大学流体力学简述题7院版

/20XX年复习资料大学复习资料专业：班级：科目老师：日期：

简述题第一章试解释流体粘性产生的原因并说明温度升高对水和气体值的影响。答：粘性是流体阻止其发生剪切变形和角变形的一直特性，是流体的固有属性。粘性阻力产生的物理原因是分子间内聚力和分子热运动造成的流体层之间的动量交换。随着温度升高，液体的值会降低，其原因是温度升高液体分子间距离增大，液体的内聚力减小，因而粘度降低；气体值会升高，其原因是气体粘性主要来自分子热运动造成流体层之间的分子的质量和动量的交换，温度升高，分子热运动加剧。试简述流体力学质点的定义及特点，简述连续介质假设并说明此假设的主要优点。答：流体力学质点是指一微小的流体团，即流体微团，它与所研究物体的特征尺寸相比微不足道，但与它分子的平均自由行程相比却大得多，使连续介质假设可以成立。连续介质假设是指流体充满一个体积时是不留任何空隙的，其中包括无真空，也无分子间的间隙和分子的运动，即把流体看作连续性的介质。该假设的两个主要优点是1、不必研究大量分子的瞬时状态，而只研究描述流体宏观状态的物理量；2、可以用以连续函数为基础的数学分析方法处理流体力学问题。试简述流体粘性的存在对流体受力、能量消耗方面的影响。答：当流体中发生层与层之间的相对运动时，由于粘性的存在，速度快的流体层对速度慢的流体层会产生一个拖动力，速度慢的流体层对速度快的流体层会有一个阻力，这两个力是一对作业力与反作用力，称为内摩擦力或粘性力，要维持流体运动就必须消耗能量来克服内摩擦力，从而造成能量损失。写出粘性剪切应力及剪切力的典型表达式并解释其物理意义。答：剪切力：物理意义：流体内摩擦力的大小与流体的性质有关，与流体的速度梯度和接触面积成正比。粘性剪切应力：物理意义：单位面积上的摩擦力，流体粘性剪切应力大小与流体的性质有关，与流体的速度梯度成正比，与接触面积无关。第二章试说明等压面的定义及特点，分别给出相对静止的流体及加速度为a的流体等压面与水平面的夹角。答：在静止流体中，静压强相等的各点所组成的面称为等压面，等压面具有三个重要特点：1.等压面就是等势面；2.在平衡流体中，通过某一点的等压面必与该点所受的质量力相互垂直；3.两种密度不同而又互不相混的流体处于平衡时，他们的分界面必是等压面。静止0，加速度a时arctan(a/g)。试解释置于流体中的平板受力大小、方向以及合力作用点与形心之间的关系。答：：静止流体作用在平板上的合力等于该平板几何中心处的压强与平板面积的乘积，方向与平板垂直；：压力中心总是在平板的几何中心之下，这是因为液体压强总是随着深度的增加而增加，所以其合力作用点总是在几何中心之下。第三章试简述研究流体的拉格朗日方法和欧拉法，并以速度为例给出两种方法的表达式。答：拉格朗日法是研究流场内个别流体质点在不同时刻的位置，流速，压力等参数的变化。也就是用随时间的变化来描述流体质点运动参数，各质点运动状况的总和就构成了整个流体的运动,用这种方法可以表示或了解流场中个别流体质点的参数变化情况。；；欧拉法是研究整个流场内不同时刻，不同位置上的流体质点的参数。它把注意力集中在选定的空间点而不是流体质点上。欧拉法确定的是占据流场中的全部流体质点的瞬时流动参数。；；试解释流线和迹线，并写出二者的描述方程。答：迹线：迹线是流体质点在某一时间段内的运动轨迹线。流线：流线与迹线不同，它是某一瞬时流场中质点的流动方向线。试给出随流导数的定义式并简述各项的物理意义。一般来说，用欧拉法表示的流体质点的任何一个物理量N（x,y,z,t），不论其为矢量还是标量，它对时间的变化率都可以表示为：；式中称为随流导数，称为当地导数，称为迁移导数。试简述流面、流管的定义，并分析流管与壁面的相同点和差别。流面：流面：在某一瞬时的流场中任取一非流线曲线L，通过L上每一点连续做流线，这些流线组成的曲面叫做流面。流管：在流场中取任意非流线封闭曲线L,通过曲线L上每一点连续地坐流线，则这些流线所构成的管状表面称为流管。流管与壁面相同点：流体都不能穿过区别：流管是假想出来的，壁面是真实存在的；流管对流体没有粘性力作用，壁面有。牛顿变形率揭示了什么样的物理关系，试用有关公式表达出来。答：牛顿流体变形率揭示了粘性应力和应变率之间的关系，，试给出雷诺输运定理表达式并简述各项的物理意义。答：雷诺输运定理的表达式为。其物理意义是某瞬时控制体内流体所构成的体系具有的随流物理量总和对时间的变化率，等于同一瞬间控制体中同一随流物理量之和对时间的变化率与单位时间内该物理量通过控制面净流出量之和。试给出不可压缩流中广义伯努利方程的表达式，并给出该方程的适用情况。答：；成立的条件是只有重力作用，理想的不可压缩流体沿流线或无旋流场。试简述四种流体运动形式并给出各运动形式的表达式。答：1.平移：在流场中取一流体微团，经过dt时间后，微团处在不同的位置，但微团内各点相对位置没有改变，微团形状也没有发生变化。转动：在流场中取一流体微团，经过dt时间后，微团中一点O的位置没有变化，其他点与O点的连线相对原来转过一定角度。；角变形：在流场中取一流体微团，经过dt时间后，微团中一点O的位置没有变化，其他点与O点的连线相对原来转过一定角度，但各点相对原来转过角度不同，产生角变形。；体变形：流体微团中的点相对微团极点在各个方向有速度，导致微团在各方向伸长或收缩，叫做体变形。；第五章试叙述雷诺试验反映的物理现象。答：雷诺试验揭示了1.流体的流动存在两种截然不同的流动状态和2.不同流态与沿程水头损失的关系。试给出雷诺数的定义并解释其物理意义，并根据雷诺数变化分析流体流动为层流或湍流的原因。答：：雷诺数是反映流体流动的惯性力与粘性力之比的一个无因次参数；当时，流动为层流，时，流动为湍流。试从流动规则情况、速度分布、摩擦阻力和流动的机械能损失等方面简述层流流动和湍流流动的差别。答：湍流流动与层流流动相比，在速度分布、摩擦阻力和流动的机械能损失等方面的差别表现为层流时，流体质点除纵向运动外，不能在横向作大范围的迁移，摩擦阻力较小，流动的机械能损失小；湍流时，流体质点在向前运动时，还有很大的横向速度，横向速度的大小和方向是不断变化的。局部损失的类型有哪些？答：流道弯曲、流通截面突然扩大或缩小以及流体通道设置了各种各样的物件。第七章对不可压缩流动，试述在收缩管道和扩张管道中附面层形成和发展的区别。答：收缩管道中，流体进入之前，附面层已有相当发展，具有一定厚度。进入收缩管道后，由于主流区内流体的加速而使压力逐渐降低，附面层在顺压力的作用下逐渐变薄。在整个管道中，附面层是逐渐发展的。扩张管道中，由于流道截面逐渐增大，主流区中压力不断增高，知道动能不足以补充压力能，对附面层内流体能量供应减弱，使附面层沿流动方向迅速增厚，最终出现倒流。在这种流动中，附面层不是连续稳定发展的。试写出附面层位移厚度和动量损失厚度的表达式并分别解释其物理意义。答：位移厚度：物理意义：由于附面层的存在，实际流过附面层内流体流量的减少量动量损失厚度：物理意义：由于附面层的存在，单位时间内通过附面层的流体的动量损失，认为其相当于主流流体单位时间内通过厚度为的区域内具有的动量。试给出附面层的定义并简述附面层的提出带来的好处。答：附面层：靠近物体表面速度梯度很大的一层好处：可以把流场分为两个部分：一是附面层及尾流区，在这一区域必须按N-S方程求解，但这一区域很小，流动可看成是平行于物体表面的，使得N-S方程大大简化；二是除附面层及尾流区以外的区域，可按照理想流体流动来计算。此外，附面层的计算对研究流动阻力，对流传热，物质扩散等工程实际问题具有指导意义。第九章试述弱扰动在亚声速流和超声速流动中的传播规律。答：弱扰动在亚声速流动中，扰动会向上游传播，其影响范围是全流场的；超声速流中，扰动不能向上游传播，其影响范围限于以扰动源为顶点，以通过该点气流之流动方向为中心线的圆锥范围。在等熵绝能收缩管道中，超声速流动是减速的，而压声速流动是加速的，试用流量函数分析其原因。答：一维定常流动中，各截面流量相等，即等熵绝能管道中则有在收缩管道中，管道截面积减小，增大，超声速气流，由函数图像可知，减小，气流减速；亚声速气流，由函数图像可知，增大，气流加速。在等熵绝能扩张管道中，超声速流动是加速的，而压声速流动是减速的，试用流量函数曲线分析其原因。答：同上。第十章试简述产生膨胀波的条件及气流经过膨胀波后的参数变化趋势。答：产生膨胀波条件：超声速气流绕外钝角或凸壁流动。参数变化：气流加速，压强，密度下降。试简述产生激波的条件及气流经过激波后的参数变化趋势。答：产生激波的条件：超声速气流突然减速和转向。参数变化：压强，密度，温度均升高，速度突然下降。马赫数下降，总压下降，总温不变。第十一章一个管道将亚声速流变为超声速流的条件是什么？答：一个管道将亚声速流变为超声速流的条件是先收缩再放大。试简述喷管和扩压器的定义，并说明在超声速来流和亚声速来流情况下，两种流动部件的形状。答：使气流加速的管道叫做喷管，使气流压强增大的管道叫做扩压器。对于喷管，当为超声速来流时，应该为扩张管；当为亚声速来流时，应该是收缩管。扩压器与之相反。收缩喷管有哪三种状态，试简述各状态的流动特点。答：亚临界流动状态：喷管流动直到出口都是亚音流，反压的变化引起的扰动可以向上游传播。临界流动状态：喷管出口为音速，管内流量最大。超临界流动状态：喷管出口为音速，反压扰动不影响管内流动。收缩喷管壅塞状态是如何定义的？试简述在收缩喷管壅塞状态，提高来流总压，收缩喷管中哪些参数发生变化，哪些参数不变。答：收缩喷管的雍塞状态是指出现临界截面，流量达到最大值的状态。只提高来流总压，喷管内任一截面的M数，p/p*，T/T*都不变。收缩喷管壅塞状态是如何定义的？在收缩喷管壅塞状态，降低反压，收缩喷管中参数如何变化？答：同上。拉瓦尔喷管工作状态判据有哪些？这些判据如何计算？拉瓦尔喷管工作状态由三个特征压比，,来判别。,,拉瓦尔喷管状态有哪些？各状态的流动特性如何？答