流体力学基本概念和基础知识

1、流体力学基本概念和基础知识（部分）1 什么是粘滞性？什么是牛顿内摩擦定律？不满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体还是非牛顿流体？ 流体内部质点间或流层间因相对运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质 满足牛顿内摩擦定律的流体是牛顿流体 请阐述液体、气体的动力粘滞系数随着温度、压强的变化规律。水的黏滞性随温度升高而减小；空气的黏滞性随温度的升高而增大。（动力粘度体现黏滞性）通常的压强对流体的黏滞性影响不大，但在高压作用下，气液的动力黏度随压强的升高而增大。2 在流体力学当中，三个主要的力学模型是指哪三个？并对其进行说明。连续介质（对流体物质结构的简化）、无黏性流体（对流体物理性质的简化）、不可压流体

2、（对流体物理性质的简化）3 什么是理想流体？不考虑黏性作用的流体，称为无黏性流体（或理想流体）4什么是实际流体？ 考虑黏性流体作用的实际流体5什么是不可压缩流体？流体在流动过程中，其密度变化可以忽略的流动，称为不可压缩流动。6为什么流体静压强的方向必垂直作用面的内法线？流体在静止时不能承受拉力和切力，所以流体静压强的方向必然是沿着作用面的内法线方向7 为什么水平面必是等压面？由于深度相等的点，压强也相同，这些深度相同的点所组成的平面是一个水平面，可见水平面是压强处处相等的面，即水平面必是等压面。8 什么是等压面？满足等压面的三个条件是什么？在同一种液体中,如果各处的压强均相等由各压强相等的点组

3、成的面称为等压面。满足等压面的三个条件是同种液体连续液体静止液体。9 什么是阿基米德原理？无论是潜体或浮体的压力体均为物体浸入液体的体积，也就是物体排开液体的体积。10 潜体或浮体在重力G和浮力P的作用，会出现哪三种情况？重力大于浮力，物体下沉至底。重力等于浮力，物体在任一水深维持平衡。重力小于浮力，物体浮出液体表面，直至液体下部分所排开的液体重量等于物体重量为止。11 等角速旋转运动液体的特征有那些？（1）等压面是绕铅直轴旋转的抛物面簇；（2）在同一水平面上的轴心压强最低，边缘压强最高。12什么是绝对压强和相对压强？两者之间有何关系？通常提到的压强是指绝对压强还是相对压强？1个标准大气压值以

4、帕（Pa）、米水柱（mH2O）、毫米水银柱（mmHg）表示，其值各为多少？绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强。 相对压强：当地同高程的大气压强ap为零点起算的压强。压力表的度数是相对压强，通常说的也是相对压强。1atm=101325pa=10.33mH2O=760mmHg.13什么叫自由表面？和大气相通的表面叫自由表面。14什么是流线？什么是迹线？流线与迹线的区别是什么？流线是某一瞬时在流场中画出的一条空间曲线，此瞬时在曲线上任一点的切线方向与该点的速度方向重合，这条曲线叫流线。区别：迹线是流场中流体质点在一段时间过程中所走过的轨迹线。流线是由无究多个质点组成的，它是表示这

5、无究多个流体质点在某一固定瞬间运动方向的曲线。而迹线则是在时间过程中表示同一流体质点运动的曲线。15 什么是流场？我们把流体流动占据的空间称为流场16 什么是欧拉法？什么是拉格朗日法？欧拉法：通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。拉格朗日法：通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法。17 什么是恒定流动？什么是非恒定流动？什么是均匀流？什么是非均匀流？什么是急变流？什么是渐变流？运动平衡的流动，各点流速不随时间变化，由流速决定的压强、粘性力也不随时间变化，这种流动称之为恒定流动反之为非恒定流动。质点流速的大小和方向均不变的流动叫均匀流动，反之为非均匀流动。不均匀流动又按流速随流向

6、变化的缓急，分为渐变流和急变流18. 应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？19. 因为建立恒定总流的伯努利方程时，把（z+P/pg）作为常熟提到积分号外面，只有渐变流断面或均匀流断面的（Z+P/pg）=C。19. 在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？可以，因为渐变流断面或均匀流断面上（Z+P/pg）=C20. 动能修正系数？动量修正系数？二者的大小和速度分布有何关系？动能修正系数：总流有效断面上的实际动能对按平均流速算出假象动能的比值，流速分布越不均匀，值越大。动量修正系数：实际动量和按照平均流速计算的动量的比值，流速分布越不均匀

7、，值越大。21 什么是沿程损失？什么是局部损失？紊流流态下，管内沿程阻力系数的变化规律？在沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，称这类阻力为沿程阻力，克服沿程阻力引起的能量损失为沿程损失。在边壁急剧变化的区域，阻力主要地集中在该区域中及其附近，这种集中分布的阻力称为局部阻力。克服局部阻力的能量损失为局部损失。紊流光滑区（Re4000） 紊流过渡区 紊流粗糙区 22 雷诺实验揭示了流体存在两种流态，它们是如何定义的？判别流态的准则是什么？并阐述其物理意义。对有压圆管流，判别准则的临界值为多少？层流：各液层间毫不相混，分层有规则的流动状态。紊流：液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体相互剧

8、烈掺混。用临界雷诺数作为判断准则，圆管流临界雷诺数等于200023 圆管层流流速分布规律？切应力的分布规律？ 容重；J水力坡度；动力黏度；管半径 对应的水力半径24. 尼古拉兹实验中，沿程阻力系数的变化曲线分为哪几个区域？请分别阐述其变化规律？湍流三个不同流区沿程阻力系数的影响因素以及形成不同流区的根本原因。层流区；层，紊流过渡区；紊流光滑区；紊流过渡区；紊流粗糙区25. 相同的水力条件下，孔口自由出流的流量与管嘴出流的流量相比较，哪一个大？为什么会产生这种现象？管嘴正常工作的条件是什么？在相同条件下，管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。收缩断面处真空起的作用。圆柱形外管嘴的正常工作条件：作用水

9、头 H09.3m,管嘴长度l=(34)d.26 什么叫孔口自由出流和淹没出流？在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流到大气中，称为孔口自由出流。如出流到充满液体的空间，则称为淹没出流。27 什么是有旋流动？什么是无旋流动？流体微团的旋转角速度不完全为零的流动称为有旋流动，流场中各点旋转角速度等于零的运动，成为无旋运动。28 在流体力学中，拉格朗日分析法和欧拉分析法有何区别？拉格朗曰法着眼于流体中各质点的流动情况跟踪每一个质点观察与分析该质点的运动历程然后综合足够多的质点的运动情况以得到整个流体运动的规律。欧拉法着眼于流体经过空间各固定点时的运动情况它不过问这些流体运动情况是哪些流体

10、质点表现出来的也不管那些质点的运动历程因此拉格朗曰分析法和欧拉分析法是描述流体的运动形态和方式的两种不同的基本方法。29 什么叫流管、流束、过流断面和元流？流线组成的管状流面，称为流管。流管以内的流体，称为流束。垂直于流束的断面称为流束的过流断面，当流束的过流断面无限小时，这根流束就称为元流。30 什么是入口段长度？对于层流、紊流分别用什么表示？从入口到形成充分发展的管流的长度称为入口段长度，以Xe 表示。层流：Xe/d=0.028Re.紊流：Xe/d=50.31 什么是单位压能？压力作功所能提供给单位重量流体的能量，称为单位压能32 什么是几何相似、运动相似和动力相似？什么是力学相似？几何相

11、似是指流动空间几何相似，即形成此空间任意相应两线段交角相同，任意相应线段长度保持一定的比例。运动相似是指两流动的相应流线几何相似，即相应点的流速大小成比例，方向相同。动力相似是指要求同名力作用，相应的同名力成比例。33 要保证两个流动问题的力学相似所必须具备的条件是什么？如果两个同一类的物理现象，在对应的时空点上，各标量物理量的大小成比例，各向量物理量除大小成比例外，且方向相同，则称两个现象是相似的。要保证两个流动问题的力学相似，必须是两个流动几何相似，运动相似，动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似。34 什么是因次（量纲）？什么是因次（量纲）分析法？因次是指物理量的性质和类别。因次

12、分析法就是通过对现象中的物理量的因次以及因次之间互相联系的各种性质的分析来研究对象相似性的方法。35 什么是量纲（因次）和谐原理？试举例说明。完整的物理方程式中的各项的因次应相同的性质36为什么虹吸管能将水输送到一定的高度？因为虹吸管内出现真空37什么是泵的扬程？泵所输送的单位重量流量的流体从进口道出口能量的增值，也就是单位重量流量的流体通过泵所获得的有效能量。38什么是水力半径？什么是当量直径？水力半径：过流断面面积与湿周的比值。当量直径=4乘以水力半径。39什么是气蚀现象？产生气蚀现象的原因是什么？气蚀指浸蚀破坏材料之意，它是空气泡现象所产生的后果。产生原因：泵的安装位置高出吸液面的高度太

13、大；泵安装地点的大气压太低；泵所输送的液体的温度过高。40 试述沿程阻力系数的变化规律？什么是水力光滑？当层流次层的厚度大于壁面粗糙度的尺寸时，粗糙凸出的尺寸淹没在层流次层中，绝对粗糙度对液流没有影响，这种区域称为水力光滑区。41. 什么是沿程损失？沿程阻力系数与哪些因素有关？在沿程不变的管段上，流动阻力沿程也基本不变，称这类阻力为沿程阻力，克服沿程阻力引起的能量损失为沿程损失。与雷诺数和管壁粗糙度有关42. 什么是滞止参数？气流某断面的流速，设想以无摩擦绝热过程降低至零时，断面各参数所达到的值，称为气流在该断面的滞止参数。滞止参数一下标“0”表示43. 气流速度与断面的关系有哪几种？M<

14、;1为亚音速流动，说明速度随断面的增大而减慢；随断面的减少而加快。M>1为超音速流动，说明速度随断面的增大而加快；随断面的减少而减慢。M=1既气流速度与当地音速相等，此时称气体处于临界状态。44. 自由紊流射流的运动，动力特征是什么？在自由紊流射流的主体段，射流各断面上速度分布是相似的，轴线速度越来越小，横截面积越来越大，质量流量也越来越大；个横截面上的动量守恒。45. 何为自由射流？何为受限射流？试述两种射流的结构图形，并对比有何异同？出流到无限大空间中，流动不受固体边壁的限制，自由射流；反之为受限射流。受限射流的射流半径和流量不是一直增加，增大到一定程度后反而逐渐减小，使其边界线呈橄

15、榄形48.紊流中为什么存在粘性底层？其厚度与哪些因素有关？其厚度对紊流分析有何意义？在近壁处，因液体质点受到壁面的限制，不能产生横向运动，没有混掺现象，流速梯度du/dy很大，粘滞切应力=du/dy仍然起主要作用。 粘性底层厚度与雷诺数、质点混掺能力有关。 随Re的增大，厚度减小。粘性底层很薄，但对能量损失有极大的影响。49. 紊流时的切应力有哪两种形式？他们各与哪些因素有关？各主要作用在哪些部位？粘性切应力主要与流体粘度和液层间的速度梯度有关。主要作用在近壁处。 附加切应力主要与流体的脉动程度和流体的密度有关，主要作用在紊流核心处脉动程度较大地方。 50. 拿两张薄纸，平行提在手中，当用嘴顺

16、纸间缝隙吹起时，问薄纸是不动，靠拢，还是张开？为什么？靠拢，流速增大，压强降低51.紊流研究中为什么要引入时均概念？紊流时，恒定流与非恒定流如何定义？把紊流运动要素时均化后，紊流运动就简化为没有脉动的时均流动，可对时均流动和脉动分别加以研究。紊流中只要时均化的要素不随时间变化而变化的流动，就称为恒定流。52. “均匀流一定是恒定流”，”恒定流一定是均匀流“，这两中说法是否正确？为什么？两句话都是错误的，在恒定流中，质点流速的大小和方向均不变的流动为均匀流动；在非恒定流中，相互平行的直线流动为均匀流53.什么是液体的可压缩性？什么情况下需要考虑液体的可压缩性？液体的可压缩性是指：当外界的压强发生变化时液体的体积也随之而发生改变的特性。液体的可压缩性在一般情况下可以不考虑，但是当外界压强变化较大，必须予以考虑55. 试述恒定气流能量方程中静压，动压，位压，全压，势压和总压所代表的意义。静压：，动压：，位压：全压：静压和动压之和势压：静压和位压之和总压：静压，动压和位压之和56.尼古拉兹实验分区以及意义是什么？层流区临界过渡区 紊流光滑区 紊流过度区紊流粗糙区 意义：比较完整地反应了沿程阻力系数的变化规律，揭示了沿程阻力系数变化的主要因素。57.浓差或温差射流弯曲产生的原因什么？浓差或温