流体力学C复习

流体力学复习内蒙古科技大学能源与环境学院2024.10一、名词解释1、压力体：是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面，顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面，中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。2、欧拉法：研究流体力学的一种方法，是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。3、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称为拉格朗日法。4、恒定流动：流场中，流体流速以及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。5、流线:流场中，在某一时刻，各点的切线方向与通过该点的流体质点的流速方向重合的空间曲线称为流线。6、迹线：迹线是单个质点在连续时间过程内的流动轨迹线。迹线是拉格朗日法描述流动的一种方法。迹线只与流体质点有关，对不同的质点，迹线的形状可能不同。但对一确定的质点而言，其迹线的形状不随时间变化。7、均匀流：对于恒定流，若同一流线上各点的运动要素均相等，也就是说运动要素与流程无关，这种水流称为均匀流；否则称为非均匀流。对于均匀流来说，液体质点速度的大小和方向沿流程保持不变，即迁移加速度为零，质点只能沿流线作匀速直线运动。对于断面形状和尺寸及边界条件沿程不变的长直渠道或管道中的水流运动，都属于均匀流。8、沿程阻力：流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦力而产生的阻力，阻力的大小与路程长度成正比。沿程阻力（直管阻力）损失的计算式中λ——摩擦系数，与雷诺数Re和管壁粗糙度ε有关，可实验测定，也可计算得出。9、局部阻力：流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使主流脱离边壁而形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，所形成的阻力称为局部阻力。10、层流：层流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流11、紊流：当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流12、雷诺数：是反应流体流动状态的数，雷诺数的大小反应了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对比关系。二、填空1mmH2O=________N/m2.(9.8或9.8079.8110)流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高液体的粘滞性；温度降低气体的粘滞性。3、描述流体运动的方法有______________和______________.(欧拉法、拉格朗日法)4、流体的主要力学模型是指___________、__________和不可压缩性.(连续介质、无粘滞性)5、雷诺数是反映流体流动状态的准数，它反映了流体流动时_________与___________的对比关系.(惯性力粘性力)6、一元流动连续性方程推导的理论依据是守恒定律。7、理想流体伯努力方程＝常数中，其中表示水头，表示水头，表示水头，称为水头。8、恒定流流动中，流线和迹线。9、紊流的运动特征是，较合适的处理方法是，在高紊流运动状态下，流体紊流切应力主要是。10、一元流动伯努利方程推导的理论依据是守恒定律。11、水在圆管中作层流运动，则过流断面速度分布是，轴心速度和平均速度的关系是。流体在管道中流动时，流动阻力包括和。（沿程阻力、局部阻力）等等，类似于这样的填空例题！三、判断题1、处于静止或相对平衡液体的水平面是等压面答：错。静止液体内水平面是等压面；作等角速度旋转运动液体内的水平面不是等压面；作等加速直线运动液体内的水平面不是等压面。2、流体的粘滞性随温度变化而变化，温度升高粘滞性减小；温度降低粘滞性增大答：错。流体的粘滞性随温度变化而变化。对于液体，温度升高粘滞性减小；温度降低粘滞性增大；但对于气体，温度升高粘滞性增大；温度降低粘滞性减小。3、层流、均匀流是恒定流，紊流、急变流或渐变流是非恒定流答：错。都是恒定流。4.相对压强是指以海平面大气压为零点起算的压强；答：错，相对压强是指以当地大气压为零点起算的压强5、气体在管路中流动时，沿流动方向管道截面积增大，流速减小；截面积减小，流速增大答：错。气体在管路中流动，当流速小于当地音速时，沿流动方向管道截面积增大，流速减小；截面积减小，流速增大。气体在管路中流动，当流速大于当地音速时，沿流动方向管道截面积增大，流速增大；截面积减小，流速减小。6、流体流动时切应力与流体的粘性有关，与其它无关；答：错。层流时，切应力主要与流体的粘性有关；紊流时主要与流体的惯性力有关。7.悬浮速度是指颗粒所受的浮力、重力和绕流阻力平衡情况下的气流速度。答：正确。8、管嘴出流流动时，在管嘴中能够形成真空区域，由此能够促使出流流量增大；答：正确。9、管流处于层流流动时，沿程阻力系数只与Re有关，而阻力平方区，沿程阻力系数与Re无关；答：正确。10、作用在流体上的力，不仅有表面力和质量力，还有重力和摩擦切应力；答：错。11.平衡流体中任一点静压强的大小与作用面的方位有关，与空间位置无关。答：错。等等，类似于这样的例题，自己看书总结复习！四、简答题1、流体静压强的特性流体静压强的方向是沿着作用面的内法线方向；在静止或相对静止的流体中，任一点流体静压强的大小与作用面方向无关，只与该点的位置有关。2、伯努利方程：Z+P/r+u2/2g=常数中各项的意义Z：断面对基准面高度，水力学中称位置水头，单位位能；P/r：在断面压强作用下，流体沿测压管所能上升的高度，压强水头，单位压能；u2/2g：断面以速度u为初速度的铅直向上射流所能达到的理论高度，流速水头，单位动能。3、毕托管是广泛用于测量水流和气流的一种仪器，试画出其示意简图，并说明其工作原理毕托管示意简图如下：以测试液体水为例，如图所示，液体流进a端开口，水流最初从开口处流入，沿管上升，a端压强受上升水柱的作用而升高，直到该点处质点流速降低到0，abbuuabu其压强为Pa,然后由a分路流经b端开口，流速迅速恢复原有速度u，压强也降至原有压强Pb。沿ab流线写元流能量方程：Pa/r+0=Pb+u2/2g解方程得：由此可计算出水流速度。由于毕托管的构造和加工以及使用等原因，使测试结果产生误差，因此需要作修正。4、文丘里流量计测速原理（略）答案参见教材第53页图3-16文丘里流量计及其内容讲解5、管嘴出流产生真空现象的原因和条件：原因是流体质点流动时由于有惯性，因而流线不能成折线，是光滑的曲线，所以能够形成真空区域；条件是：管嘴长度为管径的3～4倍；作用水头H0的极限值为9.3m五、计算题1、如图所示，在两块相距20mm的平板间充满动力粘滞系数0.065N·s/m2的油，如果以1m/s的速度拉动距上平板为5mm处，面积A为0.5m2的薄板，求所需要的拉力。5mmA15mm油解：根据牛顿内摩擦定律得：类似例题如;教材P13习题1-52、如图所示，一底面积为40cm×45cm，质量为5kg的木块，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动，速度为1m/s,mm，试求润滑油的动力粘滞系数。135 12vG解：木块重力在斜面方向的分力就是摩擦切应力，根据牛顿内摩擦定律得;pa(0.105pa)3、一铅直矩形闸门，如图所示，顶边水平，所在水深h1=1m，闸门高h=2m，宽b=1.5m，试求闸门中心点的压强和闸门所受的水压力。h1bh解：采用相对压强：闸门中心点的压强为：p=rh=9.8×(1+2/2)=19.6kN/m2闸门所受的水压力为：P=rhcA=9.8×(1+2/2)×2×1.5=58.8kN4、一弧形闸门AB，宽b=4m，圆心角α=45°半径r=2m，闸门转轴恰与水平面平齐，求作用于闸门的水静压力。▽AroαhB解：如题中图所示▽ACroαhBh=rsin45°=mOC=h=mFx=hrhb=××9.8××4=39.2kNFy=rb(×3.14r2-hh)=9.8×4×(×3.14×22-)=22.3kNF==45.1kNθ=arctg=29.6°FyFθFx一圆管的直径为2cm，管内水平均速度为12cm/s，水的运动粘滞系数为0.013cm2/s，求管长为20m时的沿程阻力。解：先求雷诺数Re=vd/r=12×2/0.013=1846〈2000由此可知流动为层流所以，沿程阻力系数为：λ=64/Re=64/1846=0.0347沿程阻力损失为：h=λL/d×v2/2g=0.03467×2000/2×122/2×980=2.5cm6、有一直径为50mm上水管，水运动粘滞系数为1.3×10-6m2/s，求管内水流保持紊流的最小流速。解：紊流时最小雷诺数为2000，因此有：其中d=50mm=0.05m；1.3×10-6m2/sv=0.052m/s(或5.2cm/s)类似例题如;教材P71例4-17、为了测定90°弯头的局部阻力系数，可采用如图所示的装置。已知AB段管长为10m，管径为50mm，沿程阻力系数0.03，实测数据为AB两段面测压管水头差为△h=0.629m，经两分钟流入量水箱的水量为0.329m3。求该弯头的局部阻力系数。解：根据题意可得，管路流量为以B管轴心线为基准面列A-B断面的伯努利方程解得8、如下图所示：水流由水箱经前后各为50m长相接的两管流出，已知d1=100mm，d2=75mm，H=8m，沿程阻力系数λ1=0.01，λ2=0.02，水箱与管道连接处ξ1=0.5，两管连接处ξ2=0.3，求：图中后一管道中点M处的压强、流速和流量。11Hd1d2M1m22解：根据题目给定条件，以出口所在平面为基准面列1--2断面的伯努利方程Z1+P1/r+v12/2g=Z2+P2/r+v22/2g+hh=ξ1+λ1L1/d1×+ξ2+λ2L2/d2×因此：8+0+0=0+0++ξ1+λ1L1/d1×+ξ2+λL2/d2×16g=+0.5+0.01×50/0.1×+0.3+0.02×50/0.075×16g=5.5+14.63根据连续性方程得：A1v1=A2v2v1=9/16v2=0.5625v216g=5.5×0.56252+14.6316×9.8=16.37v22v2=3.1m/sv1=1.74m/sQ=1/4×3.14(75/1000)2×3.1=0.0136m3/s以出口所在平面为基准面列M--2断面的伯努利方程ZM+PM/r+v22/2g=Z2+P2/r+v22/2g+λL2/d2××1/21+PM/r+3.12/2×9.8=0+0+3.12/2×9.8+0.02×50/0.075×3.12/2×9.8×1/2PM/r=2.27m（类似例题如;讲解过的例题）9、如下图所示，测定一阀门的局部阻力系数，在阀门的上下游装设了3个测压管，其间距L1=1m，L2=2m，若管径为50mm，H1=150cm，H2=125cm，H3=40cm，管道中水流速为3m/s，求该阀门阻力系数和管道中水流量。H1H2H3123123QL1L2解：如图所示：以管道轴心线为基准面，列1-2断面的伯努利方程，并取，因此：0+H1=0+H2+==0.0273以管道轴心线为基准面，列1-3断面的伯努利方程，并取，(列2-3断面的伯努利方程也可)+由于因此0+H1=0+H3+（H1-H3）=()-=2.395-1.638=0.757(或0.76)管道中水流量:=0.00588m3/s(或5.88L/s)10、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为10cm，管道直径为40cm，水在管中流量Q为0.4m3/s，求管嘴对水流的作用力。Q解：如图所示，