流体力学作业

流体力学作业第一部分1.流体和固体的主要区别有哪些？答案：流体和固体的主要区别在于液体的易流动性，即固体具有抵抗一定量的拉力、压力和剪切力的能力；而流体可以抵抗压力，但不能承受拉力，特别是静止的流体不能抵抗剪切力，在切向力的作用下可以无限变形。2.什么类型的力使流体变形？答案：使流体变形的主要力是剪切力，在剪切力作用下，流体可以无线变形。3.理想流体的定义是什么？答案：理想流体是不考虑粘性、热传导、质量扩散等扩散特性的流体。4.完全气体的定义是什么？怎么用表达式表达？答案：符合气体状态方程：p=ρRT的气体为理想气体，其表达式就是p=ρRT式中p——压强；ρ——密度；R——气体常数；T——温度。5.马赫数的定义是什么？超音速和亚音速的区别？能否多谈一些？答案：物体运动的速度与声速的比值叫做马赫数，用M表示。当M>1时，即物体速度大于声速的时候为超声速，当M<1时，即物体的速度小于声速，此时为亚声速，马赫数为1时即为声速，马赫数大于五左右为超高声速。在大多数情况下，对于马赫数M≤0.3时，若密度的改变只有平均值的2%，那么气体的流动就认为是不可压缩的；一般来说，马赫数小于0.15时可以将此流动看作不可压缩流动来处理。6.层流和湍流的现象，能否描述一下？用什么来判断它们？答案：层流：流体只做轴向运动，而无横向运动，此时水在管中分层流动，各层之间互不干扰、互不相混。湍流：水剧烈波动，断裂并混杂在许多小旋涡中，处于完全无规则的乱流状态。比如自来水管中的自来水，当水龙头开的较小的时候为层流，当水龙头开的最大时的状态为湍流状态。比如雷诺的实验中，当水速较小时染色水为一条直线，湍流时乱作一团。判断的标准用雷诺数，根据雷诺数的大小来区分是层流还是湍流。7.粘度会引起流动产生什么？气体和液体中的粘度产生有什么区别吗？答案：粘度会使流体各层之间产生内摩擦力，引起能量的耗损。液体的粘性主要是由分子内聚力决定的，即分子之间的引力；而气体的粘度主要是由分子的动量交换决定的。8.温度对粘度的影响如何？答案：对于气体体来说，随着温度的升高，粘度逐渐增大，这是由于温度升高，分子运动加剧，动量交换剧烈，表现为应力增大，粘度也相应增大；对于液体来说，随着温度的升高粘度逐渐减小，这主要是由于温度升高，分子运动的幅度增大，分子间的平均距离增大，分子间引力减小，故粘度减小。9.什么是牛顿流体？什么是非牛顿流体？答案：凡是符合牛顿内摩擦定律dyduμτ=的流体称为牛顿流体，反之称为非牛顿流体。10.说出你所知道的用流体力学来解释的现象。答案：虹吸现象，即平时我们所用到的用一根灌满某种液体的管子来利用位置差造成的压力差来吸抽这种液体；连通器原理也是，都是利用压强水头差的作用。11.表面拉伸会引起毛细现象。为什么当毛细管中的液面向上凹时，其液面会高出容器的液面“为什么当毛细管中的液面上凸时，其液面会低于容器中的液面？答案：根据接触角θ的大小可以将固体分为液体湿润固体和液体不湿润固体，当θ为锐角时为液体湿润固体，否则为不是润固体。对于液体湿润固体其呈现为液面上凹，这时由于液体的表面张力为斜向上的，为了平衡表面张力，故液体高于液面用重力平衡来平衡张力；对于液体不湿润固体，其表面张力斜向下，由于张力的作用，其液面低于液面。12.均匀流动会存在于什么流体中，即什么流体会产生均匀流动。非均匀流动是什么产生的？答案：均匀流动即为流动的速度不随位置的变化而改变，在类似圆管中的理想流动为均匀流动，均匀流动一定为层流；非均匀流动是由于流体的粘性产生的，同时流动过程中流动走向的改变也会造成非均匀流动，其可能为层流，可能为湍流，湍流一定为非均匀流。13.请解释定常流动和非定常流动。答案：定常流动：在任何点，流动的形式不随时间变化，且在任意点处速度保持为常数，否则为非定常流。由此可知，均匀流动一定为定常流动，非均匀流可能为定常流动。14.什么是毛细现象？有几种形状？答案：毛细现象：在足够细的管中，由于流体表面张力的作用，使管中的液面高于或低于正常液面的现象。其形状有两种：一种是上凹形，一种是上凸形。第二部分1.静压力作用在物面的什么方向？答案：静压力的方向总是垂直指向作用面的，且其大小与作用面的方位无关，只与作用点的位置有关，且在某一作用点沿各个方向作用力的大小相等。2.静压力用P来表示。理解P+ρgz=constant的意义。静压力只与高度有关系，这句话对运动流体还管用吗？答案：在这里,z指的是这点离自由液面的距离，这个公式表明在垂直方向上，压强与淹深成线性关系；在垂直方向上，说明水平面为等压面。对于运动的流体来说，这句话不管用，这句话说只对静止的液体管用。3.什么是重力中心（几何中心）和压力中心？为什么后者的位置总是在前者的下面？答案：几何中心：几何中心即为形心，是通过面积矩求得的，AyydAc=?，本质上是指通过这点对面求矩为零的点。压力中心：压力中心即为合力通过的点，通过对力求矩得到，本质上是指通过这点对力求矩力矩为零的点。对于均布荷载来说，其合力作用点即在形心处，而对于液体中的平板来说，由于压力由板顶到板底是线性增加的，压力的总体分布在下方，所以其合力相对于均匀分布肯定要在其下方，所以压力的合力作用中心在形心的下方。也可以用公式推导如下：坐标与老师上课所建的相同，设合力作用中心为AyIyycccd+=，0>=-=cCcdeAyIyyy，故可知合力作用中心dy在cy的下方。4.写出平行轴定理的公式，并解释物理意义。答案：若有任一轴与过质心的轴平行，且该轴与过质心的轴相距为d，刚体对其转动惯量为I，则有：2'mdII+=其中I表示相对通过质心的轴的转动惯量此为平行轴定理。一个物体以角速度ω绕固定轴z轴的转动同样可以视为以同样的角速度绕平行于z轴且通过质心的固定轴的转动。也就是说，绕z轴的转动等同于绕过质心的平行轴的转动与质心的转动的叠加，说明绕通过质心处的轴转动时最容易，离其越远转动越困难。5.作用在液面中的曲面上的力在水平方向的分力，和曲面的形状有关系吗？为什么？答案：作用在曲面上的力在水平方向的分力等于将曲面在竖向上投影所得的面上得到的力大小，所以无论曲面的形状怎么变化，只要其投影的长宽一定那么其大小就确定了，故和曲面的形状无关。6.浮力的大小怎么定义的？答案：浮力的大小等于其排开水体积的重量，公式为排浮力VFgρ=7.一个铁球和一个木头的体积相同，若把它们放在水中，哪个产生的浮力大？答案：由6可知，所受浮力的大小只与其排开水的体积的大小有关，铁球和木球都放入水中后，由于其体积的大小是一样的，所以其排开水的体积相同，故所受的浮力的大小是相同的。8.一个闸门宽10m，两边水的高度差为6m，（左边水深z=8m，右边水深z=2m），问作用在闸门上的水平方向的力有多大？压力中心的位置？（水的密度为常温下1000kg/3m)答案：由立体力学的公式可知，作用在一个面上的总压力为：ApFc=，故作用在左面的总压力值为NF610136.310848.91000?=????=左,作用在右侧面的总作用力为NF51096.110218.91000?=????=右，故可知作用在闸门上的水平方