工程流体力学简答题.docx

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工程流体力学简答题

1.什么是黏性?

当温度变化时,黏性如何变化?

为什么？

当流体内部存在相对运动时，流体内产生内摩擦力阻碍相对运动的属性。

气体的粘性随温度的升高而升高；液体的粘性随温度的升高而降低。

分子间的引力是形成液体粘性的主要原因。

温度的升高，分子间距离增大，引力减小。

分子作混乱运动时不同流层间动量交换是形成气体粘性的主要原因。

温度的升高，混乱运动强烈，动量交换频繁，气体粘度越大

2.解释：

牛顿流体、理想流体

牛顿流体：

切应力与速度梯度成正比的流体

理想流体：

没有粘性的流体

3.流体静压强的两的特性是什么？

流体静压强的方向是作用面内法线方向，即垂直指向作用面。

流体静压强的大小与作用面方位无关，是点坐标的函数

4、画出下列曲面对应的压力体。

（4分）★

5.分别画出下图中曲面A、B、C对应的压力体（6分）

6.写出不可压缩粘性流体总流的能量方程式，并说明各项的物理意义和应用条件。

单位重量流体的动能

单位重量流体的压能

单位重量流体的位能

单位重量流体的两断面间流动损失

不可压缩粘性流体在重力场中定常流动，沿流向任两缓变流过流断面

7.什么是流线？

它有那些基本特性？

流场中某一瞬时一系列流体质点的流动方向线。

一般流线是一条光滑曲线、不能相交和转折

定常流动中，流线与迹线重合。

8.解释：

定常流动、层流流动、二元流动。

定常流动：

运动要素不随时间改变

层流流动：

流体分层流动，层与层之间互不混合。

二元流动：

运动要素是两个坐标的函数。

9.解释：

流线、迹线

流线：

流场中某一瞬时，一系列流体质点的平均流动方向线。

曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。

迹线：

流场中一时间段内某流体质点的运动轨迹。

10.描述流动运动有哪两种方法，它们的区别是什么？

欧拉法，以流体空间点为研究对象

拉格朗日法：

以流体质点为研究对象

11.什么是量纲？

流体力学中的基本量纲有哪些？

写出压强、加速度的量纲。

物理量单位的种类，

长度、时间、质量、

压强ML-1T-2，加速度LT-2

12.在量纲分析中，

定理的内容是什么？

如果一物理过程涉及n个物理量，包含m个基本量纲，则该过程一定可以用n个物理量组成的n-m个无量纲

来描述。

，

14.对于给定的管道，水力光滑管是否可以变为水力粗糙管？

为什么？

可以。

粘性底层的厚度大于绝对粗糙度，水力光滑。

粘性底层的厚度小于绝对粗糙度，水力粗糙。

对给定管道，粘性底层的厚度随雷诺数变化。

速度增大，Re增大，粘性底层的厚度变小，水力光滑变为水力粗糙。

15.解释管道水力计算中的两个概念：

水力光滑管、短管

水力光滑管：

粘性底层的厚度大于管壁的绝对粗糙度，凹凸不平淹没在粘性底层中，流体主流感受不到管壁粗糙的影响，就像在光滑的管中流动。

短管：

水力计算中，局部损失占有相当比例，不能忽略的管道系统。

16.流体在管内流动的流动损失有哪两种？

是如何产生的？

计算公式如何？

沿程损失；发生在缓变流动中，由于流体的粘性摩擦；

局部损失；发生在急变流动中，由于流体的碰撞、速度调整、产生漩涡；

17.写出当量直径与当量管长的定义公式。

18.什么是紊流？

圆管中的紊流流动由哪几部分构成？

流体质点作复杂不规则运动，相互干扰和掺混。

粘性底层、紊流核心区和过渡区

19.尼古拉兹试验曲线中，流体的流动可以分为几个区域？

各区的沿程损失系数有何特点？

五个

层流区λ=f（Re）

过渡区不稳定，实验点分散λ=f（Re）

紊流光滑管区λ=f（Re）

紊流粗糙管过渡区λ=f（Re，ε/d）

紊流粗糙管平方阻力区λ=f（ε/d）

20.什么是水击？

如何减小水击作用力？

管内有压流动，由于外界某种原因，引起流速突然变化，从而局部压强突然变化，压力波在管内往复波动，引起管道振动的现象。

延长操作时间；降低管长、减小管壁厚度、增大管径、减小管壁弹性模量、保护措施

21.证明：

层流时沿程能量损失hf与管内流体的平均流速v的一次方成正比。

22.流体在圆管内层流流动，速度分布、切应力分布有何特点？

（画图并说明）

切应力线性分布，管道中心最小，为零。

速度抛物线分布，管道中心最大，平均流速是最大流速的一半

23.当流动处于紊流粗糙管区时，雷诺数增大，沿程阻力系数是否增大，沿程阻力损失是否增大？

为什么？

雷诺数增大，沿程阻力系数不增大，只与相对粗糙度有关。

沿程阻力损失增大。

雷诺数增大，速度增大。

24.什么是紊流？

紊流速度如何表示？

式中各符号的含义如何？

写出紊流时均速度

的定义式。

紊流：

流体质点作复杂不规则运动，流体质点相互干扰、掺混。

瞬时值、时均值、脉动值

25.理想不可压缩流体绕流叶型时为什么会产生升力？

下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低，流向上表面的后驻点时，气流发生分离，产生逆时针的漩涡，叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡。

由于漩涡产生，后驻点向后缘点移动，形成下游的启动涡和叶型上的附着涡。

顺时针漩涡使上层速度加快、压强降低；下层速度减小，压强增高。

上下表面的压强差对叶型产生了升力。

26．粘性流体绕流物体的阻力可分为哪两种？

如何减小？

摩擦阻力、压差阻力（形状阻力）

为减小摩擦阻力，使该物体的层流边界层尽可能延长，或使层流边界层转变紊流边界层的转变点尽可能往后推移。

为减小压差阻力，使边界层分离点尽量后移。

27.试解释：

对于圆球，在Re

3

时，绕流阻力系数急剧下降的原因。

边界层由处于紊流，分离点后移，漩涡区显著减小，压差阻力大大降低，虽然摩擦阻力有所增加，但总阻力大幅降低。

28.边界层有何特点？

发生边界层分离的必要条件是什么？

很薄；沿流动方向逐渐增厚；速度梯度大；层流、紊流两种流态；粘性力不可忽略；压强等于外边界上的压强。

减速增压粘性流体

29.理想的不可压缩流体绕流翼型，产生升力的原因是什么？

下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低，流向上表面的后驻点时，气流发生分离，产生逆时针的漩涡，叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡。

由于漩涡产生，后驻点向后缘点移动，形成下游的启动涡和叶型上的附着涡。

顺时针漩涡使上层速度加快、压强降低；下层速度减小，压强增高。

上下表面的压强差对叶型产生了升力。

30．若要将亚声速气流加速为超声速气流，管道截面积应如何变化？

先收缩后扩大

亚音速：

Ma＜1，dv＞0，dA＜0

超音速：

Ma＞1，dv＞0，dA＞0

31.讨论超音速气流经过膨胀波与压缩波后气流的速度、压强及温度的变化规律。

超音速气流经过膨胀波：

速度增加、压强降低、温度降低

超音速气流经过压缩波：

速度减低、压强、温度升高

32.气体等熵流动中，什么是滞止状态？

什么是极限状态？

什么是临界状态？

滞止状态：

等熵流动变化到速度为零

极限状态：

等熵流动变化到速度最大

临界状态：

等熵流动变化到速度等于当地声速

33.亚声速气流通过渐缩喷管出口马赫数最大为多少？

为什么？

亚音速：

Ma＜1，

渐缩dA＜0

成立，dv＞0，加速至音速，马赫数最大为1

34.简要说明微弱扰动波在静止、亚声速、声速、超声速气流中传播的特点。

微弱扰动波在静止气流中传播无界

微弱扰动波在亚声速气流中传播无界

微弱扰动波在声速气流中传播有界，半个空间

微弱扰动波在超声速气流中传播有界，马赫锥

35.若想将气流加速，通道的截面积应如何变化？

亚音速：

Ma＜1，dv＞0，dA＜0收缩

超音速：

Ma＞1，，dv＞0，dA＞0扩大

36、请说出：

牛顿流体、重力流体、不可压缩流体、理想流体、正压性流体这样五个概念的定义。

牛顿流体：

切应力与速度梯度成正比的流体。

重力流体：

质量力只有重力的流体。

不可压流体：

密度保持不变的流体。

理想流体：

没有粘性的流体正压性流体：

密度只随压强变化的流体

37、什么是虹吸现象？

虹吸流动的动力是什么？

虹吸现象：

流体自动地从高位液面，经过高于液面的管道流向低位液面的现象。

动力为高低液面的高度差。

38、现象一：

1940年美国华盛顿州，一座悬索桥在19m/s的风中倒塌。

现象二：

火车开过时，必须远离，否则有被卷入的危险。

试用所学的流体力学知识解释这两个现象。

现象一：

卡门涡街。

流体绕过圆柱或钝形物体，当雷诺数到达某一值时，物体尾部出现对称交错排列的漩涡组合。

卡门涡街的振动频率与物体的频率合拍，共振，造成破坏。

现象二。

伯努利方程（能量方程）。

动能增加，压能降低，负压（真空），卷入。

39、流体在圆管内紊流流动，在截面上，1、2、3分别表示什么区域？

水力光滑管是如何定义的？

水力光滑管的沿程损失系数有何特点？

粘性底层，过渡区，紊流核心区。

粘性底层的厚度大于管壁的绝对粗糙度，凹凸不平淹没在粘性底层中，流体就像在光滑的管仲流动一样，这样的管道称水力光滑管，

沿程损失系数只与雷诺数有关。

40、画出下列曲面所对应的压力体，并标曲面所受垂直分力的方向。

1、

41、液体在一粗细不匀的水平管中稳定流动，压强计中水银液面能否出现如图高度差？

若能，其流动方向如何，为什么？

若不能，其原因又何在？

能，从右往左流动

根据压力计，右侧压强大；根据连续性方程，右侧速度大。

右侧能量高于左侧，从右往左流动。

42、在风洞中做流体绕流圆球试验，当

时，绕流阻力系数

。

若在圆球前部加一细丝，同一雷诺数下，测得阻力系数为

。

试问阻力系数迅速减小的原因。

）

球，高雷诺数下，压差阻力为主。

若在圆球前部加一细丝，流动紊流，紊流掺混作用，边界层分离点后移，压差阻力变小。

虽然摩擦阻力有所增加，但总阻力大大变小。

、

43、名词解释：

当量直径；当量长度；激波

当量直径：

4倍的有效截面积与湿周的比

当量长度：

局部损失等值折合成某一长度上的沿程损失，该长度称当量长度。

激波：

强压缩波

44、从力学角度，流体的定义是什么？

流体的基本物理属性有哪些？

在任何微小剪切力作用下，都能连续变形的物体

流动性，粘性，压缩性、膨胀性、惯性

45.什么是流线？

流线是否可以相交或转折？

不可压理想流体平面流动，沿弯曲流线切线方向与主法线方向，如速度变大，压强分别如何变化？

流场中一系列流体质点的流动平均方向线，曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。

一般不能相交转折，速度为零的点和无穷大的点除外。

如：

绕流和点源流动等

沿流线切线、法线方向，速度增大，压强变小。

46、什么是边界层，边界层分离的必要条件是什么？

从边界层控制角度，谈谈如何减小绕流的阻力。

大雷诺数下，粘性流体绕过物体，紧靠物体表面上的速度从零迅速增大到来流速度的速度梯度较大的薄层。

减速增压。

减小摩擦阻力，边界层层流，或层流紊流的转变点后移。

减小压差阻力，边界层紊流，或边界层分离点前移

47、在管内流动中，什么是局部损失？

常见的发生局部损失的部位有哪些？

如何减小局部损失？

发生在急变流中的，由于流体碰撞，旋涡速度调整造成的损失。

管道进出口，弯管，管道突然扩大突然缩小处，分流合流处；阀门、表计等局部部件处。

改善进口条件，流线型入口；渐缩渐扩；导流板；减小分流合流角；合理布置管道附件。

48.试述流体粘性产生的物理原因。

分子间的引力和不同流层间动量交换是粘性产生的原因。

分子间的引力是形成液体粘性的主要原因。

温度的升高，引力减小。

分子作混乱运动时不同流层间动量交换是形成气体粘性的主要原因。

温度的升高，混乱运动强烈，动量交换频繁，气体粘度越大

49、削弱水击的方法有哪些?

（1）、增大管径减小流速，可以部分地减小水击压强。

（2）、缩短管道长度。

（3）、设置调压室。

（4）、延长阀门关闭时间。

（5）、采取合理的阀门关闭规律，控制水击压强的上升速度，使其值最小。

（6）、安装减压阀。

50、什么是边界层分离现象?

其产生的条件是什么?

是指原来紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象。

边界层分离的根本原因是粘性的存在（无粘性没有分离现象），分离的条件是逆压梯度的存在，分离的实际发生则是由流体元的滞止和倒流引起的。

51、亚声速气流通过渐缩喷管出口马赫数最大为多少？

为什么？

最大为1.

渐缩喷管dA<0，

dv＞0，加速至声速，Ma＝1.

１、“截面积大处速度小，截面积小处速度大”对吗？

为什么？

一维流动的连续方程

成立的条件是不可压缩流体，倘若是可压缩流体，则连续方程为

52、两恒定流流动相似应满足哪些条件？

答：

应满足几何相似，动力相似，运动相似及初始条件、边界条件相似。

３、同一管道中的流体流动，是否既可以处于水力光滑管，也可以处于水力粗糙管状态？

为什么？

是，在同一管道中若水流速度在某两处不，对应的Re数不同，则这两处的粘性底层会有所不同，可能出现

的情况。

53、试述库塔条件及库塔－儒可夫斯基升力公式的内容？

并简要说明升力如何产生？

FL=Fy=-ρv∞Г。

理想流体均匀等速绕流圆柱体有环流的流动中，在垂直来流的方向上，流体作用在单位圆柱长度上的升力大小等于来流密度、来流速度和速度环量三者的乘积，升力的方向为来流速度矢量沿反速度环流的方向旋转90°。

机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过机翼上表面的气流流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，流速较上表面的气流慢。

流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高，换一句话说，就是大气施加与机翼下表面的压力方向向上比施加于机翼上表面的压力大，二者的压力差便形成了飞机的升力。

54、什么是流体的连续介质模型？

它在流体力学中有何作用？

.把流体当做是由密集质点构成的，内部无间隙的连续体来研究，就是连续介质模型，可以用连续函数的解析方法来研究流体的平衡和运动规律，为流体力学的研究提供了很大的方便。

55、分析局部水头损失产生的原因？

（a）任何断面形状的改变，都必将引起流速的重新分布，因而附加了流体间的相对运动和流体质点的急剧变形，结果导致质点间附加摩擦和相互撞击，使流体能量受到损失，液流中流速重新分布。

（b）流速的重新分布，总是伴随有流动分离和旋涡的形成，在旋涡区由于粘性的存在，便有摩擦的能量损失，在旋涡中粘性力作功。

（c）在旋涡区中，又有质点被主流所带走，即有动量交换，因而消耗运动流体的能量，

流体质点的混掺引起的动量变化。

56、什么是压差阻力？

产生压差阻力的主要原因是什么？

压差阻力是作用在物面上的压力在来流方向投影的总和。

产生压差阻力的根本原因也是空气粘性。

如果空气没有粘性，它流过物体时就不会产生摩擦，也就不会损失它的能量而停止流动，并产生气流的分离。

气流的分离虽然不是压差阻力的根源，但它直接引起了压力差的产生

57、马赫波与激波的形成有何不同？

气流穿过马赫波和激波的总参数及熵的变化有何特点？

答：

马赫波是微弱扰动在超音速气流中的传播形成的。

激波是超音速气流中n道微弱压缩波叠加在一起形成的。

气流穿过马赫波后总温、总压不变，是等熵过程。

气流穿过激波后总温不变，总压下降，是熵增过程。