工程流体力学复习提纲解答.pdf
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第一章绪论1、流体的定义、流体的定义定义:
定义:
在任何微小的剪切力的作用下都能发生连续变形的物质。
(教材P5)特征:
特征:
流体只有在运动状态下才能够同时有法向应力和切向应力的作用。
(教材P5)(PPT1-1P5)2、流体的连续介质模型、流体的连续介质模型定义:
定义:
将流体作为由无穷多稠密,没有间隙的流体质点构成的连续介质(1755年欧拉提出,教材P6)流体质点(微团)物理内涵:
流体质点(微团)物理内涵:
宏观无穷小,微观无穷大。
连续性假设下,表征流体状态的宏观物理量数学上可看作时、空的连续函数。
(PPT1-1P6)3、密度、密度=m/V,比体积,比体积v=V/m=1/(PPT1-2P4)4、流体的压缩性和膨胀型描述、流体的压缩性和膨胀型描述压缩性系数压缩性系数k(单位(单位1/Pa):
在一定温度下,单位压强增量引起的体积变化率。
(教材P8)体积弹性模量体积弹性模量K(=1/k,单位,单位Pa):
压缩性系数的倒数,在一定温度下,引起流体单位体积变化率所需要的压强。
(教材P8)k越小,K越大,流体越难以被压缩。
(PPT1-2P5)温度膨胀系数温度膨胀系数v(单位单位1/K):
当压强一定时,单位温度增量引起流体的体积变化率。
(教材P9)一般来说,液体不可压缩,气体可压缩来处理,但仅为相对而言。
如水下爆炸、管道中的水击、柴油机高压油管中柴油的流动,液体要看作可压缩;气体流速缓慢的时候,如管道输送煤气,可看作不可压缩流体。
(教材P10)(PPT1-2P6)5、流体的黏性、流体的黏性牛顿切应力公式:
牛顿切应力公式:
F=AU/h(无限大平板或两紧贴圆柱面,教材P11公式1-14):
动力粘度(Pas)A:
平板-流体接触面积(m2)U:
平板相对速度(m/s)h:
平板间距(流体厚度,m)(PPT1-2P8)牛顿黏性定律牛顿黏性定律:
=dvx/dy(教材P11公式1-15)流体的黏性切应力与速度梯度有关,与速度无关;与角变形速率有关,与角变形量无关。
(PPTP10)6、作用于流体上的力、作用于流体上的力分离体:
分离体:
从流体中取出来的作为研究对象的一团流体。
(教材P19)表面力:
表面力:
分离体以外的其他流体对分离体内的流体作用于分离体表面的力。
(教材P19)质量质量力力(体积力)(体积力):
流体由于处在某种力场中而作用于全部流体质点上的力,其大小和流体的质量(或体积)成正比。
(教材P19)(PPT1-2P23-24)第二章流体静力学1、流体、流体静压强特征静压强特征大小:
大小:
与作用面在空间的方位无关(流体中任一点处各方向静压强相等)。
(教材P23)方向:
沿作用面的内发现方向。
(教材P22)(PPT2-1P3)2、欧拉静平衡微分方程(不需要记忆但能理解方程式)欧拉静平衡微分方程(不需要记忆但能理解方程式)(PPT2-1P6-10)3、重力场中绝对静止、重力场中绝对静止流体流体压强分布压强分布规律规律(PPT2-1P10-12)4、计算计算U形管压力计相关问题(倾斜式的不考)形管压力计相关问题(倾斜式的不考)(PPT2-1P20)5、计算液体对平面的压力计算液体对平面的压力压力大小:
压力大小:
Fp=pcApc:
平面形心处静压(Pa)A:
平面面积(m2)(PPT2-2P12)压力中心:
压力中心:
总压力作用线与平面交点,即总压力作用点。
(PPT2-2P13-14)力矩计算:
力矩计算:
(PPTP15)6、曲面压力体、曲面压力体(PPT2-2P20)第三章流体动力学基础1、拉格朗日描述与欧拉描述的区别、拉格朗日描述与欧拉描述的区别拉格朗日法(跟踪法)拉格朗日法(跟踪法)欧拉法(站岗法)欧拉法(站岗法)基本思想基本思想跟踪流体质点并记录过程中物理量及其变化规律考察空间每一点上的物理量及其变化规律变量变量a,b,c,tx,y,z,t优点优点直观性强,物理概念明确,可描述各质点的时变过程数学求解十分简单,流体动力学一般采用欧拉方法缺点缺点数学求解较为困难直观性较差2、欧拉描述下流体加速度的计算、欧拉描述下流体加速度的计算(PPT3-1P7)3、(非)定常流动(非)定常流动定常流动:
定常流动:
流场中流动参量均不随时间发生变化的流动,否则成为非定常流动非定常流动。
(教材P57)(PPT2-1P11)4、一(二、三)维流动一(二、三)维流动定义:
定义:
若流动参数是i个空间自变量x,y,z的函数,那么这种流动称为i维流动。
(i=1,2,3,教材P58)(PPT2-1P11)5、流线与迹线流线与迹线流线流线迹线迹线定义定义流场中某一瞬时的光滑曲线,该曲线上的流体质点的运动方向均和该曲线相切流体在流场中运动时,由一点到另一点所描绘出的轨迹实际含义实际含义同一时刻、不同质点的速度向量包络线同一质点,不同时刻的位移曲线对应观点对应观点欧拉观点拉格朗日观点性质性质流线不能彼此相交和折转,只能平滑过渡;流线越密集的地方流体流动的速度越大联系联系在定常流动中,流线不随时间改变其位置和形状,流线和迹线重合。
6、计算计算湿周、水力半径、当量直径湿周、水力半径、当量直径湿周湿周x:
流体与固体表面的接触长度。
(教材P62)水力半径水力半径R:
有效截面积A与湿周x的比值。
(教材P62)当量直径当量直径D:
四倍的水力半径。
(教材P62)(PPT3-1P17)7、雷诺输运公式、雷诺输运公式物理意义:
物理意义:
任一瞬时系统内物理量N(如质量、动量和能量等)随时间的变化率等于该瞬时其控制体内物理量的变化率与通过控制体表面的净通量之和。
(PPT3-1P21)8、连续性方程积分形式的计算连续性方程积分形式的计算可压缩:
可压缩:
1v1A1=2v2A2不可压缩不可压缩:
v1A1=v2A2(教材P66公式3-25、26)9、积分形式的动量方程计算受力积分形式的动量方程计算受力计算式:
计算式:
F=qv(v2-v1)(教材P68公式3-31)10、伯努利方程、伯努利方程使用条件:
使用条件:
通常理想的不可压缩重力流体的定常流动中流体的任一同一条流线上。
方程式:
方程式:
z+p/g+v2/2g=H(const)(PPT3-3P6-13)11、动压管原理、动压管原理(PPT3-3P10)12、流线法向方向上的流动特性流线法向方向上的流动特性弯管过流断面上的速度和压强分布特点弯管过流断面上的速度和压强分布特点:
(PPT3-3P15)第五章黏性流体的一维流动1、黏性流动伯努利方程的形式黏性流动伯努利方程的形式(PPT5-1P4)2、沿程损失、沿程损失hf定义:
定义:
发生在缓变流整个流程中的,由流体黏滞力造成的能量损失。
(教材P105)达西达西-维斯巴赫公式:
维斯巴赫公式:
hf=(l/d)(v2/2g)(教材P106):
沿程损失系数(无量纲)层流时,沿程损失正比于速度的1次方;紊流时,沿程损失正比于速度的1.752次方。
尼古拉兹曲线:
尼古拉兹曲线:
(PPT5-3P2)莫迪图:
莫迪图:
(PPT5-3P5)3、局部损失、局部损失hj定义:
定义:
发生在急变流中,使得流体质点间发生剧烈的能量交换而产生的损失。
(教材P106)计算式:
计算式:
hj=v2/2g(教材P106)弯管局部损失的原因:
(教材P124)由切向应力产生的沿程损失;旋涡产生的损失;由二次流形成的双螺旋流动所产生的损失。
突扩管局部损失突扩管局部损失的的推导:
推导:
(PPT5-3P11-12)4、圆管层流流动、圆管层流流动速度分布:
速度分布:
以轴线为中心线的二次抛物面。
压强分布:
压强分布:
由伯努利方程知,理论上靠近管壁压强变大,靠近轴线压强变小。
剪应力剪应力分布分布:
以轴线为中心线的倒圆锥面。
层流的沿程损失系数:
=64/Re5、紊流紊流紊流摩擦力构成:
紊流摩擦力构成:
牛顿摩擦切应力+紊流附加切应力。
雷诺数表达式:
雷诺数表达式:
Re=vd/判别流体状态:
判别流体状态:
在工程实际中,一般取圆管的临界雷诺数Recr=2000。
当Re2000时,流动为层流;当Re2000时,即认为流动是紊流。
(教材P107)光滑管与粗糙管的定义:
光滑管与粗糙管的定义:
若,该管为(水力)光滑管;若60时,从圆柱后部交替时放出的,两列几乎稳定的,非对称性的,交替脱落的,旋转方向相反的,并随主流向下游运动的旋涡利弊:
诱导结构振动,产生噪声,甚至诱发结构共振,危害很大;但也可应用于流量测量。
第九章膨胀波和激波超声速流动经过膨胀波超声速流动经过膨胀波/激波后的参数变化激波后的参数变化
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