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dò
ng)损失
不可压缩粘性流体在重力场中定常流动,沿流向任两缓变流过流断面
7.什么是流线?
它有那些基本特性?
流场中某一瞬时一系列流体质点的流动方向线。
一般流线是一条光滑曲线、不能相交和转折
定常流动中,流线与迹线重合。
8.解释:
定常流动、层流流动、二元流动。
定常流动:
运动要素不随时间改变
层流流动:
流体分层流动,层与层之间互不混合。
二元流动:
运动要素是两个坐标的函数。
9.解释:
流线、迹线
流线:
流场中某一瞬时,一系列流体质点的平均流动方向线。
曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。
迹线:
流场中一时间段内某流体质点的运动(yù
ndò
ng)轨迹。
10.描述流动运动有哪两种方法,它们(tāmen)的区别是什么?
欧拉法,以流体空间(kōngjiān)点为研究对象
拉格朗日法:
以流体(liú
tǐ)质点为研究对象
11.什么是量纲?
流体力学中的基本量纲有哪些?
写出压强、加速度的量纲。
物理量单位的种类,
长度、时间、质量、
压强ML-1T-2,加速度LT-2
12.在量纲分析中,
定理的内容是什么?
如果一物理过程涉及n个物理量,包含m个基本量纲,则该过程一定可以用n个物理量组成的n-m个无量纲
来描述。
,
14.对于给定的管道,水力光滑管是否(shì
fǒu)可以变为水力粗糙管?
可以。
粘性底层的厚度大于绝对(jué
duì
)粗糙度,水力光滑。
粘性底层的厚度小于绝对粗糙度,水力粗糙。
对给定管道,粘性底层的厚度随雷诺数变化(bià
nhuà
)。
速度增大,Re增大,粘性底层的厚度变小,水力光滑变为水力粗糙。
15.解释管道(guǎndà
o)水力计算中的两个概念:
水力光滑管、短管
水力光滑管:
粘性底层的厚度大于管壁的绝对粗糙度,凹凸不平淹没在粘性底层中,流体主流感受不到管壁粗糙的影响,就像在光滑的管中流动。
短管:
水力计算中,局部损失占有相当比例,不能忽略的管道系统。
16.流体在管内流动的流动损失有哪两种?
是如何产生的?
计算公式如何?
沿程损失(sǔnshī);
发生在缓变流动中,由于流体的粘性摩擦;
局部损失;
发生在急变流动中,由于流体(liú
tǐ)的碰撞、速度调整、产生漩涡;
17.写出当量(dānglià
ng)直径与当量管长的定义(dì
ngyì
)公式。
18.什么是紊流?
圆管中的紊流流动由哪几部分构成?
流体质点作复杂不规则运动,相互干扰和掺混。
粘性底层、紊流核心区和过渡区
19.尼古拉兹试验曲线中,流体的流动可以分为几个区域?
各区的沿程损失系数有何特点?
五个
层流区λ=f(Re)
过渡区不稳定,实验点分散λ=f(Re)
紊流光滑管区λ=f(Re)
紊流粗糙管过渡区λ=f(Re,ε/d)
紊流粗糙管平方(pí
ngfāng)阻力区λ=f(ε/d)
20.什么(shé
nme)是水击?
如何减小水击作用力?
管内有压流动(liú
ng),由于外界某种原因,引起流速突然变化,从而局部压强突然变化,压力波在管内往复波动,引起管道振动的现象。
延长操作时间;
降低管长、减小管壁(ɡuǎnbì
)厚度、增大管径、减小管壁弹性模量、保护措施
21.证明:
层流时沿程能量损失hf与管内流体的平均流速v的一次方成正比。
22.流体在圆管内层流流动,速度分布、切应力分布有何特点?
(画图并说明)
切应力线性分布,管道中心最小,为零。
速度抛物线分布(fēnbù
),管道中心最大,平均(pí
ngjūn)流速是最大流速(liú
sù
)的一半(yībà
n)
23.当流动处于紊流粗糙管区时,雷诺数增大,沿程阻力系数是否增大,沿程阻力损失是否增大?
雷诺数增大,沿程阻力系数不增大,只与相对粗糙度有关。
沿程阻力损失增大。
雷诺数增大,速度增大。
24.什么是紊流?
紊流速度如何表示?
式中各符号的含义如何?
写出紊流时均速度
的定义式。
紊流:
流体质点作复杂不规则运动,流体质点相互干扰、掺混。
瞬时值、时均值、脉动值
25.理想不可压缩(yāsuō)流体绕流叶型时为什么会产生升力?
下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面的后驻点时,气流发生分离,产生逆时针的漩涡,叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡。
由于漩涡产生,后驻点向后缘点移动,形成(xí
ngché
ng)下游的启动涡和叶型上的附着涡。
顺时针漩涡使上层速度加快、压强降低;
下层速度减小,压强增高。
上下表面的压强差对叶型产生了升力。
26.粘性(zhānxì
nɡ)流体(liú
tǐ)绕流物体的阻力可分为哪两种?
如何减小?
摩擦阻力、压差阻力(形状阻力)
为减小摩擦阻力,使该物体的层流边界层尽可能延长,或使层流边界层转变紊流边界层的转变点尽可能往后推移。
为减小压差阻力,使边界层分离点尽量后移。
27.试解释(jiěshì
):
对于圆球,在Re
3
时,绕流阻力(zǔlì
)系数急剧下降的原因。
边界层由处于紊流,分离点后移,漩涡(xuá
nwō)区显著减小,压差阻力大大降低,虽然摩擦阻力有所增加,但总阻力大幅降低。
28.边界层有何特点?
发生(fāshēng)边界层分离的必要条件是什么?
很薄;
沿流动方向逐渐增厚;
速度梯度大;
层流、紊流两种流态;
粘性力不可忽略;
压强等于外边界上的压强。
减速增压粘性流体
29.理想的不可压缩流体绕流翼型,产生升力的原因是什么?
下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面的后驻点时,气流发生分离,产生逆时针的漩涡,叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡。
由于漩涡产生,后驻点向后缘点移动,形成下游的启动涡和叶型上的附着涡。
30.若要将亚声速气流加速为超声速气流,管道截面积应如何(rú
hé
)变化?
先收缩(shōusuō)后扩大
亚音速(yīnsù
Ma<1,dv>0,dA<0
超音速:
Ma>1,dv>0,dA>0
31.讨论超音速气流经过(jīngguò
)膨胀波与压缩波后气流的速度、压强及温度的变化规律。
超音速气流经过膨胀波:
速度增加、压强降低、温度降低
超音速气流经过压缩波:
速度减低、压强、温度升高
32.气体等熵流动中,什么是滞止状态(zhuà
ngtà
i)?
什么是极限状态?
什么是临界状态?
滞止状态(zhuà
i):
等熵流动变化到速度为零
极限状态(zhuà
等熵流动变化到速度最大
临界状态:
等熵流动变化到速度(sù
dù
)等于当地声速
33.亚声速气流通过渐缩喷管出口马赫数最大为多少?
亚音速:
Ma<1,
渐缩dA<0
成立,dv>0,加速至音速,马赫数最大为1
34.简要说明微弱扰动波在静止、亚声速、声速、超声速气流中传播的特点。
微弱扰动波在静止气流中传播无界
微弱扰动波在亚声速气流中传播无界
微弱扰动波在声速气流中传播有界,半个空间
微弱扰动波在超声速气流中传播有界,马赫锥
35.若想将气流加速(jiāsù
),通道的截面积应如何变化?
Ma<1,dv>0,dA<0收缩(shōusuō)
Ma>1,,dv>0,dA>0扩大(kuò
dà
)
36、请说出:
牛顿流体、重力流体、不可压缩流体、理想流体、正压性流体这样五个概念的定义。
切应力与速度梯度成正比的流体。
重力流体:
质量力只有重力的流体。
不可压流体:
密度保持不变的流体。
没有粘性的流体正压性流体:
密度只随压强变化的流体
37、什么是虹吸现象?
虹吸流动的动力是什么?
虹吸现象:
流体自动地从高位液面,经过高于液面的管道流向低位液面的现象。
动力为高低液面的高度差。
38、现象一:
1940年美国华盛顿州,一座悬索桥在19m/s的风中倒塌。
现象二:
火车开过时,必须远离,否则有被卷入的危险。
试用所学的流体力学知识解释这两个现象。
现象一:
卡门涡街。
流体绕过圆柱或钝形物体,当雷诺数到达某一值时,物体尾部出现对称交错排列的漩涡组合。
卡门涡街的振动频率与物体的频率合拍,共振,造成破坏。
现象二。
伯努利方程(能量方程)。
动能增加,压能降低,负压(真空),卷入。
39、流体在圆管内紊流流动,在截面上,1、2、3分别表示(biǎoshì
)什么区域?
水力光滑管是如何定义的?
水力光滑管的沿程损失系数有何特点?
粘性底层(dǐcé
nɡ),过渡区,紊流核心区。
粘性底层的厚度大于管壁的绝对粗糙度,凹凸不平淹没在粘性底层中,流体就像在光滑的管仲(guǎnzhò
ng)流动一样,这样的管道称水力光滑管,
沿程损失系数(xì
shù
)只与雷诺数有关。
40、画出下列曲面所对应的压力体,并标曲面所受垂直分力的方向。
1、
41、液体在一粗细不匀的水平管中稳定流动,压强计中水银液面能否出现如图高度差?
若能,其流动方向如何,为什么?
若不能,其原因又何在?
能,从右往左流动
根据压力计,右侧压强大;
根据连续性方程,右侧速度大。
右侧能量高于左侧,从右往左流动。
42、在风洞(fēnɡdò
nɡ)中做流体绕流圆球试验,当
)系数
。
若在圆球前部加一细丝,同一(tó
ngyī)雷诺数下,测得阻力系数为
试问(shì
wè
n)阻力系数迅速减小的原因。
)
球,高雷诺数下,压差阻力为主。
若在圆球前部加一细丝,流动紊流,紊流掺混作用,边界层分离点后移,压差阻力变小。
虽然摩擦阻力有所增加,但总阻力大大变小。
、
43、名词解释:
当量直径;
当量长度;
激波
当量直径:
4倍的有效截面积与湿周的比
当量长度:
局部损失等值折合成某一长度上的沿程损失,该长度称当量长度。
激波:
强压缩波
44、从力学角度,流体的定义是什么?
流体的基本物理属性有哪些?
在任何微小剪切力作用下,都能连续变形的物体
流动性,粘性,压缩性、膨胀性、惯性
45.什么是流线?
流线是否可以相交或转折?
不可压理想流体平面流动,沿弯曲流线切线方向与主法线方向,如速度变大,压强分别如何变化?
流场中一系列流体质点的流动平均方向线,曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。
一般不能相交转折,速度为零的点和无穷大的点除外。
如:
绕流和点源流动等
沿流线切线、法线方向,速度增大,压强变小。
46、什么(shé
nme)是边界层,边界层分离的必要条件是什么?
从边界层控制角度,谈谈如何(rú
)减小绕流的阻力。
大雷诺数下,粘性流体绕过物体,紧靠(jǐnkà
o)物体表面上的速度从零迅速增大到来流速度的速度梯度较大的薄层。
减速增压。
减小摩擦阻力,边界(biānjiè
)层层流,或层流紊流的转变点后移。
减小压差阻力,边界层紊流,或边界层分离点前移
47、在管内流动中,什么是局部损失?
常见的发生局部损失的部位有哪些?
如何减小局部损失?
发生在急变流中的,由于流体碰撞,旋涡速度调整造成的损失。
管道进出口,弯管,管道突然扩大突然缩小处,分流合流处;
阀门、表计等局部部件处。
改善进口条件,流线型入口;
渐缩渐扩;
导流板;
减小分流合流角;
合理布置管道附件。
48.试述流体粘性产生的物理原因。
分子间的引力和不同流层间动量交换是粘性产生的原因。
分子间的引力是形成液体粘性的主要原因。
温度的升高,引力减小。
49、削弱水击的方法有哪些?
(1)、增大管径减小流速,可以部分地减小水击压强。
(2)、缩短管道长度。
(3)、设置调压室。
(4)、延长阀门关闭时间。
(5)、采取合理的阀门关闭规律,控制水击压强的上升速度,使其值最小。
(6)、安装减压阀。
50、什么是边界层分离现象?
其产生的条件是什么?
是指原来(yuá
nlá
i)紧贴壁面流动的边界层脱离壁面的现象。
边界层分离的根本原因是粘性的存在(无粘性没有分离现象(xià
nxià
ng)),分离的条件是逆压梯度的存在,分离的实际发生则是由流体元的滞止和倒流引起的。
51、亚声速气流通过(tōngguò
)渐缩喷管出口马赫数最大为多少?
最大为1.
渐缩喷管(pēnɡuǎn)dA<
0,
dv>0,加速至声速,Ma=1.
1、“截面积大处速度小,截面积小处速度大”对吗?
一维流动的连续方程
成立的条件是不可压缩流体,倘若是可压缩流体,则连续方程为
52、两恒定流流动相似应满足哪些条件?
答:
应满足几何相似,动力相似,运动相似及初始条件、边界条件相似。
3、同一管道中的流体流动,是否既可以处于水力光滑管,也可以处于水力粗糙管状态?
是,在同一管道中若水流速度在某两处不,对应的Re数不同,则这两处的粘性底层会有所不同,可能出现
的情况。
53、试述库塔条件及库塔-儒可夫斯基升力(shēnɡlì
)公式的内容?
并简要说明升力如何产生?
FL=Fy=-ρv∞Г。
理想流体均匀等速绕流圆柱体有环流的流动中,在垂直(chuí
zhí
)来流的方向上,流体作用在单位圆柱长度上的升力大小等于来流密度、来流速度和速度环量三者的乘积,升力的方向为来流速度矢量沿反速度环流的方向旋转90°
机翼一般是不对称的,上表面比较凸,而下表面比较平,流过机翼上表面的气流流速较快,而流过机翼下表面的气流正好相反,流速较上表面的气流慢。
流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高,换一句话说,就是大气施加(shījiā)与机翼下表面的压力方向向上比施加于机翼上表面的压力大,二者的压力差便形成了飞机的升力。
54、什么是流体(liú
tǐ)的连续介质模型?
它在流体力学中有何作用?
.把流体当做是由密集质点构成的,内部无间隙的连续体来研究,就是连续介质模型,可以用连续函数的解析方法来研究流体的平衡和运动规律,为流体力学的研究提供了很大的方便。
55、分析局部水头损失产生的原因?
(a)任何断面形状的改变,都必将引起流速的重新分布,因而附加了流体间的相对运动和流体质点的急剧变形,结果导致质点间附加摩擦和相互撞击,使流体能量受到损失,液流中流速重新分布。
(b)流速的重新分布,总是伴随有流动分离和旋涡的形成,在旋涡区由于粘性的存在,便有摩擦的能量损失,在旋涡中粘性力作功。
(c)在旋涡区中,又有质点被主流所带走,即有动量交换,因而消耗运动流体的能量,
流体质点的混掺引起的动量变化。
56、什么是压差阻力?
产生压差阻力的主要原因是什么?
压差阻力是作用(zuò
yò
ng)在物面上的压力在来流方向投影的总和。
产生压差阻力的根本原因也是空气粘性(zhānxì
nɡ)。
如果空气没有粘性,它流过物体时就不会产生摩擦,也就不会损失它的能量而停止流动,并产生气流的分离。
气流的分离虽然不是压差阻力的根源,但它直接引起了压力(yālì
)差的产生
57、马赫波与激波的形成有何不同?
气流(qì
liú
)穿过马赫波和激波的总参数及熵的变化有何特点?
马赫波是微弱扰动在超音速气流中的传播形成的。
激波是超音速气流中n道微弱压缩波叠加在一起形成的。
气流穿过马赫波后总温、总压不变,是等熵过程。
气流穿过激波后总温不变,总压下降,是熵增过程。
内容摘要
(1)1.什么是黏性
(2)流体静压强的方向是作用面内法线方向,即垂直指向作用面
(3)曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致
(4)下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面的后驻点时,气流发生分离,产生逆时针的漩涡,叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡
(5)下表面流体绕过后缘点时速度高、压强低,流向上表面的后驻点时,气流发生分离,产生逆时针的漩涡,叶型上必然同时产生一强度相等、方向相反的顺时针漩涡
(6)摩擦阻力、压差阻力(形状阻力)
为减小摩擦阻力,使该物体的层流边界层尽可能延长,或使层流边界层转变紊流边界层的转变点尽可能往后推移
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