先要建立起流体平衡微分方程式。 现在讨论在平衡状态下作用在流体上的力应满足 的关系,建立平衡条件下的流体平衡微分方程式。
《流体力学》
汪志明教授
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第一章 流体的流动性质
§1 流体力学的基本概念
§2 流体的连续介质假设 §3 状态方程 §4 传导系数 §5 表面张力与毛细现象
《流体力学》
汪志明教授
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§2 流体的连续介质假设
虽然流体的真实结构是由分子构成,分子间有一定的孔隙,但流 体力学研究的并不是个别分子微观的运动,而是研究大量分子组成的 宏观流体在外力的作用下所引起的机械运动。 因此在流体力学中引入连续介质假设:即认为流体质点是微观上 充分大,宏观上充分小的流体微团,它完全充满所占空间,没有孔隙 存在。这就摆脱了复杂的分子运动,而着眼于宏观机械运动。
大学物理:第五章 流体力学 (Fluid Mechanics)

Aneurysm(动脉瘤)
若处动脉的半径增大N倍 血液流速就缩小N2倍 病灶处的压强大幅度上降 由于该处血管壁薄,使血 管容易破裂。
上海交通大学 物理系
Atherosclerosis(动脉粥样硬化)
动脉病变从内膜开始。一 般先有脂质和复合糖类积 聚、出血及血栓形成,纤 维组织增生及钙质沉着, 并有动脉中层的逐渐蜕变 和钙化,病变常累及弹性 及大中等肌性动脉,
?
? hB=0.5m
P0
?
0
1 2
v
2 c
ghc
Pc
1 2
v
2 A
ghA
PA
vc 2ghA 6 m / s
B,C点
1 2
v
2 c
ghc
Pc
1 2
v
2 B
ghB
PB
SBvB SCvC
PB P0 0.85g
PB P0 ghD
hD 0.85m
上海交通大学 物理系
一柱形容器,高1m、截面积为5x10-2 m2,储满水 ,在容器底部有一面积为2x10-4 m2 的水龙头,问 使容器中的水流尽需多少时间?
度变小,压强变大
压力
上海交通大学 物理系
马格纳斯效应
上海交通大学 物理系
机翼受到的举力
Q:用机翼上、下的流速变化,讨论其受到的升力,是否合理
上海交通大学 物理系
上海交通大学 物理系
压强的范围
太阳中心 地球中心 实验室能维持的最大压强 最深的海沟 尖鞋跟对地板 汽车轮胎 海平面的大气压 正常的血压 最好的实验室真空
四、液流连续原理(Principle of continuity of flow)
《流体力学》试题及答案

《流体力学》试题及答案一、选择题(每题5分,共25分)1. 下列哪个选项不属于流体力学的三大基本方程?A. 连续性方程B. 动量方程C. 能量方程D. 牛顿第二定律答案:D2. 在不可压缩流体中,流速和压力之间的关系可以用下列哪个方程表示?A. 伯努利方程B. 欧拉方程C. 纳维-斯托克斯方程D. 帕斯卡方程答案:A3. 下列哪个现象表明流体具有粘性?A. 流体流动时产生涡旋B. 流体流动时产生湍流C. 流体流动时产生层流D. 流体流动时产生摩擦力答案:D4. 在下列哪种情况下,流体的动能和势能相等?A. 静止流体B. 均匀流动的流体C. 垂直下落的流体D. 水平流动的流体答案:C5. 下列哪个因素不会影响流体的临界雷诺数?A. 流体的粘度B. 流体的密度C. 流体的流速D. 流体的温度答案:D二、填空题(每题5分,共25分)6. 流体力学是研究______在力的作用下运动规律的科学。
答案:流体7. 不可压缩流体的连续性方程可以表示为______。
答案:ρV = 常数8. 在恒定流场中,流体质点的速度矢量对时间的导数称为______。
答案:加速度矢量9. 伯努利方程是______方程在不可压缩流体中的应用。
答案:能量10. 流体的湍流流动特点为______、______和______。
答案:随机性、三维性、非线性三、计算题(每题25分,共50分)11. 一个直径为10cm的管道,流体的流速为2m/s,流体的密度为800kg/m³,求管道中流体的流量。
解:流量Q = ρvA其中,ρ为流体密度,v为流速,A为管道截面积。
A = π(d/2)² = π(0.05)² = 0.00785m²Q = 800kg/m³ 2m/s 0.00785m² = 12.44 kg/s答案:管道中流体的流量为12.44 kg/s。
12. 一个直径为20cm的圆柱形储罐,储罐内充满水,水面高度为1m。
流体力学 第5章 圆管流动..

第5章圆管流动一.学习目的和任务1.本章学习目的(1)掌握流体流动的两种状态与雷诺数之间的关系;(2)切实掌握计算阻力损失的知识,为管路计算打基础。
2.本章学习任务了解雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点,熟练掌握流态判别标准;掌握圆管层流基本规律,了解紊流的机理和脉动、时均化以及混合长度理论;了解尼古拉兹实验和莫迪图的使用,掌握阻力系数的确定方法;理解流动阻力的两种形式,掌握管路沿程损失和局部损失的计算;了解边界层概念、边界层分离和绕流阻力。
二.重点、难点重点:雷诺数及流态判别,圆管层流运动规律,沿程阻力系数的确定,沿程损失和局部损失计算。
难点:紊流流速分布和紊流阻力分析。
由于实际流体存在黏性,流体在圆管中流动会受到阻力的作用,从而引起流体能量的损失。
本章将主要讨论实际流体在圆管内流动的情况和能量损失的计算。
5.1 雷诺(Osborne Reynolds)实验和流态判据5.1.1 雷诺实验1883年,英国科学家雷诺通过实验发现,流体在流动时存在两种不同的状态,对应的流体微团运动呈现完全不同的规律。
这就是著名的雷诺实验,它是流体力学中最重要实验之一。
105如图5-1所示为雷诺实验的装置。
其中的阀门T1保持水箱A 内的水位不变,使流动处在恒定流状态;水管B 上相距为l 处分别装有一根测压管,用来测量两处的沿程损失f h ,管末端装有一个调节流量的阀门T3,容器C 用来计量流量;容器D 盛有颜色液体,T2控制其流量。
进行实验时,先微开阀门T3,使水管中保持小速度稳定水流,然后打开颜色液体阀门T2放出连续的细流,可以观察到水管内颜色液体成一条直的流线,如图5-2(a )所示;从这一现象可以看出,在管中流速较小时,它与水流不相混和,管中的液体质点均保持直线运动,水流层与层间互不干扰,这种流动称为层流(Laminar flow )。
比如,实际中黏性较大的液体在极缓慢流动时,属层流运动。
随后,逐渐开大阀门T3,增大管中液体流速,流速达到一定速度时,管内颜色液体开始抖动,具有波形轮廓,如图5-2(b )所示。
流体力学第5章管流损失和阻力计算

除了流体与管壁之间的摩擦外,流体内部的粘性、湍流等也会导致能量损失。 例如,湍流会使流体的流动变得不规则,增加流体之间的相互碰撞和摩擦,从 而产生更多的能量损失。
损失和阻力的影响
01
能量消耗
管流损失和阻力会导致流体在 流动过程中能量不断损失,这 需要额外提供能量来克服这些 损失,如泵或风机的能耗会增 加。
02 系统效率
管路中的损失和阻力会降低整 个系统的效率,使得系统需要 更多的输入能量才能达到预期 的输出效果。
03
设备选型
04
在进行设备选型时,需要考虑管 路中的损失和阻力,以确保所选 设备能够满足实际需求。例如, 在选择泵时,需要考虑到管路中 的损失和阻力,以确保泵能够提 供足够的扬程和流量。
安全风险
理论发展
实验结果可为流体力学理论的发展提 供实证支持,进一步完善管流损失和 阻力的计算模型。
THANKS
感谢观看
过大的管流损失和阻力可能会导 致流体流动受阻,甚至产生流体 过热、压力过高等问题,这可能 对设备和人员安全造成威胁。因 此,需要进行合理的设计和操作 ,以避免这些问题的发生。
02
管流损失的计算
局部损失计算
局部损失是由于流体在管道中 流动时,遇到突然扩大、缩小、 弯曲等局部障碍而产生的能量 损失。
控制流体流速和压力
降低流体流速
01
适当降低流体在管路中的流速,可以减小流体流动的阻力,从
而降低管流损失。
控制流体压力
02
合理控制流体在管路中的压力,避免过高的压力导致流体流动
阻力的增加。
使用减压阀和稳压阀
03
在管路中安装减压阀和稳压阀,可以稳定流体压力,减小流体
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1896 年 意 大 利 医 生 里 瓦
罗 基 (Riva-Rocci , 18631937) 发明了现在仍在使 用的腕环血压计。
回
顾
理想流体:不可压缩,无粘滞
流线:速度沿切线,流线不会相交
流管:由流线所围,流体不会穿过流 管壁,流入或流出流管!!! 流线越密地方流速大, 越稀地方流速越小。
不定常流动
流线
注意:
引入流线只 是为了形象的 描述流场,是 假想曲线
流线不会相交
在流动的流体中划出一个小截面,则通过其 周边各点的流线所围成的管状体称 流管
流体不会穿过流线流入或流出流管!!!
流线越密地方流速越大,越稀地方流速越小。
三、定常流动和不定常流动 不定常流动 v v ( x, y, z, t ) • 经过空间某处的质元速度随时间变化
A
h
B
由SvA=svB,且 S>>s ,故vA<<vB, 可将vA近似为零
v
vB 2 gh
小孔流速只与 h 有关! 如同一质点自由下落 h 高度! 射出流体将做平抛运动
为什么?
例1 一直立圆柱形容器,高0.2m,直径0.1m,顶部开启, 底部有一面积为10-4 m2的小孔,水以每秒1.4×10-4 m3的快慢由水管自上面放入容器中。 问 : 容器内水面可上升的高度?若达到该高度时不再放 水,求容器内的水流尽需多少时间。
机械能增量
P2 S2
F2
P1 S1 h1
y
h2 v2 y h2
x X
1 2 E ( mv2 mgh2 ) 2 1 2 - ( mv1 mgh1 ) 2
P2 S2
P1 S1 h1
v1 x
1 1 2 由W E得:P1V P2 V ( mv2 mgh2 ) - ( mv12 mgh1 ) 2 2 ρ= m /ΔV是流体的密度 1 2 1 2 v2 gh2 P2 v1 gh1 P1 2 2 由于对x,y点的选择没有限制,故上式对同一流管 的任一截面有: 1 2 v gh P 常量 --- 伯努利方程 2
• 流线的形状随时间变化
定常流动
v v ( x, y, z )
• 流场中任一点的流速、压强和密度等都不随时间 变化
• 流线的形状不变,和质元的运动轨迹重合
• 流体的各流层不相混合,只作相对滑动。
§5-2
定常流动的连续性方程
流管的任一横截面上各点的物理量看做均匀
研究对象:在定常流动的流场中任取 一段细流管
解:由连续性方程 S1v1 = S2v2 , 得 v2 = 6(m/s)
由伯努利方程在水平管中的应用得:
1 1 2 P1 v1 P2 v2 2 2 2
代入数据得:P2 = 85(kPa)
∵ P2 < P0, 水不会流出来
生活中的流体力学:
流速小的地方压强较大, p 1 v 2 p 1 v 2 a a 0 0 2 2 流速大的地方压强较小 1 2 1 2 pb vb p0 v0 2 2 飞机升力:
故当满足
pB pc p0 pc g hb
容器B中的液体就会被吸到水平管道中-空吸作用
Sd hb 联立得空吸作用的条件: 1 Sc h
水
空吸作用应用: 水流抽气机、射流真 空泵、喷雾器等
抽气机
接被抽容器
水+空气
(4)汾丘里流量计
由 S1v1 S2v2 1 2 1 2 v1 P 1 v2 P 2 2 2 2 1 s gh p p1 p2 v12 ( 12 1) 2 s2
第五章 流体力学
§5-1 流体运动的描述
液体和气体统称为流体。 流体的基本特征是具有流动性,即它的各个部 分之间很容易发生相对运动,没有固定的形状。 流体力学研究流体的宏观平衡和运动的规律以及 流体与相邻固体之间相互作用规律。 流体的宏观物性
• 流动性 • 可压缩性 • 粘滞性
理想流体
(不可压缩、无粘滞)
m1 = m 2
ρ1 S1 v1Δt =ρ2 S2 v2Δt
定常流动时的连续性方程
ρS v = 常量
又称质量-流量守恒定律
其中 - 流体密度,s - 截面面积,v - 流速。
ρS v 单位时间内通过任一截面S的流体质量
对不可压缩流体, ρ为常量,则 S v =常量 体积-流量守恒定律
Sv 单位时间内通过任一截面S的流体体积 流体的连续性方程是质量守恒定律在定常
令 R 0, 解得:
H 2h2 时, 即 h1 h2时,射程最远
(2) 虹吸作用 如图,一大容器中插入一弯管,若弯管最初充满液 体,则随后液体从弯管下端 e 源源流出。试求 a, b, c, d, e 各处的速率及压强大小。 c d 解: Pa Pe P0 h a b va 0 ve 2 gH vb vc vd ve H Pb Pe gH , e Pc Pd Pe g ( H h)
可见:Pa Pe Pb Pc Pd
(3) 空吸作用 如图,在容器A的下部开口,与一水 平管道相接,管道中间c处是收缩段, 水平管道d端与外界相连。试求c处 压强;B容器中的液体在何条件下能 流进水平管发生空吸作用? 解:由图,c, d 两截面处的中心线等高,
1 2 1 2 由伯努利方程得: vc pc vd p0 2 2
x f ( x 0 , y0 , z 0 , t ) y g ( x 0 , y0 , z 0 , t ) z h( x0 , y0 , z0 , t )
• 欧拉法 考察经过空间某位置(x, y, z)处质元的运动 如:
v v ( x, y, z , t ) a a ( x, y, z , t ) p p( x , y , z , t )
流动流体中的一个推论,它与流体是否存 在粘性无关。
例:水从龙头流下过程中,由于其 速率增加,水流必定“收缩下去”。 若A0处水流横截面为1.2cm2,A处为 0.35cm2,A0,A之间的竖直距离为 h=45mm,求龙头流出的体积流量。 解:两截面体积流量相等
A0v0 Av
2 2
落体运动的速度关系
这种方法把流体看成一 个场,考虑场中各点的 各个物理量。
二、流场、流线和流管 在流体流动过程中的任一瞬时,流体所占据的空 间每一点都具有一定的流速。 流速随空间的分布 流体速度场(流场) v v (r , t )
在流场中假想一组曲线,使曲线上每一点的切线方 向与处在该点流体粒子的速度方向一致,此曲线称流线
小孔流速
vB 2 gh
例2 如图,在一个桶的侧面不同的高度的两处 开了两个小孔A, B。A孔距水面的高度为h1, 距地 面的高度为h2. 问:B孔在距地面什么高度处才可 以保证两个孔喷出的水达到同样远的距离?若容器 装满水,在什么高度开孔水的射程最远?
解:A孔水射程:RA v At A
流体力学 流体静力学:研究静止流体规律的学科,如阿 基米德原理、帕斯卡原理等。
流体动力学:研究流体运动的学科,是水力学、 空气动力学、生物流体力学等学 科的理论基础。
一、 流体运动的描述方法 • 拉格朗日法 考察每个质元的位置随时间的变化 不同的(x0 , y0 , z0) 代表了不同质元 牛顿定律适用
(2)设容器内水流尽需要的时间为T t 时刻水的高度为h ,小孔处流速为 v2 2 gh 液面下降dh高度从小孔流出的水体积为dV = S1· dh, 需要的时间dt 为 dV/Q
S1 dh S1 dh dt S2 v2 S2 2 gh
T dt
0
T
0 H
S1 dh S1 2 H 11.2 ( s) S2 2 gh S2 g
解: (1)设容器内水面可上升的高度为H,此时 放入容器的水流量和从小孔流出的水流量相等,
Q = S2 v2 小孔处水流速v2为: v2 2 gH
Q S2v2 S2 2 gH
4 1 Q 2 1 1.4 10 2 H ( ) ( ) 0.1 (m ) 4 2 g S2 2 9.8 10
单位体积 单位体积 单位体积 流体的动 流体的势 流体的静 压能 能 能
P F F l W S S l V
1 2 v gh P 常量 2
单位体积 单位体积 单位体积 流体的动 流体的势 流体的静 压能 能 能
说明: 1)此方程实质上是能量守恒定律在理想流体做定常流动 中的具体表现。 2)惯性系中成立 3)其中p,v,h对应于同一根流线,不同流线对应的常数不同
2 gh1 2h2 g 2 h1h2
2h3
h1 h2
B
h3
B孔水射程:RB v B t B
A
2 g (h1 h2 h3 )
g
由R相等可解得: h3= h1
RA 2 gh1
2h2
g
2 h1h2
令 H h1 h 2
对
R 2 h1h2 2 ( H h2 ) h2 求导
设流体在x处:压强P1,速度v1,高度h1,截面积S1 在y处:压强P2,速度 v2,高度h2,截面积S2
v2
F1
P1 S1 v1
P2 S2
y h2
经过时间Δt后,此段流 体的位置由 xy移到了 x´y´
考察Δt时间内这段 流体机械能变化
h1
x X
v2 y‘ h2 x’
P2 S2
P1 S1
v1 h1
在一般管道流动中,忽略各物理量在其横截面 上的变化也可近似成立,式中各量为管道截面上所 取的平均值。
如果流体在水平管子中流动(h1=h2),