简答题和推导论证题完整版.docx

1、简答题和推导论证题完整版1、流体静压强的特性是什么？流体静压强的方向沿作用面的内法线方向。在静止流体中任一点的流体静压强的大小与作用面的方向无关，只与该点的位置有关。即同一点上各个方向的流体静压强大小相等。2、推导静止流体对平面壁总作用力的计算公式。 P323、试推求直角坐标系下流体的连续性微分方程。P704、什么是流线和迹线，写出二者的方程。迹线：流体质点在一段时间内运动的轨迹线。流线：在某一瞬时，流场中连续的不同位置质点的运动方向连线，该线上任一点的速度方向都沿切线方向。5、从粘性流体应力形式的运动微分方程推求方程，并简述方程各项的物理意义。6、写出粘性流体恒定总流的伯努利方程，并指出其使

2、用条件及各项的物理意义。条件：（1）恒定流； （2）不可压缩流体；（3）质量力只有重力； （4）所选取的两过水断面必须是渐变流断面，但两过水断面间可以是急变流。（5）总流的流量沿程不变。（6）两过水断面间除了水头损失以外，总流没有能量的输入或输出。 （7）式中各项均为单位重流体的平均能（比能），对流体总重的能量方程应各项乘以gQ hw 水头损失7、毕托管是广泛应用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意图，并说明其工作原理。8、流函数和势函数存在的充要条件是什么？各自都有什么性质？流函数存在的充要条件：不可压缩流体的平面流动流函数的性质：1、等流函数线为流线2、平面流动中，通过两条流线间任一曲

3、线，单位厚度的体积流量等于两条流线的流函数之差流函数的物理意义。3、对于平面不可压缩有势流体有势，流函数是调和函数，满足拉普拉斯方程。（这里写的性质是课件上的，课本上比课件上多两条，见课本P130。） 势函数存在的充要条件：无旋流动势函数的性质：1.对于不可压缩流体，速度势是调和函数，满足拉普拉斯方程。2、任意曲线上的速度环量等于曲线两端点上速度势函数值之差。而与曲线的形状无关。3、流速势函数沿流线 s 方向增大。 （这里写的性质是课件上的，课本上比课件上多两条，见课本P129。）9、常见的几种平面势流有哪些？它们的势函数和流函数是什么？1、线性函数均匀流2、点源与点汇 或源流与汇流（用极坐标

4、）源流：汇流3、点涡（环流）10、什么是速度环量和涡量，二者有何关系？定量描述有旋流动的物理量为涡量，它就是速度矢量的旋度。二者关系：沿空间封闭曲线L的环量，等于穿过张在L上任意曲面S上的涡通量，涡通量的数值与所张的曲面形状无关，只跟围线所包含的涡量有关。六、11、推求圆管突然扩大流动的局部阻力损失的计算方法。12、简述管道中流动阻力的类型及多发生的位置，说明管道沿程阻力系数在层流区、光滑管至粗糙管区与哪些因素有关？在这两区中沿程阻力损失与速度有何关系？简单的公式.沿程阻力，在边界沿程不变的均匀流段上，如等截面直管。局部阻力，在边壁形状沿程急剧变化，流速分布急剧调整的局部区段上，如管道入口、变

5、径管、弯管、三通、阀门等。在层流区仅与雷诺数有关系。在光滑管至粗糙管区，既和雷诺数有关，也和相对粗糙度有关。13、流体力学相似包含哪些方面，他们含义是什么？ 雷诺数（Re）的物理意义是什么？几何相似，是指原型和模型两个流场的几何形状相似，即两个流场相应的线段长度成比例，相应的夹角相等。运动相似，两个流场相应点的速度方向相同，大小成比例。动力相似，两个流动各个相应点上，其质点所受到的各种作用力均维持一定的比例关系。初始条件和边界条件的相似，保证两个流动相似的充分条件。雷诺数物理意义：雷诺数是惯性力和粘滞力的比值，你可以这样理解：当粘滞力大的时候，水流就不容易混乱，比较接近于层流，此时分母较大，R

6、e较小；当粘滞力不足的时候，水流就容易混乱，比较接近于紊流，此时Re较大。14、绕流升力产生的原因？当绕流物体为非对称形或虽为对称但其对称轴与来流方向不平行时，在绕流物体上部流线较密，流速大；下部流线较疏，流速小，则上部压强小，下部压强大，上、下部存在压强差，由此产生向上的力称为升力。15、比较管嘴和孔口出流量的大小，并说明原因。在同样条件下，管径与孔径相同的管嘴出流流量大于孔口出流流量，其比值约为1.32.原因是管嘴出流管内收缩处的真空抽吸作用。在收缩断面处，液流与管壁脱离形成环状真空区。由于真空区的存在，对来流产生抽吸作用，从而提高了管嘴的过流能力，使流量增大。16、推导空气绝热流动时（无

7、摩擦损失），两断面间流速与绝对温度的关系，已知：空气的绝热指数k=1.4,气体常数R=287J/kg.k。17、为什么低速气流V50m/s,可以忽略其压缩性影响。解： 音速大小在一定程度上反映气体可压缩性大小，对于15的空气，c=340m/s，当V50m/s时，马赫数M=0.147，由于M21，d/ 远小于dv/v，速度增加得快，而密度减小得慢，气体的膨胀程度不很明显，压强变化引起的密度变化可忽略不计，故由流体的压缩性定义知该低速气流可视为不可压缩流体来处理。18、请写出渗流基本定律表达式？并解释其物理意义。 此即达西公式。 式中：Q渗透流量（出口处流量，即为通过砂柱各断面的流量） ； 过水断

8、面（在实验中相当于砂柱横断面积） ； h水头损失（ h =H1H 2 ，即上下游过水断面的水头差） ； L渗透途径（上下游过水断面的距离） ； I 水力梯度（相当于h / L，即水头差除以渗透途径） ； K渗透系数。 19、流体的主要力学性质有哪些？1、流体具有易流动性；2、流体具有质量，有一定的密度；3、流体受有重力作用；4、流体具有粘性；5、流体具有一定的压缩性和膨胀性；6、流体具有一定的表面张力。20、边界层分离的原因是什么？边界层分离发生在升压降速区，流动过程中，既因为阻力损失能量，动能还要拿出一部分来使压力增大，导致速度逐渐降为0，即分离点处。流体在此堆积，此点之后压降继续升高，使这

9、部分停滞的流体被迫反方向逆流，并挤压主流离开物体壁面，造成分离现象。21、写出不可压缩流体和可压缩流体一维定常流动的连续方程，这两个方程有什么不同？有什么联系？ 不可压缩流体的一维定常流动的连续方程： 可压缩流体一维定常流动的连续方程： 与不可以收缩理想流体相比多出了一项，从热力学可知，该多出项是绝热过程中单位质量气体所具有的的内能。四、22、写出气体伯努利方程，并说明气体伯努利方程的物理意义和使用条件。物理意义：空气在低速一维定常流动中，同一流管的各个截面上，静压与动压之和（全压）都相等，由此可知，在同一流管中，流速快的地方，压力小，流速慢的地方压力大。使用条件：1.气体是连续的、稳定的气流

10、（一维定常流）：2.在流动中空气与外界没有能量交换；3.空气在流动中与接触物体没有摩擦或摩擦很小，可以忽略不计（理想流体）；4.空气密度随流速的变化可忽略不计（不可压流）。23、CFD具体步骤24、如何建立离散方程对于在求解域内所建立的偏微分方程，理论上是有真解（或称精确解或解析解）的。但由于所处理的问题自身的复杂性，一般很难获得方程的真解。 因此，就需要通过数值方法把计算域内有限数量位置(网格节点或网格中心点)上的因变量值当作基本未知量来处理，从而建立一组关于这些未知量的代数方程组，然后通过求解代数方程组来得到这些节点值，而计算域内其他位置上的值则根据节点位置上的值来确定。由于所引入的应变量

11、在节点之间的分布假设及推导离散化方程的方法不同，就形成了有限差分法、有限元法、有限元体积法等不同类型的离散化方法。 在同一种离散化方法中，如在有限体积法中，对对流项所采用的离散格式不同，也将导致最终有不向形式的离散方程。 对于瞬态问题，除了在空间域上的离散外，还要涉及在时间域上的离散。这要涉及使用何种时间积分方案的问题。25、CFD软件结构包含哪些内容CFD软件结构包括前处理器、求解器、后处理器。渗流例题1. 已知一等厚、均质、各向同性的承压含水层，其孔隙度为0.15，沿着水流方向的两观测孔A、B间距离l=200m，其水位标高分别为HA=5m，HB=3m，地下水的渗透流速为0.15m/d。试求

12、含水层的渗透系数和地下水实际速度。（10分） 解：据题意，根据Darcy定律：V=KJ得：答：含水层的渗透系数为15m/d，实际流速为1m/d。2. 在某均质、各向同性的承压含水层中，已知点P（1cm，1cm）上的测压水头满足下列关系式：H=3x2+2xy+3y2+7，公式中的H、x、y的单位均以米计，试求当渗透系数为30m/d时，P点处的渗透速度的大小和方向。解：根据达西定律，有： 由于在P点处的渗透速度值为：3. 图15为设有两个观测孔（A、B）的等厚的承压含水层剖面图。已知HA=8.6m，HB=4.6m，含水层厚度M=50m，沿水流方向三段的渗透系数依次为K1=40m/d，K2=10m/d，K3=20m/d，l1=300m，l2=800m，l3=200m。试求：含水层的单宽流量q；